基于SCARA工業機器人的螺母裝配工作站設計

楊宇峰，董碧云

（1.佛山博文機器人自動化科技有限公司，廣東佛山 528222；2.佛山職業技術學院，廣東佛山 528137）

0 引言

產品的生產過程中，包含大量的螺母裝配操作。這一操作雖然動作簡單但重復量大，占用了相當大比例的時間和人力[1]。為提高生產效率、降低勞動成本，進行生產線的自動化改造是企業迫切的需求。目前，工業機器人在裝配生產線上的應用越來越普遍。SCARA機器人是一款高精度、高重復定位、高速運行的四軸機器人[2-4]，其優越的生產能力越來越被自動化裝配生產線所肯定。

目前，市場上一般通用的螺栓、螺母裝配設備無法滿足對墊片、彈性擋圈等多種配件同時裝配的需求[5-7]。此外，一般的螺母裝配生產線設計采用多工位方式，需要工人或者設備依次按照上墊片、上彈性擋圈、上螺母擰緊的流程進行勞動。針對以上現狀，本文設計了以一個工作站完成多工位、多配件的螺母、螺栓裝配作業。

1 系統整體簡介

整個裝配系統分為三大部分：配件裝配系統（圖1中的第一子系統）、螺母緊固系統（圖1中的第二子系統）和工件固定臺。配件裝配系統主要實現墊片、彈性擋圈等所有配件的上料和裝配，該系統包括上料單元（圖1中的第一上料單元）和裝配單元（圖1中的第一裝配單元）。螺母緊固系統的主要功能是螺母上料和螺母緊固，亦可細分為上料單元（圖1中的第二上料單元）和裝配單元（圖1中的第二裝配單元）。

各系統單元的結構布局如圖1所示。工件固定臺位于工作站的中心，各上料單元和裝配單元環繞在工件固定臺周圍。工件則固定于固定臺上，固定臺隨著生產節拍進行轉動，將工件運送至當前加工位置。環形的布局使各單元與工件的距離都為最短，這種布局的優勢在于縮短各個工位之間的配合行程，從而提高工作站的效率。

2 子系統詳細介紹

2.1 配件裝配系統介紹

圖2展示的是配件裝配子系統上料單元。彈性擋圈和墊片等配件通過振動料盤向上輸送至圓形的電動滑臺。電動滑臺可旋轉。滑臺上方裝有三個臺面定位架，分別位于滑臺圓內接正三角形的頂點處。定位架的功能是精確調整配件位置，使機器人的抓手可以準確地定位至配件位置。當滑臺處于穩定狀態時，其中兩個定位架分別和兩個振動料盤的輸出端口對接，第三個定位架則和機器人的抓手對接。電動滑臺每次旋轉120°，剛好使臺面定位支架能夠按照順序接受料盤輸送的墊片和彈性擋圈，并將配件輸送給機器人。

圖2 配件裝配子系統的上料單元（圖1中的第一上料單元）

圖3 展示的是SCARA裝配機器人。為了配合多種配件的抓取，在機械臂的末端執行器上安裝了平行二爪氣缸。平行二爪氣缸結構簡單，適合同時抓取墊片、彈性擋圈等配件，節省了中途調換抓手的時間。

2.2 螺母緊固系統介紹

圖4展示的是螺母緊固子系統的結構。電批在氣缸的驅動下，可以沿直線模組在上料通道和工件之間平移。直線模組在氣缸的驅動下可進行上下移動。其工作流程如下：螺母由振動料盤輸送，到達上料通道末端，等待電批取料；直線模組在氣缸的驅動下往下運動，直至電批和螺旋上料通道接近；電批的磁性外六角螺母套筒對螺母進行吸附，平行移動至裝配工位；最后對螺母進行擰緊作業。

圖3 配件裝配子系統的裝配單元（圖1中的第一裝配單元）

圖4 螺母緊固子系統的整體結構（圖1中的第二上料單元和第二裝配單元）

3 結束語

本文的設計特點是：追求螺母裝配作業的快速、高效率，且設備結構精簡、空間占地面積少，使螺母裝配生產最大限度的減少生產成本、節約勞動時間。

利用SCARA機器人作為配件的裝配設備，可以實現以高頻率的節拍完成優質的裝配任務。利用環形的工位設計，使多配件的裝配作業可以在同一工位完成，而這一功能的實現依賴于旋轉型輸送平臺的設計和可同時抓取多種配件的機器人手抓設計。因此，本文的螺母裝配工作站可整合人工的多工位、多配件生產線，進行一次性自動化裝配，可大幅度地提高螺母裝配的效率。另外，本文的工作站可以適應多尺寸、多工位的產品裝配，具有較強的生產柔性。

參考文獻：

［1］衛道柱，林巨廣.智能型螺母擰緊機的研制［J］.合肥工業大學學報（自然科學版），2003，31（5）：1016-1020.

［2］袁山.SCARA機器人——依然快捷和可靠［J］.機器人技術與應用，2005（5）：31-33.

［3］王健強，程汀.SCARA機器人結構設計及軌跡規劃算法［J］.合肥工業大學學報（自然科學版），2008，31（7）：1026-1028.

［4］劉輝，毛璐瑤，陳啟愉，等.基于數值模擬技術的SCARA機器人本體設計與優化［J］.機電工程技術，2017（6）：1-6.

［5］李睿，耿璐，程武山.基于機器視覺的螺母定位系統［J］.機床與液壓，2013，41（23）：60-64.

［6］楊威鋒.梯級軸承及螺母裝配專機的研制［J］.機床與液壓，2007，35（11）：110-111.

［7］李秋生，孟君，畢文悅，等.膨脹螺栓裝配機螺母工位裝配裝置的設計與仿真［J］.科技創新與應用，2006（7）：24-25.