智能調節產品間距的系統的開發

高浩杰 陸光銘 東莞理工學院機械工程學院 黎梓恒 曾志彬 吳國洪 東莞市橫瀝模具科技產業發展有限公司

1 前言

包裝作為生產的最后一道大工序，面臨著多種加工的技術要求，包括把產品整齊地裝箱，從而在企業中往往需要安排較多的員工在該環節。為了提高生產效率，有些產品會呈陣列形式放置從而被加工，但是，由于加工的技術要求，需要讓這些產品相隔一定的距離，加工完成之后這些產品將要裝箱，然而為了減小包裝的空間，在裝箱的過程中需要對相鄰產品間的間距進行調整。現有的方法通常是采用人工的方式進行裝箱，這嚴重影響了裝箱的效率，同時也會增加企業的用工成本；也有些企業采用鉸鏈機構實現調整產品間距可有效代替人工，但是相關鉸鏈機構的復雜性讓該設計與加工增加了難度，同時也增加了加工成本。若利用一種自動包裝生產線來替代人工，預測不僅可以降低人力成本，而且可以提高作業效率，保證作業精準度。自動化包裝生產線是將自動包裝機、輔助設備以及輸送裝置根據產品包裝工藝，按一定的排序組合，再配以相應的檢測、控制、自動調整補償裝置等組成。包裝物品由一端不斷送入，包裝材料在相應的工位加入，物品按工藝流程順序經過各工序，產品從另一端輸出，使物品在無需人工直接參與操作的情況下自動完成輸送、包裝的全過程。自動化包裝生產線的輔助設備扮演著重要角色。

針對以上問題，本文提出了智能調節產品間距的系統的開發的方案，大致為利用無桿氣缸帶動機械手在水平方向移動，雙桿氣缸帶動機械手在豎直方向移動，再利用四個行程分別相差10mm的雙桿氣缸的配合動作實現調節機械手的抓取間距。可調抓取間距機械手將作為自動化包裝生產線的輔助設備，下文將具體從機構設計方面與軟件系統搭建方面進行闡述。

2 硬件平臺設計

本文所設計的機械手結構如圖1所示，包括有連接組件、驅動件、傳動件、執行件和限位件。機械手的連接組件包括有底板、立板、肋板、橫梁、X軸載板、Z軸載板Ⅰ、Z軸載板Ⅱ、氣嘴固定件。機械手的驅動件包括有無桿氣缸、氣缸Ⅰ、氣缸Ⅱ、氣缸Ⅲ、氣缸Ⅳ、氣缸Ⅴ。機械手的傳動件包括有導軌、滑塊、帶滑塊的光軸。機械手的執行件包括有氣嘴Ⅰ、氣嘴Ⅱ、氣嘴Ⅲ、氣嘴Ⅳ、氣嘴Ⅴ。機械手的限位件包括有限位件、緩沖器。

如圖1左右兩端所示，底板、立板和肋板兩兩垂直設置，底板、立板和肋板組成的結構體左右對稱設置，中間設置了橫梁形成龍門式結構。無桿氣缸設置在龍門式結構的上方，特指橫梁的上方，利用無桿氣缸驅動機械手的X軸移動，穩定性比較高。導軌和與之配套的滑塊設置在橫梁的前表面，并且導軌是水平設置，X軸載板設置在無桿氣缸的桿體的前表面，并連接于導軌滑塊的前表面，即為X軸載板在豎直面上同時連接了無桿氣缸的桿體和導軌滑塊。氣缸Ⅰ設置在X軸載板的前表面，用于驅動機械手的上下移。Z軸載板Ⅰ設置在無桿氣缸的桿體的上表面，Z軸載板Ⅰ呈凸字型。Z軸載板Ⅱ設置在氣缸Ⅰ的桿體的下表面，Z軸載板Ⅰ與Z軸載板Ⅱ之間設置了左右對稱的帶滑塊的光軸，當氣缸Ⅰ動作時，Z軸載板Ⅱ和光軸一起相對于Z軸載板Ⅰ發生上下運動。氣缸Ⅱ設置在Z軸載板Ⅱ的左半部分的右上角；氣缸Ⅲ設置在Z軸載板Ⅱ的左半部分的左下角；氣缸Ⅳ設置在Z軸載板Ⅱ的右半部分的左上角；氣缸Ⅴ設置在Z軸載板Ⅱ的右半部分的右下角，氣缸Ⅲ、氣缸Ⅱ、氣缸Ⅳ、氣缸Ⅴ的形成依次減少10mm。氣嘴固定件四個分別設置在Z軸載板Ⅱ的上方，分別與氣缸Ⅱ、氣缸Ⅲ、氣缸Ⅳ、氣缸Ⅴ的桿體連接，氣嘴固定件的樣式為長方體；氣嘴Ⅰ、氣嘴Ⅱ、氣嘴Ⅲ、氣嘴Ⅳ、氣嘴Ⅴ從左到右分別設置在五個氣嘴固定件的末端，即Z軸載板Ⅱ的正前方，特別說明，當氣缸Ⅱ、氣缸Ⅲ處于伸展的狀態，同時氣缸Ⅳ、氣缸Ⅴ處于不伸展的狀態時，五個氣嘴固定件剛好依次接觸；當氣缸Ⅱ、氣缸Ⅲ處于不伸展的狀態，同時氣缸Ⅳ、氣缸Ⅴ處于伸展的狀態時，五個氣嘴固定件的間隔均增大10mm。限位件設置在五個氣嘴固定件的上方，用于輔助導向五個氣嘴固定件在水平方向移動；緩沖器有兩個，分設置在兩塊立板的內表面，用于限定機械手在水平方向的運動范圍。

圖1 硬件結構設計圖

本文所設計的機械手的運動方式為，在水平方向設置的無桿氣缸帶動執行件（氣嘴）在水平方向來回移動，其中左右的極限即為兩個緩沖器的位置。在豎直方向上設置的氣缸Ⅰ帶動執行件（氣嘴）在豎直方向來回移動；氣缸Ⅱ、氣缸Ⅲ、氣缸Ⅳ與氣缸Ⅴ之間的動作配合能調節五個氣嘴之間的距離，即調節抓取的距離。當氣缸Ⅱ、氣缸Ⅲ處于不伸展的狀態，同時氣缸Ⅳ、氣缸Ⅴ處于伸展的狀態，此時五個氣嘴的間距處于較大的狀態；當氣缸Ⅱ、氣缸Ⅲ處于伸展的狀態，同時氣缸Ⅳ、氣缸Ⅴ處于不伸展的狀態，此時五個氣嘴的間距處于較小的狀態，如此通過改變氣缸Ⅱ、氣缸Ⅲ、氣缸Ⅳ、氣缸Ⅴ的通氣方式即可調節機械手的抓取間距。

3 結語

本文所做的工作總結如下，根據功能的要求對機械手進行了結構設計，本文所設計的機械手利用一個無桿氣缸實現在X軸上水平移動、利用一個雙軸氣缸實現在Z軸上豎直移動，利用四個行程形成等差數列的直線氣缸，即可實現機械手在抓取產品的過程中自動調整產品間距的功能，控制方式簡單，有利于工人快速上手操作。可調抓取間距機械手能作為自動化包裝生產線的輔助設備，有助于提高作業效率，保證作業精準度，自動調整產品間距并完成裝箱，具有良好的效益。