基于FOM-EP型板簧淬火生產(chǎn)線的機(jī)器人設(shè)計(jì)探索

李順治

（大慶廣播電視大學(xué) 黑龍江大慶 163000）

全社會(huì)各界對(duì)于載重汽車(chē)的需求量越來(lái)越大，這也就導(dǎo)致板簧制造生產(chǎn)企業(yè)獲得了較大的市場(chǎng)空間。但是在板簧制作過(guò)程中，首先需要進(jìn)行淬火，要將板簧放置加熱爐中進(jìn)行加熱操作，直到達(dá)到預(yù)定的溫度之后才能夠進(jìn)行下一階段的加工。這樣就很有可能因?yàn)楦邷丨h(huán)境而構(gòu)成對(duì)工人身體健康的不利影響，因此應(yīng)用機(jī)器人來(lái)替代傳統(tǒng)人工工作模式來(lái)進(jìn)行淬火操作是十分重要的。

一、板簧淬火輔助機(jī)器人工位分布

與其他領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人不同，板簧淬火輔助機(jī)械的位置是固定的，不需要移動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)到板簧已經(jīng)加熱至預(yù)期的溫度之后，就開(kāi)始向機(jī)器人發(fā)出執(zhí)行指令，由機(jī)器人驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行單元來(lái)夾住板簧，并放置在相應(yīng)的傳送帶上。為了確保放置的位置合理，一般來(lái)說(shuō)，還需要在機(jī)械人上裝設(shè)視覺(jué)傳感器，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)器人全部區(qū)域物理形態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，查看板簧是否已經(jīng)出爐。同時(shí)也能夠?qū)寤傻某叽缧吞?hào)以及擺放形態(tài)通過(guò)相應(yīng)的顯示屏進(jìn)行展示。完成了這些操作之后，機(jī)器人就可以進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待下一階段的指令。在機(jī)器人的夾具上，也裝設(shè)了視覺(jué)傳感器，這樣就能夠同時(shí)對(duì)淬火機(jī)處理的過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，最好是在板簧淬火生產(chǎn)線上安裝兩臺(tái)機(jī)器人或以上的機(jī)器人，采取就近原則來(lái)確定哪一臺(tái)機(jī)器人來(lái)操作。[1]

圖一 機(jī)器人工位圖

二、板簧淬火輔助機(jī)器人工作流程

在板簧還在淬火爐中加熱時(shí)，機(jī)器人是不需要執(zhí)行任何指令的，因此是處于待機(jī)狀態(tài)，隨時(shí)等候系統(tǒng)發(fā)來(lái)的指令。但是如果板簧完成了加熱操作，就會(huì)出爐，并且最終滑落到傳送帶上。此時(shí)，要想確保機(jī)器人的機(jī)械手能夠精確地夾住板簧，那么就必須要依靠視覺(jué)控制系統(tǒng)將板簧的真實(shí)尺寸信息以及相應(yīng)的擺放狀態(tài)傳入到機(jī)器人的中央處理系統(tǒng)中去，最終通過(guò)變換機(jī)械手的位置以及夾握姿勢(shì)就能夠穩(wěn)定夾住。夾具臂和板簧平臺(tái)要保持垂直的狀態(tài)。從很多實(shí)際工作中可以發(fā)現(xiàn)，并不是每一次機(jī)械手都能夠夾起板簧。如果無(wú)法一次夾起板簧，就需要進(jìn)行第二次視覺(jué)檢測(cè)，重新確定板簧的狀態(tài)，然后進(jìn)行重復(fù)夾取。此時(shí)就能夠吸取第一次失敗過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)，將差錯(cuò)信息利用起來(lái)，提高夾取的成功率，最終完成此次板簧夾取過(guò)程。[2]

三、板簧淬火輔助機(jī)器人工作流程

（一）板簧淬火輔助機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

執(zhí)行系統(tǒng)是十分重要的，直接影響到板簧夾取的效果。首先必須要確保動(dòng)力充足，由于機(jī)器人是固定的，那么也就需要設(shè)計(jì)成回傳臺(tái)的形式。動(dòng)力來(lái)源使用的是伺服電機(jī)，通過(guò)控制系統(tǒng)提供信號(hào)以及改變參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)動(dòng)的速度控制。其次，要做好機(jī)器人位置的設(shè)計(jì)，最好是能夠?qū)C(jī)器人固定在兩臺(tái)淬火機(jī)中心正前方。機(jī)器人底部最好使用萬(wàn)向輪，不要完全固定在地面，這樣有利于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行檢修和維護(hù)。在需要機(jī)器人工作時(shí)，要確保其能夠穩(wěn)定在地表，只需要這些萬(wàn)向輪帶有剎車(chē)定位功能即可。通過(guò)伺服電動(dòng)缸來(lái)為機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)或者是夾取提供動(dòng)力來(lái)源。此外，由于生產(chǎn)車(chē)間環(huán)境比較狹窄并且工況復(fù)雜，因此可以盡量縮小結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所占用的空間，這樣有利于提高控制效果。[3]

（二）板簧淬火輔助機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在機(jī)械人采集到信號(hào)，并且到最終的執(zhí)行單元完成操作，都是需要由控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制的。其中所使用到的視覺(jué)傳感器，需要確保其精度達(dá)標(biāo)，具有較高的分辨率。因此，要做好處理芯片的選型，要能夠滿足高精度數(shù)據(jù)處理的需求，特別是對(duì)電機(jī)控制信號(hào)的高速處理，以便提高控制的效果。并將整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的狀況以及機(jī)器人的實(shí)際工況進(jìn)行在線監(jiān)控，通過(guò)上位機(jī)傳輸?shù)斤@示屏上，以便相關(guān)工作人員能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行把控。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以采取模塊化設(shè)計(jì)方法，每一個(gè)模塊根據(jù)不同的功能來(lái)劃定，以便后期進(jìn)行功能升級(jí)以及檢修，提高了工作效率，降低了成本支出。[4]