一種輔助機械手搬運板材的裝置

李 朋 謝 超

（一汽解放汽車有限公司，長春 130011）

在當今制造業(yè)不斷發(fā)展、自動化生產(chǎn)不斷普及的時代，機械手的應用領域廣泛，涉及汽車沖壓車間、焊裝車間以及涂裝車間，甚至在一些物流運輸線上也可以看到小型機械手在輔助工作[1-3]。它可以減輕人們繁重的體力勞動，改善勞動條件和安全生產(chǎn)，也能夠模仿人體上肢的部分功能，對其進行自動控制，使其能夠按照預定要求輸送制品。機械手在生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率和生產(chǎn)成本以及增強企業(yè)的競爭力等方面具有重要作用。

在很多生產(chǎn)場合，原有的機械手設備已無法更好地實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化提出的更高工作要求。更換新的設備帶來的高成本和較長的時間周期，導致大多數(shù)生產(chǎn)線存在效率低、操作難度大的問題。本文針對此問題設計了一種輔助機械手搬運板材的設備，以解決普通機械手在針對大型板材進行抓取、位姿調(diào)整時存在的操作難度大、工作效率低的問題。

1 裝置的功能設計分析

1.1 適用對象

該裝置適用于汽車車身上大平面的鈑金件，其表面具有可抓取的平面。在鈑金件自動上料過程中對其進行位置識別和自動抓取，應用在車身鈑金件沖壓、焊接領域[4]。

1.2 功能分解

該裝置主要實現(xiàn)的功能有車身鈑金件識別和機械手自動抓取，并輔助鈑金件實現(xiàn)位姿調(diào)整、自動上料和鈑金件輸送。在整個工作流程中需要兩次抓取鈑金件，第一次為機械手從鈑金件存放處抓取至輔助翻轉(zhuǎn)臺，第二次為機械手從輔助翻轉(zhuǎn)臺上將調(diào)整好位姿的鈑金件抓取到定位臺上[5]。從機械手開始抓取到鈑金件輸送完成，整體時間節(jié)拍約束在30 s 之內(nèi)。裝置的動作節(jié)拍流程，如圖1 所示。

1.3 總體方案說明

根據(jù)裝置的工藝節(jié)拍流程安排，可以將總體方案分解為自動上料過程和輸送過程兩部分[6]。

1.3.1 自動上料過程

使用機械手抓取鈑金件，機械手夾爪設計為8 個吸盤和2 組夾緊桿。首先，機械手端部的工業(yè)相機對鈑金件位置進行識別，準確到達抓取位置，然后8 個吸盤共同作用將鈑金件抓取至空中（機械手抓取正面），且夾爪上的2 組夾緊桿夾緊，以免吸盤松動發(fā)生意外。其次，機械手帶動夾緊的鈑金件運動至輔助翻轉(zhuǎn)臺上方，將鈑金件放到輔助翻轉(zhuǎn)臺的固定臺處，待輔助翻轉(zhuǎn)臺固定好工件后機械手移開位置，防止與輔助翻轉(zhuǎn)臺運動干涉。輔助翻轉(zhuǎn)臺在接收到運動指令后，自身推動氣缸運動，將固定臺連同上面的鈑金件推動旋轉(zhuǎn)180°，實現(xiàn)鈑金件的位姿調(diào)整（正反面調(diào)整）。最后，待翻轉(zhuǎn)完成后，機械手再次移動至輔助翻轉(zhuǎn)臺位置，抓取并夾緊鈑金件（機械手抓取反面），并移動至鏈式輸送線的定位臺上。至此，完成鈑金件的自動上料過程[7]。

1.3.2 鈑金件輸送過程

鏈式輸送線的定位臺根據(jù)鈑金件的尺寸形狀定制，其上安裝有檢測有料的傳感器。待檢測到鈑金件放到定位臺上后，定位臺夾具夾緊鈑金件，并輸出信號給鏈條驅(qū)動電機。其中，鏈式輸送線包含3 個工位，分別是上料工位、其他設備加工工位和卸料工位[8]。在各個工位處均安裝有限位開關。定位臺輸送過程中，觸發(fā)該工位的限位開關，即可開始進行該工位的加工流程，直到完成最后的卸料，隨后鏈式輸送線復位，將定位臺運送至上料工位，等待下一次輸送過程，如圖2 所示。

2 裝置的功能單元設計

2.1 機械手與輔助翻轉(zhuǎn)臺總體布局

機械手為常規(guī)抓取機械手，抓手部分設計為框架式結構，其上布置8 個吸盤，采用啟動吸盤吸附鈑金件實現(xiàn)抓取，并在各吸盤之間設置2 組剛性夾爪用來固定鈑金件，防止吸盤松動出現(xiàn)安全事故。輔助翻轉(zhuǎn)臺安裝在機械手側(cè)面，便于與機械手進行動作交互。輔助翻轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動機構采用齒輪齒條式，由驅(qū)動氣缸推動齒條使得齒輪轉(zhuǎn)動，同時齒輪軸連接在轉(zhuǎn)臺上實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)臺的180°轉(zhuǎn)動[9]。在安裝輔助翻轉(zhuǎn)臺時，既考慮了機械手的工作回轉(zhuǎn)半徑，又兼顧了其自身的回轉(zhuǎn)半徑，在保證各個部分運行不干涉的情況下，盡可能減少安裝占地面積，節(jié)約成本。

2.2 鏈式輸送臺說明

該機構主要包括支撐框架、兩組同步回轉(zhuǎn)鏈條、定位臺以及傳感限位塊，如圖2 所示。支撐框架為整個鏈式輸送線的連接固定結構。由于該機構較長，其地腳采用8 組腳墊和16 組固定螺栓安裝在地面上。同步回轉(zhuǎn)鏈條分別在兩端連接主動軸和從動軸，在鏈條外沿設有滑動槽，鏈式輸送線用來帶動定位臺移動，滑動槽用來限制定位臺的左右竄動位移。該機構沿運輸方向設置有兩組橫向的連接桿，既起到緊定支撐框架的作用，又可用來安裝傳感限位塊。沿輸送方向有序地將整條輸送線分為3 個工位，分別是上料工位、加工工位和卸料工位。在工作過程中，定位臺位于上料工位等候物料，待檢測到物料信號后，鏈式輸送線啟動，將物料連同定位臺向下一工位輸送。在觸發(fā)加工工位的傳感限位塊后，由于限位塊的阻擋，定位臺將停在加工工位，同時鏈式輸送線停止，等待加工完成。加工工位會在加工完成后向傳感限位塊和鏈式輸送線發(fā)送信號，將物料繼續(xù)運送到卸料工位，觸發(fā)卸料傳感限位塊進行卸料。完成卸料后，鏈式輸送線翻轉(zhuǎn)，將定位臺移回上料工位，等待下一次輸送[10]。

2.3 裝置簡圖

圖3輔助回轉(zhuǎn)機構的回轉(zhuǎn)驅(qū)動局部示意圖。圖4鏈式輸送組局部示意圖。圖5 定位臺結構示意圖。

3 結語

本文設計了一種輔助機械手搬運板材的裝置，包括機械手、輔助翻轉(zhuǎn)臺、定位臺以及鏈式輸送線等機構。機構之間通過傳感信號將節(jié)拍動作緊密結合在一起，既保證了各機構的運行，又滿足了整體裝置的配合動作，有效解決了普通機械手在針對大型板材進行抓取、位姿調(diào)整時存在的操作難度大、工作效率低的問題。