淺談汽車(chē)車(chē)身生產(chǎn)線一種自動(dòng)上下料工藝規(guī)劃方案

摘 要：本文涉及汽車(chē)車(chē)身生產(chǎn)線自動(dòng)上下料工藝規(guī)劃方案的技術(shù)領(lǐng)域，包括視覺(jué)引導(dǎo)物料規(guī)劃方案，庫(kù)位規(guī)劃方案，通用料車(chē)規(guī)劃方案，機(jī)器人抓手設(shè)計(jì)方案等。說(shuō)明了自動(dòng)上下料方案是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)的其中一個(gè)重要的應(yīng)用場(chǎng)景，可為企業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低成本，提高工作安全性等方面帶來(lái)了很多好處。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)上下料 視覺(jué)引導(dǎo) 通用料車(chē) 工藝規(guī)劃 自動(dòng)化技術(shù) 智能化物流 汽車(chē)車(chē)身

國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展迅速，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，以及消費(fèi)者對(duì)車(chē)型多樣的需求，對(duì)汽車(chē)主機(jī)廠提出了多車(chē)型，高節(jié)拍，高柔性和開(kāi)發(fā)周期縮短的要求。因而要求不斷設(shè)計(jì)大量的新工裝滿足市場(chǎng)需求，致使工裝的設(shè)計(jì)，制造，管理和應(yīng)用工作困難，公司生產(chǎn)線能力低效，新工裝成本大幅度增加，顯然工裝通用化工作，將有效改善工裝開(kāi)發(fā)管理及開(kāi)發(fā)成本。

1 自動(dòng)上下料方案概述

自動(dòng)上下料方案是指通過(guò)使用機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線上原材料或成品的自動(dòng)裝載和卸載，這種方案通常實(shí)現(xiàn)高效，準(zhǔn)確和安全地進(jìn)行物料的轉(zhuǎn)移和裝卸。該自動(dòng)上下料工藝規(guī)劃方案主要由以下幾個(gè)關(guān)鍵方案整合而成：視覺(jué)引導(dǎo)方案，庫(kù)位方案，料車(chē)方案，抓手方案，降級(jí)方案。各方案高度集成實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，確保生產(chǎn)流程的高效運(yùn)行。具體見(jiàn)圖1，圖2。

1.1 自動(dòng)上下料工藝規(guī)劃方案形式

根據(jù)不同零件尺寸及形態(tài)，大致分為A＼B＼C＼D＼E 5種形式。本文針對(duì)B種形式工況下的自動(dòng)上下料方案進(jìn)行設(shè)計(jì)探討。

1.2 容差分析

考慮自動(dòng)上下料方案為高度集成系統(tǒng)方案，不同系統(tǒng)間存在著相互關(guān)聯(lián)和相互影響的關(guān)系，一個(gè)系統(tǒng)的變化會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因此需要綜合考慮各系統(tǒng)的容差。系統(tǒng)容差主要考慮如下內(nèi)容[1]：

①零件在料車(chē)中的定位精度需求；②料車(chē)制造的一致性精度需求；③料車(chē)與托盤(pán)定位精度需求；④托盤(pán)制造的一致性精度需求；⑤托盤(pán)與庫(kù)位定位精度需求；⑥視覺(jué)引導(dǎo)精度需求。

1.3 視覺(jué)引導(dǎo)方案

通過(guò)產(chǎn)品/物料上多個(gè)特征（≥4）的圖像匹配， 利用定位算法完成3D定位并完成自動(dòng)上下料方案[2]。具體流程如下：

①機(jī)器人開(kāi)始執(zhí)行抓件指令；

②機(jī)器人帶抓手和傳感器運(yùn)動(dòng)至零件前約650mm處，此時(shí)激光測(cè)距儀實(shí)時(shí)感知物料與抓手的距離，并調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度；

③視覺(jué)系統(tǒng)控制傳感器對(duì)零件拍照；

④視覺(jué)系統(tǒng)利用3D引導(dǎo)算法計(jì)算零件在空間中的位置偏轉(zhuǎn)，并將修正值發(fā)送給機(jī)器人；

⑤機(jī)器人修正抓取位置，完成零件的自動(dòng)抓取。

1.4 庫(kù)位方案

庫(kù)位通常由Z向支撐輪，Y向?qū)蜉啠琗向氣缸限位構(gòu)成。安裝落位時(shí)通過(guò)激光或三坐標(biāo)保證調(diào)整Z向高度和Y向精度。當(dāng)料車(chē)到位后傳感器發(fā)出信號(hào)，氣缸夾緊，機(jī)器人過(guò)來(lái)取件。

1.5 料車(chē)方案

為保證零件在料車(chē)中的定位，設(shè)計(jì)料車(chē)方案時(shí)考慮X/Y/Z向限位結(jié)構(gòu)。考慮多車(chē)型共用的柔性化需求，均采用可調(diào)式設(shè)計(jì)方案，以滿足不同車(chē)型尺寸及造型需求，以提高柔性化，料車(chē)通用化需求，降低設(shè)備投入成本及運(yùn)營(yíng)管理成本等。對(duì)于各限位說(shuō)明如下：①限位Z向和Y向限位結(jié)構(gòu)：支撐零件Z向和Y向，根據(jù)零件不同尺寸大小在洞上方的左右兩個(gè)角落設(shè)計(jì)托管，托管上方設(shè)計(jì)仿形滑槽，分別控制車(chē)件的Z向和Y向。②限位X向結(jié)構(gòu)：支撐車(chē)件X向，前后左右可調(diào)，根據(jù)不同車(chē)型設(shè)計(jì)插銷(xiāo)孔位，達(dá)到快速切換調(diào)整每個(gè)車(chē)型的位置，根據(jù)零件尺寸大小均勻分布。③限位Z向結(jié)構(gòu)：支撐車(chē)件Z向，有效平衡整理掛件負(fù)載（高低可調(diào)，根據(jù)不同車(chē)型設(shè)計(jì)插銷(xiāo)孔位，達(dá)到快速切換調(diào)整每個(gè)車(chē)型的位置）[3]。

1.6 機(jī)器人抓手方案

為保證零件高精度抓取，設(shè)計(jì)機(jī)器人抓手時(shí)，通常設(shè)置兩個(gè)精度孔作為銷(xiāo)孔，四個(gè)吸盤(pán)吸附位置，同時(shí)設(shè)置四個(gè)加緊位做加緊。除此外，考慮沖壓?jiǎn)渭B放工況，特別設(shè)計(jì)分料機(jī)構(gòu)，即機(jī)器人抓手在每次取件的時(shí)候使用分料機(jī)構(gòu)將沖壓疊放板件分開(kāi)，避免油污粘連堆料，一次取多個(gè)車(chē)件問(wèn)題。見(jiàn)圖6。

機(jī)器人自動(dòng)抓取主要流程如下：機(jī)器人抓手到位后，視覺(jué)相機(jī)捕捉到零件特征，定位銷(xiāo)伸出，吸盤(pán)工作吸附車(chē)件往外移動(dòng)一定的距離，同時(shí)分料氣缸升起來(lái)，使原來(lái)貼在一起的車(chē)件分離，氣缸夾緊，抓手抓件離開(kāi)料框。

1.7 降級(jí)方案

考慮自動(dòng)上下料方案由于各種原因無(wú)法使用工況，預(yù)留采用人工上下料方案，確保工藝流程順利實(shí)現(xiàn)。可見(jiàn)圖2線體布置圖。

1.8 智能物料配送方案

采用AGV自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車(chē)，即指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移栽功能的運(yùn)輸車(chē)。在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下，按路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，精確地行走并停靠到指定地點(diǎn)，完成一系列配送要求。同時(shí)通過(guò)與WMS、MES結(jié)合，AGV實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)的自動(dòng)化搬運(yùn)管理，貨位柔性動(dòng)態(tài)分配。揀選由“人到貨”變?yōu)椤柏浀饺恕碧岣吖ぷ餍剩档蛣趧?dòng)強(qiáng)度。

2 關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)

2.1 通用化料車(chē)

將車(chē)身車(chē)間采用高精度料車(chē)形式替換為優(yōu)化沖壓車(chē)間普通料車(chē)形式實(shí)現(xiàn)料車(chē)通用化。同時(shí)，通過(guò)通用化最大限度地?cái)U(kuò)大料車(chē)使用范圍，可以有效減少相關(guān)部門(mén)即焊裝與沖壓在設(shè)計(jì)和制造，維護(hù)，管理等過(guò)程中的重復(fù)工作。降低成本，簡(jiǎn)化管理，縮短周期等方面具有重要意義。

2.2 多車(chē)型柔性化料車(chē)

能夠根據(jù)不同車(chē)型進(jìn)行快速調(diào)整料車(chē)，而無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模改造。這種靈活性能夠迅速適應(yīng)市場(chǎng)需求的變化，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)品組合。繼而提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，有助于企業(yè)快速相應(yīng)市場(chǎng)變化。

2.3 智能化物流

通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的信息管理，信息處理，信息采集和信息流程等技術(shù)，能夠更有效地整合物流資源，優(yōu)化物流流程，從而降低物流成本，例如，可實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度和智能配送，減少人工操作的錯(cuò)誤和延誤，提高物流效率。這些降低了企業(yè)的物流成本，提高了企業(yè)的利潤(rùn)。

2.4 高精度定位與抓取

通過(guò)視覺(jué)引導(dǎo)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)設(shè)置分料機(jī)構(gòu)使其能夠?qū)B放的零件分張，從而確保抓取的物品位置準(zhǔn)確，姿態(tài)穩(wěn)定，降低了不良率。

3 應(yīng)用效益

（1）提升生產(chǎn)效率：通用化柔性化料車(chē)引入，減少重復(fù)工作，大幅縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。柔性化料車(chē)的引入，因靈活應(yīng)市場(chǎng)需求及生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。

（2）保證產(chǎn)品質(zhì)量：高精度抓取及定位確保了零件上下料的一致性和可靠性，繼而保證了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

（3）降低人力成本：自動(dòng)化上下料與智能物流減少了人工操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和人力成本。

（4）增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力：高柔性，高效率的生產(chǎn)能力，使企業(yè)能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)變化，提高競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于汽車(chē)主機(jī)廠，為適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)需求及公司發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)整，自動(dòng)上下料應(yīng)用因其高生產(chǎn)效率，降低成本，質(zhì)量穩(wěn)定，提高工作安全性等方面帶來(lái)了很多好處，將取得非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]子謙.尺寸鏈那些事兒[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022.

[2]智通教育教材.ABB工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)集成應(yīng)用精析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021.

[3]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.