基于SCARA工业机器人的螺母装配工作站设计

杨宇峰，董碧云

（1.佛山博文机器人自动化科技有限公司，广东佛山 528222；2.佛山职业技术学院，广东佛山 528137）

0 引言

产品的生产过程中，包含大量的螺母装配操作。这一操作虽然动作简单但重复量大，占用了相当大比例的时间和人力[1]。为提高生产效率、降低劳动成本，进行生产线的自动化改造是企业迫切的需求。目前，工业机器人在装配生产线上的应用越来越普遍。SCARA机器人是一款高精度、高重复定位、高速运行的四轴机器人[2-4]，其优越的生产能力越来越被自动化装配生产线所肯定。

目前，市场上一般通用的螺栓、螺母装配设备无法满足对垫片、弹性挡圈等多种配件同时装配的需求[5-7]。此外，一般的螺母装配生产线设计采用多工位方式，需要工人或者设备依次按照上垫片、上弹性挡圈、上螺母拧紧的流程进行劳动。针对以上现状，本文设计了以一个工作站完成多工位、多配件的螺母、螺栓装配作业。

1 系统整体简介

整个装配系统分为三大部分：配件装配系统（图1中的第一子系统）、螺母紧固系统（图1中的第二子系统）和工件固定台。配件装配系统主要实现垫片、弹性挡圈等所有配件的上料和装配，该系统包括上料单元（图1中的第一上料单元）和装配单元（图1中的第一装配单元）。螺母紧固系统的主要功能是螺母上料和螺母紧固，亦可细分为上料单元（图1中的第二上料单元）和装配单元（图1中的第二装配单元）。

各系统单元的结构布局如图1所示。工件固定台位于工作站的中心，各上料单元和装配单元环绕在工件固定台周围。工件则固定于固定台上，固定台随着生产节拍进行转动，将工件运送至当前加工位置。环形的布局使各单元与工件的距离都为最短，这种布局的优势在于缩短各个工位之间的配合行程，从而提高工作站的效率。

2 子系统详细介绍

2.1 配件装配系统介绍

图2展示的是配件装配子系统上料单元。弹性挡圈和垫片等配件通过振动料盘向上输送至圆形的电动滑台。电动滑台可旋转。滑台上方装有三个台面定位架，分别位于滑台圆内接正三角形的顶点处。定位架的功能是精确调整配件位置，使机器人的抓手可以准确地定位至配件位置。当滑台处于稳定状态时，其中两个定位架分别和两个振动料盘的输出端口对接，第三个定位架则和机器人的抓手对接。电动滑台每次旋转120°，刚好使台面定位支架能够按照顺序接受料盘输送的垫片和弹性挡圈，并将配件输送给机器人。

图2 配件装配子系统的上料单元（图1中的第一上料单元）

图3 展示的是SCARA装配机器人。为了配合多种配件的抓取，在机械臂的末端执行器上安装了平行二爪气缸。平行二爪气缸结构简单，适合同时抓取垫片、弹性挡圈等配件，节省了中途调换抓手的时间。

2.2 螺母紧固系统介绍

图4展示的是螺母紧固子系统的结构。电批在气缸的驱动下，可以沿直线模组在上料通道和工件之间平移。直线模组在气缸的驱动下可进行上下移动。其工作流程如下：螺母由振动料盘输送，到达上料通道末端，等待电批取料；直线模组在气缸的驱动下往下运动，直至电批和螺旋上料通道接近；电批的磁性外六角螺母套筒对螺母进行吸附，平行移动至装配工位；最后对螺母进行拧紧作业。

图3 配件装配子系统的装配单元（图1中的第一装配单元）

图4 螺母紧固子系统的整体结构（图1中的第二上料单元和第二装配单元）

3 结束语

本文的设计特点是：追求螺母装配作业的快速、高效率，且设备结构精简、空间占地面积少，使螺母装配生产最大限度的减少生产成本、节约劳动时间。

利用SCARA机器人作为配件的装配设备，可以实现以高频率的节拍完成优质的装配任务。利用环形的工位设计，使多配件的装配作业可以在同一工位完成，而这一功能的实现依赖于旋转型输送平台的设计和可同时抓取多种配件的机器人手抓设计。因此，本文的螺母装配工作站可整合人工的多工位、多配件生产线，进行一次性自动化装配，可大幅度地提高螺母装配的效率。另外，本文的工作站可以适应多尺寸、多工位的产品装配，具有较强的生产柔性。

参考文献：

［1］卫道柱，林巨广.智能型螺母拧紧机的研制［J］.合肥工业大学学报（自然科学版），2003，31（5）：1016-1020.

［2］袁山.SCARA机器人——依然快捷和可靠［J］.机器人技术与应用，2005（5）：31-33.

［3］王健强，程汀.SCARA机器人结构设计及轨迹规划算法［J］.合肥工业大学学报（自然科学版），2008，31（7）：1026-1028.

［4］刘辉，毛璐瑶，陈启愉，等.基于数值模拟技术的SCARA机器人本体设计与优化［J］.机电工程技术，2017（6）：1-6.

［5］李睿，耿璐，程武山.基于机器视觉的螺母定位系统［J］.机床与液压，2013，41（23）：60-64.

［6］杨威锋.梯级轴承及螺母装配专机的研制［J］.机床与液压，2007，35（11）：110-111.

［7］李秋生，孟君，毕文悦，等.膨胀螺栓装配机螺母工位装配装置的设计与仿真［J］.科技创新与应用，2006（7）：24-25.