一种辅助机械手搬运板材的装置

2022-07-22李朋谢超

现代制造技术与装备 2022年5期

李朋谢超

（一汽解放汽车有限公司，长春 130011）

在当今制造业不断发展、自动化生产不断普及的时代，机械手的应用领域广泛，涉及汽车冲压车间、焊装车间以及涂装车间，甚至在一些物流运输线上也可以看到小型机械手在辅助工作[1-3]。它可以减轻人们繁重的体力劳动，改善劳动条件和安全生产，也能够模仿人体上肢的部分功能，对其进行自动控制，使其能够按照预定要求输送制品。机械手在生产效率、稳定产品质量、降低废品率和生产成本以及增强企业的竞争力等方面具有重要作用。

在很多生产场合，原有的机械手设备已无法更好地实现产业优化提出的更高工作要求。更换新的设备带来的高成本和较长的时间周期，导致大多数生产线存在效率低、操作难度大的问题。本文针对此问题设计了一种辅助机械手搬运板材的设备，以解决普通机械手在针对大型板材进行抓取、位姿调整时存在的操作难度大、工作效率低的问题。

1 装置的功能设计分析

1.1 适用对象

该装置适用于汽车车身上大平面的钣金件，其表面具有可抓取的平面。在钣金件自动上料过程中对其进行位置识别和自动抓取，应用在车身钣金件冲压、焊接领域[4]。

1.2 功能分解

该装置主要实现的功能有车身钣金件识别和机械手自动抓取，并辅助钣金件实现位姿调整、自动上料和钣金件输送。在整个工作流程中需要两次抓取钣金件，第一次为机械手从钣金件存放处抓取至辅助翻转台，第二次为机械手从辅助翻转台上将调整好位姿的钣金件抓取到定位台上[5]。从机械手开始抓取到钣金件输送完成，整体时间节拍约束在30 s 之内。装置的动作节拍流程，如图1 所示。

1.3 总体方案说明

根据装置的工艺节拍流程安排，可以将总体方案分解为自动上料过程和输送过程两部分[6]。

1.3.1 自动上料过程

使用机械手抓取钣金件，机械手夹爪设计为8 个吸盘和2 组夹紧杆。首先，机械手端部的工业相机对钣金件位置进行识别，准确到达抓取位置，然后8 个吸盘共同作用将钣金件抓取至空中（机械手抓取正面），且夹爪上的2 组夹紧杆夹紧，以免吸盘松动发生意外。其次，机械手带动夹紧的钣金件运动至辅助翻转台上方，将钣金件放到辅助翻转台的固定台处，待辅助翻转台固定好工件后机械手移开位置，防止与辅助翻转台运动干涉。辅助翻转台在接收到运动指令后，自身推动气缸运动，将固定台连同上面的钣金件推动旋转180°，实现钣金件的位姿调整（正反面调整）。最后，待翻转完成后，机械手再次移动至辅助翻转台位置，抓取并夹紧钣金件（机械手抓取反面），并移动至链式输送线的定位台上。至此，完成钣金件的自动上料过程[7]。

1.3.2 钣金件输送过程

链式输送线的定位台根据钣金件的尺寸形状定制，其上安装有检测有料的传感器。待检测到钣金件放到定位台上后，定位台夹具夹紧钣金件，并输出信号给链条驱动电机。其中，链式输送线包含3 个工位，分别是上料工位、其他设备加工工位和卸料工位[8]。在各个工位处均安装有限位开关。定位台输送过程中，触发该工位的限位开关，即可开始进行该工位的加工流程，直到完成最后的卸料，随后链式输送线复位，将定位台运送至上料工位，等待下一次输送过程，如图2 所示。

2 装置的功能单元设计

2.1 机械手与辅助翻转台总体布局

机械手为常规抓取机械手，抓手部分设计为框架式结构，其上布置8 个吸盘，采用启动吸盘吸附钣金件实现抓取，并在各吸盘之间设置2 组刚性夹爪用来固定钣金件，防止吸盘松动出现安全事故。辅助翻转台安装在机械手侧面，便于与机械手进行动作交互。辅助翻转台的驱动机构采用齿轮齿条式，由驱动气缸推动齿条使得齿轮转动，同时齿轮轴连接在转台上实现翻转台的180°转动[9]。在安装辅助翻转台时，既考虑了机械手的工作回转半径，又兼顾了其自身的回转半径，在保证各个部分运行不干涉的情况下，尽可能减少安装占地面积，节约成本。

2.2 链式输送台说明

该机构主要包括支撑框架、两组同步回转链条、定位台以及传感限位块，如图2 所示。支撑框架为整个链式输送线的连接固定结构。由于该机构较长，其地脚采用8 组脚垫和16 组固定螺栓安装在地面上。同步回转链条分别在两端连接主动轴和从动轴，在链条外沿设有滑动槽，链式输送线用来带动定位台移动，滑动槽用来限制定位台的左右窜动位移。该机构沿运输方向设置有两组横向的连接杆，既起到紧定支撑框架的作用，又可用来安装传感限位块。沿输送方向有序地将整条输送线分为3 个工位，分别是上料工位、加工工位和卸料工位。在工作过程中，定位台位于上料工位等候物料，待检测到物料信号后，链式输送线启动，将物料连同定位台向下一工位输送。在触发加工工位的传感限位块后，由于限位块的阻挡，定位台将停在加工工位，同时链式输送线停止，等待加工完成。加工工位会在加工完成后向传感限位块和链式输送线发送信号，将物料继续运送到卸料工位，触发卸料传感限位块进行卸料。完成卸料后，链式输送线翻转，将定位台移回上料工位，等待下一次输送[10]。