摩托車(chē)包裝箱堆垛系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

摘 要：文章通過(guò)實(shí)例探討了摩托車(chē)包裝箱堆垛問(wèn)題的解決方案，并做了基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)描述。這個(gè)方案已在江門(mén)豪爵摩托車(chē)有限公司應(yīng)用，取得較為滿(mǎn)意的效果。希望通過(guò)對(duì)這套方案的分析與探討，能對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)起到參考作用。

關(guān)鍵詞：堆垛；機(jī)械手；程序控制；編碼系統(tǒng)

引言

在摩托車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中，由于包裝箱體積較大也較重，搬運(yùn)和儲(chǔ)存問(wèn)題尤為突出。通常摩托車(chē)成品用紙箱包裝，包裝箱最重可達(dá)150kg。在產(chǎn)品存放期間，由于堆垛方式不正確，導(dǎo)致產(chǎn)品被壓壞或使包裝箱變形的情況時(shí)有發(fā)生。為此，針對(duì)產(chǎn)品特點(diǎn)，制定了三種不同的堆垛方式，如圖1所示。（注：文章實(shí)例為江門(mén)豪爵摩托車(chē)有限公司的產(chǎn)品）

1 堆垛系統(tǒng)的方案制定

當(dāng)產(chǎn)品打包下線后，需要用機(jī)械手將包裝箱從裝配線上搬到“底托”上，并按圖1中的其中一種方式堆垛。“底托”上堆滿(mǎn)后，用叉車(chē)運(yùn)到庫(kù)房。

2 機(jī)械手的布局與設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)架

由7根立柱和一個(gè)平臺(tái)構(gòu)成。平臺(tái)高度要滿(mǎn)足夾臂在堆三層時(shí)有足夠的上升空間，平臺(tái)長(zhǎng)和寬要能使旋轉(zhuǎn)平臺(tái)有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)空間。立柱布局，一面三個(gè)，另一面四個(gè)。分別滿(mǎn)足叉車(chē)進(jìn)出和線體的沿伸。為使機(jī)架在設(shè)備運(yùn)行時(shí)保持穩(wěn)固，立柱上均設(shè)計(jì)有斜梁。平臺(tái)周邊裝有防護(hù)欄確保維修人員的安全。

2.2 平移小車(chē)

平移小車(chē)沿導(dǎo)軌在平臺(tái)上左右移動(dòng)，它承載著夾臂和包裝箱的全部重量。小車(chē)的移動(dòng)靠電機(jī)和同步帶的牽引。為防止小車(chē)脫軌，小車(chē)底部有防翻機(jī)構(gòu)，導(dǎo)軌端部設(shè)有限位裝置，防止小車(chē)過(guò)沖。

2.3 夾臂部分

夾臂部分結(jié)構(gòu)如圖3所示。這部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它有四個(gè)動(dòng)作，分別敘述如下：

（1）升降運(yùn)動(dòng)。小車(chē)上的減速電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪帶動(dòng)齒條及導(dǎo)桿上下移動(dòng)，導(dǎo)桿兩側(cè)裝有直線滑軌為其導(dǎo)向。減速機(jī)選用蝸輪蝸桿型式，具有自鎖功能，它能保證在斷電時(shí)產(chǎn)品不致掉落。

（2）開(kāi)合動(dòng)作。如圖3所示，兩只夾臂開(kāi)合由一支氣缸完成。由于包裝箱是紙箱，不能夾得太緊，主要重量還是靠下面的鉤板承受。因包裝箱是停在兩夾臂的中心位置，要求兩個(gè)夾臂必須同步移動(dòng)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作采用同步機(jī)構(gòu)。

（3）包裝箱翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。包裝箱在滾筒線上是豎立狀態(tài)，如果堆垛時(shí)需要平放，則必須繞水平軸線翻轉(zhuǎn)90°。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖4所示。動(dòng)作過(guò)程如下：氣缸推動(dòng)齒條，齒條推動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪與夾板固連。夾板和包裝箱一起轉(zhuǎn)動(dòng)。為防止包裝箱轉(zhuǎn)過(guò)90°后掉落，夾板一側(cè)有鉤板鉤住箱子。

（4）向兩側(cè)平移到“旋轉(zhuǎn)平臺(tái)”上部。如圖2所示，夾臂隨小車(chē)一起移動(dòng)，每次移動(dòng)的距離不同。對(duì)于每一種產(chǎn)品、每一種堆垛方式、每一個(gè)堆垛步驟，夾臂所停位置必須準(zhǔn)確，這些在控制程序中已經(jīng)設(shè)定好了。通過(guò)編碼器系統(tǒng)確定小車(chē)移動(dòng)的距離。一般情況下能把位置精度控制在1～2mm范圍內(nèi)。3 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)左右各一個(gè)，交替使用

其結(jié)構(gòu)如圖5所示。上面為正方形，用于放置“底托”，四個(gè)角有限位塊，以保證“底托”能準(zhǔn)確定位。下面是轉(zhuǎn)軸、摩擦輪和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。

設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮平臺(tái)上堆滿(mǎn)包裝箱時(shí)，平臺(tái)很重、慣性很大、起動(dòng)困難、停止時(shí)有很大沖擊力導(dǎo)致剎車(chē)?yán)щy。這種沖擊常會(huì)把傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零件損壞。這是一個(gè)難度較大的技術(shù)問(wèn)題。問(wèn)題1，轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)該采取何種方式呢？過(guò)去轉(zhuǎn)盤(pán)常用鏈條、齒輪和同步帶等傳動(dòng)，鏈條和同步帶常會(huì)斷裂，齒輪也容易斷齒。通過(guò)分析比較，選擇了摩擦輪傳動(dòng)方式。具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3.2 平臺(tái)下面是一個(gè)圓盤(pán)，周邊與摩擦輪接觸

摩擦輪用聚氨酯材料制作，有一定硬度和耐磨性。摩擦輪直接裝在減速機(jī)輸出軸上。為了保證摩擦輪對(duì)圓盤(pán)有足夠的正壓力，減速機(jī)裝在可以擺動(dòng)的架子上，用彈簧提供拉力，使摩擦輪壓緊圓盤(pán)。同時(shí)，在轉(zhuǎn)盤(pán)基座上設(shè)置了限位裝置以細(xì)調(diào)轉(zhuǎn)角，安裝油壓緩沖器以吸收能量。

這種傳動(dòng)方式，很好的解決了轉(zhuǎn)盤(pán)的沖擊問(wèn)題，使設(shè)備能平穩(wěn)的起停，安全可靠，且無(wú)噪聲。

4 滾筒線

4.1 由于機(jī)械手每次都會(huì)停在這段滾筒線中心位置，要求不管箱子大小如何變化，必須在X和Y兩個(gè)方向居中，如圖6所示。在Y方向只要在線體兩邊增加導(dǎo)向，迫使箱子移動(dòng)到線體中間即可。在X方向定位頗有難度。問(wèn)題2：如何使長(zhǎng)度不同的箱子，中心（1/2長(zhǎng)度處）始終與夾臂中心對(duì)齊。

如果在線體末端裝阻擋顯然不行，因?yàn)樽钃跗鞯奈恢帽仨氹S箱子長(zhǎng)度變化而改變，操作很不方便。為此，設(shè)計(jì)了一套計(jì)長(zhǎng)裝置，如圖6所示。該裝置能自動(dòng)測(cè)量箱子長(zhǎng)度，并能控制箱子中心到達(dá)夾臂中心點(diǎn)時(shí)立刻停止。

4.2 計(jì)長(zhǎng)裝置的工作原理如下

（1）如圖6所示，包裝箱從線體左端進(jìn)入，在線體入口處安裝1號(hào)光電開(kāi)關(guān)，在夾臂中心位置安裝2號(hào)光電開(kāi)關(guān)。兩套光電開(kāi)關(guān)和線體減速機(jī)上安裝的編碼器等組成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。（2）當(dāng)箱子通過(guò)1號(hào)光電時(shí)，箱子頭、尾各取一個(gè)信號(hào)。通過(guò)這兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)就能計(jì)算出箱子長(zhǎng)度，這個(gè)數(shù)據(jù)被暫存。（3）當(dāng)箱子前端通過(guò)2號(hào)光電時(shí)，又記下第三個(gè)時(shí)間點(diǎn)，從此點(diǎn)開(kāi)始，只要再往前走箱子長(zhǎng)度的一半線體就停止。（4）在箱子通過(guò)2號(hào)光電開(kāi)關(guān)之前，系統(tǒng)已把箱子長(zhǎng)度換算成減速機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)。

4.3 這里敘述一下編碼器計(jì)數(shù)原理

在這段線體的減速機(jī)軸端裝有一圓盤(pán)形感應(yīng)片，圓盤(pán)外圈有二十個(gè)均勻分布的鋸齒缺口，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，U型光電感應(yīng)器就會(huì)發(fā)生一個(gè)脈沖。每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)線體上包裝箱走過(guò)的一段距離。圓盤(pán)上鋸齒越密，即圓周被等分得越細(xì)，計(jì)長(zhǎng)精度就越高。因此，通過(guò)光盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)及齒數(shù)就能計(jì)算出箱子在線體上走過(guò)的距離。反之，知道箱子需要移動(dòng)的距離，也就能計(jì)算出圓盤(pán)要轉(zhuǎn)的圈數(shù)和齒數(shù)。這一系統(tǒng)可精確地控制箱子位置，很好地滿(mǎn)足了對(duì)箱子的定位要求。

4.4 滾筒線第三個(gè)功能，把箱子頂起

5 結(jié)束語(yǔ)

分析這套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除了普通的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式以外，它的突出特點(diǎn)是巧妙地利用了轉(zhuǎn)盤(pán)摩擦傳動(dòng)和數(shù)碼計(jì)長(zhǎng)技術(shù)，能很好地適應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格的頻繁變化，具有一定的先進(jìn)性和實(shí)用性。從實(shí)際運(yùn)用的情況看，這套堆垛系統(tǒng)圓滿(mǎn)地解決了摩托車(chē)包裝箱的堆垛問(wèn)題。不僅堆垛速度可與流水線同步，而且還能連續(xù)作業(yè)。通過(guò)兩年的應(yīng)用，已經(jīng)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。過(guò)去，堆垛工序需要四個(gè)強(qiáng)壯勞力，現(xiàn)在無(wú)需人工操作，全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。不僅節(jié)約了勞動(dòng)成本，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，也提高了該企業(yè)自動(dòng)化的整體水平。希望通過(guò)長(zhǎng)期使用，不斷改進(jìn)，使這套技術(shù)日臻完善。也希望這套技術(shù)能對(duì)其它產(chǎn)品堆垛問(wèn)題的解決有所裨益。

作者簡(jiǎn)介：張渭濤（1958，2-），男，漢族，原籍：陜西省寶雞縣，本科，工程師，現(xiàn)從事自動(dòng)化設(shè)備的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)工作。

摘 要：文章通過(guò)實(shí)例探討了摩托車(chē)包裝箱堆垛問(wèn)題的解決方案，并做了基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)描述。這個(gè)方案已在江門(mén)豪爵摩托車(chē)有限公司應(yīng)用，取得較為滿(mǎn)意的效果。希望通過(guò)對(duì)這套方案的分析與探討，能對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)起到參考作用。

關(guān)鍵詞：堆垛；機(jī)械手；程序控制；編碼系統(tǒng)

引言

在摩托車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中，由于包裝箱體積較大也較重，搬運(yùn)和儲(chǔ)存問(wèn)題尤為突出。通常摩托車(chē)成品用紙箱包裝，包裝箱最重可達(dá)150kg。在產(chǎn)品存放期間，由于堆垛方式不正確，導(dǎo)致產(chǎn)品被壓壞或使包裝箱變形的情況時(shí)有發(fā)生。為此，針對(duì)產(chǎn)品特點(diǎn)，制定了三種不同的堆垛方式，如圖1所示。（注：文章實(shí)例為江門(mén)豪爵摩托車(chē)有限公司的產(chǎn)品）

1 堆垛系統(tǒng)的方案制定

當(dāng)產(chǎn)品打包下線后，需要用機(jī)械手將包裝箱從裝配線上搬到“底托”上，并按圖1中的其中一種方式堆垛。“底托”上堆滿(mǎn)后，用叉車(chē)運(yùn)到庫(kù)房。

2 機(jī)械手的布局與設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)架

由7根立柱和一個(gè)平臺(tái)構(gòu)成。平臺(tái)高度要滿(mǎn)足夾臂在堆三層時(shí)有足夠的上升空間，平臺(tái)長(zhǎng)和寬要能使旋轉(zhuǎn)平臺(tái)有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)空間。立柱布局，一面三個(gè)，另一面四個(gè)。分別滿(mǎn)足叉車(chē)進(jìn)出和線體的沿伸。為使機(jī)架在設(shè)備運(yùn)行時(shí)保持穩(wěn)固，立柱上均設(shè)計(jì)有斜梁。平臺(tái)周邊裝有防護(hù)欄確保維修人員的安全。

2.2 平移小車(chē)

平移小車(chē)沿導(dǎo)軌在平臺(tái)上左右移動(dòng)，它承載著夾臂和包裝箱的全部重量。小車(chē)的移動(dòng)靠電機(jī)和同步帶的牽引。為防止小車(chē)脫軌，小車(chē)底部有防翻機(jī)構(gòu)，導(dǎo)軌端部設(shè)有限位裝置，防止小車(chē)過(guò)沖。

2.3 夾臂部分

夾臂部分結(jié)構(gòu)如圖3所示。這部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它有四個(gè)動(dòng)作，分別敘述如下：

（1）升降運(yùn)動(dòng)。小車(chē)上的減速電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪帶動(dòng)齒條及導(dǎo)桿上下移動(dòng)，導(dǎo)桿兩側(cè)裝有直線滑軌為其導(dǎo)向。減速機(jī)選用蝸輪蝸桿型式，具有自鎖功能，它能保證在斷電時(shí)產(chǎn)品不致掉落。

（2）開(kāi)合動(dòng)作。如圖3所示，兩只夾臂開(kāi)合由一支氣缸完成。由于包裝箱是紙箱，不能夾得太緊，主要重量還是靠下面的鉤板承受。因包裝箱是停在兩夾臂的中心位置，要求兩個(gè)夾臂必須同步移動(dòng)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作采用同步機(jī)構(gòu)。

（3）包裝箱翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。包裝箱在滾筒線上是豎立狀態(tài)，如果堆垛時(shí)需要平放，則必須繞水平軸線翻轉(zhuǎn)90°。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖4所示。動(dòng)作過(guò)程如下：氣缸推動(dòng)齒條，齒條推動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪與夾板固連。夾板和包裝箱一起轉(zhuǎn)動(dòng)。為防止包裝箱轉(zhuǎn)過(guò)90°后掉落，夾板一側(cè)有鉤板鉤住箱子。

（4）向兩側(cè)平移到“旋轉(zhuǎn)平臺(tái)”上部。如圖2所示，夾臂隨小車(chē)一起移動(dòng)，每次移動(dòng)的距離不同。對(duì)于每一種產(chǎn)品、每一種堆垛方式、每一個(gè)堆垛步驟，夾臂所停位置必須準(zhǔn)確，這些在控制程序中已經(jīng)設(shè)定好了。通過(guò)編碼器系統(tǒng)確定小車(chē)移動(dòng)的距離。一般情況下能把位置精度控制在1～2mm范圍內(nèi)。3 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)左右各一個(gè)，交替使用

其結(jié)構(gòu)如圖5所示。上面為正方形，用于放置“底托”，四個(gè)角有限位塊，以保證“底托”能準(zhǔn)確定位。下面是轉(zhuǎn)軸、摩擦輪和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。

設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮平臺(tái)上堆滿(mǎn)包裝箱時(shí)，平臺(tái)很重、慣性很大、起動(dòng)困難、停止時(shí)有很大沖擊力導(dǎo)致剎車(chē)?yán)щy。這種沖擊常會(huì)把傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零件損壞。這是一個(gè)難度較大的技術(shù)問(wèn)題。問(wèn)題1，轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)該采取何種方式呢？過(guò)去轉(zhuǎn)盤(pán)常用鏈條、齒輪和同步帶等傳動(dòng)，鏈條和同步帶常會(huì)斷裂，齒輪也容易斷齒。通過(guò)分析比較，選擇了摩擦輪傳動(dòng)方式。具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3.2 平臺(tái)下面是一個(gè)圓盤(pán)，周邊與摩擦輪接觸

摩擦輪用聚氨酯材料制作，有一定硬度和耐磨性。摩擦輪直接裝在減速機(jī)輸出軸上。為了保證摩擦輪對(duì)圓盤(pán)有足夠的正壓力，減速機(jī)裝在可以擺動(dòng)的架子上，用彈簧提供拉力，使摩擦輪壓緊圓盤(pán)。同時(shí)，在轉(zhuǎn)盤(pán)基座上設(shè)置了限位裝置以細(xì)調(diào)轉(zhuǎn)角，安裝油壓緩沖器以吸收能量。

這種傳動(dòng)方式，很好的解決了轉(zhuǎn)盤(pán)的沖擊問(wèn)題，使設(shè)備能平穩(wěn)的起停，安全可靠，且無(wú)噪聲。

4 滾筒線

4.1 由于機(jī)械手每次都會(huì)停在這段滾筒線中心位置，要求不管箱子大小如何變化，必須在X和Y兩個(gè)方向居中，如圖6所示。在Y方向只要在線體兩邊增加導(dǎo)向，迫使箱子移動(dòng)到線體中間即可。在X方向定位頗有難度。問(wèn)題2：如何使長(zhǎng)度不同的箱子，中心（1/2長(zhǎng)度處）始終與夾臂中心對(duì)齊。

如果在線體末端裝阻擋顯然不行，因?yàn)樽钃跗鞯奈恢帽仨氹S箱子長(zhǎng)度變化而改變，操作很不方便。為此，設(shè)計(jì)了一套計(jì)長(zhǎng)裝置，如圖6所示。該裝置能自動(dòng)測(cè)量箱子長(zhǎng)度，并能控制箱子中心到達(dá)夾臂中心點(diǎn)時(shí)立刻停止。

4.2 計(jì)長(zhǎng)裝置的工作原理如下

（1）如圖6所示，包裝箱從線體左端進(jìn)入，在線體入口處安裝1號(hào)光電開(kāi)關(guān)，在夾臂中心位置安裝2號(hào)光電開(kāi)關(guān)。兩套光電開(kāi)關(guān)和線體減速機(jī)上安裝的編碼器等組成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。（2）當(dāng)箱子通過(guò)1號(hào)光電時(shí)，箱子頭、尾各取一個(gè)信號(hào)。通過(guò)這兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)就能計(jì)算出箱子長(zhǎng)度，這個(gè)數(shù)據(jù)被暫存。（3）當(dāng)箱子前端通過(guò)2號(hào)光電時(shí)，又記下第三個(gè)時(shí)間點(diǎn)，從此點(diǎn)開(kāi)始，只要再往前走箱子長(zhǎng)度的一半線體就停止。（4）在箱子通過(guò)2號(hào)光電開(kāi)關(guān)之前，系統(tǒng)已把箱子長(zhǎng)度換算成減速機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)。

4.3 這里敘述一下編碼器計(jì)數(shù)原理

在這段線體的減速機(jī)軸端裝有一圓盤(pán)形感應(yīng)片，圓盤(pán)外圈有二十個(gè)均勻分布的鋸齒缺口，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，U型光電感應(yīng)器就會(huì)發(fā)生一個(gè)脈沖。每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)線體上包裝箱走過(guò)的一段距離。圓盤(pán)上鋸齒越密，即圓周被等分得越細(xì)，計(jì)長(zhǎng)精度就越高。因此，通過(guò)光盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)及齒數(shù)就能計(jì)算出箱子在線體上走過(guò)的距離。反之，知道箱子需要移動(dòng)的距離，也就能計(jì)算出圓盤(pán)要轉(zhuǎn)的圈數(shù)和齒數(shù)。這一系統(tǒng)可精確地控制箱子位置，很好地滿(mǎn)足了對(duì)箱子的定位要求。

4.4 滾筒線第三個(gè)功能，把箱子頂起

5 結(jié)束語(yǔ)

分析這套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除了普通的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式以外，它的突出特點(diǎn)是巧妙地利用了轉(zhuǎn)盤(pán)摩擦傳動(dòng)和數(shù)碼計(jì)長(zhǎng)技術(shù)，能很好地適應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格的頻繁變化，具有一定的先進(jìn)性和實(shí)用性。從實(shí)際運(yùn)用的情況看，這套堆垛系統(tǒng)圓滿(mǎn)地解決了摩托車(chē)包裝箱的堆垛問(wèn)題。不僅堆垛速度可與流水線同步，而且還能連續(xù)作業(yè)。通過(guò)兩年的應(yīng)用，已經(jīng)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。過(guò)去，堆垛工序需要四個(gè)強(qiáng)壯勞力，現(xiàn)在無(wú)需人工操作，全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。不僅節(jié)約了勞動(dòng)成本，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，也提高了該企業(yè)自動(dòng)化的整體水平。希望通過(guò)長(zhǎng)期使用，不斷改進(jìn)，使這套技術(shù)日臻完善。也希望這套技術(shù)能對(duì)其它產(chǎn)品堆垛問(wèn)題的解決有所裨益。

作者簡(jiǎn)介：張渭濤（1958，2-），男，漢族，原籍：陜西省寶雞縣，本科，工程師，現(xiàn)從事自動(dòng)化設(shè)備的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)工作。

摘 要：文章通過(guò)實(shí)例探討了摩托車(chē)包裝箱堆垛問(wèn)題的解決方案，并做了基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)描述。這個(gè)方案已在江門(mén)豪爵摩托車(chē)有限公司應(yīng)用，取得較為滿(mǎn)意的效果。希望通過(guò)對(duì)這套方案的分析與探討，能對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)起到參考作用。

關(guān)鍵詞：堆垛；機(jī)械手；程序控制；編碼系統(tǒng)

引言

在摩托車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中，由于包裝箱體積較大也較重，搬運(yùn)和儲(chǔ)存問(wèn)題尤為突出。通常摩托車(chē)成品用紙箱包裝，包裝箱最重可達(dá)150kg。在產(chǎn)品存放期間，由于堆垛方式不正確，導(dǎo)致產(chǎn)品被壓壞或使包裝箱變形的情況時(shí)有發(fā)生。為此，針對(duì)產(chǎn)品特點(diǎn)，制定了三種不同的堆垛方式，如圖1所示。（注：文章實(shí)例為江門(mén)豪爵摩托車(chē)有限公司的產(chǎn)品）

1 堆垛系統(tǒng)的方案制定

當(dāng)產(chǎn)品打包下線后，需要用機(jī)械手將包裝箱從裝配線上搬到“底托”上，并按圖1中的其中一種方式堆垛。“底托”上堆滿(mǎn)后，用叉車(chē)運(yùn)到庫(kù)房。

2 機(jī)械手的布局與設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)架

由7根立柱和一個(gè)平臺(tái)構(gòu)成。平臺(tái)高度要滿(mǎn)足夾臂在堆三層時(shí)有足夠的上升空間，平臺(tái)長(zhǎng)和寬要能使旋轉(zhuǎn)平臺(tái)有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)空間。立柱布局，一面三個(gè)，另一面四個(gè)。分別滿(mǎn)足叉車(chē)進(jìn)出和線體的沿伸。為使機(jī)架在設(shè)備運(yùn)行時(shí)保持穩(wěn)固，立柱上均設(shè)計(jì)有斜梁。平臺(tái)周邊裝有防護(hù)欄確保維修人員的安全。

2.2 平移小車(chē)

平移小車(chē)沿導(dǎo)軌在平臺(tái)上左右移動(dòng)，它承載著夾臂和包裝箱的全部重量。小車(chē)的移動(dòng)靠電機(jī)和同步帶的牽引。為防止小車(chē)脫軌，小車(chē)底部有防翻機(jī)構(gòu)，導(dǎo)軌端部設(shè)有限位裝置，防止小車(chē)過(guò)沖。

2.3 夾臂部分

夾臂部分結(jié)構(gòu)如圖3所示。這部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它有四個(gè)動(dòng)作，分別敘述如下：

（1）升降運(yùn)動(dòng)。小車(chē)上的減速電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪帶動(dòng)齒條及導(dǎo)桿上下移動(dòng)，導(dǎo)桿兩側(cè)裝有直線滑軌為其導(dǎo)向。減速機(jī)選用蝸輪蝸桿型式，具有自鎖功能，它能保證在斷電時(shí)產(chǎn)品不致掉落。

（2）開(kāi)合動(dòng)作。如圖3所示，兩只夾臂開(kāi)合由一支氣缸完成。由于包裝箱是紙箱，不能夾得太緊，主要重量還是靠下面的鉤板承受。因包裝箱是停在兩夾臂的中心位置，要求兩個(gè)夾臂必須同步移動(dòng)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作采用同步機(jī)構(gòu)。

（3）包裝箱翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。包裝箱在滾筒線上是豎立狀態(tài)，如果堆垛時(shí)需要平放，則必須繞水平軸線翻轉(zhuǎn)90°。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖4所示。動(dòng)作過(guò)程如下：氣缸推動(dòng)齒條，齒條推動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪與夾板固連。夾板和包裝箱一起轉(zhuǎn)動(dòng)。為防止包裝箱轉(zhuǎn)過(guò)90°后掉落，夾板一側(cè)有鉤板鉤住箱子。

（4）向兩側(cè)平移到“旋轉(zhuǎn)平臺(tái)”上部。如圖2所示，夾臂隨小車(chē)一起移動(dòng)，每次移動(dòng)的距離不同。對(duì)于每一種產(chǎn)品、每一種堆垛方式、每一個(gè)堆垛步驟，夾臂所停位置必須準(zhǔn)確，這些在控制程序中已經(jīng)設(shè)定好了。通過(guò)編碼器系統(tǒng)確定小車(chē)移動(dòng)的距離。一般情況下能把位置精度控制在1～2mm范圍內(nèi)。3 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)左右各一個(gè)，交替使用

其結(jié)構(gòu)如圖5所示。上面為正方形，用于放置“底托”，四個(gè)角有限位塊，以保證“底托”能準(zhǔn)確定位。下面是轉(zhuǎn)軸、摩擦輪和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。

設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮平臺(tái)上堆滿(mǎn)包裝箱時(shí)，平臺(tái)很重、慣性很大、起動(dòng)困難、停止時(shí)有很大沖擊力導(dǎo)致剎車(chē)?yán)щy。這種沖擊常會(huì)把傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零件損壞。這是一個(gè)難度較大的技術(shù)問(wèn)題。問(wèn)題1，轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)該采取何種方式呢？過(guò)去轉(zhuǎn)盤(pán)常用鏈條、齒輪和同步帶等傳動(dòng)，鏈條和同步帶常會(huì)斷裂，齒輪也容易斷齒。通過(guò)分析比較，選擇了摩擦輪傳動(dòng)方式。具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3.2 平臺(tái)下面是一個(gè)圓盤(pán)，周邊與摩擦輪接觸

摩擦輪用聚氨酯材料制作，有一定硬度和耐磨性。摩擦輪直接裝在減速機(jī)輸出軸上。為了保證摩擦輪對(duì)圓盤(pán)有足夠的正壓力，減速機(jī)裝在可以擺動(dòng)的架子上，用彈簧提供拉力，使摩擦輪壓緊圓盤(pán)。同時(shí)，在轉(zhuǎn)盤(pán)基座上設(shè)置了限位裝置以細(xì)調(diào)轉(zhuǎn)角，安裝油壓緩沖器以吸收能量。

這種傳動(dòng)方式，很好的解決了轉(zhuǎn)盤(pán)的沖擊問(wèn)題，使設(shè)備能平穩(wěn)的起停，安全可靠，且無(wú)噪聲。

4 滾筒線

4.1 由于機(jī)械手每次都會(huì)停在這段滾筒線中心位置，要求不管箱子大小如何變化，必須在X和Y兩個(gè)方向居中，如圖6所示。在Y方向只要在線體兩邊增加導(dǎo)向，迫使箱子移動(dòng)到線體中間即可。在X方向定位頗有難度。問(wèn)題2：如何使長(zhǎng)度不同的箱子，中心（1/2長(zhǎng)度處）始終與夾臂中心對(duì)齊。

如果在線體末端裝阻擋顯然不行，因?yàn)樽钃跗鞯奈恢帽仨氹S箱子長(zhǎng)度變化而改變，操作很不方便。為此，設(shè)計(jì)了一套計(jì)長(zhǎng)裝置，如圖6所示。該裝置能自動(dòng)測(cè)量箱子長(zhǎng)度，并能控制箱子中心到達(dá)夾臂中心點(diǎn)時(shí)立刻停止。

4.2 計(jì)長(zhǎng)裝置的工作原理如下

（1）如圖6所示，包裝箱從線體左端進(jìn)入，在線體入口處安裝1號(hào)光電開(kāi)關(guān)，在夾臂中心位置安裝2號(hào)光電開(kāi)關(guān)。兩套光電開(kāi)關(guān)和線體減速機(jī)上安裝的編碼器等組成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。（2）當(dāng)箱子通過(guò)1號(hào)光電時(shí)，箱子頭、尾各取一個(gè)信號(hào)。通過(guò)這兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)就能計(jì)算出箱子長(zhǎng)度，這個(gè)數(shù)據(jù)被暫存。（3）當(dāng)箱子前端通過(guò)2號(hào)光電時(shí)，又記下第三個(gè)時(shí)間點(diǎn)，從此點(diǎn)開(kāi)始，只要再往前走箱子長(zhǎng)度的一半線體就停止。（4）在箱子通過(guò)2號(hào)光電開(kāi)關(guān)之前，系統(tǒng)已把箱子長(zhǎng)度換算成減速機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)。

4.3 這里敘述一下編碼器計(jì)數(shù)原理

在這段線體的減速機(jī)軸端裝有一圓盤(pán)形感應(yīng)片，圓盤(pán)外圈有二十個(gè)均勻分布的鋸齒缺口，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，U型光電感應(yīng)器就會(huì)發(fā)生一個(gè)脈沖。每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)線體上包裝箱走過(guò)的一段距離。圓盤(pán)上鋸齒越密，即圓周被等分得越細(xì)，計(jì)長(zhǎng)精度就越高。因此，通過(guò)光盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)及齒數(shù)就能計(jì)算出箱子在線體上走過(guò)的距離。反之，知道箱子需要移動(dòng)的距離，也就能計(jì)算出圓盤(pán)要轉(zhuǎn)的圈數(shù)和齒數(shù)。這一系統(tǒng)可精確地控制箱子位置，很好地滿(mǎn)足了對(duì)箱子的定位要求。

4.4 滾筒線第三個(gè)功能，把箱子頂起

5 結(jié)束語(yǔ)

分析這套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除了普通的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式以外，它的突出特點(diǎn)是巧妙地利用了轉(zhuǎn)盤(pán)摩擦傳動(dòng)和數(shù)碼計(jì)長(zhǎng)技術(shù)，能很好地適應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格的頻繁變化，具有一定的先進(jìn)性和實(shí)用性。從實(shí)際運(yùn)用的情況看，這套堆垛系統(tǒng)圓滿(mǎn)地解決了摩托車(chē)包裝箱的堆垛問(wèn)題。不僅堆垛速度可與流水線同步，而且還能連續(xù)作業(yè)。通過(guò)兩年的應(yīng)用，已經(jīng)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。過(guò)去，堆垛工序需要四個(gè)強(qiáng)壯勞力，現(xiàn)在無(wú)需人工操作，全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。不僅節(jié)約了勞動(dòng)成本，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，也提高了該企業(yè)自動(dòng)化的整體水平。希望通過(guò)長(zhǎng)期使用，不斷改進(jìn)，使這套技術(shù)日臻完善。也希望這套技術(shù)能對(duì)其它產(chǎn)品堆垛問(wèn)題的解決有所裨益。

作者簡(jiǎn)介：張渭濤（1958，2-），男，漢族，原籍：陜西省寶雞縣，本科，工程師，現(xiàn)從事自動(dòng)化設(shè)備的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)工作。