機(jī)械手在汽車零配件生產(chǎn)線上成品分揀中的應(yīng)用

王立凱，楊 娜，剛發(fā)云

（1.沈陽艾博斯特科技有限公司，遼寧 沈陽1100211；2.廊坊廣廈新源石化設(shè)備制造有限公司，河北 廊坊065600）

1 引 言

目前，我國大、中型汽車零配件制造企業(yè)已普遍裝備了工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，對汽車零配件的分類和分揀及安全隱患的監(jiān)測和控制能力顯著增強(qiáng)，有效降低和避免了汽車零配件事故發(fā)生的風(fēng)險。但是，部分制造企業(yè)對于汽車零配件分揀工作實時效率并不高，難以適應(yīng)的發(fā)展需求。因此，在汽車零配件分揀過程中，不能及時采用機(jī)械手進(jìn)行各種零配件的分揀，給汽車零配件制造企業(yè)帶來比較大的負(fù)面影響。而在當(dāng)前的市場環(huán)境下，采用機(jī)械手來輔助零配件生產(chǎn)線上的成品分揀，則非常有利于汽車零配件的成品分揀工作的進(jìn)行。

2 機(jī)械手及汽車零配件的成品分揀概述

2.1 汽車零配件的成品分揀

在當(dāng)前的汽車零配件生產(chǎn)線的成品制造過程中，通常都是使用人力進(jìn)行汽車零配件的分揀工作，相比于機(jī)械手的分揀工作而言，這種分揀方式無疑會在很大程度上額外增加企業(yè)的成本。而隨著工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)和在汽車零配件成品分揀的應(yīng)用，它的優(yōu)越性逐漸體現(xiàn)，它不但能夠精準(zhǔn)地將汽車零配件傳送到相應(yīng)的分揀處，并且全面提高分揀工作的效率，降低工作成本。

2.2 成品分揀中的傳送功能

在汽車零配件制造之后，零配件都會按照一定的流程從倉庫運(yùn)輸出來進(jìn)行必要的分揀，在此過程中基本都是使用皮帶來進(jìn)行傳送，然后在分揀機(jī)械手的內(nèi)置傳感器進(jìn)行成品的各種數(shù)據(jù)的信息采集，在汽車零配件被傳送之后，機(jī)械手則會系統(tǒng)會自動啟動變頻器，讓自身的三相異步電機(jī)開始工作，只有在皮帶上的配件經(jīng)過電感、電容的傳感器時，則汽車零配件的信息會傳輸?shù)綑C(jī)械手系統(tǒng)中，完成汽車零配件傳送工作。

2.3 機(jī)械手的搬運(yùn)功能

在汽車零配件的生產(chǎn)線上，單純的依靠和利用皮帶的傳送功能依然很難保證各種汽車零配件能夠傳送到指定位置，而且，整個汽車零配件的生產(chǎn)數(shù)量巨大，各種分揀工作并不能一次性地完成，必須要利用機(jī)械手來進(jìn)行輔助的成品分揀和搬運(yùn)，這種能力應(yīng)用在整個汽車零配件生產(chǎn)線上成品分揀中，可以極大化地減少人力使用。為此，在機(jī)械手的設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)汽車零配件生產(chǎn)流程進(jìn)行合理設(shè)計，重點保證在傳送帶汽車零配件的精準(zhǔn)傳送和機(jī)械手的信號抓取，從而可以很好地控制機(jī)械手自動下降，將汽車零配件進(jìn)行抓取，完成必要的分揀工作，保證汽車零配件分揀工作有序的進(jìn)行。

3 汽車零配件生產(chǎn)線上成品分揀中機(jī)械手的應(yīng)用

隨著我國汽車零配件生產(chǎn)線上成品分揀信息自動化程度的不斷提高，保證分揀工作的安全運(yùn)行的重要措施即為通過采用各種工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行輔助分揀工作，它的建設(shè)正在被許多汽車零配件制造企業(yè)提上日程，成為制造行業(yè)熱點研究問題。雖然機(jī)械手還不如人手那樣靈活，但是機(jī)械手本身具有重復(fù)工作和勞動、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機(jī)械手被越來越廣泛地應(yīng)用到零配件的成品分揀是趨勢。在此次研究中，本文充分結(jié)合視覺傳感器和西門子PLC 控制2 自由度并聯(lián)機(jī)械手來實現(xiàn)汽車零配件生產(chǎn)線上成品的分揀工作，以實現(xiàn)汽車零配件的成品分揀工作的自動化。

3.1 汽車零配件成品分揀的檢測

在汽車零配件生產(chǎn)線上成品分揀中，關(guān)鍵的一點即為需要機(jī)械手視覺系統(tǒng)，比如，攝像機(jī)、轉(zhuǎn)鼓等，必要首先要做好對汽車零配件成品的圖像獲取、處理和分析、完成分揀工作等。

為此，首先需要先設(shè)定汽車零配件的檢測條件，檢測零配件外觀是否正常；其次，進(jìn)行汽車零配件成品的分揀輸出信號。檢測之后，由機(jī)械手的視覺傳感器控制機(jī)械手臂進(jìn)行分揀；接著，進(jìn)行汽車零配件成品分揀工作的精度控制。對此，主要是采用130 萬像素的高精度視覺并配合高穩(wěn)定度平行背光源來完成汽車零配件成品的檢測；最后，則是汽車零配件的檢測過程，機(jī)械視覺系統(tǒng)將成品發(fā)送到機(jī)械手的控制系統(tǒng)，完成汽車零配件成品分揀數(shù)據(jù)采集，并且將結(jié)果輸出給控制器進(jìn)行分揀。

3.2 汽車零配件成品分揀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)

根據(jù)分析，在汽車零配件成品分揀中采用的機(jī)械手主要是具有兩平動自由度的高速并聯(lián)機(jī)械手機(jī)構(gòu)。該機(jī)械手則由兩條主動和被動支鏈，還有一個動平臺和靜平臺組成。然后進(jìn)行不同的角度與動平臺固聯(lián)，保證兩個使被動支鏈不會同時處于奇異形位，從而能夠可約束動平臺的轉(zhuǎn)動。與此同時，在分揀中采用兩條被動支鏈還可提高機(jī)械手在與其工作平面垂直方向的剛度，以此來全面實現(xiàn)機(jī)構(gòu)在其工作平面內(nèi)的高速運(yùn)動。此外，在汽車零配件成品分揀的中，對于機(jī)械手的可達(dá)工作空間中一般是選取寬為b、高為h、與靜平臺相距H 的矩形區(qū)域。

3.3 汽車零配件成品分揀機(jī)械手電動機(jī)的選擇

在汽車零配件成品生產(chǎn)線上的成品分揀工作中，由于機(jī)械手需要來回的高速運(yùn)動，完成成品的分揀工作，因此必須要做好機(jī)械手的選擇，只有如此才能滿足汽車零配件成品生產(chǎn)線上的成品分揀，所以一般情況下要求汽車零配件成品生產(chǎn)線上的成品分揀機(jī)械手的控制電機(jī)必須具有以下特點：第一，指令信號獲取的快速性。在正常的情況下，由于機(jī)械手工作速度比較高，因此，機(jī)械手的電動機(jī)對于指令的獲取必須要短。只有電機(jī)的響應(yīng)指令信號的時間越短，整個機(jī)械手的靈敏度才能越高，快速響應(yīng)性能才能更好；第二，電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩慣量比大。在汽車零配件成品生產(chǎn)線上的成品分揀工作中，機(jī)械手的在驅(qū)動負(fù)載的情況下電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動慣量小。第三，必須要做好的機(jī)械手控制特性的連續(xù)性和直線性，調(diào)整好整個機(jī)械手的控制信號；第四，保證做好機(jī)械手電機(jī)的調(diào)速范圍寬，并且需要做好機(jī)械手電機(jī)各種運(yùn)行條件的保障，讓這些條件能經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行，并能在短時間內(nèi)承受過載。

此外，在當(dāng)前的汽車零配件成品生產(chǎn)線上的成品分揀工作中，由于高起動轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的交、直流伺服電動機(jī)在生產(chǎn)線成品分揀工作中得到廣泛應(yīng)用，按照相關(guān)的資料來看，這種電機(jī)一般負(fù)載1000N，并且多數(shù)的機(jī)械手采用是AC 伺服電動機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)和DC 伺服電動機(jī)。對于此次研究的汽車零配件成品生產(chǎn)線上的成品分揀，則主要是采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。根據(jù)分析，這種電機(jī)又稱脈沖電動機(jī)，其工作的原理主要是采用變磁阻原理產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，將數(shù)字的電脈沖輸入轉(zhuǎn)換為模擬的輸出軸運(yùn)動。這種電機(jī)在工作中能夠為機(jī)械手提供較大的轉(zhuǎn)矩和換向及大范圍的調(diào)速，因此，對于汽車零配件成品生產(chǎn)線上的成品分揀機(jī)械手選用步進(jìn)電動機(jī)作為伺服電動機(jī)。

3.4 汽車零配件成品分揀機(jī)械手的PLC 控制分析

根據(jù)分析，西門子S7-200PLC 具有體積小、速度快、通信能力強(qiáng)、可靠性高、功能全面等優(yōu)點。這種plc 對于各個行業(yè)的適應(yīng)能力比較強(qiáng)，尤其是在一些成品的分揀、檢測及控制等過程中。為此，本文對于汽配件成品的分揀則主要選用兩個西門子S7-200PLC 來控制機(jī)械手的步進(jìn)電動機(jī)。在具體的實踐中，首先假設(shè)汽車零配件的成品從靜止位置PO向傳送帶移動，移動至P1 后向下抓取合格的產(chǎn)品后迅速移動到P1，然后，水平移動經(jīng)過P1,PO,P1，放下產(chǎn)品，再回到PO 位置的單次過程。其次，采用MSC.ADAMS 仿真軟件進(jìn)行汽車零配件成品分揀的運(yùn)動學(xué)逆解，得到運(yùn)動曲線圖，解析出整個汽車零配件機(jī)械手成品分揀的曲線，輸入到機(jī)械手中。而對于一些不合格的汽車零配件的成品，則還需要人工結(jié)合觸摸屏來進(jìn)行控制或者顯示產(chǎn)品等，讓整個成品的分揀工作更方便，結(jié)果更 直觀。

4 總 結(jié)

綜上所述，由于當(dāng)前社會的迅速發(fā)展，汽車零配件制造企業(yè)為了適應(yīng)當(dāng)今市場的競爭情況，必須利用自動化系統(tǒng)進(jìn)行零配件的成品分揀工作，而將機(jī)械手在汽車零配件生產(chǎn)線上成品分揀中推廣并應(yīng)用，無疑是比較可選的路徑之一，這種機(jī)械手的應(yīng)用不僅能夠有效減少人工成本，而且可以更好地提升零配件分揀工作的效率。因此，作為大、中型汽車零配件制造企業(yè)的管理者，必須要重視工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，對汽車零配件的分類和分揀帶來的巨大幫助，及時的更新人工智能制造領(lǐng)域的認(rèn)識，立足自身的需求，引進(jìn)一些必要的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，保證精準(zhǔn)識別汽車零配件分揀的各項參數(shù)，全面提高汽車零配件的分揀工作效率。