機械手在汽車零配件生產線上成品分揀中的應用

王立凱，楊 娜，剛發云

（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已普遍裝備了工業機器人系統，對汽車零配件的分類和分揀及安全隱患的監測和控制能力顯著增強，有效降低和避免了汽車零配件事故發生的風險。但是，部分制造企業對于汽車零配件分揀工作實時效率并不高，難以適應的發展需求。因此，在汽車零配件分揀過程中，不能及時采用機械手進行各種零配件的分揀，給汽車零配件制造企業帶來比較大的負面影響。而在當前的市場環境下，采用機械手來輔助零配件生產線上的成品分揀，則非常有利于汽車零配件的成品分揀工作的進行。

2 機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

在當前的汽車零配件生產線的成品制造過程中，通常都是使用人力進行汽車零配件的分揀工作，相比于機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的成本。而隨著工業機器人的出現和在汽車零配件成品分揀的應用，它的優越性逐漸體現，它不但能夠精準地將汽車零配件傳送到相應的分揀處，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輸出來進行必要的分揀，在此過程中基本都是使用皮帶來進行傳送，然后在分揀機械手的內置傳感器進行成品的各種數據的信息采集，在汽車零配件被傳送之后，機械手則會系統會自動啟動變頻器，讓自身的三相異步電機開始工作，只有在皮帶上的配件經過電感、電容的傳感器時，則汽車零配件的信息會傳輸到機械手系統中，完成汽車零配件傳送工作。

2.3 機械手的搬運功能

在汽車零配件的生產線上，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數量巨大，各種分揀工作并不能一次性地完成，必須要利用機械手來進行輔助的成品分揀和搬運，這種能力應用在整個汽車零配件生產線上成品分揀中，可以極大化地減少人力使用。為此，在機械手的設計中，應當根據汽車零配件生產流程進行合理設計，重點保證在傳送帶汽車零配件的精準傳送和機械手的信號抓取，從而可以很好地控制機械手自動下降，將汽車零配件進行抓取，完成必要的分揀工作，保證汽車零配件分揀工作有序的進行。

3 汽車零配件生產線上成品分揀中機械手的應用

隨著我國汽車零配件生產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行的重要措施即為通過采用各種工業機械手進行輔助分揀工作，它的建設正在被許多汽車零配件制造企業提上日程，成為制造行業熱點研究問題。雖然機械手還不如人手那樣靈活，但是機械手本身具有重復工作和勞動、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手被越來越廣泛地應用到零配件的成品分揀是趨勢。在此次研究中，本文充分結合視覺傳感器和西門子PLC 控制2 自由度并聯機械手來實現汽車零配件生產線上成品的分揀工作，以實現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

在汽車零配件生產線上成品分揀中，關鍵的一點即為需要機械手視覺系統，比如，攝像機、轉鼓等，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，進行汽車零配件成品的分揀輸出信號。檢測之后，由機械手的視覺傳感器控制機械手臂進行分揀；接著，進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，機械視覺系統將成品發送到機械手的控制系統，完成汽車零配件成品分揀數據采集，并且將結果輸出給控制器進行分揀。

3.2 汽車零配件成品分揀機械手的結構

根據分析，在汽車零配件成品分揀中采用的機械手主要是具有兩平動自由度的高速并聯機械手機構。該機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。然后進行不同的角度與動平臺固聯，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動。與此同時，在分揀中采用兩條被動支鏈還可提高機械手在與其工作平面垂直方向的剛度，以此來全面實現機構在其工作平面內的高速運動。此外，在汽車零配件成品分揀的中，對于機械手的可達工作空間中一般是選取寬為b、高為h、與靜平臺相距H 的矩形區域。

3.3 汽車零配件成品分揀機械手電動機的選擇

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

此外，在當前的汽車零配件成品生產線上的成品分揀工作中，由于高起動轉矩、大轉矩、低慣量的交、直流伺服電動機在生產線成品分揀工作中得到廣泛應用，按照相關的資料來看，這種電機一般負載1000N，并且多數的機械手采用是AC 伺服電動機，步進電動機和DC 伺服電動機。對于此次研究的汽車零配件成品生產線上的成品分揀，則主要是采用步進電動機驅動系統。根據分析，這種電機又稱脈沖電動機，其工作的原理主要是采用變磁阻原理產生電磁轉矩，將數字的電脈沖輸入轉換為模擬的輸出軸運動。這種電機在工作中能夠為機械手提供較大的轉矩和換向及大范圍的調速，因此，對于汽車零配件成品生產線上的成品分揀機械手選用步進電動機作為伺服電動機。

3.4 汽車零配件成品分揀機械手的PLC 控制分析

根據分析，西門子S7-200PLC 具有體積小、速度快、通信能力強、可靠性高、功能全面等優點。這種plc 對于各個行業的適應能力比較強，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 來控制機械手的步進電動機。在具體的實踐中，首先假設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品后迅速移動到P1，然后，水平移動經過P1,PO,P1，放下產品，再回到PO 位置的單次過程。其次，采用MSC.ADAMS 仿真軟件進行汽車零配件成品分揀的運動學逆解，得到運動曲線圖，解析出整個汽車零配件機械手成品分揀的曲線，輸入到機械手中。而對于一些不合格的汽車零配件的成品，則還需要人工結合觸摸屏來進行控制或者顯示產品等，讓整個成品的分揀工作更方便，結果更 直觀。

4 總 結

綜上所述，由于當前社會的迅速發展，汽車零配件制造企業為了適應當今市場的競爭情況，必須利用自動化系統進行零配件的成品分揀工作，而將機械手在汽車零配件生產線上成品分揀中推廣并應用，無疑是比較可選的路徑之一，這種機械手的應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的管理者，必須要重視工業機器人系統，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域的認識，立足自身的需求，引進一些必要的工業機器人系統，保證精準識別汽車零配件分揀的各項參數，全面提高汽車零配件的分揀工作效率。