工業機器人在拔除澆冒口過程中的應用

徐宗平，丁淑海，馮勛波

（青島鑫科機械科技有限公司，山東青島 266400）

0 前言

工業機器人動作靈活、定位準確、不知疲倦，在各行業中不斷被開發應用，特別是在高溫、污染、高強度、高危險的勞動場合，越來越得到廣泛應用，在降低工人勞動強度，減少安全事故的同時，提高了企業的經濟效益。

在鑄造行業，由于產品利潤率低、環境惡劣（主要是粉塵太多），再加上投資較大，使用后保養、維修費用也高，鑄造企業很少采用工業機器人來參與工作。除上述原因外，鑄造產品還存在產品種類多、批量小、外形不一致、尺寸偏差大等因素，使得機器人應用于鑄造生產線也存在一定難度。

但作為工業新秀的機器人，其使用優勢是人類無法比擬的，特別是一些高端鑄造生產線，有些惡劣的工作崗位不使用機器人代替人工確實可惜。青島鑫科機械科技有限公司研發了一條自動化的V 法鑄造生產線，根據用戶澆冒口的特點，推薦使用了一款專用的拔澆口和冒口的機器人。

1 現有的拔除澆冒口方式

該用戶鑄件達30 種類型，澆口和冒口數量以及位置不統一，有的鑄件一個澆口兩個冒口，有的鑄件一個澆口一個冒口；但澆口和冒口有一個共同特點是又扁又長，對稱有兩個鉤取的橫桿，如圖1 所示。

圖1 澆口和冒口樣式

該用戶當前是用人工拔除澆冒口，方法是做了兩個小撓鉤，雙手手持撓鉤，將撓鉤插入澆冒口橫桿處的凹窩中，轉90°，使撓鉤正好鉤到橫桿下方，雙手同時用力提起，拔出后放置到旁邊。經測試，用力在30kg～90kg 之間。有時一次不能提起，需要加大力氣再次使勁提，再提不起來就需要將澆冒口水平晃動一下，使澆冒口發生松動，再拔出來。該用戶原生產線生產效率為8 型/h，每型多的有3 個澆口和冒口，一小時共拔24 個澆冒口，其勞動強度之大，可想而知。

2 機器人拔除澆冒口

為了降低工人的勞動強度，提高生產線效率，向用戶推薦使用工業機器人進行拔澆冒口。

首先機器人需完成的工作：（1）由于是V 法造型工藝，澆冒口是埋在砂子里面，上平面與砂平面相平，被2 層薄膜蓋住，拔澆冒口前必須先將薄膜沿澆冒口邊沿切開；（2）拿走切下的薄膜；（3）用專門夾具模擬人工勾住澆冒口橫桿；（4）用足夠大的力量將澆冒口提起來，放置到指定的位置。

其次機器人拔澆冒口存在的難點：（1）用戶有近30 種制品，即30 種不同的澆冒口位置；（2）澆冒口插入后再加砂埋起來會有水平位置的偏差，最大偏移量達30mm；（3）由于是木制澆冒口，周圍是石英砂，必須選擇合適的刀具進行切割；（4）切下的薄膜采用什么方式拿到指定地點。

2.1 設計方案

通過走訪用戶，調研機器人生產廠家，確立了以下設計方案。

2.1.1 機器人的選擇

根據所需要完成的動作，選用6 軸垂直多關節型機器人；在拔澆冒口測試中得知最大拔起力為90kg，為防止試驗的片面性，經與用戶確認，機器人選擇載荷180kg 的，如圖2 所示。

圖2 機器人樣式

2.1.2 機器人夾具的設計

機器人廠家專門設計了一款夾具，該夾具有兩個小鉤，使用伺服電機帶動兩個小鉤，使小鉤間距可以按設定的程序調整間距；每個小鉤的軸可以使用90°旋轉汽缸推動旋轉，如圖3 所示。

圖3 拔澆冒口的夾具

2.1.3 難題解決

（1）澆冒口位置偏差的解決策略：使用對位視覺相機，直接定位當前澆冒口位置。

（2）30 多種制品的解決策略：使用30 套程序，每套程序對應一種制品澆冒口。用戶在更換模具時，在控制柜中選擇更換的模具型號。如更換前生產線使用的是A、B、C 三種模具，系統便按A、B、C 三種的程序工作，如果將A 換成D，在總控程序中將A 換成D，機器人也同樣會執行D 程序。

2.1.4 切膜

經過一系列試驗，發現使用超聲波切刀能夠很好的將兩層薄膜切開。切下薄膜之后，使用一臺小型吸風機，將切下的薄膜吸附在吸盤上，轉移到指定位置，關閉風機，薄膜掉落。

通過以上設計，實現了機器人取代人工拔澆冒口的工作，使該處高強度的人工勞動得以解放，而且工作效率更高。