一種輔助機械手搬運板材的裝置

李 朋 謝 超

（一汽解放汽車有限公司，長春 130011）

在當今制造業不斷發展、自動化生產不斷普及的時代，機械手的應用領域廣泛，涉及汽車沖壓車間、焊裝車間以及涂裝車間，甚至在一些物流運輸線上也可以看到小型機械手在輔助工作[1-3]。它可以減輕人們繁重的體力勞動，改善勞動條件和安全生產，也能夠模仿人體上肢的部分功能，對其進行自動控制，使其能夠按照預定要求輸送制品。機械手在生產效率、穩定產品質量、降低廢品率和生產成本以及增強企業的競爭力等方面具有重要作用。

在很多生產場合，原有的機械手設備已無法更好地實現產業優化提出的更高工作要求。更換新的設備帶來的高成本和較長的時間周期，導致大多數生產線存在效率低、操作難度大的問題。本文針對此問題設計了一種輔助機械手搬運板材的設備，以解決普通機械手在針對大型板材進行抓取、位姿調整時存在的操作難度大、工作效率低的問題。

1 裝置的功能設計分析

1.1 適用對象

該裝置適用于汽車車身上大平面的鈑金件，其表面具有可抓取的平面。在鈑金件自動上料過程中對其進行位置識別和自動抓取，應用在車身鈑金件沖壓、焊接領域[4]。

1.2 功能分解

該裝置主要實現的功能有車身鈑金件識別和機械手自動抓取，并輔助鈑金件實現位姿調整、自動上料和鈑金件輸送。在整個工作流程中需要兩次抓取鈑金件，第一次為機械手從鈑金件存放處抓取至輔助翻轉臺，第二次為機械手從輔助翻轉臺上將調整好位姿的鈑金件抓取到定位臺上[5]。從機械手開始抓取到鈑金件輸送完成，整體時間節拍約束在30 s 之內。裝置的動作節拍流程，如圖1 所示。

1.3 總體方案說明

根據裝置的工藝節拍流程安排，可以將總體方案分解為自動上料過程和輸送過程兩部分[6]。

1.3.1 自動上料過程

使用機械手抓取鈑金件，機械手夾爪設計為8 個吸盤和2 組夾緊桿。首先，機械手端部的工業相機對鈑金件位置進行識別，準確到達抓取位置，然后8 個吸盤共同作用將鈑金件抓取至空中（機械手抓取正面），且夾爪上的2 組夾緊桿夾緊，以免吸盤松動發生意外。其次，機械手帶動夾緊的鈑金件運動至輔助翻轉臺上方，將鈑金件放到輔助翻轉臺的固定臺處，待輔助翻轉臺固定好工件后機械手移開位置，防止與輔助翻轉臺運動干涉。輔助翻轉臺在接收到運動指令后，自身推動氣缸運動，將固定臺連同上面的鈑金件推動旋轉180°，實現鈑金件的位姿調整（正反面調整）。最后，待翻轉完成后，機械手再次移動至輔助翻轉臺位置，抓取并夾緊鈑金件（機械手抓取反面），并移動至鏈式輸送線的定位臺上。至此，完成鈑金件的自動上料過程[7]。

1.3.2 鈑金件輸送過程

鏈式輸送線的定位臺根據鈑金件的尺寸形狀定制，其上安裝有檢測有料的傳感器。待檢測到鈑金件放到定位臺上后，定位臺夾具夾緊鈑金件，并輸出信號給鏈條驅動電機。其中，鏈式輸送線包含3 個工位，分別是上料工位、其他設備加工工位和卸料工位[8]。在各個工位處均安裝有限位開關。定位臺輸送過程中，觸發該工位的限位開關，即可開始進行該工位的加工流程，直到完成最后的卸料，隨后鏈式輸送線復位，將定位臺運送至上料工位，等待下一次輸送過程，如圖2 所示。

2 裝置的功能單元設計

2.1 機械手與輔助翻轉臺總體布局

機械手為常規抓取機械手，抓手部分設計為框架式結構，其上布置8 個吸盤，采用啟動吸盤吸附鈑金件實現抓取，并在各吸盤之間設置2 組剛性夾爪用來固定鈑金件，防止吸盤松動出現安全事故。輔助翻轉臺安裝在機械手側面，便于與機械手進行動作交互。輔助翻轉臺的驅動機構采用齒輪齒條式，由驅動氣缸推動齒條使得齒輪轉動，同時齒輪軸連接在轉臺上實現翻轉臺的180°轉動[9]。在安裝輔助翻轉臺時，既考慮了機械手的工作回轉半徑，又兼顧了其自身的回轉半徑，在保證各個部分運行不干涉的情況下，盡可能減少安裝占地面積，節約成本。

2.2 鏈式輸送臺說明

該機構主要包括支撐框架、兩組同步回轉鏈條、定位臺以及傳感限位塊，如圖2 所示。支撐框架為整個鏈式輸送線的連接固定結構。由于該機構較長，其地腳采用8 組腳墊和16 組固定螺栓安裝在地面上。同步回轉鏈條分別在兩端連接主動軸和從動軸，在鏈條外沿設有滑動槽，鏈式輸送線用來帶動定位臺移動，滑動槽用來限制定位臺的左右竄動位移。該機構沿運輸方向設置有兩組橫向的連接桿，既起到緊定支撐框架的作用，又可用來安裝傳感限位塊。沿輸送方向有序地將整條輸送線分為3 個工位，分別是上料工位、加工工位和卸料工位。在工作過程中，定位臺位于上料工位等候物料，待檢測到物料信號后，鏈式輸送線啟動，將物料連同定位臺向下一工位輸送。在觸發加工工位的傳感限位塊后，由于限位塊的阻擋，定位臺將停在加工工位，同時鏈式輸送線停止，等待加工完成。加工工位會在加工完成后向傳感限位塊和鏈式輸送線發送信號，將物料繼續運送到卸料工位，觸發卸料傳感限位塊進行卸料。完成卸料后，鏈式輸送線翻轉，將定位臺移回上料工位，等待下一次輸送[10]。

2.3 裝置簡圖

圖3輔助回轉機構的回轉驅動局部示意圖。圖4鏈式輸送組局部示意圖。圖5 定位臺結構示意圖。

3 結語

本文設計了一種輔助機械手搬運板材的裝置，包括機械手、輔助翻轉臺、定位臺以及鏈式輸送線等機構。機構之間通過傳感信號將節拍動作緊密結合在一起，既保證了各機構的運行，又滿足了整體裝置的配合動作，有效解決了普通機械手在針對大型板材進行抓取、位姿調整時存在的操作難度大、工作效率低的問題。