邢向濤，鄭崇俠，李長(zhǎng)春，劉龍濤

（1.山東開泰拋丸機(jī)械有限公司，山東 鄒平 256217；2.濟(jì)南大學(xué)，山東 濟(jì)南 250022）

拋丸清理機(jī)按吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)的吊鏈行走方式不同，可分為吊鏈連續(xù)式、吊鏈步進(jìn)式和積放式拋丸清理機(jī)。吊鏈連續(xù)式拋丸清理機(jī)的吊鏈連續(xù)勻速行走，工件在隨吊鏈行走的過(guò)程中完成裝上、拋丸清理、卸下等工序，該拋丸清理機(jī)連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)效率高，適應(yīng)性廣，但每鉤清理時(shí)間不可調(diào)節(jié)，如圖1 所示；吊鏈步進(jìn)式拋丸清理機(jī)的吊鉤脈動(dòng)前進(jìn)，一步一鉤或多鉤，工件在裝卸區(qū)和拋丸區(qū)分別處于停止?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)裝卸和定點(diǎn)拋丸工序，該拋丸清理機(jī)裝卸和拋丸時(shí)間可調(diào)，生產(chǎn)靈活性強(qiáng)，提高了彈丸利用率和生產(chǎn)效率，缺點(diǎn)是不如連續(xù)式生產(chǎn)效率高；積放式拋丸清理機(jī)的吊鉤采用積放鏈輸送，吊鉤在不同區(qū)段行走速度不同，吊鏈在拋丸區(qū)內(nèi)停留時(shí)間和裝卸工件時(shí)間可靈活調(diào)整，以方便裝卸工件和提高拋丸清理效率，操作靈活性大，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋、電機(jī)殼體表面及內(nèi)腔較復(fù)雜的工件，清理效果尤為突出。

圖1 吊鏈連續(xù)式拋丸清理機(jī)

吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)的工件吊掛在連接吊鏈的吊鉤上，工件相互之間不接觸，并間隔一定的距離，工件各表面暴露在外，鋼丸可以直接拋打在工件表面上，拋打效果好，清理時(shí)間短，生產(chǎn)效率高。上述三種形式的吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)都適合各種批量、不同復(fù)雜程度的中等鑄件、鍛件、合金件等表面上的殘砂、夾雜、氧化皮和鐵銹的清理，自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率高，清理效果好。

1 工件裝卸現(xiàn)狀

無(wú)論哪種形式的吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)，其工件的裝卸都是在拋丸清理室外某一位置進(jìn)行。目前清理稍大一些的工件是采用人工操作電葫蘆或行車裝卸，對(duì)于中等工件（如幾十公斤重的工件）是采用人手搬運(yùn)裝上或卸下，由于吊鉤一般吊在吊鏈上，并位于地面一定的高度，搬運(yùn)工人需要將工件舉升到相應(yīng)高度進(jìn)行裝卸，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)造成工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，對(duì)工人的身心造成一定的傷害，所以人工裝卸難以滿足高速、自動(dòng)化生產(chǎn)線的要求。

2 工件自動(dòng)裝卸

針對(duì)吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)人工裝卸工件的現(xiàn)狀，研發(fā)了吊鏈裝卸工件機(jī)器人系統(tǒng)，考慮到吊鏈通過(guò)式拋丸清理機(jī)的吊鉤是連續(xù)勻速移動(dòng)的，所以研發(fā)的吊鏈裝卸工件機(jī)器人系統(tǒng)由6 自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人、滾珠絲杠移動(dòng)工作臺(tái)和工件測(cè)量定位系統(tǒng)等三部分組成，如圖2 所示。6 自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人用來(lái)裝卸搬運(yùn)工件。6 自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人裝在滾珠絲杠移動(dòng)工作臺(tái)上，滾珠絲杠副帶動(dòng)機(jī)器人直線移動(dòng)，用來(lái)保持機(jī)器人與吊鏈同步移動(dòng)的狀態(tài)下裝卸工件，避免工件與吊鉤發(fā)生碰撞或干涉現(xiàn)象，工件測(cè)量定位系統(tǒng)用來(lái)將輸送來(lái)的工件進(jìn)行準(zhǔn)確定位，為機(jī)器人裝卸工件做好準(zhǔn)備。

圖2 吊鏈裝卸工件機(jī)器人系統(tǒng)

2.1 6 自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人的研發(fā)

6 自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活、位置準(zhǔn)確、裝卸速度快，特別適合中等工件的裝卸搬運(yùn)。研發(fā)的6自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人最大裝卸質(zhì)量為50 kg，機(jī)器人由6 臺(tái)伺服電機(jī)和6 臺(tái)減速機(jī)組成，分別控制6 個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人本體的主要零部件，如底座、腰部、大臂、小臂、腕部等采用鑄件精加工而成，腕部部分零件采用鑄鋁合金材料，減輕了腕部重量和大小臂承受的力矩，提高了機(jī)器人的承載能力。課題組對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維建模和優(yōu)化，研發(fā)了機(jī)器人控制系統(tǒng)，開發(fā)了控制系統(tǒng)軟件，進(jìn)行了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。

2.2 滾珠絲杠移動(dòng)工作臺(tái)的開發(fā)

對(duì)于吊鏈連續(xù)通過(guò)式拋丸清理機(jī)，工件連續(xù)勻速移動(dòng)，機(jī)器人機(jī)座靜止、各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)懸掛工件，容易發(fā)生工件與吊鉤碰撞現(xiàn)象。為保持機(jī)器人與吊鏈同步移動(dòng)，課題組開發(fā)了滾珠絲杠移動(dòng)工作臺(tái)，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)螺母和工作臺(tái)移動(dòng)，機(jī)器人裝在工作臺(tái)上隨著一起移動(dòng)。將滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、吊鏈控制系統(tǒng)與機(jī)器人控制系統(tǒng)連接在一起，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的控制。工作臺(tái)底座采用鑄件制造而成，滾珠絲杠副和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副等零部件外購(gòu)，經(jīng)過(guò)安裝和調(diào)試完成了滾珠絲杠移動(dòng)工作臺(tái)的開發(fā)，如圖3 所示。

圖3 滾珠絲杠移動(dòng)工作臺(tái)

機(jī)器人要將工件準(zhǔn)確放置到吊鉤上，需要“知道”工件的形狀和位置，課題組分析研究了各種工件的形狀，針對(duì)不同形狀的工件采用相應(yīng)的測(cè)量和定位方法。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋類的長(zhǎng)方體工件采用輥道輸送，工件壓下行程開關(guān)，輥道停止轉(zhuǎn)動(dòng)，工件到達(dá)前定位面，側(cè)面氣缸推動(dòng)工件到達(dá)另一定位面，工件在兩個(gè)相互垂直的定位面上進(jìn)行定位，松開氣缸后工件就可以被機(jī)器人抓走。對(duì)于其他形狀的工件，采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，用雙目相機(jī)進(jìn)行視覺(jué)定位，然后進(jìn)行圖像處理和識(shí)別定位，最后傳送給機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行抓取工件。

2.3 工件搬運(yùn)夾持器

吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)清理的工件形狀多種多樣，機(jī)器人的末端夾持器要能夠準(zhǔn)確有效地夾持和搬運(yùn)工件，到達(dá)位置后快速卸下工件。課題組研發(fā)了發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋夾持器、圓柱形工件搬運(yùn)夾持器、薄板電磁吸盤夾持器和三通閥門搬運(yùn)夾持器等。圓柱形工件搬運(yùn)夾持器采用三個(gè)徑向均布的氣缸完成對(duì)工件的夾緊，如圖4 a）所示；對(duì)于薄板類工件采用電磁吸盤吸住工件；對(duì)于鑄鐵件三通閥門采用三個(gè)卡爪分別勾住三個(gè)孔、中間桿頂住閥門體，完成對(duì)三通閥門的定位夾緊，如圖4 b）所示。

圖4 工件搬運(yùn)夾持器

3 結(jié)束語(yǔ)

吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)適合于各種批量、不同復(fù)雜程度的中等鑄件、鍛件、合金件等工件表面的清理，目前工件的輸送和拋丸清理都已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但將工件裝到吊鉤上和從吊鉤上卸下還是由人工完成，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，裝卸時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，不適合高速、大批量生產(chǎn)。本文提出了在吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)上采用機(jī)器人裝卸工件的思想，將機(jī)器人裝在滾珠絲杠移動(dòng)工作臺(tái)上，保持機(jī)器人與吊鏈以相同的速度移動(dòng)懸掛工件，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)和定位工件，研發(fā)的吊鏈裝卸工件機(jī)器人系統(tǒng)，經(jīng)在吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)上裝卸工件應(yīng)用，效果良好，滿足生產(chǎn)的要求，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平。

[1]王守仁，翟永真.淺談鑄件清理過(guò)程中的拋丸清理設(shè)備[J］.機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2011（11）：46-49.

[2]徐金成，范俊生，王瑞國(guó)，翟永真，等.鑄件清理設(shè)備的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀[J］.中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2012（2）：28-32.

[3]張利欣，尹德秀，張利.機(jī)械手拋丸機(jī)在鑄件清理中的應(yīng)用與改進(jìn)[J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（2）：8-10.

[4]閻學(xué)成.Q485 型500 kg 步進(jìn)吊鏈拋丸清理機(jī)的設(shè)計(jì)、試制與應(yīng)用[J］.鑄造設(shè)備研究，1995（2）：39-43.