任誼　趙忠強(qiáng)　張蕓蕓

摘 要：輪胎廠的鋼絲壓延生產(chǎn)線工藝要求都必須使用鋼絲錠子。沒有實現(xiàn)自動化之前，裝卸鋼絲錠子都是使用人工，或者人工輔助平衡吊來裝卸。如果要實現(xiàn)錠子裝卸工作的自動化，以機(jī)械代替人工，錠子的抓取過程必須實現(xiàn)自動化。根據(jù)以上情況及要求本文利用6軸機(jī)器人及機(jī)器人手臂前端安裝夾具來實現(xiàn)的自動裝卸過程，錠子的抓取及錠子箱的塑料隔板吸附都必須借助本裝置來實現(xiàn)。如下內(nèi)容將重點(diǎn)闡述，要實現(xiàn)錠子裝卸工作的自動化，機(jī)械方面涉及相關(guān)主要元件的選用及設(shè)計思路。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；自動裝卸；設(shè)計計算；夾具；吸附

前言：輪胎廠的鋼絲壓延生產(chǎn)線工藝要求都必須使用鋼絲錠子。鋼絲錠子必須安放到錠子架上使用，一卷鋼絲錠子使用完畢之后必須更換。沒有實現(xiàn)自動化之前，裝卸鋼絲錠子都是使用人工，或者人工輔助平衡吊來裝卸。如果要實現(xiàn)錠子裝卸工作的自動化，以機(jī)械代替人工，錠子的抓取過程必須實現(xiàn)自動化。

根據(jù)以上情況及要求本文利用6軸機(jī)器人及機(jī)器人手臂前端安裝夾具來實現(xiàn)的自動裝卸過程，錠子的抓取及錠子箱的塑料隔板吸附都必須借助本裝置來實現(xiàn)。

具體流程為：1.機(jī)器人通過腕部夾具上的視覺系統(tǒng)識別錠子箱內(nèi)滿錠子的固定位置，同時將3件滿錠子抓取，并按機(jī)器人示教路徑放置于另一固定位置。2.機(jī)器人通過腕部夾具上的視覺系統(tǒng)識別錠子箱內(nèi)塑料隔板的固定位置，并按機(jī)器人示教路徑放置于另一固定位置。

如下內(nèi)容將重點(diǎn)闡述，要實現(xiàn)錠子裝卸工作的自動化，機(jī)械方面涉及相關(guān)主要元件的選用及設(shè)計思路。

1機(jī)器人選用

本項目選用安川MS165六軸機(jī)器人作為搬運(yùn)主體。該機(jī)器人采用電氣驅(qū)動，利用電動機(jī)產(chǎn)生力或力矩，直接或減速機(jī)機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)器人，以獲得所需的位移、速度、加速度。應(yīng)用廣泛，無污染、易控制、運(yùn)動精度高，成本低、驅(qū)動效率高。詳細(xì)說明：1.MS165機(jī)器人腕部負(fù)載重量為165kg，工件（鋼絲錠子）重量約為20kg，夾具重量約為30kg，安全系數(shù)=機(jī)器人負(fù)載重量/（3x工件重量+夾具重量）≥1.83，滿足使用條件；2.MS165機(jī)器人臂展范圍R=2702mm，現(xiàn)場錠子架平面尺寸為3500mmX1900mm，在根據(jù)機(jī)器人仿真軟件進(jìn)行模擬測試，滿足使用條件；3.MS165機(jī)器人重復(fù)定位精度為±0.2mm，根據(jù)視覺定位精度及夾具機(jī)械補(bǔ)償精度調(diào)整，可滿足使用條件；4.MS165機(jī)器人通過機(jī)器人仿真軟件模擬，可滿足上下工件節(jié)拍（用戶提供時間≤30s/次），故得出最終選型合格。

2搬運(yùn)夾具設(shè)計

本項目夾具為自主研發(fā)設(shè)計，夾具底板固定在機(jī)器人腕部，夾持機(jī)構(gòu)選用SMC品牌寬型氣爪MHL2-40D-M9N（數(shù)量3件），氣缸缸徑為40mm，動作方式為雙作用，最高使用壓力為0.6MPa，重復(fù)精度為±0.1mm，氣爪夾持力為396N，滿足夾持工件應(yīng)用。氣爪執(zhí)行端安裝尼龍材質(zhì)扣爪，用于保護(hù)工件鋼絲在搬運(yùn)過程中不受損傷。夾具頂端安裝兩處SMC微動開關(guān)VM1000-4NU-01（數(shù)量2件），用于檢測高度方向錠子位置（平面方向依靠視覺系統(tǒng)檢測），微動開關(guān)為串聯(lián)信號，用于避免因為工件表面不平整導(dǎo)致單個工件接觸到微動開關(guān)的情況，提高夾具夾持的可靠性。左右兩處夾爪氣缸安裝在直線導(dǎo)軌（上銀HIWIN）上，由小行程氣缸控制，目的是為了補(bǔ)償抓取和放置工件時，三個工件的相對位置不一致的情況。

3吸附吸盤設(shè)計

本項目吸盤為自主研發(fā)設(shè)計，需要吸附的工件（塑料隔板）重量約1.5kg，吸附表面光潔度較高，但是由于圖案花紋品種較多，凹凸不平位置較多。根據(jù)以上條件設(shè)計吸盤固定底板集成在夾具位置，成90°安裝，目的方便機(jī)器人工作翻腕，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率或節(jié)拍。計算吸盤水平提升力=1.5kgX安全系數(shù)，選用安全系數(shù)=4，則吸盤水平提升力為60N，

選擇吸盤？10直徑，真空壓力為--80kpa，真空吸力為6.28N，數(shù)量20個，但是上文提高塑料隔板圖案花紋品種較多，凹凸不平位置較多，導(dǎo)致可能存在個別吸盤無法吸附的情況出現(xiàn)，吸盤無法吸附，會極大的破壞真空環(huán)境，會導(dǎo)致真空負(fù)壓降低，使吸盤吸力降低，最終導(dǎo)致吸盤無法吸附工件（塑料隔板）；選擇吸盤？8直徑，真空壓力為--60kpa，真空吸力為3.01N，數(shù)量40個。原因是增加吸盤數(shù)量使實際使用28個吸盤就足夠達(dá)到吸附要求，另外所有吸盤均安裝真空邏輯閥，降低吸盤吸附不能情況下，真空度的損耗。真空度的建立采用SMC真空發(fā)生器ZH18DS-03-03-03，最大真空流量可達(dá)110L/min。最后吸盤中心位置可配置光電傳感器，用于檢測吸附后搬運(yùn)過程中，塑料隔板掉落等特殊情況，可以通過光電傳感器給PLC提供開關(guān)量信號，通過PLC使機(jī)器人報出故障停止，由人工干預(yù)復(fù)位即可。

4視覺系統(tǒng)選用

本項目選用基恩士視覺系統(tǒng)搭載在夾具位置進(jìn)行視覺檢測應(yīng)用?；魇恳曈X設(shè)備及控制系統(tǒng)為視覺行業(yè)優(yōu)秀品牌，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，操作界面簡潔方便。本項目采用CV-X150A視覺控制器，帶2臺31萬像素高速黑白CCD，選用圓形LED照明單元組成。需要檢測項目：1.錠子輪：最大外圓為ψ255，中心孔為ψ32，高度為329。2.塑料隔板：外形為1040x780，中心小圓為ψ122，兩個圓間距為260。核算選型如下：為了滿足條件一、條件二設(shè)定視野400mm（滿足條件一、二），根據(jù)精度=視野÷相機(jī)單方向像素數(shù)×5，得出3.125mm=400÷640×5，根據(jù)視野與工作距離折現(xiàn)圖表，查表得出WD約980，也就是說每次檢測通過機(jī)器人示教路徑，將機(jī)器人腕部夾具上的CCD鏡頭垂直距離工件距離約980mm，可滿足視野400mm內(nèi)，視覺識別定位可達(dá)3.125mm。保證該精度范圍，相關(guān)誤差用機(jī)械結(jié)構(gòu)消除即可滿足使用條件。

5氣控系統(tǒng)選用

本項目搬運(yùn)機(jī)器手的氣動控制方法是由氣源、氣源三聯(lián)件、氣源通斷控制閥以及各氣缸的控制閥組組成順序動作回路構(gòu)成。總氣源出來的氣體經(jīng)過氣源三聯(lián)件過濾、減壓、潤滑處理后，通過相應(yīng)的電磁換向閥驅(qū)動各氣動執(zhí)行元件，實現(xiàn)預(yù)定動作。寬型夾爪使用SMC三位五通中封閥控制抓取、松抓動作。伸縮氣缸使用SMC二位五通閥控制左右兩個滿錠子抓取和放置時的相對位置尺寸不一樣的情況。同時氣控系統(tǒng)通過減壓閥和壓力表來控制夾爪夾持力的大小，此外，各氣缸進(jìn)、出氣口都安裝有節(jié)流閥，實現(xiàn)對氣缸運(yùn)動速度的控制；電磁閥的出氣口都裝有消聲器，可以減少壓縮氣體對環(huán)境的噪音污染。

結(jié)論：

本文針對目前輪胎廠的鋼絲壓延生產(chǎn)線人工搬運(yùn)錠子出現(xiàn)的勞動強(qiáng)度大，工作效率低的情況，并考慮錠子房室內(nèi)環(huán)境需要持續(xù)恒溫的工況條件，利用目前市面現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人、視覺檢測系統(tǒng)、氣控技術(shù)等，研制一套新型自動化搬運(yùn)裝置，通過多次試驗，能夠順利完成預(yù)定動作。得出結(jié)論如下：

1.通過對工業(yè)機(jī)器人的選型及應(yīng)用，加深了對機(jī)器人方面的了解，包括仿真的建立，極大的提高了項目的實用性及可靠性，節(jié)約前期投入成本。同時機(jī)器人的自動化搬運(yùn)，也提高了目前生產(chǎn)環(huán)節(jié)的效率及安全性。

2.該機(jī)器人采用PLC與機(jī)器人控制柜DX200通訊控制，通過控制軟件與系統(tǒng)軟件用戶界面，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制和各種狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測，有利于現(xiàn)場操作人員及時處理機(jī)器人報警、誤操作等問題，降低機(jī)器人運(yùn)行過程中的危險事故的發(fā)生率。

3.該機(jī)器人夾具執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣控控制技術(shù)，氣源方便，污污染。減少氣路、電路交叉環(huán)節(jié)，防止故障率增加。同時單一氣路控制，現(xiàn)場布線美觀。

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作者簡介：

任誼，1984-6-20，助理工程師，本科生，從事橡膠機(jī)械研發(fā)設(shè)計工作。