楊宇峰，董碧云

（1.佛山博文機器人自動化科技有限公司，廣東佛山 528222；2.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山 528137）

0 引言

產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，包含大量的螺母裝配操作。這一操作雖然動作簡單但重復(fù)量大，占用了相當大比例的時間和人力[1]。為提高生產(chǎn)效率、降低勞動成本，進行生產(chǎn)線的自動化改造是企業(yè)迫切的需求。目前，工業(yè)機器人在裝配生產(chǎn)線上的應(yīng)用越來越普遍。SCARA機器人是一款高精度、高重復(fù)定位、高速運行的四軸機器人[2-4]，其優(yōu)越的生產(chǎn)能力越來越被自動化裝配生產(chǎn)線所肯定。

目前，市場上一般通用的螺栓、螺母裝配設(shè)備無法滿足對墊片、彈性擋圈等多種配件同時裝配的需求[5-7]。此外，一般的螺母裝配生產(chǎn)線設(shè)計采用多工位方式，需要工人或者設(shè)備依次按照上墊片、上彈性擋圈、上螺母擰緊的流程進行勞動。針對以上現(xiàn)狀，本文設(shè)計了以一個工作站完成多工位、多配件的螺母、螺栓裝配作業(yè)。

1 系統(tǒng)整體簡介

整個裝配系統(tǒng)分為三大部分：配件裝配系統(tǒng)（圖1中的第一子系統(tǒng)）、螺母緊固系統(tǒng)（圖1中的第二子系統(tǒng)）和工件固定臺。配件裝配系統(tǒng)主要實現(xiàn)墊片、彈性擋圈等所有配件的上料和裝配，該系統(tǒng)包括上料單元（圖1中的第一上料單元）和裝配單元（圖1中的第一裝配單元）。螺母緊固系統(tǒng)的主要功能是螺母上料和螺母緊固，亦可細分為上料單元（圖1中的第二上料單元）和裝配單元（圖1中的第二裝配單元）。

各系統(tǒng)單元的結(jié)構(gòu)布局如圖1所示。工件固定臺位于工作站的中心，各上料單元和裝配單元環(huán)繞在工件固定臺周圍。工件則固定于固定臺上，固定臺隨著生產(chǎn)節(jié)拍進行轉(zhuǎn)動，將工件運送至當前加工位置。環(huán)形的布局使各單元與工件的距離都為最短，這種布局的優(yōu)勢在于縮短各個工位之間的配合行程，從而提高工作站的效率。

2 子系統(tǒng)詳細介紹

2.1 配件裝配系統(tǒng)介紹

圖2展示的是配件裝配子系統(tǒng)上料單元。彈性擋圈和墊片等配件通過振動料盤向上輸送至圓形的電動滑臺。電動滑臺可旋轉(zhuǎn)?；_上方裝有三個臺面定位架，分別位于滑臺圓內(nèi)接正三角形的頂點處。定位架的功能是精確調(diào)整配件位置，使機器人的抓手可以準確地定位至配件位置。當滑臺處于穩(wěn)定狀態(tài)時，其中兩個定位架分別和兩個振動料盤的輸出端口對接，第三個定位架則和機器人的抓手對接。電動滑臺每次旋轉(zhuǎn)120°，剛好使臺面定位支架能夠按照順序接受料盤輸送的墊片和彈性擋圈，并將配件輸送給機器人。

圖2 配件裝配子系統(tǒng)的上料單元（圖1中的第一上料單元）

圖3 展示的是SCARA裝配機器人。為了配合多種配件的抓取，在機械臂的末端執(zhí)行器上安裝了平行二爪氣缸。平行二爪氣缸結(jié)構(gòu)簡單，適合同時抓取墊片、彈性擋圈等配件，節(jié)省了中途調(diào)換抓手的時間。

2.2 螺母緊固系統(tǒng)介紹

圖4展示的是螺母緊固子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。電批在氣缸的驅(qū)動下，可以沿直線模組在上料通道和工件之間平移。直線模組在氣缸的驅(qū)動下可進行上下移動。其工作流程如下：螺母由振動料盤輸送，到達上料通道末端，等待電批取料；直線模組在氣缸的驅(qū)動下往下運動，直至電批和螺旋上料通道接近；電批的磁性外六角螺母套筒對螺母進行吸附，平行移動至裝配工位；最后對螺母進行擰緊作業(yè)。

圖3 配件裝配子系統(tǒng)的裝配單元（圖1中的第一裝配單元）

圖4 螺母緊固子系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)（圖1中的第二上料單元和第二裝配單元）

3 結(jié)束語

本文的設(shè)計特點是：追求螺母裝配作業(yè)的快速、高效率，且設(shè)備結(jié)構(gòu)精簡、空間占地面積少，使螺母裝配生產(chǎn)最大限度的減少生產(chǎn)成本、節(jié)約勞動時間。

利用SCARA機器人作為配件的裝配設(shè)備，可以實現(xiàn)以高頻率的節(jié)拍完成優(yōu)質(zhì)的裝配任務(wù)。利用環(huán)形的工位設(shè)計，使多配件的裝配作業(yè)可以在同一工位完成，而這一功能的實現(xiàn)依賴于旋轉(zhuǎn)型輸送平臺的設(shè)計和可同時抓取多種配件的機器人手抓設(shè)計。因此，本文的螺母裝配工作站可整合人工的多工位、多配件生產(chǎn)線，進行一次性自動化裝配，可大幅度地提高螺母裝配的效率。另外，本文的工作站可以適應(yīng)多尺寸、多工位的產(chǎn)品裝配，具有較強的生產(chǎn)柔性。

參考文獻：

［1］衛(wèi)道柱，林巨廣.智能型螺母擰緊機的研制［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，31（5）：1016-1020.

［2］袁山.SCARA機器人——依然快捷和可靠［J］.機器人技術(shù)與應(yīng)用，2005（5）：31-33.

［3］王健強，程汀.SCARA機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及軌跡規(guī)劃算法［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，31（7）：1026-1028.

［4］劉輝，毛璐瑤，陳啟愉，等.基于數(shù)值模擬技術(shù)的SCARA機器人本體設(shè)計與優(yōu)化［J］.機電工程技術(shù)，2017（6）：1-6.

［5］李睿，耿璐，程武山.基于機器視覺的螺母定位系統(tǒng)［J］.機床與液壓，2013，41（23）：60-64.

［6］楊威鋒.梯級軸承及螺母裝配專機的研制［J］.機床與液壓，2007，35（11）：110-111.

［7］李秋生，孟君，畢文悅，等.膨脹螺栓裝配機螺母工位裝配裝置的設(shè)計與仿真［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2006（7）：24-25.