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        淺析低負(fù)載機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用

        2019-08-15 16:03:06陳青徐浩倪寶許禮進(jìn)曾輝
        汽車實(shí)用技術(shù) 2019年15期
        關(guān)鍵詞:剎車盤輥道電磁鐵

        陳青,徐浩,倪寶,許禮進(jìn),曾輝

        (埃夫特智能裝備股份有限公司,安徽 蕪湖 241000)

        關(guān)鍵字:低負(fù)載機(jī)器人;制造業(yè);自動(dòng)化改造;多設(shè)備對(duì)接

        前言

        隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人工成本提高,在人口福利不再的情況下,許多企業(yè)迫切需要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí),使用工業(yè)機(jī)器人是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要手段[1]。市面上的機(jī)器人形式多樣,種類繁多,適用場(chǎng)景廣泛,可以用在搬運(yùn)、打磨、焊接、噴涂、裝配、切割、雕刻等工作中,必須清楚了解自身的需求及機(jī)器人的性能闡述、應(yīng)用場(chǎng)景之后,才能確定機(jī)器人的負(fù)載[2]。

        1 低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介

        1.1 低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人定義

        低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人通常指負(fù)載相對(duì)較低(一般指機(jī)器人負(fù)載小于等于60kg),干擾輪廓少,結(jié)構(gòu)緊湊的一類工業(yè)機(jī)器人,低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用廣泛和靈活,并且成本相對(duì)低廉,許多汽車配件供應(yīng)商和加工工業(yè)廠商都從中受益。

        1.2 低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人的特性

        安裝靈活:許多低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人可以靈活地安裝在地面、墻壁和天花板上,或者甚至是以特定的角度實(shí)現(xiàn)安裝;通過集成在所有軸上的制動(dòng)器,低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人在各種安裝方式下都有著非常卓越的表現(xiàn)。

        高速:在搬運(yùn),特別是上下料作業(yè)方面,低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人所具備的一個(gè)最大優(yōu)勢(shì)是:速度極快,反應(yīng)迅速,可以在較短的循環(huán)時(shí)間內(nèi)完成作業(yè)。

        高精確度:對(duì)于需要高重復(fù)精度和精確度的作業(yè),低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人完全可以勝任,它可以提供極高的加工質(zhì)量,其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人可在整個(gè)工作空間內(nèi)持續(xù)精準(zhǔn)地進(jìn)行作業(yè)。

        易維護(hù):低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人的電機(jī)和減速機(jī)不需要更換潤(rùn)滑劑(永久潤(rùn)滑)。

        結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理:在低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人工作單元設(shè)計(jì)方面,規(guī)劃更加可靠而且極大地節(jié)省了制造成本;采用集成式能源供應(yīng)系統(tǒng),占用空間小,在狹隘空間下也能充分發(fā)揮自身的性能;在機(jī)器人本體軸的多個(gè)安裝點(diǎn)上可安裝附加設(shè)備(如閥門和輸入輸出模塊),可進(jìn)一步節(jié)省空間。

        2 低負(fù)載機(jī)器人在自動(dòng)化改造的應(yīng)用實(shí)例

        本實(shí)例為某國(guó)產(chǎn)汽車剎車盤制造廠商的生產(chǎn)線自動(dòng)化改造項(xiàng)目,使用的是負(fù)載60kg 的低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人,在本實(shí)例當(dāng)中,機(jī)器人一共對(duì)接三臺(tái)機(jī)床,一臺(tái)檢測(cè)設(shè)備,一個(gè)過渡定位臺(tái)和三個(gè)無動(dòng)力輥道,并成功滿足不同機(jī)床的協(xié)作配合生產(chǎn)和工序節(jié)拍要求,系統(tǒng)布局圖如圖1 所示。本實(shí)例中,機(jī)器人整個(gè)工作過程可主要分為兩個(gè)部分,即上料過程和下料過程。

        2.1 上料過程

        人工將汽車剎車盤置于上料輥道上,剎車盤受到重力作用自行運(yùn)動(dòng)到輥道末端位置,末端傳感器檢測(cè)到到位信號(hào),舉升裝置頂起剎車盤并將其定位,機(jī)器人利用電磁鐵抓手將剎車盤抓起(電磁鐵抓手如圖2 所示),上料到OP10 工位加工,之后放到過渡定位臺(tái)上,自下而上反面抓取剎車盤并上料到OP20 工位加工,然后上料到OP30 工位加工,OP40 檢測(cè)設(shè)備上檢測(cè)。此為整個(gè)上料過程,每當(dāng)傳感器檢測(cè)到上料到位信號(hào),機(jī)器人就重復(fù)以上動(dòng)作。

        圖2 電磁鐵抓手二維圖

        2.2 下料過程

        OP40 設(shè)備檢測(cè)加工完成的剎車盤,若OP40 設(shè)備檢測(cè)剎車盤為合格件,則由機(jī)器人利用電磁鐵抓手抓起剎車盤,將其放到下料輥道上,剎車盤受到重力作用自行運(yùn)動(dòng)到下料輥道末端位置,再由人工取件;若OP40 設(shè)備檢測(cè)剎車盤為不合格件,則由機(jī)器人利用電磁鐵抓手抓起剎車盤,將其放到廢料道上,剎車盤受到重力作用自行運(yùn)動(dòng)到廢料道末端位置,再由人工取件;此為整個(gè)下料過程,每當(dāng)OP40 設(shè)備檢測(cè)完畢并發(fā)出信號(hào),機(jī)器人就重復(fù)以上動(dòng)作。

        2.3 機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)介

        2.3.1 上下料輸送料道

        該設(shè)備主要是由頂升機(jī)構(gòu)、擋料機(jī)構(gòu)、無動(dòng)力滾筒等機(jī)構(gòu)組成。

        上、下料道為無動(dòng)力滾筒形式,上料輥道末端位置滾筒材質(zhì)為聚氨酯,以避免頂升機(jī)構(gòu)舉升定位剎車盤時(shí)對(duì)剎車盤產(chǎn)生磨損,保護(hù)工件表面,上料輥道除末端位置外其余位置所配滾筒材質(zhì)均為不銹鋼,保證強(qiáng)度滿足輸送要求;整體料道設(shè)計(jì)時(shí)留有傾斜角度,剎車盤置于輥道上時(shí),由于剎車盤自身重力作用,克服與不銹鋼滾筒之間的摩擦力,剎車盤自行產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)到輥道終點(diǎn)位置停下,并被料道終點(diǎn)位置的傳感器檢測(cè)到,傳感器就發(fā)出工件到位信號(hào);上料輸送料道末端部安裝有頂升定位機(jī)構(gòu),可以保證來料的規(guī)律和一致性來滿足機(jī)器人抓取的精度要求,上下料道結(jié)構(gòu)形式一樣,差異為下料道末端無舉升定位機(jī)構(gòu)。所有料道均采用可調(diào)式機(jī)械結(jié)構(gòu),即左右兩側(cè)的滾筒距離可以調(diào)整,通過調(diào)整輥道兩側(cè)的可調(diào)手柄和螺母,以適應(yīng)不同種剎車盤直徑尺寸的不同,從而滿足不同類型剎車盤的生產(chǎn)需求,實(shí)現(xiàn)多種剎車盤的適配和共用。

        頂升機(jī)構(gòu):用于保證機(jī)器人抓取的精度,只安裝在上料輥道末端位置,只要?jiǎng)x車盤運(yùn)動(dòng)到上料輥道末端位置,傳感器發(fā)出到位信號(hào),頂升機(jī)構(gòu)氣缸就開始動(dòng)作,頂升機(jī)構(gòu)上的錐形塊接觸工件,并起到自定心的作用。應(yīng)當(dāng)每日檢查氣缸是否動(dòng)作正常,頂升機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向軸是否變形,頂升防墜功能是否正常,并且每周清理表面灰塵、油污等雜物。

        擋料機(jī)構(gòu):用于阻擋工件,隔離要抓取的工件,保證抓具正常工作,只要頂升機(jī)構(gòu)的傳感器檢測(cè)到氣缸桿沒有降下去或者剎車盤還沒被抓取,擋料機(jī)構(gòu)的氣缸就會(huì)一直作用,下一個(gè)待抓取的剎車盤就會(huì)停在擋料位置;只要頂升機(jī)構(gòu)的傳感器檢測(cè)到氣缸桿降下去且剎車盤已經(jīng)被抓取,擋料機(jī)構(gòu)的氣缸就會(huì)動(dòng)作一次,待抓取的剎車盤就會(huì)從擋料位置運(yùn)動(dòng)到輥道末端,等待下一次抓取。應(yīng)當(dāng)每日檢查擋塊是否變形,氣缸是否正常。

        無動(dòng)力滾筒:用于傳送工件。應(yīng)當(dāng)每周檢查是否出現(xiàn)損壞,每月檢查潤(rùn)滑情況。

        圖3 上下料輸送料道三維圖

        2.3.2 過渡定位臺(tái)

        該部件主要由定位機(jī)構(gòu)、檢測(cè)開關(guān)等組成。

        定位翻轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,穩(wěn)定可靠;采用中心孔定位的方式,且定位工裝上的檢測(cè)開關(guān)可以起到信號(hào)交互連鎖的作用。

        定位翻轉(zhuǎn)臺(tái)用于工件的精定位和翻面抓取,機(jī)器人從OP10 工位上抓取加工好的剎車盤,并將其置于過渡定位臺(tái)上,過渡定位臺(tái)上的錐形塊接觸剎車盤,并起到自定心的作用,且根據(jù)不同種類剎車盤內(nèi)孔尺寸的大小,更換不同尺寸大小的錐形塊,以滿足不同類型剎車盤的生產(chǎn)需求,實(shí)現(xiàn)多種剎車盤的適配和共用;定位剎車盤時(shí)機(jī)器人自上而下將其放置在錐形塊上,再次抓取時(shí),機(jī)器人自下而上抓取剎車盤,從而實(shí)現(xiàn)翻面抓取,并將其放到OP20 工位加工。應(yīng)當(dāng)每日檢查檢測(cè)開關(guān)是否正常工作,檢查定位機(jī)構(gòu)是否損壞變形,并每日對(duì)其清理。

        圖4 過渡定位臺(tái)三維圖

        2.3.3 電磁鐵抓手

        該部件主要由電磁鐵、接近開關(guān)及相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

        主要工作是作為機(jī)器人的抓具,此抓具根據(jù)生產(chǎn)加工工藝以及產(chǎn)品外形及工件的擺放姿態(tài)、空間綜合考慮來設(shè)計(jì),完全滿足機(jī)器人抓取上下料的要求。

        該抓具采用電磁鐵抓取形式,能夠有效抓取工件并保證穩(wěn)定運(yùn)行,并在斷電同時(shí)迅速退去工件表面磁性。此抓具采用可調(diào)式的機(jī)械結(jié)構(gòu),根據(jù)抓盤上U 型孔旁的刻度,同時(shí)調(diào)節(jié)三個(gè)電磁鐵之間的間距大小,以滿足不同種類的剎車盤外圓尺寸大小,能滿足一定范圍內(nèi)不同尺寸產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。此抓具設(shè)有保護(hù)報(bào)警措施,機(jī)器人正常工作時(shí),安全觸點(diǎn)開關(guān)閉合,不觸發(fā)報(bào)警信號(hào);機(jī)器人一旦與設(shè)備發(fā)生碰撞,抓具上中間連接塊斷裂,安全觸點(diǎn)開關(guān)被打開,發(fā)出報(bào)警信號(hào)且機(jī)器人立即停止動(dòng)作,等待處理。

        圖5 電磁鐵抓手三維圖

        2.3.4 安全防護(hù)系統(tǒng)

        整線改造后,機(jī)器人外圍安裝圍欄防護(hù),并且至少安裝1 套安全門,用于機(jī)器人或?qū)C(jī)設(shè)備故障處理、日常維護(hù)等。在機(jī)器人正常工作狀態(tài),安全門必須關(guān)上,不觸發(fā)報(bào)警;任一安全門若被打開,立即觸發(fā)報(bào)警,且所有機(jī)器人會(huì)立即停止運(yùn)行。

        機(jī)器人區(qū)域安裝有安全護(hù)欄,而且在工人工作作業(yè)的區(qū)域配有相關(guān)安全標(biāo)示;機(jī)器人工作區(qū)域設(shè)置一個(gè)檢修門,檢修門上設(shè)安全門鎖,安全門鎖與電控系統(tǒng)連鎖,一旦打開檢修門立即停止機(jī)器人及相關(guān)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。為了保證可靠性,安全門常閉觸點(diǎn)連接雙通道同時(shí)檢測(cè),故障急停及其他關(guān)鍵信號(hào)采用繼電器常開觸點(diǎn),作常閉信號(hào)處理(即保證在系統(tǒng)故障、繼電器損壞及斷線等情況下的狀態(tài)一致性)。

        圖6 安全防護(hù)門實(shí)物圖

        安全門按鈕實(shí)現(xiàn)如下功能:

        生產(chǎn)線正常自動(dòng)運(yùn)行情況下,啟動(dòng)燈常亮。

        節(jié)拍結(jié)束后按下停止按鈕,請(qǐng)求進(jìn)入,停止按鈕燈1 秒頻率閃爍,啟動(dòng)按鈕燈滅,該安全區(qū)域完成一個(gè)工作循環(huán)停止運(yùn)行后,停止按鈕燈常亮。工作人員進(jìn)入,工作完成后,關(guān)閉安全門,按下啟動(dòng)按鈕,啟動(dòng)按鈕燈亮,停止按鈕燈滅。

        急停按鈕拍下,急停燈常亮,故障排除后,松開急停按鈕,在沒有按復(fù)位按鈕的情況下,急停1 秒頻率閃爍,復(fù)位后,急停燈滅。

        2.3.5 機(jī)器人及其附件

        該部件主要由低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人底座、管線包及其組件。

        主要工作是攜帶電磁抓手從上料道抓取工件,將工件抓取放到各個(gè)設(shè)備進(jìn)行加工或者檢測(cè),然后再將其工件放入下料道或者廢料道。其中底座用于固定機(jī)器人,管線包用于整合線纜。

        機(jī)器人管線包主要包含:波紋管,固定座,耐磨環(huán)。

        由于波紋管內(nèi)有線纜,需要仔細(xì)檢查波紋管磨損情況,如果磨損嚴(yán)重,則需要及時(shí)更換損壞的管路;如果發(fā)現(xiàn)波紋管松弛,則需及時(shí)調(diào)整固定座;如果波紋管和機(jī)器人本體有接觸,則需要及時(shí)增加和更換耐磨環(huán)。

        3 結(jié)語(yǔ)

        此次成功實(shí)例為某國(guó)產(chǎn)汽車剎車盤制造廠商的生產(chǎn)線自動(dòng)化改造項(xiàng)目。由此說明,使用低負(fù)載工業(yè)機(jī)器人不僅可以在一定程度上節(jié)約成本,而且可以利用其靈活性實(shí)現(xiàn)在狹隘空間下對(duì)接多臺(tái)設(shè)備,最大限度地發(fā)揮機(jī)器人的性能,減輕更多的機(jī)床操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,并且大幅提高企業(yè)生產(chǎn)效率[3]。

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