徐文康

（廣汽乘用車有限公司 技術(shù)中心，廣東 廣州 511434）

隨著焊裝生產(chǎn)線共線生產(chǎn)車型增多，機(jī)器人抓手存放庫位達(dá)到飽和，部分抓手只能放置線外，需解決外置抓手的自動化切換問題。解決自動化切換，關(guān)鍵在于解決抓手存放車的自動定位與電氣對接問題，并通過電信號反饋，實現(xiàn)智能控制。

1 整體構(gòu)想

本案例采用抓手存放車實現(xiàn)抓手的線外存放，如圖1所示，抓手存放車上有定位夾緊裝置， 能夠?qū)崿F(xiàn)抓手的精確定位和恒久夾緊。抓手存放車定位裝置具有定位夾緊裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)抓手存放車的精確定位，抓手存放車定好位之后，其上的抓手也獲得精確的位置，供機(jī)器人按照預(yù)定的軌跡進(jìn)行抓手的拾取或存放。抓手存放車與定位裝置精確對接后，通過氣路接通裝置能夠?qū)崿F(xiàn)抓手存放車氣路通氣，通過無線耦合能夠?qū)崿F(xiàn)抓手存放車的檢測信號傳輸至線體可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC），從而實現(xiàn)PLC對抓手存放車的氣路控制，根據(jù)程序設(shè)定控制氣動機(jī)構(gòu)的關(guān)閉與打開。抓手存放車與抓手存放車定位裝置布置了傳感器，通過感應(yīng)器反饋的信號變化實現(xiàn)智能化控制。

圖1 整體構(gòu)想圖

2 定位方式設(shè)計

2.1 抓手存放車對抓手的定位方式

抓手結(jié)構(gòu)如圖2所示，其采用定位面1、定位面2、定位銷1、定位銷2分別與抓手存放車支撐面2、支撐面1、定位孔2、定位孔1進(jìn)行對接定位，如圖3所示，使得抓手在上、下、前、后、左、右6個方向獲得精確定位。抓手存放車在支撐面1與定位孔2相應(yīng)位置分別自帶氣缸壓緊機(jī)構(gòu)，抓手放置到位，氣缸壓緊機(jī)構(gòu)緊接著壓緊抓手2個對角，氣缸帶斷氣自鎖裝置，即使在斷氣 條件下，仍然具備強(qiáng)大的壓緊力，從而使抓手可 靠固定在抓手存放車上，移動時不易發(fā)生晃動。

圖2 抓手結(jié)構(gòu)圖

圖3 抓手存放車（俯視圖）

2.2 定位裝置對抓手存放車的定位形式

圖4 抓手存放車（仰視圖）

抓手存放車推入上料口過程中通過左右兩排導(dǎo)輪（導(dǎo)輪1—導(dǎo)輪8）契合地面兩條導(dǎo)軌（導(dǎo)軌1、導(dǎo)軌2）進(jìn)行定向運動，如圖4、圖5所示，運動到一定程度，前限位塊接觸到前限位滾輪，無法繼續(xù)向前，表明抓手存放車推入到位，此時 導(dǎo)向銷1，導(dǎo)向銷2也同時分別進(jìn)入定位滾柱3和定位滾柱4，使抓手存放車的左右方向獲得粗略的定位。接下來，后限位滾輪受氣缸4的帶動打向后限位塊，使抓手存放車的前后方向獲得粗略的定位。最后，4個頂升氣缸（頂升氣缸1—4）同時將抓手存放車頂起，頂升氣缸的行程固定，抓手存放車頂升到一定高度后，4個限位塊（限位塊1—4）將抓手存放車限制在一個精確的高度，同時頂升氣缸3和頂升氣缸4上的定位銷分別進(jìn)入定位滾柱2和定位滾柱1，從而使抓手存放車的上、下、前、后、左、右都獲得一個精確的定位。

圖5 抓手存放車定位裝置（俯視圖）

3 氣動裝置設(shè)計

3.1 抓手存放車設(shè)計

如圖3所示，氣缸1、氣缸3主要控制兩個夾緊單元的夾緊與打開，氣缸2主要控制抓手防塵蓋打開與關(guān)閉。當(dāng)機(jī)器人將抓手放置到抓手存放車后，氣缸1、氣缸3控制夾緊單元夾緊抓手，機(jī)器人脫開抓手并離開后，氣缸2控制抓手防塵蓋關(guān)閉；當(dāng)機(jī)器人要從抓手存放車拾取抓手時，則氣缸2提前控制抓手防塵蓋打開，機(jī)器人過來與抓手進(jìn)行對接，對接完成后，氣缸1、氣缸3控制夾緊單元打開釋放抓手，機(jī)器人開始拾取抓手脫離抓手存放車。

3.2 抓手存放車定位裝置設(shè)計

如圖3所示，頂升氣缸1—4控制抓手存放車的上升與下降，兼具定位功能。氣缸4控制后限位滾輪擺臂動作，主要防止抓手存放車后退，旁邊的行程開關(guān)主要用于確認(rèn)抓手存放車是否到位。氣缸5主要用于控制氣路接通裝置輸送端與接收端進(jìn)行對接。

當(dāng)抓手需切入線體，抓手存放車推入上料口與抓手存放車定位裝置進(jìn)行對接，行程開關(guān)在抓手存放車推入的過程中被撥開，氣缸4解鎖，氣缸4控制后限位滾輪壓住抓手存放車后限位塊，防止抓手存放車后退。接著頂升氣缸1—4同時頂升，將抓手存放車頂起，并使其獲得精確定位。最后氣缸5控制氣路接通裝置輸送端與接收端進(jìn)行對接，實現(xiàn)抓手存放車氣路與氣源接通。

當(dāng)抓手需脫離線體，氣缸5控制氣路接通裝置輸送端與接收端脫離，抓手存放車斷開氣源，接著頂升氣缸1—4同時帶動抓手存放車下降，抓手存放車落地，頂升氣缸繼續(xù)下降與抓手存放車完全脫開，然后氣缸4控制后限位滾輪打開，最后將抓手存放車從上料口拉出來，行程開關(guān)在抓手存放車?yán)龅倪^程中復(fù)位，重新對氣缸4進(jìn)行鎖定。

3.3 氣路接通裝置設(shè)計

氣路接通裝置（如圖6所示）由接收端、輸送端組成，接收端固定在抓手存放車上，輸送端與氣缸5相連，通過氣缸帶動實現(xiàn)跟接收端對接與脫開。雙導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)滿足輸送端運動過程中不發(fā)生偏向。輸送端的定位銷與接收端的定位孔，實現(xiàn)輸送端的氣孔與接收端的氣孔精準(zhǔn)對接。傳感器5主要用于檢測氣路接通裝置輸送端與接收端的對接信號，當(dāng)輸送端與接收端對接即產(chǎn)生檢測信號，輸送端氣路解鎖，實現(xiàn)通氣。

圖6 氣路接通裝置

4 信號檢測與傳輸裝置

4.1 抓手存放車設(shè)計

如圖3所示，傳感器1、2采用對角布置，雙重檢測，主要用于檢測抓手信號。氣缸1、2、3具備狀態(tài)檢測功能，用來獲知所在機(jī)構(gòu)處于打開狀態(tài)還是關(guān)閉（夾緊）狀態(tài)。無線耦合（傳感器測）主要用于將抓手存放車檢測信號傳輸給主線，并接收從主線傳輸過來的指令，分別控制氣缸1、2、3等的動作。

4.2 抓手存放車定位裝置

如圖3所示，傳感器3、4、6、7主要用于檢測抓手存放車頂升到位信號。傳感器5主要用于檢測氣路接通裝置的輸送端與接收端對接信號，當(dāng)輸送端與接收端對接即產(chǎn)生檢測信號，輸送端氣路解鎖，實現(xiàn)通氣。頂升氣缸1、2、3、4具備狀態(tài)檢測功能，用來獲知氣缸處于頂升狀態(tài)還是下降狀態(tài)。行程開關(guān)具備狀態(tài)檢測功能，用來獲知行程開關(guān)處于被撥開的狀態(tài)還是復(fù)原狀態(tài)。無線耦合（PLC側(cè)）主要用于將抓手存放車檢測信號傳輸給主線，并接收從主線傳輸過來的指令，分別控制氣缸1、2、3等的動作。

4.3 無線耦合器設(shè)計

如圖7所示，無線耦合一端連接傳感器，另一端連接PLC。兩端靠近后能夠在不接觸的情況下，實現(xiàn)信號相互傳輸。

圖7 無線耦合

5 自動化控制方案

5.1 抓手切入線體自動化方案

將抓手存放車推入上料口，按啟動按鈕，當(dāng)檢測抓手存放車已經(jīng)到位，則后限位機(jī)構(gòu)壓緊抓手存放車，防止其后退，同時后限位機(jī)構(gòu)的氣缸反饋一個到位信號。4個頂升氣缸將抓手存放車頂起，同時反饋到位信號，確保抓手存放車頂升到位。氣路接通裝置輸送端與接收端對接，同時反饋對接到位信號。氣路接通裝置輸送端氣路解鎖，實現(xiàn)向抓手存放車氣路通氣。防塵罩氣缸接收指令打開防塵罩，同時反饋打開到位信號。機(jī)器人從Home位運動到抓手上方，機(jī)器人末端工具快換裝置（Automatic Tool Changer, ATC）機(jī)器人端與抓手端開始對接，并反饋對接OK的信號。抓手存放車夾緊機(jī)構(gòu)打開釋放抓手，并反饋完全打開信號。機(jī)器人拾取抓手回到Home位，并提供到位信號。氣路接通裝置輸送端鎖定氣路，并反饋信號。氣路接通裝置輸送端退回，并反饋信號。頂升氣缸下降抓手存放車落回地面，并反饋信號。后限位機(jī)構(gòu)打開，將抓手存放車?yán)錾狭峡凇?/p>

5.2 抓手從線體回收自動化方案

將抓手存放車推入上料口，按啟動按鈕，當(dāng)檢測抓手存放車已經(jīng)到位，則后限位機(jī)構(gòu)壓緊抓手存放車，防止其后退，同時后限位機(jī)構(gòu)的氣缸反饋一個到位信號。4個頂升氣缸將抓手存放車頂起，同時反饋到位信號，確保抓手存放車頂升到位。氣路接通裝置輸送端與接收端對接，同時反饋對接到位信號。氣路接通裝置輸送端氣路解鎖，實現(xiàn)向抓手存放車氣路通氣。機(jī)器人從Home位將抓手放到抓手存放車，抓手存放車檢測抓手是否放置到位，并反饋信號。抓手存放車夾緊機(jī)構(gòu)夾緊抓手，并反饋夾緊到位信號。機(jī)器人與抓手脫開并回到Home位，并反饋到位信號。抓手防塵蓋關(guān)閉，并反饋氣缸到位信號。氣路接通裝置輸送端鎖定氣路，并反饋信號。氣路接通裝置輸送端退回，并反饋信號。頂升氣缸下降抓手存放車落回地面，并反饋信號。后限位機(jī)構(gòu)打開，將抓手存放車?yán)錾狭峡凇?/p>

6 結(jié)論

本方案解決了線外機(jī)器人抓手自動化切換的問題，適應(yīng)了焊裝多車型共線生產(chǎn)的需求，主要帶來以下效益。

（1）操作簡單，作業(yè)舒適性好。整個切換過程采用PLC自動控制及氣路驅(qū)動，無需人工接通氣路、打開抓手防塵罩，或打開夾緊機(jī)構(gòu)，只需將抓手存放車推入上料口，拍按鈕即可，杜絕了高強(qiáng)度作業(yè)。

（2）安全系數(shù)高。全程采用PLC自動控制，每一步動作均有信號反饋，形成閉環(huán)控制，消除人為誤判或誤操作可能性。

（3）穩(wěn)定性高，故障率低。抓手存放車采用了精確而有效的定位形式，保證抓手有良好的重復(fù)性定位，機(jī)器人能夠通過固定的運行軌跡來拾取抓手或者放置抓手。

（4）抓手切入線體的耗時短，設(shè)備開動率提升。整個切換過程采用自動連貫切換，PLC控制能夠?qū)π盘栠M(jìn)行快速處理并發(fā)出指令，氣動元器件能夠快速響應(yīng)PLC指令并動作，從而大大縮短切換時間。