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        基于工業(yè)機(jī)器人的配電柜主框架上下料爪手設(shè)計(jì)*

        2023-09-14 06:12:54陳婉華
        南方農(nóng)機(jī) 2023年19期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        陳婉華

        (1.閩北職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建 南平 353011;2.長(zhǎng)泰職業(yè)技術(shù)學(xué)校,福建 漳州 363000)

        0 引言

        隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,我國(guó)的制造業(yè)正向著智能制造業(yè)轉(zhuǎn)變[1]。近年來(lái),工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用普及,提高了各行各業(yè)的生產(chǎn)效率,特別在制造業(yè)的焊接、噴漆、裝配和搬運(yùn)等工序中作用顯著[2-5]。工業(yè)機(jī)器人具有重復(fù)定位精度高、可靠性高、生產(chǎn)柔性化及自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì),與人工相比,能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。因此,實(shí)際生產(chǎn)流水線中,很多企業(yè)采用工業(yè)機(jī)器人代替人工裝配,提高了生產(chǎn)的安全性和工作效率。其中,爪手是安裝在工業(yè)機(jī)器人末端的執(zhí)行器,與被抓取對(duì)象直接接觸,不僅要穩(wěn)定抓取物件,而且不能對(duì)物件造成損傷。對(duì)于不同形狀物件,其爪手機(jī)構(gòu)有所差異,因此設(shè)計(jì)合理的爪手機(jī)構(gòu)是順利完成指定工序的前提。馬立軍[6]設(shè)計(jì)了一條多品種低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備混線生產(chǎn)的自動(dòng)生產(chǎn)線,解決柜體裝配方式效率低和裝配工序勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題,能夠在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)四大類低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的裝配能力,改變了低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備傳統(tǒng)的“垂直”作業(yè)方式,實(shí)現(xiàn)在“水平”旋轉(zhuǎn)下安全、高效進(jìn)行柜體裝配作業(yè)。王德佳[7]探討機(jī)械人在組裝生產(chǎn)線中的最佳配置,得出在考慮生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量等因素的情況下,采用人機(jī)混合配置的半自動(dòng)化組裝作業(yè)效果最佳。任軍輝等[8]基于UG對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真,設(shè)計(jì)了一款爪手位置角度可調(diào)的工業(yè)機(jī)器人爪手,結(jié)果表明,該工業(yè)機(jī)器人爪手結(jié)構(gòu)緊湊,爪手角度調(diào)節(jié)方便,可以抓取多種形狀物體。孫庭偉[9]設(shè)計(jì)了一款適配多尺寸缸筒的機(jī)器人爪手機(jī)構(gòu),能夠抓取多種規(guī)格的缸筒零部件,實(shí)際驗(yàn)證表明,該機(jī)器人爪手機(jī)構(gòu)工作具有良好的可靠性。

        本文設(shè)計(jì)一種適用于不同規(guī)格尺寸配電柜主框架上下料的爪手機(jī)構(gòu),通過(guò)在工業(yè)機(jī)器人末端增加氣動(dòng)磁性吸盤(pán)的方式,實(shí)現(xiàn)配電柜主框架快速、穩(wěn)定抓取,提高框架裝配的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量,為升級(jí)自動(dòng)化和無(wú)人化裝配提供一種多功能爪手機(jī)構(gòu)的技術(shù)方案。

        1 配電柜主框架結(jié)構(gòu)尺寸

        1.1 裝配要求

        該工業(yè)機(jī)器人爪手的抓取對(duì)象是配電柜主框架,對(duì)主框架裝配的形位公差要求[10]:1)裝配好后的A面框架與B面框架對(duì)角誤差為±1.5 mm;2)連接桿的直線度為≤0.3 mm/m;3)裝配好的各連接桿銜接處位置度公差為±0.5 mm。

        1.2 配電柜主框架結(jié)構(gòu)

        根據(jù)實(shí)際需要裝配某配電柜的主框架,該主框架主要由A面框架、B面框架以及連接桿等組成。其結(jié)構(gòu)尺寸示意圖,如圖1所示。

        圖1 配電柜主框架結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

        2 配電柜主框架上下料爪手設(shè)計(jì)

        2.1 上下料爪手總體設(shè)計(jì)方案

        為了實(shí)現(xiàn)配電柜主框架的自動(dòng)化上下料,根據(jù)不同規(guī)格尺寸配電柜的主框架,設(shè)計(jì)了抓取主框架的上下料爪手機(jī)構(gòu),主要包括爪手主體、機(jī)器人連接法蘭和氣動(dòng)磁性吸盤(pán)等,并將爪手機(jī)構(gòu)裝配在FANUC 6軸關(guān)節(jié)機(jī)器人末端執(zhí)行部件上,此機(jī)器人內(nèi)置iRVision智能視覺(jué)系統(tǒng)和機(jī)器人安全策略系統(tǒng)等。工業(yè)機(jī)器人爪手的主要作用是從物料架上抓取A面框架、B面框架,并將其運(yùn)送至指定位置進(jìn)行壓裝。氣動(dòng)磁性吸盤(pán)的主要作用是采用磁力吸附的方法,抓取不同規(guī)格尺寸配電柜的主框架,并且能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定及無(wú)夾痕抓取,提高工作效率及產(chǎn)品裝配質(zhì)量。應(yīng)用SolidWorks 2016軟件對(duì)配電柜主框架的上下料爪手機(jī)構(gòu)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其示意圖如圖2所示。

        圖2 配電柜主框架的上下料爪手機(jī)構(gòu)示意圖

        2.2 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)及選型

        工業(yè)機(jī)器人、爪手主體和物料拾取器是上下料爪手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵零部件。結(jié)合抓取配電柜主框架的實(shí)際需求,本文工業(yè)機(jī)器人選用FANUC Robot R-2000iC/165F(上海發(fā)那科機(jī)器人有限公司),該設(shè)備主要參數(shù):控制軸數(shù)為6軸、可搬運(yùn)質(zhì)量為165 kg、重復(fù)定位精度為±0.2 mm。該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn):可實(shí)現(xiàn)柔性化智能生產(chǎn),能夠通過(guò)機(jī)器人視覺(jué)提高識(shí)別物料的準(zhǔn)確率,留有可擴(kuò)展性接口供用戶使用等。物料拾取器選用氣動(dòng)磁性吸盤(pán)SGM-70(穆澤工業(yè)控制系統(tǒng)(上海)有限公司),該部件主要參數(shù):處理器速度為36 V,功率為85 W,吸力為290 N。該部件的優(yōu)點(diǎn):帶有磁性?shī)A具,用于處理配電柜主框架帶孔的金屬板;利用永磁吸取磁性工件,安全可靠;結(jié)構(gòu)緊湊,安裝便捷等。

        爪手主體及連接法蘭是工業(yè)機(jī)器人爪手機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)部件,為其他零部件裝配提供支撐和連接作用。其中,連接法蘭一端連接爪手主體,另外一端連接工業(yè)機(jī)器人第6軸的末端,采用8個(gè)M10螺栓連接固定,確保爪手主體和工業(yè)機(jī)器人的裝配相對(duì)緊固。爪手主體選用Q235鋼通過(guò)焊接而成,形狀近似U型切槽,既能夠滿足抓取不同規(guī)格尺寸框架的要求,又能保證爪手主體的強(qiáng)度載荷。工業(yè)機(jī)器人及連接法蘭實(shí)物圖,如圖3所示。

        圖3 工業(yè)機(jī)器人及連接法蘭實(shí)物圖

        2.3 工業(yè)機(jī)器人智能視覺(jué)系統(tǒng)及安全系統(tǒng)

        上下料爪手機(jī)構(gòu)裝配在FANUC 6軸機(jī)器人末端執(zhí)行部件上,該工業(yè)機(jī)器人內(nèi)置iRVision智能視覺(jué)系統(tǒng)及機(jī)器人安全策略系統(tǒng)等。其中,智能視覺(jué)設(shè)備直接連接到工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行控制,在沒(méi)有工業(yè)PC機(jī)的條件下可以正常運(yùn)行,同樣,視覺(jué)功能軟件也直接集成到工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中,便于操作者進(jìn)行視覺(jué)編程。為了能夠方便進(jìn)行視覺(jué)功能軟件參數(shù)設(shè)定和運(yùn)行狀況的觀察,采用示教器畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。考慮到操作人員的人身安全,需要在工業(yè)機(jī)器人中嵌入安全策略系統(tǒng)。當(dāng)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí),通過(guò)設(shè)置不同的安全干預(yù)模式來(lái)適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)需求,比如循環(huán)停止、緊急暫停和請(qǐng)求進(jìn)入等功能。工業(yè)機(jī)器人內(nèi)置視覺(jué)系統(tǒng)示意圖及系統(tǒng)控制流程圖,如圖4所示。

        圖4 工業(yè)機(jī)器人內(nèi)置視覺(jué)系統(tǒng)示意圖及系統(tǒng)控制流程圖

        3 結(jié)論

        本研究以配電柜主框架作為對(duì)象,設(shè)計(jì)了一種適用于不同規(guī)格尺寸配電柜主框架的上下料爪手機(jī)構(gòu)。該上下料爪手機(jī)構(gòu)主要由爪手主體、機(jī)器人連接法蘭和氣動(dòng)磁性吸盤(pán)等組成。同時(shí),整臺(tái)設(shè)備內(nèi)配備有智能視覺(jué)系統(tǒng)及安全系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)上下料抓取動(dòng)作全程可視化和操作安全可靠。

        本文利用工業(yè)機(jī)器人的工作效率高、靈活度大、操作穩(wěn)定性好以及可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),通過(guò)連接法蘭將工業(yè)機(jī)器人與爪手機(jī)構(gòu)進(jìn)行集成創(chuàng)新。研究結(jié)果表明:FANUC機(jī)器人配上自主設(shè)計(jì)上下料爪手機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器,可以根據(jù)配電柜主框架尺寸大小調(diào)整氣動(dòng)磁性吸盤(pán)位置來(lái)快速抓取主框架,有效降低了人工裝配時(shí)間成本,提高了生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性,滿足了企業(yè)對(duì)不同規(guī)格尺寸配電柜主框架進(jìn)行大規(guī)模裝配的需求,為柜體框架裝配提供了一種適用于不同規(guī)格尺寸框架的創(chuàng)新智能抓取機(jī)構(gòu)。

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