摘 要：本文涉及汽車車身生產(chǎn)線自動上下料工藝規(guī)劃方案的技術(shù)領(lǐng)域，包括視覺引導(dǎo)物料規(guī)劃方案，庫位規(guī)劃方案，通用料車規(guī)劃方案，機(jī)器人抓手設(shè)計(jì)方案等。說明了自動上下料方案是實(shí)現(xiàn)自動化技術(shù)的其中一個(gè)重要的應(yīng)用場景，可為企業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低成本，提高工作安全性等方面帶來了很多好處。

關(guān)鍵詞：自動上下料 視覺引導(dǎo) 通用料車 工藝規(guī)劃 自動化技術(shù) 智能化物流 汽車車身

國內(nèi)汽車行業(yè)發(fā)展迅速，市場競爭激烈，以及消費(fèi)者對車型多樣的需求，對汽車主機(jī)廠提出了多車型，高節(jié)拍，高柔性和開發(fā)周期縮短的要求。因而要求不斷設(shè)計(jì)大量的新工裝滿足市場需求，致使工裝的設(shè)計(jì)，制造，管理和應(yīng)用工作困難，公司生產(chǎn)線能力低效，新工裝成本大幅度增加，顯然工裝通用化工作，將有效改善工裝開發(fā)管理及開發(fā)成本。

1 自動上下料方案概述

自動上下料方案是指通過使用機(jī)器人等自動化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)線上原材料或成品的自動裝載和卸載，這種方案通常實(shí)現(xiàn)高效，準(zhǔn)確和安全地進(jìn)行物料的轉(zhuǎn)移和裝卸。該自動上下料工藝規(guī)劃方案主要由以下幾個(gè)關(guān)鍵方案整合而成：視覺引導(dǎo)方案，庫位方案，料車方案，抓手方案，降級方案。各方案高度集成實(shí)現(xiàn)無縫對接，確保生產(chǎn)流程的高效運(yùn)行。具體見圖1，圖2。

1.1 自動上下料工藝規(guī)劃方案形式

根據(jù)不同零件尺寸及形態(tài)，大致分為A＼B＼C＼D＼E 5種形式。本文針對B種形式工況下的自動上下料方案進(jìn)行設(shè)計(jì)探討。

1.2 容差分析

考慮自動上下料方案為高度集成系統(tǒng)方案，不同系統(tǒng)間存在著相互關(guān)聯(lián)和相互影響的關(guān)系，一個(gè)系統(tǒng)的變化會對其他系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因此需要綜合考慮各系統(tǒng)的容差。系統(tǒng)容差主要考慮如下內(nèi)容[1]：

①零件在料車中的定位精度需求；②料車制造的一致性精度需求；③料車與托盤定位精度需求；④托盤制造的一致性精度需求；⑤托盤與庫位定位精度需求；⑥視覺引導(dǎo)精度需求。

1.3 視覺引導(dǎo)方案

通過產(chǎn)品/物料上多個(gè)特征（≥4）的圖像匹配， 利用定位算法完成3D定位并完成自動上下料方案[2]。具體流程如下：

①機(jī)器人開始執(zhí)行抓件指令；

②機(jī)器人帶抓手和傳感器運(yùn)動至零件前約650mm處，此時(shí)激光測距儀實(shí)時(shí)感知物料與抓手的距離，并調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動速度；

③視覺系統(tǒng)控制傳感器對零件拍照；

④視覺系統(tǒng)利用3D引導(dǎo)算法計(jì)算零件在空間中的位置偏轉(zhuǎn)，并將修正值發(fā)送給機(jī)器人；

⑤機(jī)器人修正抓取位置，完成零件的自動抓取。

1.4 庫位方案

庫位通常由Z向支撐輪，Y向?qū)蜉啠琗向氣缸限位構(gòu)成。安裝落位時(shí)通過激光或三坐標(biāo)保證調(diào)整Z向高度和Y向精度。當(dāng)料車到位后傳感器發(fā)出信號，氣缸夾緊，機(jī)器人過來取件。

1.5 料車方案

為保證零件在料車中的定位，設(shè)計(jì)料車方案時(shí)考慮X/Y/Z向限位結(jié)構(gòu)?？紤]多車型共用的柔性化需求，均采用可調(diào)式設(shè)計(jì)方案，以滿足不同車型尺寸及造型需求，以提高柔性化，料車通用化需求，降低設(shè)備投入成本及運(yùn)營管理成本等。對于各限位說明如下：①限位Z向和Y向限位結(jié)構(gòu)：支撐零件Z向和Y向，根據(jù)零件不同尺寸大小在洞上方的左右兩個(gè)角落設(shè)計(jì)托管，托管上方設(shè)計(jì)仿形滑槽，分別控制車件的Z向和Y向。②限位X向結(jié)構(gòu)：支撐車件X向，前后左右可調(diào)，根據(jù)不同車型設(shè)計(jì)插銷孔位，達(dá)到快速切換調(diào)整每個(gè)車型的位置，根據(jù)零件尺寸大小均勻分布。③限位Z向結(jié)構(gòu)：支撐車件Z向，有效平衡整理掛件負(fù)載（高低可調(diào)，根據(jù)不同車型設(shè)計(jì)插銷孔位，達(dá)到快速切換調(diào)整每個(gè)車型的位置）[3]。

1.6 機(jī)器人抓手方案

為保證零件高精度抓取，設(shè)計(jì)機(jī)器人抓手時(shí)，通常設(shè)置兩個(gè)精度孔作為銷孔，四個(gè)吸盤吸附位置，同時(shí)設(shè)置四個(gè)加緊位做加緊。除此外，考慮沖壓單件疊放工況，特別設(shè)計(jì)分料機(jī)構(gòu)，即機(jī)器人抓手在每次取件的時(shí)候使用分料機(jī)構(gòu)將沖壓疊放板件分開，避免油污粘連堆料，一次取多個(gè)車件問題。見圖6。

機(jī)器人自動抓取主要流程如下：機(jī)器人抓手到位后，視覺相機(jī)捕捉到零件特征，定位銷伸出，吸盤工作吸附車件往外移動一定的距離，同時(shí)分料氣缸升起來，使原來貼在一起的車件分離，氣缸夾緊，抓手抓件離開料框。

1.7 降級方案

考慮自動上下料方案由于各種原因無法使用工況，預(yù)留采用人工上下料方案，確保工藝流程順利實(shí)現(xiàn)。可見圖2線體布置圖。

1.8 智能物料配送方案

采用AGV自動導(dǎo)引運(yùn)輸車，即指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移栽功能的運(yùn)輸車。在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下，按路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，精確地行走并停靠到指定地點(diǎn)，完成一系列配送要求。同時(shí)通過與WMS、MES結(jié)合，AGV實(shí)現(xiàn)倉儲的自動化搬運(yùn)管理，貨位柔性動態(tài)分配。揀選由“人到貨”變?yōu)椤柏浀饺恕碧岣吖ぷ餍?，降低勞動?qiáng)度。

2 關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)

2.1 通用化料車

將車身車間采用高精度料車形式替換為優(yōu)化沖壓車間普通料車形式實(shí)現(xiàn)料車通用化。同時(shí)，通過通用化最大限度地?cái)U(kuò)大料車使用范圍，可以有效減少相關(guān)部門即焊裝與沖壓在設(shè)計(jì)和制造，維護(hù)，管理等過程中的重復(fù)工作。降低成本，簡化管理，縮短周期等方面具有重要意義。

2.2 多車型柔性化料車

能夠根據(jù)不同車型進(jìn)行快速調(diào)整料車，而無需進(jìn)行大規(guī)模改造。這種靈活性能夠迅速適應(yīng)市場需求的變化，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)品組合。繼而提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，有助于企業(yè)快速相應(yīng)市場變化。

2.3 智能化物流

通過應(yīng)用先進(jìn)的信息管理，信息處理，信息采集和信息流程等技術(shù)，能夠更有效地整合物流資源，優(yōu)化物流流程，從而降低物流成本，例如，可實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度和智能配送，減少人工操作的錯(cuò)誤和延誤，提高物流效率。這些降低了企業(yè)的物流成本，提高了企業(yè)的利潤。

2.4 高精度定位與抓取

通過視覺引導(dǎo)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動控制，同時(shí)設(shè)置分料機(jī)構(gòu)使其能夠?qū)B放的零件分張，從而確保抓取的物品位置準(zhǔn)確，姿態(tài)穩(wěn)定，降低了不良率。

3 應(yīng)用效益

（1）提升生產(chǎn)效率：通用化柔性化料車引入，減少重復(fù)工作，大幅縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。柔性化料車的引入，因靈活應(yīng)市場需求及生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。

（2）保證產(chǎn)品質(zhì)量：高精度抓取及定位確保了零件上下料的一致性和可靠性，繼而保證了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

（3）降低人力成本：自動化上下料與智能物流減少了人工操作，降低了勞動強(qiáng)度和人力成本。

（4）增強(qiáng)市場競爭力：高柔性，高效率的生產(chǎn)能力，使企業(yè)能夠快速響應(yīng)市場變化，提高競爭力。

4 結(jié)束語

對于汽車主機(jī)廠，為適應(yīng)不斷變化的市場需求及公司發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)整，自動上下料應(yīng)用因其高生產(chǎn)效率，降低成本，質(zhì)量穩(wěn)定，提高工作安全性等方面帶來了很多好處，將取得非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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[3]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.