吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)裝卸工件的研究

摘要：介紹了幾種吊鏈?zhǔn)?a href="http://ynzcty.cn/">拋丸清理機(jī)的特點，針對目前人工裝卸工件現(xiàn)狀，研發(fā)了６自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人、 滾珠絲杠移動工作臺和工件測量定位系統(tǒng)等，保持機(jī)器人與吊鏈同步移動，機(jī)器人底座相對吊鏈靜止時懸掛工 件，避免了工件與吊鉤發(fā)生碰撞或干涉現(xiàn)象。
關(guān)鍵詞：吊鏈；拋丸清理機(jī)；工件；吊鉤；機(jī)器 中圖分類號：ＴＧ２３ 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ 文章編號：１６７４—６６９４（２０１４）

拋丸清理機(jī)按吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)的吊鏈行走 方式不同，可分為吊鏈連續(xù)式、吊鏈步進(jìn)式和積放式拋丸清理機(jī)。吊鏈連續(xù)式拋丸清理機(jī)的吊鏈連續(xù) 勻速行走，工件在隨吊鏈行走的過程中完成裝上、 拋丸清理、卸下等工序，該拋丸清理機(jī)連續(xù)作業(yè)，生 產(chǎn)效率高，適應(yīng)性廣，但每鉤清理時間不可調(diào)節(jié)，如 圖１所示；吊鏈步進(jìn)式拋丸清理機(jī)的吊鉤脈動前 進(jìn)，一步一鉤或多鉤，工件在裝卸區(qū)和拋丸區(qū)分別 處于停止?fàn)顟B(tài)，實現(xiàn)定點裝卸和定點拋丸工序，該 拋丸清理機(jī)裝卸和拋丸時問可調(diào)，生產(chǎn)靈活性強(qiáng)， 提高了彈丸利用率和生產(chǎn)效率，缺點是不如連續(xù)式 生產(chǎn)效率高；積放式拋丸清理機(jī)的吊鉤采用積放鏈 輸送，吊鉤在不同區(qū)段行走速度不同，吊鏈在拋丸 區(qū)內(nèi)停留時間和裝卸工件時間可靈活調(diào)整，以方便 裝卸工件和提高拋丸清理效率，操作靈活性大，對 于發(fā)動機(jī)缸體缸蓋、電機(jī)殼體表面及內(nèi)腔較復(fù)雜的 工件，清理效果尤為突出。

吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)的工件吊掛在連接吊鏈的 吊鉤上，工件相互之間不接觸，并間隔一定的距離， 工件各表面暴露在外，鋼丸可以直接拋打在工件表 面上，拋打效果好，清理時間短，生產(chǎn)效率高。上述 三種形式的吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)都適合各種批量、不 同復(fù)雜程度的中等鑄件、鍛件、合金件等表面上的 殘砂、夾雜、氧化皮和鐵銹的清理，自動化程度和生 產(chǎn)效率高，清理效果好。

１工件裝卸現(xiàn)狀
無論哪種形式的吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)，其工件的 裝卸都是在拋丸清理室外某一位置進(jìn)行。目前清理 稍大一些的工件是采用人工操作電葫蘆或行車裝 卸，對于中等工件（如幾十公斤重的工件）是采用人 手搬運裝上或卸下，由于吊鉤一般吊在吊鏈上，并 位于地面一定的高度，搬運工人需要將工件舉升到 相應(yīng)高度進(jìn)行裝卸，長時間工作會造成工人勞動強(qiáng) 度大，生產(chǎn)效率低，對工人的身心造成一定的傷害， 所以人工裝卸難以滿足高速、自動化生產(chǎn)線的要

２工件自動裝卸

針對吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)人工裝卸工件的現(xiàn)狀， 研發(fā)了吊鏈裝卸工件機(jī)器人系統(tǒng)，考慮到吊鏈通過 式拋丸清理機(jī)的吊鉤是連續(xù)勻速移動的，所以研發(fā) 的吊鏈裝卸工件機(jī)器人系統(tǒng)由６自由度關(guān)節(jié)機(jī)器 人、滾珠絲杠移動工作臺和工件測量定位系統(tǒng)等三 部分組成。

2.1 ６自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人用來裝卸搬運工件。６自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人裝在滾珠絲杠移 動工作臺上，滾珠絲杠副帶動機(jī)器人直線移動，用 來保持機(jī)器人與吊鏈同步移動的狀態(tài)下裝卸工件， 避免工件與吊鉤發(fā)生碰撞或干涉現(xiàn)象，工件測量定 位系統(tǒng)用來將輸送來的工件進(jìn)行準(zhǔn)確定位，為機(jī)器 人裝卸工件做好準(zhǔn)備。

2.1６自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人的研發(fā)

６自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人運動靈活、位置準(zhǔn)確、裝卸 速度快，特別適合中等工件的裝卸搬運。研發(fā)的６ 自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人較大裝卸質(zhì)量為５０ ｋｇ，機(jī)器人 由６臺伺服電機(jī)和６臺減速機(jī)組成，分別控制６個 關(guān)節(jié)的運動。機(jī)器人本體的主要零部件，如底座、腰 部、大臂、小臂、腕部等采用鑄件精加工而成，腕部 部分零件采用鑄鋁合金材料，減輕了腕部重量和大 小臂承受的力矩，提高了機(jī)器人的承載能力。課題 組對機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維建模和優(yōu)化，研發(fā)了機(jī) 器人控制系統(tǒng)，開發(fā)了控制系統(tǒng)軟件，進(jìn)行了機(jī)器 １２人運動學(xué)和動力學(xué)分析。

２．２滾珠絲杠移動工作臺的開發(fā)

對于吊鏈連續(xù)通過式拋丸清理機(jī)，工件連續(xù)勻 速移動，機(jī)器人機(jī)座靜止、各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動懸掛工件，容 易發(fā)生工件與吊鉤碰撞現(xiàn)象。為保持機(jī)器人與吊鏈 同步移動，課題組開發(fā)了滾珠絲杠移動工作臺，采 用伺服電機(jī)驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，帶動螺母和工作臺移 動，機(jī)器人裝在工作臺上隨著一起移動。將滾珠絲 杠驅(qū)動系統(tǒng)、吊鏈控制系統(tǒng)與機(jī)器人控制系統(tǒng)連接 在一起，就實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的控制。工作臺底座采 用鑄件制造而成，滾珠絲杠副和滾動直線導(dǎo)軌副等 零部件外購，經(jīng)過安裝和調(diào)試完成了滾珠絲杠移動 工作臺的開發(fā)。

機(jī)器人要將工件準(zhǔn)確放置到吊鉤上，需要“知 道”工件的形狀和位置，課題組分析研究了各種工 件的形狀，針對不同形狀的工件采用相應(yīng)的測量和 定位方法。對于發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋類的長方體工件 采用輥道輸送，工件壓下行程開關(guān)，輥道停止轉(zhuǎn)動， 工件到達(dá)前定位面，側(cè)面氣缸推動工件到達(dá)另一定 位面，工件在兩個相互垂直的定位面上進(jìn)行定位， 松開氣缸后工件就可以被機(jī)器人抓走。對于其他形 狀的工件，采用機(jī)器視覺技術(shù)，用雙目相機(jī)進(jìn)行視 覺定位，然后進(jìn)行圖像處理和識別定位，較后傳送 給機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行抓取工件。

２．３工件搬運夾持器

吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)清理的工件形狀多種多樣， 機(jī)器人的末端夾持器要能夠準(zhǔn)確有效地夾持和搬 運工件，到達(dá)位置后快速卸下工件。課題組研發(fā)了 發(fā)動機(jī)缸體缸蓋夾持器、圓柱形工件搬運夾持器、 薄板電磁吸盤夾持器和三通閥門搬運夾持器等。圓 柱形工件搬運夾持器采用三個徑向均布的氣缸完 成對工件的夾緊，如圖 ａ）所示；對于薄板類工件 采用電磁吸盤吸住工件；對于鑄鐵件三通閥門采用三個卡爪分別勾住三個孑Ｌ、中間桿頂住閥門體，完 成對三通閥門的定位夾緊，如圖 ｂ）所示。
ａ）圓柱形工件夾持器 ｂ）三通閥門夾持器
圖４工件搬運夾持器
３結(jié)束語

吊鏈?zhǔn)綊佂枨謇頇C(jī)適合于各種批量、不同復(fù)雜 程度的中等鑄件、鍛件、合金件等工件表面的清理， 目前工件的輸送和拋丸清理都已實現(xiàn)自動化，但將 工件裝到吊鉤上和從吊鉤上卸下還是由人工完成， 工人的勞動強(qiáng)度大，裝卸時間長，生產(chǎn)效率低，不適 合高速、大批量生產(chǎn)。本文提出了在吊鏈?zhǔn)綊佂枨?理機(jī)上采用機(jī)器人裝卸工件的思想，將機(jī)器人裝在 滾珠絲杠移動工作臺上，保持機(jī)器人與吊鏈以相同 的速度移動懸掛工件，機(jī)器視覺檢測和定位工件， 研發(fā)的吊鏈裝卸工件機(jī)器人系統(tǒng)，經(jīng)在吊鏈?zhǔn)綊佂?清理機(jī)上裝卸工件應(yīng)用，效果良好，滿足生產(chǎn)的要 求，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率和自 動化水平。

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