助力機械手在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用

摘要：經(jīng)濟水平的不斷提高，帶動了汽車制造行業(yè)的快速發(fā)展。同時受到科技水平的推動，汽車制造行業(yè)的自動化水平也不斷提高，在汽車制造行業(yè)的裝配流水線上逐步開始由半自動化或者全自動化的單元設(shè)備來輔助或者直接替代工人的手工操作，有效降低了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率?；诖?，筆者結(jié)合自身工作實踐，重點對助力機械手在汽車制造行業(yè)中的應(yīng)用進行了探討。

關(guān)鍵詞：助力機械手；汽車制造業(yè)；應(yīng)用

當(dāng)前，助力機械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車的總裝線、發(fā)動機的加工線上。助力機械手結(jié)合加工工件的具體特征，通過改變卡具型式，適宜在車體總裝部件中應(yīng)用，例如儀表板、擋風(fēng)玻璃、車門等裝配過程中搬運和發(fā)動機缸體、缸蓋加工線上的搬運。同時其設(shè)備的結(jié)構(gòu)輕巧，運行安全。

一、助力機械手概述

（一）機械手種類及其特點

隨著經(jīng)濟水平及科技水平的不斷發(fā)展，各企業(yè)紛紛推出各類機械手產(chǎn)品，有效降低物料移載操作，同時實現(xiàn)不同物料及不同工業(yè)產(chǎn)品的搬運的要求。依據(jù)其工作原理，其可以劃分為硬臂系列及軟索系列兩種。其中臂桿式平衡吊又因工作曲線差異，分為PBF，PBC等；軟索式則因主體執(zhí)行元件不同，有卷筒式（IRB、直線氣缸式（PBB）、鋼絲繩式以及鏈條式等。根據(jù)動力源不同，有氣動式和電動式（EBC）等。按系統(tǒng)所采用基座不同劃分，有落地固定式、落地移動式、懸掛固定式、懸掛移動式及附墻式等。軟索系列助力機械手，主要以IRB型為主，采用美國英格索蘭公司的氣動平衡吊為系統(tǒng)主機，配合抓取夾具、平面軌道滑動系統(tǒng)或相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)備組成系統(tǒng)。由于主機和夾具間通過一根鋼絲繩連接，因此稱之為軟索系列。硬臂系列助力機械手，主要由PBF型、PBC型、PBD型以及PBS型主機組成。根據(jù)工況的差異，選擇相應(yīng)的主機，配合抓取夾具、平面軌道滑動系統(tǒng)或相應(yīng)基礎(chǔ)，組成系統(tǒng)。因系統(tǒng)主要有剛性臂桿結(jié)構(gòu)所組成，也可以稱之為硬臂系統(tǒng)。該類型的機械手，綜合了剛性手臂及全程重力平衡的多項優(yōu)勢，廣泛運用于需穿越障礙、取置產(chǎn)品狀態(tài)受限、現(xiàn)場的環(huán)境復(fù)雜及系統(tǒng)需承受扭力等操作環(huán)境中。

總體來說，助力機械手具備操作省力，便于抓取，輔助定位，操作誤差較小，安全可靠，便于保養(yǎng)及維護的優(yōu)點。

（二）機械手系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一套完整的助力機械手裝備結(jié)構(gòu)主要運用的是旋轉(zhuǎn)機械臂的結(jié)構(gòu)形式，具體包含了平衡吊主機、機械手本體、抓取夾具、軌道裝置、安裝結(jié)構(gòu)等。就安裝方式而言，主要有吊掛式安裝、地面立柱式及特殊掛墻式。機械手主機是實現(xiàn)物料在空中無重力化浮動狀態(tài)的主體裝置；機械手則是實現(xiàn)工件抓取，并完成用戶相應(yīng)搬運和裝配要求的裝置；安裝結(jié)構(gòu)則是根據(jù)用戶服務(wù)區(qū)域及現(xiàn)場狀況要求而設(shè)定的支撐整套設(shè)備的機構(gòu)。

（三）機械手本體機械結(jié)構(gòu)

機械手的本體機械主要包含三個關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸，助力機械手的主關(guān)節(jié)可以進行330°的回轉(zhuǎn)，而次關(guān)節(jié)和夾具關(guān)節(jié)則可以實現(xiàn)300°的回轉(zhuǎn)。機械手將制動裝置配備在主次關(guān)節(jié)處，通過對集成在按鈕面板之上的剎車按鈕實現(xiàn)鎖定回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的作用，同時確保助力裝置在隨行或者閑置狀態(tài)下不發(fā)生漂移。平行四連桿結(jié)構(gòu)通過平衡氣缸的作用實現(xiàn)機械手上下升降的功能。角度調(diào)整臂通過回轉(zhuǎn)連通與平行四連桿臂末端相連接，補償平行四連桿臂的角度調(diào)整范圍。次臂通過回轉(zhuǎn)連通與角度調(diào)整臂末端連接，下端通過法蘭與夾具連接。

（四）專用夾具

夾具需要針對不同的工件進行非標(biāo)設(shè)計，但設(shè)計中要考慮如下幾點：第一，夾具工藝位置的布局合理性和適應(yīng)性；第二，夾具要設(shè)計輕巧，便于操作；第三，釋放工件要安全迅速；第四，對與工件及車身接觸處要做好安全防護工作，避免劃傷車身；第五，夾具工裝的零部件要求方便拆卸及安裝。

（五）安全檢測裝置

在總裝線中需全面考慮操作人員、車身的安全防護設(shè)計，機械手具備過載報警、檔位切換、復(fù)位及剎車的功能。應(yīng)確保運用柔性軟墊設(shè)置在工件和車身接觸部位，避免在使用過程中劃傷車身工件而導(dǎo)致制造出的產(chǎn)品不合格。

二、助力機械手在汽車裝配調(diào)整線設(shè)計中的具體應(yīng)用

（一）氣動平衡機械手

從本質(zhì)上來說，氣動平衡機械手是一種十分簡單和小型的機器人。這種機器人在工作的過程中，可以節(jié)約很多動作和功能，從而完成一些重復(fù)性和簡單性的動作。在實際工作之中，機器人最開始就是在制造領(lǐng)域進行應(yīng)用的，因此在制造領(lǐng)域之中的應(yīng)用也最為成熟，在汽車裝配調(diào)整線上使用氣動平衡機械手也從側(cè)面反映了機器人的應(yīng)用由簡單到復(fù)雜，再到簡單的發(fā)展歷程。氣動平衡機械手在設(shè)計的過程中要求結(jié)構(gòu)方便，操作容易，能夠滿足工作的需求，功能具有長期穩(wěn)定性，并且能夠保證處于末端的執(zhí)行機構(gòu)具有相應(yīng)的柔順性，可以采用較為低級的氣動平衡機械手進行高精密度的裝配工作。同時氣動平衡機械手只需要對末端的抓取構(gòu)件和荷載系數(shù)進行調(diào)節(jié)，就可以在發(fā)動機、備胎、排氣管和汽車油箱等零件之中使用，將裝配和助力的功能相融合。為了達到節(jié)約成本，減少技術(shù)含量等問題，一些生產(chǎn)商針對汽車生產(chǎn)的實際情況，對機械手進行設(shè)計，依靠氣動平衡實現(xiàn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)和提升，依靠機構(gòu)和人力的自重來實現(xiàn)抓取關(guān)節(jié)。

（二）助力平衡吊

助力平衡吊已經(jīng)開始廣泛的在焊接車間之中使用，例如，點焊鉗的平衡，但是在裝配車間上使用的助力平衡吊還十分有限，只有一些生產(chǎn)廠商在車輛尾門裝配工位使用了助力平衡吊系統(tǒng)。助力平衡吊系統(tǒng)在使用的過程中，應(yīng)該滿足如下幾個功能。首先，應(yīng)該在人為的操作之中，對料箱中的零件進行自動抓取。第二，將裝配零件移動到裝配線上。第三，將零件在車身上進行準確的定位，之后進行安裝。為了將上述功能落實到實處，在設(shè)計平衡吊的過程中，應(yīng)該包括升降系統(tǒng)和滑移系統(tǒng)、零件的定位系統(tǒng)和抓取系統(tǒng)。

升降系統(tǒng)和滑移系統(tǒng)是將兩根平行的軌道作為縱軌，在兩根平行軌道的垂直方向設(shè)置一根懸掛的軌道作為橫梁，之后沿著垂直的方向安裝電動升降設(shè)備。經(jīng)過這樣的設(shè)備，可以在三維空間之中進行任意的移動和停留，針對汽車生產(chǎn)線的具體需求，采用如下的結(jié)構(gòu)和組成對該系統(tǒng)進行設(shè)計，包括輔助結(jié)構(gòu)、軌道聯(lián)合器、柔性聯(lián)接安裝件、橫梁和軌道等。零件定位系統(tǒng)和抓取系統(tǒng)的實質(zhì)是一個吊具，但是因為汽車尾門的安裝和形狀都有其特殊性，因此與車架焊接生產(chǎn)線上使用的吊具有所區(qū)別，它主要有六個部位組成，限位桿、掛鉤兩個、上壓塊兩個、導(dǎo)向板兩塊、真空吸盤兩個、電動葫蘆按鈕、真空吸盤按鈕、手柄兩個、導(dǎo)向板拉桿。抓取系統(tǒng)通過氣路來實現(xiàn)，依據(jù)相關(guān)的真空技術(shù)原理，使用氣源處理三聯(lián)件、真空吸盤、真空過濾器、真空吸盤按鈕、彈簧軟管等對氣路進行組裝，在左手的手柄上安裝真空吸盤按鈕實現(xiàn)對零件的松開和抓取。定位系統(tǒng)在對零件進行抓取的過程中，通過限位桿和兩個掛鉤實現(xiàn)，在對汽車進行安裝的時候，定位十分復(fù)雜，因為使用鉸鏈進行安裝，而且在安裝之后需要保持一定的空隙，使膠條能夠順利的安裝，車輛的尾門能夠順利的打開。

（三）懸鏈小車輸送系統(tǒng)

對懸鏈小車輸送系統(tǒng)的研究和開發(fā)已經(jīng)不斷成熟，在裝配線和焊接線上都有著廣泛的應(yīng)用，這種懸鏈小車輸送系統(tǒng)可以對物料進行升降和抓取等循環(huán)不斷的過程，同時具有很高的自動化能力，因此，助力的效果十分明顯，但是高自動化相應(yīng)的導(dǎo)致了成本的不斷提高。

當(dāng)前助力機械手在汽車制造行業(yè)中的應(yīng)用范圍十分廣泛，設(shè)備基本上全部使用的是氣控閥，屬于無電施工作業(yè)，能夠確保操作人員的安全性，同時降低設(shè)備的整體投入成本和后期維護成本。同時運用氣動平衡手動控制代替人工搬運工件，能夠切實降低操作人員的工作強度，提升工作效率，確保操作人員的身體健康及生命安全。

參考文獻：

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