多工位集成式機(jī)器人自動(dòng)上料技術(shù)探索

曹義軍，王慶云，李明

（蘇州工業(yè)園區(qū)格比機(jī)電有限公司，江蘇 蘇州 215123）

目前工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，采用工業(yè)機(jī)器人代替人工上料，可實(shí)現(xiàn)高速穩(wěn)定生產(chǎn)的要求，具有定位精確、生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、運(yùn)行可靠平穩(wěn)、降低勞動(dòng)強(qiáng)度等諸多特點(diǎn)。本文提供一種機(jī)器人多工位集成式上料技術(shù)，通過(guò)不同裝置及控制方式的實(shí)施，達(dá)到工件高速準(zhǔn)確的同步配對(duì)上料要求。

1 基本結(jié)構(gòu)及工作原理（圖1）

圖1

集成式機(jī)器人自動(dòng)上料裝置包括控制系統(tǒng)、工件放置機(jī)構(gòu)1、工業(yè)機(jī)器人2、工件中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、工件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)4 及緩存落料機(jī)構(gòu)5。

機(jī)器人2 為負(fù)載能力60Kg 的六自由度工業(yè)機(jī)器人，設(shè)置在封閉式框式機(jī)架6 內(nèi)，具有一定的靈活性和自由度，包括機(jī)器人本體、機(jī)器人底座及位于機(jī)器人末端的夾取組件。

夾取組件包括用于夾取工件的工件夾取模塊、及用于夾取塑料隔膜的塑料隔膜夾取模塊。工件夾取模塊包括兩套工件夾取單元，兩套工件夾取單元可根據(jù)實(shí)際需要單獨(dú)使用或同步使用。每個(gè)工件夾取單元包括工件夾取升降氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、夾爪氣缸及兩套夾爪，工件夾取升降氣缸通過(guò)旋轉(zhuǎn)氣缸與夾爪氣缸相連接。塑料隔膜夾取模塊包括塑料隔膜吸取升降氣缸、連接板及10 套塑料隔膜吸盤(pán)，塑料隔膜吸取升降氣缸安裝在支撐底板上，塑料隔膜吸盤(pán)在連接板上對(duì)稱固定。

工件放置機(jī)構(gòu)1 設(shè)置在封閉式框式支架6 內(nèi)，位于機(jī)器人2 的一側(cè)，工件放置機(jī)構(gòu)1 包括移動(dòng)平臺(tái)、位于移動(dòng)平臺(tái)上的移動(dòng)小車以及設(shè)置在移動(dòng)小車上的兩組料筐。在移動(dòng)平臺(tái)的兩側(cè)，封閉式框式機(jī)架6 上還固定有兩個(gè)托板，用于存放從料筐中取出的塑料隔膜。

移動(dòng)平臺(tái)上有用于人工放置料筐或取下料筐的第一工位與第三工位，以及用于機(jī)器人取出料筐中工件的第二工位，第一工位、第二工位與第三工位依次相連，第二工位設(shè)置在第一工位與第三工位之間，作為機(jī)器人上料位置；第一工位與第三工位根據(jù)移動(dòng)平臺(tái)的平移，交替成為放置滿料筐或取下空料筐工位，由操作人員依次進(jìn)行空料筐的取下及滿料筐的上料動(dòng)作。

移動(dòng)小車在第一工位、第二工位與第三工位之間自由移動(dòng)，移動(dòng)小車包括小車本體、以及驅(qū)動(dòng)小車本體在移動(dòng)平臺(tái)上移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)安裝在小車本體的底部，通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)小車平移。小車本體上有兩個(gè)料筐放置工位，并排有兩個(gè)料筐；每個(gè)料筐內(nèi)有13 層工件，每層工件通過(guò)塑料隔膜相隔開(kāi)。在第二工位的正上方有視覺(jué)系統(tǒng)18，視覺(jué)系統(tǒng)18 采用2000 萬(wàn)像素高分辨率工業(yè)相機(jī)，視覺(jué)系統(tǒng)18 安裝在垂直方向上可自動(dòng)調(diào)節(jié)的伺服機(jī)構(gòu)上，機(jī)器人可在視覺(jué)系統(tǒng)18 的引導(dǎo)下依次取出料筐中的工件，每次取出兩件，每層取完后，取出塑料隔膜放置在托板上，然后取下一層。

工件中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、工件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)4 及緩存落料機(jī)構(gòu)5 均位于機(jī)器人2 的另一側(cè)，工件中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3 與緩存落料機(jī)構(gòu)5在工件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)4 的工作行程范圍內(nèi)，工件中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3 的工件通過(guò)工件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)4 移送至緩存落料機(jī)構(gòu)5。

工件中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3 包括旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相連接的驅(qū)動(dòng)組件，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上有四個(gè)工位，四個(gè)工位繞旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的軸線沿圓周方向等距排列；驅(qū)動(dòng)組件固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的底部，驅(qū)動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)及與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接的分度頭。

工件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)4 包括支撐架、以及安裝在支撐架上的氣缸組件。氣缸組件包括移位氣缸、升降氣缸單元及變距氣缸，移位氣缸用于實(shí)現(xiàn)工件在水平方向上移動(dòng)，固定在支撐架的上方；升降氣缸單元通過(guò)固定板固定在支撐架的下方，變距氣缸與升降氣缸單元固定連接在固定板的下方，升降氣缸單元用于實(shí)現(xiàn)工件在豎直方向上移動(dòng)，升降氣缸單元包括兩套氣缸組件，每個(gè)氣缸組件包括1 套升降氣缸、1 套夾爪氣缸及2 套夾爪，夾爪氣缸位于升降氣缸底部，夾爪安裝在夾爪氣缸的底部；在氣缸組件的驅(qū)動(dòng)下可通過(guò)夾爪將兩個(gè)工件取出，并可借助變距氣缸調(diào)節(jié)兩個(gè)工件的距離，實(shí)現(xiàn)在搬運(yùn)過(guò)程中調(diào)整工件間距的功能。

緩存落料機(jī)構(gòu)5 包括分料升降組件和落料組件，安裝在生產(chǎn)線主線上方，對(duì)工件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)搬運(yùn)過(guò)來(lái)的工件進(jìn)行緩存，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的工件緩存及向主線落料功能。在安裝底座中有4 個(gè)導(dǎo)向桿，用于工件在下降過(guò)程中的導(dǎo)向，防止在工件垂直下降時(shí)位置出現(xiàn)偏移。

其中，分料升降組件包括安裝底座、分料模塊及緩存升降模塊。分料模塊由多層承托架、分料氣缸及安裝板組成，固定連接在安裝底座上。分料氣缸安裝在安裝底座的一側(cè)外部，每層承托架包括兩個(gè)相互平行設(shè)置的承托桿，承托桿一側(cè)固定安裝在分料氣缸底板上，另一側(cè)可在固定于安裝底座上的直線軸承內(nèi)滑動(dòng)。緩存升降模塊由緩存升降氣缸及安裝底板組成，緩存升降氣缸設(shè)置在安裝底座的頂部。分料升降組件共包括15 層承托架，其自上而下布置，在分料氣缸的驅(qū)動(dòng)下可沿水平方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在緩存升降氣缸的驅(qū)動(dòng)下可沿豎直方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

落料組件結(jié)構(gòu)與分料模塊類似，由多層承托架、落料氣缸及安裝板組成，固定在在安裝底座上。落料氣缸安裝在安裝底座的另一側(cè)外部，每層承托架包括兩個(gè)相互平行設(shè)置的承托桿，承托桿一側(cè)固定安裝在落料氣缸底板上，另一側(cè)可在固定于安裝底座上的直線軸承內(nèi)滑動(dòng)。落料組件共包括15層承托架，其自上而下布置，在落料氣缸的驅(qū)動(dòng)下可沿水平方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

緩存落料機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)多層工件的依次落料，主要?jiǎng)幼髁鞒虨椋海?）在原點(diǎn)位置時(shí)，落料氣缸帶動(dòng)的承托桿為伸出狀態(tài)，工件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)將工件搬運(yùn)放在落料組件的承托桿上，工件被支撐；（2）分料模塊中分料氣缸動(dòng)作，分料模塊承托桿伸出；（3）落料氣缸動(dòng)作，落料氣缸帶動(dòng)的承托桿縮回，工件落在分料模塊的承托桿上；（4）緩存升降氣缸推動(dòng)分料升降組件下移，分料模塊的承托桿帶動(dòng)工件下移；（5）落料氣缸動(dòng)作，落料氣缸帶動(dòng)的承托桿伸出；（6）分料模塊中分料氣缸動(dòng)作，分料組件承托桿縮回，工件落在落料組件的承托桿上；（7）緩存升降氣缸縮回，帶動(dòng)分料升降組件上移。

以上循環(huán)動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)工件逐層下降落料的要求。

整體上料過(guò)程為通過(guò)機(jī)器人上的夾取組件將料筐中的工件移送至工件中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，然后通過(guò)工件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移至緩存落料機(jī)構(gòu)，并依次在生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)工件同步上料至主線7 的要求。

2 性能特點(diǎn)

該裝置采用多工位集成式設(shè)計(jì)，結(jié)合機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)汽車零部件生產(chǎn)中的同步配對(duì)上料過(guò)程。具有以下特點(diǎn)：

（1）采用多工位集成設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)高速、準(zhǔn)確的同步上料需求。

（2）設(shè)置工件中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，與機(jī)器人及工件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)配合，通過(guò)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)將工件旋轉(zhuǎn)至工件搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的活動(dòng)范圍內(nèi)，且該工件中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置有四個(gè)工位，實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)高效上料，減少人員投入，提高生產(chǎn)效率。

（3）設(shè)置高分辨率視覺(jué)系統(tǒng)，通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)軟件算法，識(shí)別上料工件狀態(tài)和空間位置，建立機(jī)器人與視覺(jué)系統(tǒng)雙坐標(biāo)系模型，引導(dǎo)機(jī)器人從料筐中夾取工件，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)工件的精確夾取。

（4）設(shè)置緩存落料機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)配對(duì)生產(chǎn)。

該多工位集成式機(jī)器人自動(dòng)上料技術(shù)已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用，提升了生產(chǎn)過(guò)程中的零件上料效果，明顯改善了生產(chǎn)效率，并獲得了專利授權(quán)。