桁架機器人在刮板上料中的應(yīng)用

謝森琪,侯 孟

(寧夏天地奔牛實業(yè)集團有限公司，寧夏 石嘴山 750001)

0 引言

刮板是刮板輸送機的重要零件，刮板斧頭淬火是刮板熱處理過程中的重要工序。刮板輸送機型號較多，相對應(yīng)的刮板型號也較多。刮板淬火來料根據(jù)各型號刮板外形特征有不同的碼放方式。刮板上料過程即人工徒手或操作協(xié)作臂進行刮板搬運、上料，勞動強度大，安全性能低。為減輕刮板淬火過程中的勞動強度，提高產(chǎn)線自動化程度，采用桁架機器人為刮板自動上料設(shè)備主體，配合非標(biāo)夾具來完成刮板自動上料。

1 刮板上料現(xiàn)狀

刮板作為刮板輸送機的主要零件，型號多，質(zhì)量重，某公司現(xiàn)主要生產(chǎn)刮板型號有6種～8種，刮板質(zhì)量從60 kg到160 kg不等，部分不常用型號刮板質(zhì)量可達200 kg，長度1.6 m以上。

淬火爐結(jié)構(gòu)主要包含鏈板輸送線、刮板淬火機構(gòu)兩大部分。生產(chǎn)過程中，人工通過助力臂以及鏈條等簡單工具將單個刮板搬運至淬火爐進料端鏈板輸送線，人工對刮板擺正進行定位，然后刮板經(jīng)鏈板輸送線輸送至淬火爐內(nèi)部進行淬火。

為減輕刮板淬火過程中的勞動強度，提高產(chǎn)線自動化程度，采用桁架機器人為刮板自動上料設(shè)備主體，配合刮板夾具以完成刮板自動上料。

2 刮板上料機器人結(jié)構(gòu)

2.1 刮板上料機器人總體結(jié)構(gòu)及特點

刮板上料機器人結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 刮板上料機器人結(jié)構(gòu)示意圖

刮板上料機器人整體為龍門式結(jié)構(gòu)，主要由立柱、移載機構(gòu)和夾具3部分構(gòu)成。龍門式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、行程跨度大、機構(gòu)負載大，可適用于刮板的上下料搬運。

刮板上料機器人結(jié)構(gòu)具有以下特點：

(1)立柱采用冷彎型鋼管，具有抗扭性能好、抗彎強度較大、抗震性能好等特點。同時底部安裝座增大與地基接觸面積，增加了設(shè)備的穩(wěn)固性。立柱通過化學(xué)錨栓與地基固定。

(2)移載機構(gòu)是由4個單軸移載模組組成的XYZ三坐標(biāo)移載機構(gòu)。包含X軸移載模組2個，Y軸、Z軸移載模組各1個。

(3)移載模組以鋁合金型材為主體。鋁合金型材具有密度小、選材容易、型號規(guī)格較多等特點，可以大幅降低模組重量，使設(shè)備整體機械性能得到提高。同時鋁合金型材有預(yù)留T型槽、導(dǎo)軌安裝臺階等結(jié)構(gòu)特點，便于電氣附件、導(dǎo)軌、T形螺母等零件的安裝、固定。

(4)移載模組以齒輪齒條結(jié)構(gòu)為傳動方式。齒輪傳動定位準(zhǔn)確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長。同時齒輪齒條結(jié)構(gòu)具有高精度、大載荷的特點，在高負載運動狀態(tài)下，速度可大于2 m/s，精度可達0.1 mm。

(5)移載模組以直線導(dǎo)軌滑塊為導(dǎo)向機構(gòu)。導(dǎo)軌滑塊結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維護方便、成本較低，同時滑軌端面、側(cè)面均可承受較大負載，可適用于灰塵、油污等惡劣環(huán)境，整體性能較好。

2.2 刮板夾具結(jié)構(gòu)

根據(jù)刮板碼放方式及刮板外形特點，設(shè)計的刮板夾具如圖2所示。

圖2 刮板夾具結(jié)構(gòu)示意圖

刮板夾具由框架、伸縮機構(gòu)、防護機構(gòu)和夾爪4部分構(gòu)成。框架采用鋁型材為結(jié)構(gòu)主體，使用型材專用連接螺栓，框架結(jié)構(gòu)整體牢固、整潔，同時安裝、調(diào)試方便。伸縮機構(gòu)以步進電機為動力，通過左旋、右旋滾珠絲杠機構(gòu)實現(xiàn)兩側(cè)夾爪的同步伸縮，以滿足不同型號刮板的尺寸需求。防護機構(gòu)在夾具抓取刮板后閉合，防止刮板在移載過程中脫落。夾爪采用兩側(cè)對稱式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計符合刮板抓取需求。

3 使用效果

桁架機器人的使用，實現(xiàn)了刮板自動化夾取、搬運、上料等工作，取得了良好的使用效果，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)減輕了操作者勞動強度。桁架機器人取代了刮板上料過程中原有的裝夾、搬運、定位等工作，使操作者的勞動強度大幅減少。

(2)提高了生產(chǎn)安全性。桁架機器人采用固定夾具夾取刮板，并且在移載過程中有刮板防脫落防護機構(gòu)，與原有的人工通過鏈條、定位銷等機構(gòu)搬運方式相比，可有效減少搬運過程中意外的發(fā)生。

(3)提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量。人工操作過程中，刮板放置到鏈板輸送線上之后需要重新擺正定位，而桁架機器人采用專用夾具夾取刮板，同時上料點固定，無需二次定位，減少了因人工定位造成的刮板位置不準(zhǔn)確引起的刮板兩側(cè)斧頭與淬火線圈干涉、兩側(cè)斧頭淬火不均勻等問題，提高了刮板淬火質(zhì)量。

(4)提高了產(chǎn)線整體自動化程度。原人工上料因時間、工作流程不定，造成淬火爐自動程序無法正常運行，需淬火設(shè)備單步運行，對刮板定位后再人工操作淬火爐進行下一步工序。現(xiàn)上料機器人與淬火爐信號對接，可實現(xiàn)上料機器人與淬火爐的自動不間斷生產(chǎn)。

根據(jù)長時間的設(shè)備運行，也發(fā)現(xiàn)了桁架機器人的部分不足：

(1)桁架機器人設(shè)備整體占地面積大，較為緊湊的應(yīng)用場地?zé)o法適用。

(2)龍門式桁架機器人因結(jié)構(gòu)特點會有兩根平行的軸，在安裝及調(diào)試過程中，設(shè)備會出現(xiàn)兩側(cè)傳動不平衡問題。如采用兩側(cè)同步驅(qū)動方式，在安裝調(diào)試過程中結(jié)構(gòu)精度和安裝難度會大大提高。

4 結(jié)語

隨著工業(yè)自動化、智能化發(fā)展需求，工業(yè)機器人在生產(chǎn)、搬運等場所會有越來越大的應(yīng)用需求。隨著桁架機器人在刮板上料過程中的投入使用，提高了刮板淬火生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量，降低了工人的勞動強度。同時桁架機器人與淬火爐之間信息的交互，使整個淬火生產(chǎn)流程更加順暢，生產(chǎn)自動化程度得到了提高。

根據(jù)刮板外形及碼垛特征研制的刮板夾具，可適用于各種刮板的夾取工作。后期配合智能相機視覺識別技術(shù)，可適用于更復(fù)雜的刮板來料工況，以實現(xiàn)圖像處理、自動尋位、在線監(jiān)測等智能化技術(shù)的應(yīng)用，將桁架機器人更有效地應(yīng)用于其他工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。