重載龍門桁架機(jī)器人主要針對大型重載自動化生產(chǎn)線機(jī)器人組線關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究應(yīng)用，以注塑機(jī)拉桿鍍后加工自動化生產(chǎn)線為例的重型生產(chǎn)線一般多為重載龍門桁架機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。用于拉桿的鍍后加工生產(chǎn)線工件其毛坯重量一般小于等于600?kg，零件的尺寸范圍長度兼容1580～4042?mm、直徑兼容44～145?mm。機(jī)器人機(jī)內(nèi)上下料時(shí)間在60?s左右。拉桿的鍍后加工自動化生產(chǎn)線總體包括1臺重載龍門桁架機(jī)器人、2套兩工位上下料臺、4個料盤、1套人工抽檢臺、5套緩存平臺、1套外圍防護(hù)、1套工件直徑及長度識別裝置以及2套維修平臺。本案例中加工主機(jī)設(shè)備型號為寧波海天精工股份有限公司車床，車床型號：TC50×4200。

重型龍門桁架機(jī)器人

重載龍門桁架機(jī)器人需要滿足相應(yīng)的目標(biāo)參數(shù)要求，速度參數(shù)：A軸：50?m/min、B軸：60?m/min、C軸：60?m/min;抓取重量：腕部最大負(fù)載1500kg;定位精度：±0.2?mm。作為自動化生產(chǎn)線最為重要的重載龍門桁架機(jī)器人開發(fā)，其難點(diǎn)在于集成無線傳輸技術(shù)、融合視覺功能的手爪以及可拆垛型物流小車于一體，時(shí)時(shí)進(jìn)行工件種類判斷，并調(diào)用相關(guān)程序，進(jìn)而滿足較多工序、多品種、大型零件的上下料應(yīng)用場合。其中，為了進(jìn)行工件大小識別，解決組線中多種工件兼容的問題，需要采用集成視覺功能的手爪模塊，手抓備有掃碼裝置及聯(lián)合打標(biāo)工序，實(shí)時(shí)追溯產(chǎn)品工序和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)多工序工件質(zhì)量溯源功能;采用無線傳輸拆垛物流小車，則旨在實(shí)現(xiàn)多工序工件程序調(diào)用功能。

集成多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)過項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)施和改善，重載龍門桁架機(jī)器人的開發(fā)涉及多種關(guān)鍵技術(shù)。首先就是多工序制造及工藝。多工序的重點(diǎn)在于工件的兼容以及多工序之間的搬運(yùn)，本案例中的生產(chǎn)線采用了軸類零件結(jié)合視覺功能的勾型手爪。

圖1  GS系列重載龍門桁架機(jī)器人生產(chǎn)線總體示意圖

龍門結(jié)構(gòu)桁架設(shè)計(jì)主要面對大型重型的生產(chǎn)線，無線傳輸技術(shù)就顯得十分關(guān)鍵。水平軸采用滾輪結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)重載、高速、靜音的效果，對于安裝環(huán)境要求低、易維護(hù)。通過無線傳輸通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無線地桁架系統(tǒng)，這樣僅通過簡易的橫梁拼接就可以滿足生產(chǎn)線長行程的需求。同時(shí)無線傳輸系統(tǒng)也避免了原有的拖鏈傳動、長行程的拖鏈磨損等問題，大大降低了生產(chǎn)線的故障率。

圖2  橫梁、立柱采用模塊化拼接設(shè)計(jì)

圖3  橫梁的有限元分析

物流系統(tǒng)方面，可拆垛型物流小車采用鋼軌導(dǎo)向，齒輪齒條傳動，通過變頻控制可實(shí)現(xiàn)±0.15?mm的準(zhǔn)確定位。配合手爪可以完成不同層之間的拆垛和碼垛工作，輕松實(shí)現(xiàn)重型零件的大容量存儲。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)用且安全性能高

GS系列重載龍門桁架機(jī)器人生產(chǎn)線采用模塊化設(shè)計(jì)，橫梁6?m拼接，一種設(shè)計(jì)，多種安裝形式。立柱可以在任意100?mm的位置安裝，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行移動;對橫梁進(jìn)行有限元分析，滿足重載要求;對電機(jī)進(jìn)行安全校核，豎軸增加安全抱閘裝置，防止在電機(jī)抱閘失效后引起嚴(yán)重安全事故。托板采用鑄鋁托板一體化設(shè)計(jì)，剛性高，既能滿足輕量化設(shè)計(jì)，也能滿足重載設(shè)計(jì)，變形量小于0.01?mm。

圖4  鑄鋁托板的有限元分析

集成視覺功能的勾型手爪設(shè)計(jì)解決了由于工件較重、種類較多，換產(chǎn)較為麻煩的問題。勾型手爪設(shè)計(jì)可以讓工件在任何時(shí)候都能夠安全地放置在手爪上，不會因?yàn)閿嚯?、斷氣而影響到手爪的穩(wěn)定性;手爪集成視覺功能，可以實(shí)時(shí)判斷工件的種類、正反等，同時(shí)調(diào)用相應(yīng)的機(jī)械手程序和機(jī)床加工程序，減少因人為因素而導(dǎo)致的相關(guān)問題，可提高機(jī)床利用率和生產(chǎn)效率。手抓在上料工位完成工件的長度和直徑識別，識別后判斷零件的種類，進(jìn)而根據(jù)種類將零件送入相應(yīng)指定的機(jī)床進(jìn)行加工。

緩存平臺設(shè)有毛坯和成品兩個工位，緩存平臺架空。機(jī)械手將毛坯零件搬運(yùn)到相應(yīng)機(jī)床的緩存平臺毛坯工位，然后機(jī)械手在機(jī)床內(nèi)將機(jī)床加工后的成品取出放置在緩存平臺成品工位，機(jī)械手在緩存平臺抓取成品料放置在拋光機(jī)處的上料道。而毛坯加工完成后，機(jī)械手再抓取毛坯給機(jī)床上料。

圖5  集成視覺功能的勾型手爪結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)線中集成無線供電技術(shù)的可拆垛型物流小車為碼垛式設(shè)計(jì)，當(dāng)一層工件加工完成之后，配合機(jī)械手手爪進(jìn)行托盤拆垛，可以進(jìn)行另一層工件的加工。而最終加工完的空垛可以轉(zhuǎn)移至下料區(qū)域再進(jìn)行碼垛。

針對目前注塑機(jī)行業(yè)拉桿加工領(lǐng)域，由于其品種多、重量大，而且人工勞動強(qiáng)度大，效率非常低。巨能開發(fā)的重載龍門桁架機(jī)器人，采用雙橫梁，跨距大，能夠滿足重載、服務(wù)區(qū)域大的應(yīng)用場合，改變了傳統(tǒng)的物流方式，有效地改善了作業(yè)環(huán)境。其能夠?qū)崿F(xiàn)拉桿多工序加工的自動上下料，可靠地保證了產(chǎn)品質(zhì)量，結(jié)合視覺識別技術(shù)、智能物流小車實(shí)現(xiàn)了制造過程的自動化。通過應(yīng)用重載龍門桁架機(jī)器人自動化生產(chǎn)線組線，客戶降低了成本，促進(jìn)了注塑機(jī)零部件制造向自動化、智能化的轉(zhuǎn)變，有效提高了加工生產(chǎn)效率，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量。