邢向濤，鄭崇俠，李長春，劉龍濤

（1.山東開泰拋丸機械有限公司，山東 鄒平 256217；2.濟南大學(xué)，山東 濟南 250022）

拋丸清理機按吊鏈式拋丸清理機的吊鏈行走方式不同，可分為吊鏈連續(xù)式、吊鏈步進式和積放式拋丸清理機。吊鏈連續(xù)式拋丸清理機的吊鏈連續(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；吊鏈步進式拋丸清理機的吊鉤脈動前進，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，該拋丸清理機裝卸和拋丸時間可調(diào)，生產(chǎn)靈活性強，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)動機缸體缸蓋、電機殼體表面及內(nèi)腔較復(fù)雜的工件，清理效果尤為突出。

圖1 吊鏈連續(xù)式拋丸清理機

吊鏈式拋丸清理機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式拋丸清理機都適合各種批量、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式拋丸清理機，其工件的裝卸都是在拋丸清理室外某一位置進行。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)高度進行裝卸，長時間工作會造成工人勞動強度大，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)線的要求。

2 工件自動裝卸

針對吊鏈式拋丸清理機人工裝卸工件的現(xiàn)狀，研發(fā)了吊鏈裝卸工件機器人系統(tǒng)，考慮到吊鏈通過式拋丸清理機的吊鉤是連續(xù)勻速移動的，所以研發(fā)的吊鏈裝卸工件機器人系統(tǒng)由6 自由度關(guān)節(jié)機器人、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，如圖2 所示。6 自由度關(guān)節(jié)機器人用來裝卸搬運工件。6 自由度關(guān)節(jié)機器人裝在滾珠絲杠移動工作臺上，滾珠絲杠副帶動機器人直線移動，用來保持機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行準確定位，為機器人裝卸工件做好準備。

圖2 吊鏈裝卸工件機器人系統(tǒng)

2.1 6 自由度關(guān)節(jié)機器人的研發(fā)

6 自由度關(guān)節(jié)機器人運動靈活、位置準確、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)機器人最大裝卸質(zhì)量為50 kg，機器人由6 臺伺服電機和6 臺減速機組成，分別控制6 個關(guān)節(jié)的運動。機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，提高了機器人的承載能力。課題組對機器人結(jié)構(gòu)進行了三維建模和優(yōu)化，研發(fā)了機器人控制系統(tǒng)，開發(fā)了控制系統(tǒng)軟件，進行了機器人運動學(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，工件連續(xù)勻速移動，機器人機座靜止、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，采用伺服電機驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，帶動螺母和工作臺移動，機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)，如圖3 所示。

圖3 滾珠絲杠移動工作臺

機器人要將工件準確放置到吊鉤上，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，工件到達前定位面，側(cè)面氣缸推動工件到達另一定位面，工件在兩個相互垂直的定位面上進行定位，松開氣缸后工件就可以被機器人抓走。對于其他形狀的工件，采用機器視覺技術(shù)，用雙目相機進行視覺定位，然后進行圖像處理和識別定位，最后傳送給機器人控制系統(tǒng)進行抓取工件。

2.3 工件搬運夾持器

吊鏈式拋丸清理機清理的工件形狀多種多樣，機器人的末端夾持器要能夠準確有效地夾持和搬運工件，到達位置后快速卸下工件。課題組研發(fā)了發(fā)動機缸體缸蓋夾持器、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4 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孔、中間桿頂住閥門體，完成對三通閥門的定位夾緊，如圖4 b）所示。

圖4 工件搬運夾持器

3 結(jié)束語

吊鏈式拋丸清理機適合于各種批量、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)。本文提出了在吊鏈式拋丸清理機上采用機器人裝卸工件的思想，將機器人裝在滾珠絲杠移動工作臺上，保持機器人與吊鏈以相同的速度移動懸掛工件，機器視覺檢測和定位工件，研發(fā)的吊鏈裝卸工件機器人系統(tǒng)，經(jīng)在吊鏈式拋丸清理機上裝卸工件應(yīng)用，效果良好，滿足生產(chǎn)的要求，減輕了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率和自動化水平。

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