助力机械手在客车前挡风玻璃安装中的应用

胡家冀

（金龙汽车联合工业（苏州）有限公司，江苏 苏州 215026）

为提升劳动效率及机械化程度、降低劳动强度，达到一定生产规模的客车厂已逐步将制作工艺及工装设备向轿车行业看齐。一般客车生产厂的总装生产线前挡风玻璃人工安装时，需3人一起合作安装，玻璃就位时要2人抬下部，1人在车内托着，而且内部1人会踩到已装配好的仪表台上，有安全隐患及损伤仪表台的可能。客车前挡风玻璃这种人力安装方式，劳动强度大，对员工的体能及安装熟练程度要求较高，人力成本也较高。为了提升现场施工机械化程度，提升效率，降低员工劳动强度，国内知名客车厂家已逐步采用助力机械手[1-2]安装客车前挡风玻璃。

1 前挡风玻璃安装助力机械手种类

助力机械手[3]，又称机械手、平衡吊、手动移载机，是一种新颖的、用于物料搬运时省时、省力操作的助力设备。它巧妙地应用力的平衡原理，使操作者对重物进行相应的推拉，就可在空间内省力地平衡移动定位，重物在提升或下降时形成浮动状态，无需熟练的点动操作。

助力机械手按结构形式可分为软索式助力机械手和硬臂式助力机械手[3-4]以及自制省力吊具等。由于非标设备[5]的特点，决定了选用或设计制作该类设备时必须结合现场工况及工艺要求，以更贴近操作者的实际需求[6]。

1）硬臂式助力机械手，如图1所示。硬臂式助力机械手包括四部分[5]：地面行走机构；机械手主机；夹具部分和气路控制系统。

硬臂式助力机械手具有全行程“漂浮”功能，选用原则：在工件重心远离臂悬挂点，或是工件需要翻转或倾斜情况下，必须选用硬臂式助力机械手；在厂房高度有限情况下，也可以选用硬臂式助力机械手。机械手主机部分：可实现不同重量物料的重力平衡状态，适用于物料的精确移载操作；空载、满载及处理不同工件时，系统可感知其重量变化，并实现载荷在三维空间中的浮动状态，便于精确定位；全程平衡、运动顺滑等特点，使得操作者可以很便捷地实现工件的搬运、定位、装配等操作；刚性手臂可使机械手带工件越过障碍；水平臂可满足物料在相关场所进行横向放入、横向取出等动作要求。

硬臂式助力机械手可以实现提升最重500 kg的工件，半径最长可以达到3 000 mm，提升高度最高2 500 mm。根据起吊工件重量不同，应选择符合最大工件重量的最小型设备。

硬臂式助力机械手配有储气罐，可在断气情况下继续使用一个循环，同时可以报警，提醒操作者，在气压下降到一定程度，启动自锁功能，防止工件下降。并设有安全系统，在搬运过程中或是工件没有被放置在安全表面时，操作者不能释放工件[7]。

配合各种非标夹具，硬臂式助力机械手可以实现起吊各种形状的工件。安装形式可以是地面固定、悬挂固定或导轨移动。由于客车行业的特殊性，故运用于客车企业的硬臂式助力机械手的移动方式[8]一般有两种：液压小车结构（比较省力，但还需人力拉动）和电动小车行走结构（电动车部分相对投入较大，无需人力拉动，操作最便捷）。

2）软索式助力机械手，如图2所示。软索式机械手的功能与硬臂式助力机械手一样都具有全行程的“漂浮”功能，配有储气罐，可在断气情况下继续使用一个循环，同时可以报警，提醒操作者。配合各种非标夹具，软索式助力机械手可以实现起吊各种形状的工件。

3）省力吊具，如图3所示。部分客车生产厂家采用自制前挡风玻璃安装吊具总成方式安装前后挡风玻璃，采用现成的行车组合使用该吊具，价格低廉，简单实用。

2 应用助力机械手的优点

1）在人力成本越来越高的前提下[4]，节约人力，降低员工劳动强度。前挡风玻璃安装由3～4人减为1～2人（含玻璃转运人数，实际安装时一人操作即可），减少对熟练安装工的依赖程度。

2）减少前挡风玻璃意外损坏的可能性。人工安装前挡风玻璃时，调整玻璃的前后左右上下相对位置时，使用硬木板或工具撬动的方法，常有将玻璃边缘撬出毛边及微小裂纹的可能性。使用机械手后可用吸盘装置通过调整方向盘轻松移动。

3）减少现场员工合作搬运玻璃时受到意外伤害的可能性，提高员工安装玻璃时的安全系数。

4）采用可移动式机械手，生产线无需改造原安装方式及生产节拍不变动（两辆车的间距≥2 m即可轻松操作）。工作效率可以得到很大的提高，装配的产量也得到提高，同时，总装车间的机械化程度及参观美观度也得到提升。

5）移动方便。助力机械手可采用液压行走方式或电动驱动行走方式，不受生产线限制。

6）助力机械手具有无重力化、精确直观、操作便捷、安全高效等特点。应用助力机械手可改善搬运玻璃操作人员的安全，提高生产效率和产品的质量。

7）成本分析。液压行走硬臂式助力机械手单台价格为10万～15万元，电动行走硬臂式助力机械手价格为15万～19万元。软索式助力机械手价格更便宜，价格为5万元左右，但是移动灵活性及实用性较硬臂式差。自制省力吊具成本一般为1万元左右。该类设备使用寿命5年以上。以大型客车前挡风玻璃安装由3～4人减为1～2人、以人均4万元年薪计算，硬臂式助力机械手2年左右即可收回成本。

3 结束语

由于助力机械手以其“平衡重力”使得运动平滑，操作省力、简单，装配方便、快捷，定位准确，大大减轻了员工的劳动强度，提高了工作效率[5]。故客车行业采用助力机械方式安装前挡风玻璃、侧窗玻璃以及其他大型内饰件已是大势所趋[9]。具有客车行业特点的卫生间安装、座椅搬运[10]、仪表台搬运、行李架搬运、竹地板搬运、前后顶搬运等各种大型安装助力机械手的解决方案都将在以后的客车制造过程中陆续实现。

[1]李允文.工业机械手设计[M].北京：机械工业出版社，1996.

[2]天津大学《工业机械手设计基础》编写组.工业机械手设计基础[M].天津：天津科学技术出版社,1980.

[3]庄延美.助力机械手在解放载货车驾驶室装配中的使用[J].汽车工艺与材料，2009，（7）

[4]俞经经.车身焊装助力机械手应用设计理论研究[J].装备制造技术，2011，（1）

[5]张金枝，肖立军.助力机械手在汽车制造业中的应用[J].制造业自动化，2006，（7）

[6]张少辉.助力机械在汽车装配调整线上的应用及设计[J].装备制造技术，2008，（8）

[7]王宏杰.解放J6驾驶室焊装线助力机械手[J].汽车工艺与材料，2008，（8）

[8]王建军.气动搬运机械手的设计与研究[J].机械管理开发，2010，（5）

[9]肖立军，米学宁，石雷，等.气动平衡助力机械手的原理及应用[J].制造业自动化 2011，（3）

[10]钟辉.气动搬运助力平衡系统[J].技术与应用，2007，（6）