新型定位抓纱手爪及控制方法的研究

徐 慧，王丽丽，杨富宏，曹晓燕，刘艳明

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

新型定位抓纱手爪及控制方法的研究

徐 慧，王丽丽，杨富宏，曹晓燕，刘艳明

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

以具体项目为依托，主要介绍新型可定位抓纱手爪的研制，解决了丝卷二次定位，丝卷中心距调整等关键技术难点，解决了智能物流生产线丝卷上线的难题，并获批使用新型专利一项。

定位；变距

0　引言

目前中国是世界上主要的涤纶长丝生产国，“十二五”期间，我国化纤涤纶工业将进一步转变生产方式，逐步从劳动密集型向技术密集型转变，大量采用自动化、智能化的物流成套设备与系统，将会成为本行业企业的必然选择。

化纤生产智能物流系统取代了人工分级、拣选、包装等作业，实现丝卷从落筒、输送、储存、检验分类、包装到码垛的自动化。在此过程中，用工业机器人携带抓纱手爪，替代人工将丝卷从丝车上取下，放置到辊道线置纱盘上，并确保信息准确传递，是整个智能物流系统的关键步骤。

1　研究内容分析

本设备操作对象为丝卷，重量为5.5公斤（具体尺寸如图1所示），手爪需要将其从96锭纱车（具体尺寸如图3所示）取下，一次抓取6锭，放置到小托盘线体的置纱盘（具体尺寸如图2所示）上，并将每锭丝卷的产品信息，正确与置纱盘条码绑定，以支持生产线后续对丝卷的分拣处理。

图1　丝卷图

图2　置纱盘

图3　纱车图

2　机械性能分析及研制难点

本系统研发的重点及难点在于，要对焊接纱车上放置的丝卷进行二次定位，以确保抓纱的可靠性；以及在满足定位功能后，如何协调定位、变距、抓取、放置功能部件的空间占用问题，换句话说，就是如何控制以上功能部件的协调动作。

2.1工作流程

根据生产要求，制定定位抓纱手爪工作流程如图4所示。

图4　工作流程图

2.2解决的技术难点和创新点

新型定位抓纱手爪的研制，首先要解决以下关键问题。

1）丝卷定位机构

本系统工作的一个关键步骤，是要将丝卷从纱车上抓取至机械手爪上，主要存在的问题是，纱车为焊接工艺，无法保证置纱杆之间的间距误差在毫米级，中心距的不规律，是造成丝卷抓取失败的主要原因。所以我们采用了定位装置，在抓纱前，用定位V型块先托住纱锭的纸管端头，对纱锭进行二次校正定位，然后再进行抓取，保证抓取成功率。由于抓取纱团后要进行中心距变化，为了不影响丝卷的运动，特别使用定位气缸，在定位时伸出，抓取后改变间距前收回定位V型块，满足丝卷间距改变时的空间要求。并增加导杆机构，左右两个小导杆是利用气缸前端的螺纹孔，安装与定位气缸输出轴平行的导向轴，起导向作用，一方面防止V型定位块转动，另一方面防止气缸轴侧向受力），结构图如图5所示。

图5　纱锭定位装置示意图

2）变距机构

新型定位抓纱手爪从抓取到放置丝卷的过程中，需要先按照纱车上置纱杆的中心间距355mm进行抓取，然后改变丝卷间距，按照置纱盘中心间距340mm放置。并且，由于纱车的焊接偏差比较大，置纱盘在使用过程中也会有磨损，所以需要改变间距的装置具有一定的调节余量。经过三维仿真设计，研制出一种可调节定位拉杆机构，如图6所示，拉杆合拢时定位螺钉顶住拉杆挡块的A面，得到小的中心距340mm，拉杆拉开时，定位螺钉顶住拉杆挡块的B面，得到大的中心距355mm。同事用于定位的螺钉是可以微量调整距离的，做到柔性变距。

图6　拉杆定位示意图

由于同时要完成6个丝卷中心距的改变，将拉杆组合使用，得到图7中的全套定位拉杆机构。从而解决本系统中丝卷中心距变化的要求。

图7　全套拉杆定位装置示意图

3）抓纱上下伸缩机构

在解决丝卷定位和丝卷间距改变的问题后，我们还需要解决两个功能装置空间位置相互干涉的问题，抓纱气爪在抓纱前，需要退到丝卷位置以外，本设备采用上下运动气缸及导轨带动抓纱手指上行，让定位机构先进行定位，之后下运动气缸下行，抓纱手指进入纸管，抓取丝卷，随后，定位气缸退回，让出空间，允许变距机构完成变距动作。机构如图8所示。

图8　上下伸缩机构示意图

3　设备详细结构及系统运行说明

3.1设备详细结构

主要技术难点解决后，研制出定位抓纱机械手爪具体结构如图9和图10所示。

图9　定位抓纱变距机械手主视图

图10　定位抓纱变距机械手左视图

3.2系统运行控制说明

纱车经链式机，运行至抓纱工位，纱车定位气缸升起，挡住纱车，纱车端头接近开关有信号，代表纱车到位，定位准确后PLC给机器人信号，可以允许定位抓纱手爪抓取。

机器人带动手爪运动到抓纱位置，13上下运动气缸收回，通过14上下气缸推动支架带动2移动安装板使1抓纱手指气缸全部收到19V型定位块位置以上。（此时13上下运动气缸上升到位磁性开关信号为1，确保定位机构有动作空间，9横向伸缩气缸伸出，伸出磁性开关信号为1，确保抓纱手指间距与纱车丝卷中心距一致）。PLC给信号允许15定位气缸动作，气缸伸出到位后，磁性开关信号均为1，6个气缸如果有一个被干涉，没有到位，那么PLC报警提醒。

如果6个气缸同时到位，PLC执行下一个动作，由机器人带动手爪轻微抬起，由17纱团支撑架带着19V型定位块把纱车上的一排6个纱团端口微微抬起，达到自动对中、二次定位作用，让13上下运动气缸伸出，使1抓纱手指气缸认进纱团纸管中，如果6个气缸同时伸出到位，磁开同时有信号，如果有任何一个发生干涉，则13上下运动气缸无法到位，则系统报警提醒。

当1抓纱手指气缸运动到位后，PLC控制它打开，撑住纱团，然后15定位气缸收回，取消19V型定位块对纱团纸管的定位。由机器人带动这个手爪微微上抬，使丝卷离开置纱杆，并按照置纱杆的倾斜角度退出，之后按照程序规定路径，运动到放纱工位（此位置抓纱，有可能有空位置，没有纱锭，那么气缸到位的磁开有无信号均可继续动作，有信号代表有纱，无信号代表无纱）。

之后，9横向伸缩气缸收回，使1抓纱手指气缸间距合拢，符合辊道线体上小托盘上各丝卷间距（间距位置通过10挡钩调节）。当接到PLC允许放置纱团信号后，机器人带着定位抓纱变距手爪运动到小辊道线体放纱位置，将纱团对准置纱盘，缓慢下降，1抓纱手指气缸收回，纱团落到置纱盘上，放置完成后，机器人抬起到安全位置，给PLC信号，允许6个置纱盘放行。

随后，13上下运动气缸上升到位磁性开关有信号，9横向伸缩气缸伸出磁性开关有信号，开始下一个周期的抓取。小辊道线上6个空置纱盘继续运输过来到位。

与此同时，纱车上1～96个纱团相对应的信息，在每一次放置丝卷的时候，与辊道线上的置纱盘依次绑定，完成信息的下传。

4　结束语

本研究成果已成功申请实用新型专利一项。现场投入使用近10套，功能完全满足设计要求，为整个智能化物流系统在企业中的使用奠定了坚实的基础。

[1] 何鸿强,徐慧.新型气胀手爪的研制[J].制造业自动化,2012,34(16)：149-151.

Research of new type position yarn gripper and control methods

XU Hui, WANG Li-li, YANG Fu-hong, CAO Xiao-yan, LIU Yan-ming

TP273

A

1009-0134(2016)07-0122-03

2016-05-06

徐慧（1981 -），女，山东人，工程师，硕士，主要从事机械卡具的研制工作。