机械手在汽车零配件生产线上成品分拣中的应用

王立凯，杨 娜，刚发云

（1.沈阳艾博斯特科技有限公司，辽宁 沈阳1100211；2.廊坊广厦新源石化设备制造有限公司，河北 廊坊065600）

1 引 言

目前，我国大、中型汽车零配件制造企业已普遍装备了工业机器人系统，对汽车零配件的分类和分拣及安全隐患的监测和控制能力显著增强，有效降低和避免了汽车零配件事故发生的风险。但是，部分制造企业对于汽车零配件分拣工作实时效率并不高，难以适应的发展需求。因此，在汽车零配件分拣过程中，不能及时采用机械手进行各种零配件的分拣，给汽车零配件制造企业带来比较大的负面影响。而在当前的市场环境下，采用机械手来辅助零配件生产线上的成品分拣，则非常有利于汽车零配件的成品分拣工作的进行。

2 机械手及汽车零配件的成品分拣概述

2.1 汽车零配件的成品分拣

在当前的汽车零配件生产线的成品制造过程中，通常都是使用人力进行汽车零配件的分拣工作，相比于机械手的分拣工作而言，这种分拣方式无疑会在很大程度上额外增加企业的成本。而随着工业机器人的出现和在汽车零配件成品分拣的应用，它的优越性逐渐体现，它不但能够精准地将汽车零配件传送到相应的分拣处，并且全面提高分拣工作的效率，降低工作成本。

2.2 成品分拣中的传送功能

在汽车零配件制造之后，零配件都会按照一定的流程从仓库运输出来进行必要的分拣，在此过程中基本都是使用皮带来进行传送，然后在分拣机械手的内置传感器进行成品的各种数据的信息采集，在汽车零配件被传送之后，机械手则会系统会自动启动变频器，让自身的三相异步电机开始工作，只有在皮带上的配件经过电感、电容的传感器时，则汽车零配件的信息会传输到机械手系统中，完成汽车零配件传送工作。

2.3 机械手的搬运功能

在汽车零配件的生产线上，单纯的依靠和利用皮带的传送功能依然很难保证各种汽车零配件能够传送到指定位置，而且，整个汽车零配件的生产数量巨大，各种分拣工作并不能一次性地完成，必须要利用机械手来进行辅助的成品分拣和搬运，这种能力应用在整个汽车零配件生产线上成品分拣中，可以极大化地减少人力使用。为此，在机械手的设计中，应当根据汽车零配件生产流程进行合理设计，重点保证在传送带汽车零配件的精准传送和机械手的信号抓取，从而可以很好地控制机械手自动下降，将汽车零配件进行抓取，完成必要的分拣工作，保证汽车零配件分拣工作有序的进行。

3 汽车零配件生产线上成品分拣中机械手的应用

随着我国汽车零配件生产线上成品分拣信息自动化程度的不断提高，保证分拣工作的安全运行的重要措施即为通过采用各种工业机械手进行辅助分拣工作，它的建设正在被许多汽车零配件制造企业提上日程，成为制造行业热点研究问题。虽然机械手还不如人手那样灵活，但是机械手本身具有重复工作和劳动、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手被越来越广泛地应用到零配件的成品分拣是趋势。在此次研究中，本文充分结合视觉传感器和西门子PLC 控制2 自由度并联机械手来实现汽车零配件生产线上成品的分拣工作，以实现汽车零配件的成品分拣工作的自动化。

3.1 汽车零配件成品分拣的检测

在汽车零配件生产线上成品分拣中，关键的一点即为需要机械手视觉系统，比如，摄像机、转鼓等，必要首先要做好对汽车零配件成品的图像获取、处理和分析、完成分拣工作等。

为此，首先需要先设定汽车零配件的检测条件，检测零配件外观是否正常；其次，进行汽车零配件成品的分拣输出信号。检测之后，由机械手的视觉传感器控制机械手臂进行分拣；接着，进行汽车零配件成品分拣工作的精度控制。对此，主要是采用130 万像素的高精度视觉并配合高稳定度平行背光源来完成汽车零配件成品的检测；最后，则是汽车零配件的检测过程，机械视觉系统将成品发送到机械手的控制系统，完成汽车零配件成品分拣数据采集，并且将结果输出给控制器进行分拣。

3.2 汽车零配件成品分拣机械手的结构

根据分析，在汽车零配件成品分拣中采用的机械手主要是具有两平动自由度的高速并联机械手机构。该机械手则由两条主动和被动支链，还有一个动平台和静平台组成。然后进行不同的角度与动平台固联，保证两个使被动支链不会同时处于奇异形位，从而能够可约束动平台的转动。与此同时，在分拣中采用两条被动支链还可提高机械手在与其工作平面垂直方向的刚度，以此来全面实现机构在其工作平面内的高速运动。此外，在汽车零配件成品分拣的中，对于机械手的可达工作空间中一般是选取宽为b、高为h、与静平台相距H 的矩形区域。

3.3 汽车零配件成品分拣机械手电动机的选择

在汽车零配件成品生产线上的成品分拣工作中，由于机械手需要来回的高速运动，完成成品的分拣工作，因此必须要做好机械手的选择，只有如此才能满足汽车零配件成品生产线上的成品分拣，所以一般情况下要求汽车零配件成品生产线上的成品分拣机械手的控制电机必须具有以下特点：第一，指令信号获取的快速性。在正常的情况下，由于机械手工作速度比较高，因此，机械手的电动机对于指令的获取必须要短。只有电机的响应指令信号的时间越短，整个机械手的灵敏度才能越高，快速响应性能才能更好；第二，电机的起动转矩惯量比大。在汽车零配件成品生产线上的成品分拣工作中，机械手的在驱动负载的情况下电动机的启动转矩大，转动惯量小。第三，必须要做好的机械手控制特性的连续性和直线性，调整好整个机械手的控制信号；第四，保证做好机械手电机的调速范围宽，并且需要做好机械手电机各种运行条件的保障，让这些条件能经受得起苛刻的运行，并能在短时间内承受过载。

此外，在当前的汽车零配件成品生产线上的成品分拣工作中，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在生产线成品分拣工作中得到广泛应用，按照相关的资料来看，这种电机一般负载1000N，并且多数的机械手采用是AC 伺服电动机，步进电动机和DC 伺服电动机。对于此次研究的汽车零配件成品生产线上的成品分拣，则主要是采用步进电动机驱动系统。根据分析，这种电机又称脉冲电动机，其工作的原理主要是采用变磁阻原理产生电磁转矩，将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动。这种电机在工作中能够为机械手提供较大的转矩和换向及大范围的调速，因此，对于汽车零配件成品生产线上的成品分拣机械手选用步进电动机作为伺服电动机。

3.4 汽车零配件成品分拣机械手的PLC 控制分析

根据分析，西门子S7-200PLC 具有体积小、速度快、通信能力强、可靠性高、功能全面等优点。这种plc 对于各个行业的适应能力比较强，尤其是在一些成品的分拣、检测及控制等过程中。为此，本文对于汽配件成品的分拣则主要选用两个西门子S7-200PLC 来控制机械手的步进电动机。在具体的实践中，首先假设汽车零配件的成品从静止位置PO向传送带移动，移动至P1 后向下抓取合格的产品后迅速移动到P1，然后，水平移动经过P1,PO,P1，放下产品，再回到PO 位置的单次过程。其次，采用MSC.ADAMS 仿真软件进行汽车零配件成品分拣的运动学逆解，得到运动曲线图，解析出整个汽车零配件机械手成品分拣的曲线，输入到机械手中。而对于一些不合格的汽车零配件的成品，则还需要人工结合触摸屏来进行控制或者显示产品等，让整个成品的分拣工作更方便，结果更 直观。

4 总 结

综上所述，由于当前社会的迅速发展，汽车零配件制造企业为了适应当今市场的竞争情况，必须利用自动化系统进行零配件的成品分拣工作，而将机械手在汽车零配件生产线上成品分拣中推广并应用，无疑是比较可选的路径之一，这种机械手的应用不仅能够有效减少人工成本，而且可以更好地提升零配件分拣工作的效率。因此，作为大、中型汽车零配件制造企业的管理者，必须要重视工业机器人系统，对汽车零配件的分类和分拣带来的巨大帮助，及时的更新人工智能制造领域的认识，立足自身的需求，引进一些必要的工业机器人系统，保证精准识别汽车零配件分拣的各项参数，全面提高汽车零配件的分拣工作效率。