0 引言

　　工業(yè)機器人是在工廠車間內(nèi)用來移動各種材料、零件、工具以及其他物體的裝置，可以通過編程來控制它們的動作，實現(xiàn)物體的抓取、移動和精確放置。工業(yè)機器人是機電一體化的典型產(chǎn)品，它既應(yīng)用了傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)與傳動技術(shù)，又應(yīng)用了計算機控制技術(shù)、自動化技術(shù)以及傳感器技術(shù)，是一種綜合計算機、傳感器、自動控制等技術(shù)的產(chǎn)品。常見的工業(yè)機器人由操作部分（機器本體）、控制部分、伺服驅(qū)動部分以及傳感器裝置組成，具有自動控制、仿人操作、可重復(fù)編程的特點，能夠在三維空間中完成復(fù)雜的動作，尤其在變種類、變批量的柔性工作場合能達(dá)到提高工作效率、改善工人勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。本文將通過具體實例對機器人在汽車裝配領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)探討。

1 不同類型工業(yè)機器人的性能對比

　　隨著機器人技術(shù)的迅速發(fā)展，其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，如焊接機器人、搬運機器人、抓取機器人等。工業(yè)機器人在抓取、運輸方面的應(yīng)用，根據(jù)搬運工件的大小和結(jié)構(gòu)的不同，有擺動橫桿式機械手、平行四連桿結(jié)構(gòu)擺臂式機械手和六自由度關(guān)節(jié)型機器人等幾種形式，下面對它們的優(yōu)缺點進(jìn)行具體的對比和分析。

　　（1）擺動橫桿式機械手。這種結(jié)構(gòu)的機械手主要是通過對設(shè)置在橫桿上調(diào)節(jié)裝置的控制（最多可有5個自由度），實現(xiàn)工件在2個工位之間任意位置的停留或加工，其作用區(qū)域可以覆蓋橫桿搭放的2個豎桿之間的任意位置。這種機械手結(jié)構(gòu)相對比較簡單，容易控制，不會占太多空間，具有較高的負(fù)載能力。

　�。�2）平行四連桿結(jié)構(gòu)擺臂式機械手。這種機械手是在工廠生產(chǎn)線上搬運大型工件常用的工程設(shè)備，可分為雙平行四連桿擺臂式機械手和單平行四連桿擺臂式機械手。這種類型的機械手通常采用吊裝的方式，不占地面空間，具有很強的負(fù)載能力，運動速度快，而且具有放大行程的優(yōu)點。

　�。�3）六自由度關(guān)節(jié)型機器人。近幾年來，六自由度關(guān)節(jié)型機器人的運動控制技術(shù)及其在工程實際中的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，它有其他機械手不具備的特點，在工廠生產(chǎn)線上得到了廣泛應(yīng)用。六自由度機器人采用的關(guān)節(jié)型連接控制結(jié)構(gòu)，可以在三維空間的任意點運動和停留，姿態(tài)調(diào)整靈活，柔性較高，但是它的末端速度是所有關(guān)節(jié)的運動速度合成，速度相對較低，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)的限制導(dǎo)致其負(fù)載能力較小。這種機器人在安裝上分簡單，地面固定安裝或吊裝都可以，工作范圍大，工作角度無限制。3種工件運送方式的性能對比如表1所示。

　　從表1可以看出，與擺臂式機械手和橫桿式機械手相比，六自由度關(guān)節(jié)型機器人用于自動化輸送工件具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、柔性高、維護容易的優(yōu)點，但也有效率偏低、無法承擔(dān)較大載荷的缺點，尤其對于大件、較長件以及工件的翻轉(zhuǎn)效果很不理想。對于本文所要求的工件———車架來說，六自由度機器人是最適合的搬運工具，下面進(jìn)行具體論述。

2 六自由度機器人在車架自動出庫工位的應(yīng)用

　　車架自動出庫教學(xué)培訓(xùn)裝置實現(xiàn)模型汽車車架自動出庫動作，將模型汽車的車架從立體倉庫中取出來，完成汽車裝配工藝中的第一個工藝流程，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖 1 車架自動出庫教學(xué)培訓(xùn)裝置結(jié)構(gòu)圖

　　車架自動出庫教學(xué)培訓(xùn)裝置由車架倉庫、傳感器、輸送線、六自由度機器人、氣動抓手組成，其動作流程如下：

　　（1）六自由度機器人啟動，氣動抓手運行到車架倉庫位置；

　�。�2）根據(jù)車架倉庫傳感器判斷車架存儲狀態(tài)和位置，運行到即將抓取車架的位置；

　�。�3）張開氣動抓手，將氣動抓手運動到能夠抓取車架的位置；

　　（4）閉合氣動抓手，抓緊車架；

　�。�5）抓住車架向上抬起，離開倉庫；

　　（6）將車架運送到輸送線上；

　�。�7）張開氣動抓手，將車架放下；

　�。�8）機器人回到原始位置，準(zhǔn)備下一次的抓取。

　　對于此工序來說，六自由度機器人既不需要過高的載荷，也不需要太高的效率，在立體庫中的車架是堆疊放置的；對于抓取它的機械手來說，需要較高的柔性和可控性，所以選擇六自由度工業(yè)機器人用于此工位，是非常合適的。

　　機器人的運動控制方式有以下2種：一種是點位控制，僅控制機器人目標(biāo)點的位姿，不控制起始點和目標(biāo)點的運動軌跡，這種控制方式控制簡單、運動速度快，尤其適用于物料的搬運作業(yè)；另一種是連續(xù)軌跡控制，通過控制機器人的運動軌跡進(jìn)行運動，即使機器人按照規(guī)定的速度、路徑實現(xiàn)平穩(wěn)而準(zhǔn)確的運動。大多數(shù)機器人是采用2種方式相結(jié)合來進(jìn)行控制。

3 工業(yè)機器人用于車架自動出庫工位的意義

　　隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)模式已經(jīng)成為汽車生產(chǎn)的必然趨勢，而車架自動出庫工位采用六自由度機器人進(jìn)行抓取、運輸和放置，對提高汽車自動化生產(chǎn)效率具有很重要的意義。

　　（1）避免車架在搬運過程中被碰傷。汽車的車架在搬運過程容易互相磕碰，采用機器人來搬運車架，徹底避免了車架磕碰造成汽 車 的 表 面 損 傷，能 在 很 大 程 度 上 起 到 保 護 車 架 的作用。

　�。�2）提高生產(chǎn)效率。采用人工或機械搬運，需要工人多，生產(chǎn)效率不穩(wěn)定，極易人為造成車架損傷，為企業(yè)帶來不必要的損失。采用機器人生產(chǎn)線，過程穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，不會產(chǎn)生車架損傷。

　�。�3）改善工人工作環(huán)境和勞動強度。采用自動化生產(chǎn)線，由機器人取代部分工人進(jìn)行操作，有效降低了生產(chǎn)線上工人的數(shù)量和勞動強度。

　�。�4）增強生產(chǎn)線適應(yīng)性。六自由度機器人適應(yīng)性強，通過更改內(nèi)部程序可以使其在不同的工位進(jìn)行不同的工作，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對其載荷和工作范圍內(nèi)不同工件的抓取及運送。

　　（5）保障工廠的安全。汽車生產(chǎn)是大型機器加工，采用工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)，減少了安全事故發(fā)生的可能性。

4 結(jié)語

　　本文介紹了車架自動出庫工位設(shè)計中六自由度工業(yè)機器人的特點，對比了其與擺臂式機械手和橫桿式機械手的優(yōu)缺點，說明了其應(yīng)用于車架自動出庫工位的獨特優(yōu)勢。另外，還對六自由度工業(yè)機器人柔性高、可控性強的原因進(jìn)行了探討，并分析了其應(yīng)用于車架自動出庫生產(chǎn)線的重要意義。

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本文標(biāo)題：基于工業(yè)機器人的車架自動出庫工位設(shè)計

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