在機械製造加工行業，使用自動化設備輔助傳統加工實現無人自動化生產已是大勢所趨。發動機缸體作為汽車發動機的核心部件之一，其柔性加工生產線中機器人自動上下料裝置的設計對於提高整線加工精度和效率有重要意義。下面將分享從產線佈局出發，延伸到機器人選型、爪手設計、裝夾位置等各方面的實例。
一、總體方案設計
產線佈局使用8臺機床串聯佈置，實現缸體各面的粗加工與半精加工，要求機器人實現8臺機床的自動上下料。
圖1 缸體生產線佈局
機器人上下料裝置通常有3種形式，懸掛式機器人( 懸架+倒掛式關節機器人+機械手爪) 、軌道移動式機器人( 移動軌道+關節機器人+機械手爪) 和龍門式機器人( 桁架機器人+機械手爪) ，這3種形式的優缺點對比如下表。
機器人方案對照表
因產線要求機器人負載能力較大( 抓取重量≥150kg; 其中，缸體重量80kg，夾具70kg) ，缸體加工過程中位姿較多，為了確保抓取中的穩定可靠，通過對比3種方案，初步選擇軌道移動機器人( 移動軌道+關節機器人+機械手爪) ，根據其具體結構，總體方案的設計如圖2所示。
圖2 自動上下料系統結構
二、機器人選型及軌道設計
由於上下料過程需要較多的位置和姿態的變換，故採用六軸關節機器人。為了實現機器人在8臺機床自動上下料，特在六軸關節機器人的基礎上拓展第七軸——直線行走軸，以承載、驅動、導引機器人沿給定的方向直線運動，需要進行直線軌道的設計。在機器人自動上下料時，操作手臂需要伸出距離較大，而機器人操作手臂末端爪手和發動機缸體重量較大，因此選擇齒輪齒條+導軌的結構形式。
圖3 機器人抓手結構
三、機器人爪手設計
機器人爪手設計要求夾持缸體具有一定的剛度與強度，能夠順利地把缸體放進夾具中，便於刀具加工，因此爪手結構設計，如圖3所示。根據目前現有的發動機模型，對機器人手爪抓取缸體的定位方式和夾持點進行設計，選擇左側面的一面兩銷進行定位，如圖4所示。
圖4 定位夾緊示意圖
四、缸體位姿的確定
位姿是指確定缸體在輸送料道和機床夾具上的位置和姿態。為了方便缸體在料道上運輸和夾具定位裝夾，以及機器人抓取時缸體位姿變換儘可能的少，需要確定缸體在整線中的位姿，從而減少機器人動作節拍。
圖5 缸體在加工生產線中的位姿
缸體在輸送料道的位姿要求缸體在輸送料道的輸送過程中儘可能的平穩，與料道導軌的接觸面儘可能大; 在機器人上料區時，便於機器人的抓取，減少機器人手爪抓取缸體過程中的調整時間; 儘可能採用一套機器人手爪完成整線中缸體的上下料工作。缸體在輸送料道上料區位姿如圖6所示，缸體頂面向上，底面與料道導軌相接觸，前後端面與輸送料道方向相同。初步選取缸體的前、後端面為機器人手爪的抓取面，選取前、後端面水道孔為手爪定位孔。
圖6 缸體在輸送料道上的位資
自此，根據柴油發動機生產加工特點，完成了機器人自動上下料系統的搭建，確定以軌道行走式機器人自動輸送方式的技術方案後，加工準備和輔助工時明顯縮短，機床無人化運轉得以實現。
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