汽車沖壓線上下料機(jī)器人選型原則與方法*

侯雨雷 王嫦美② 杜建革 李 建 喻寶林 周玉林

(①燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北 秦皇島066004;②東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川 德陽(yáng)618000;③一重集團(tuán)大連設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連116000)

汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展對(duì)其產(chǎn)品的更新?lián)Q代及自動(dòng)化和柔性化程度提出很高的要求。汽車大部分覆蓋件及一些承重和支撐件均為沖壓件，因此沖壓生產(chǎn)線成為汽車企業(yè)中最核心的生產(chǎn)線［1］。自上世紀(jì)以來(lái)，機(jī)械手沖壓線一直作為汽車大型沖壓設(shè)備的主要形式［2］，而隨著消費(fèi)者對(duì)轎車的品味日益多元化，汽車沖壓生產(chǎn)線逐漸向小批量、多品種轉(zhuǎn)型［3］。

作為一項(xiàng)規(guī)模效益遞增型的產(chǎn)業(yè)，汽車沖壓線的選擇應(yīng)立足長(zhǎng)遠(yuǎn)。汽車沖壓是一個(gè)復(fù)雜而昂貴的過(guò)程，開發(fā)周期又較長(zhǎng)［4］，如何能既獲得效益又不造成產(chǎn)能浪費(fèi)，以應(yīng)對(duì)多變的市場(chǎng)需求，值得思考和研究。

我國(guó)汽車工業(yè)生產(chǎn)集中度低，機(jī)器人自動(dòng)化送料方式具有很好的柔性，既可以降低綜合制造和工藝設(shè)備投資成本，還可以最大程度的利用產(chǎn)能、縮短開發(fā)周期;既適宜汽車新線建設(shè)，又適合老線改造，越來(lái)越受到企業(yè)的認(rèn)可和關(guān)注。實(shí)現(xiàn)汽車覆蓋件柔性沖壓的最典型的柔性設(shè)備便是6自由度工業(yè)機(jī)器人［5］。而配備有“旋轉(zhuǎn)/直線7軸”技術(shù)的汽車機(jī)器人自動(dòng)化沖壓線，具有很強(qiáng)的智能性和兼容性［6］，可進(jìn)行高柔性、高節(jié)拍的混流生產(chǎn)，生產(chǎn)效率很高，某些性能甚至與昂貴的機(jī)械手沖壓生產(chǎn)線相當(dāng)［7］。

目前，國(guó)際品牌的沖壓機(jī)器人整機(jī)價(jià)格越來(lái)越低［8-9］，沖壓的專業(yè)性卻越來(lái)越強(qiáng)，在我國(guó)汽車市場(chǎng)得以廣泛應(yīng)用［10］。國(guó)際機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)提供從生產(chǎn)線布置、物流管理到機(jī)器人選型一系列服務(wù)的交鑰匙工程，實(shí)際上已成為一種壟斷性技術(shù)服務(wù)，為汽車企業(yè)增添了較大的附加成本和技術(shù)依賴［11-12］。

鑒于我國(guó)汽車行業(yè)現(xiàn)狀，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，機(jī)器人沖壓技術(shù)在汽車制造企業(yè)還將被繼續(xù)且更加廣泛地應(yīng)用，因此，為扭轉(zhuǎn)機(jī)器人核心技術(shù)缺失和利潤(rùn)外流的不利局面［13］，必須在整線選型方案和機(jī)器人上下料成套技術(shù)方面取得突破，打破國(guó)際機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)在沖壓領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，以從根本上改變國(guó)內(nèi)汽車廠依賴外商提供沖壓機(jī)器人及其上下料集成技術(shù)與全套選型服務(wù)的局面。

為此，本文將在對(duì)沖壓機(jī)器人上下料特點(diǎn)及其先進(jìn)輔助技術(shù)分析基礎(chǔ)之上，提出針對(duì)汽車車身覆蓋件的沖壓線機(jī)器人的選型原則，繼而形成較為具體、全面的機(jī)器人選型方法，并給出一實(shí)例，為沖壓線制造商或用戶開展相關(guān)機(jī)器人選型提供參考。

1 汽車沖壓線機(jī)器人選型原則

全面、深入理解柔性沖壓技術(shù)內(nèi)涵及掌握包括沖壓輔助設(shè)備在內(nèi)的機(jī)器人整線搭配方法是進(jìn)行沖壓線機(jī)器人選型的重要前提。隨著沖壓機(jī)器人性能的不斷提升及其輔助設(shè)備的開發(fā)，機(jī)器人自動(dòng)化輸送設(shè)備的生產(chǎn)效率及柔性的提升不再僅限于作為通用設(shè)備的沖壓機(jī)器人本身，而越來(lái)越多地體現(xiàn)在柔性輔助設(shè)備的配置及先進(jìn)的沖壓協(xié)調(diào)方法等技術(shù)上［14］。

如圖 1所示為由壓力機(jī)、沖壓專用機(jī)器人、柔性端拾器、視覺自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)和智能協(xié)調(diào)系統(tǒng)組成的機(jī)器人柔性沖壓自動(dòng)化新型線，其自動(dòng)化程度高且布局緊湊，已成為汽車生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高效率、多品種生產(chǎn)的新模式。

沖壓機(jī)器人作為沖壓線的關(guān)鍵設(shè)備之一，其性能指標(biāo)主要包括:機(jī)器人最大承重、最大運(yùn)動(dòng)半徑、手臂最大拾取高度、定位精度、重復(fù)定位精度、慣性、穩(wěn)定性以及易維護(hù)性。此外，機(jī)器人輔助柔性技術(shù)在很好地增強(qiáng)機(jī)器人沖壓專業(yè)性的同時(shí)，也在很大程度上影響著整線生產(chǎn)節(jié)拍及成本的高低，其主要包括視覺自動(dòng)識(shí)別、沖壓同步協(xié)調(diào)、柔性7軸、運(yùn)動(dòng)軌跡虛擬仿真、機(jī)器人干涉校驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)集成控制等技術(shù)。

根據(jù)沖壓機(jī)器人及其輔助技術(shù)特點(diǎn)，并結(jié)合生產(chǎn)線實(shí)際情況，提出如下沖壓線機(jī)器人選型總體原則:(1)根據(jù)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)與沖壓工藝，初步確定所需機(jī)器人的工位與裝機(jī)總量。(2)根據(jù)汽車覆蓋件的重量及外形尺寸，估計(jì)端拾器的最大重量以初步確定機(jī)器人的最小載荷限制。(3)根據(jù)工件的傳送方式、沖壓線生產(chǎn)節(jié)拍要求和成本預(yù)算，確定機(jī)器人性能參數(shù)和工作空間范圍特點(diǎn)，選擇機(jī)器人與端拾器的搭配方式。(4)根據(jù)工件的生產(chǎn)種類和機(jī)器人工位，確定端拾器總套數(shù)及最大高度。(5)根據(jù)生產(chǎn)線布局和壓機(jī)工藝參數(shù)，確定機(jī)器人的水平最大臂展和安裝位置。(6)根據(jù)壓機(jī)內(nèi)滑塊、模具等垂直空間參數(shù)，確定機(jī)器人的實(shí)際最大臂展、上下料的最大干涉高度、機(jī)器人腰部、機(jī)器人底座的外形尺寸及高度。(7)根據(jù)沖壓線機(jī)器人手腕承載與工具質(zhì)心偏置，確定機(jī)器人的實(shí)際承載能力與選型要求是否相符，并在軟件環(huán)境下進(jìn)行機(jī)器人上下料干涉校驗(yàn)，確定機(jī)器人精確位置及其壓機(jī)間運(yùn)行軌跡。(8)根據(jù)自動(dòng)化生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)和環(huán)境特點(diǎn)，選購(gòu)或自行開發(fā)技術(shù)配套單元，配備相關(guān)外圍設(shè)備，并進(jìn)行生產(chǎn)編程調(diào)試。

2 汽車沖壓線機(jī)器人選型方法

在進(jìn)行機(jī)器人選型之前，需要對(duì)汽車沖壓生產(chǎn)線基本工藝特點(diǎn)及需求有明確的認(rèn)識(shí)，根據(jù)沖壓線的有關(guān)特點(diǎn)制定符合自身實(shí)際情況的工件、壓機(jī)、工藝等數(shù)據(jù)，而后根據(jù)需求按照一定的步驟逐步縮小工業(yè)機(jī)器人的可選范圍及輔助設(shè)備的搭配方式。

本文面向一般汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)線開展汽車沖壓機(jī)器人及輔助設(shè)備的選型，具體方法如下:

(1)根據(jù)沖壓工藝確定購(gòu)進(jìn)機(jī)器人的總數(shù)N。

工序數(shù)n→壓機(jī)臺(tái)數(shù)n→壓機(jī)間機(jī)器人數(shù)n-1→機(jī)器人總數(shù)N=(n-1)+3，其中，額外增加的3臺(tái)機(jī)器人分別為拆垛機(jī)器人、首臺(tái)壓機(jī)上料機(jī)器人和尾臺(tái)壓機(jī)下料機(jī)器人。

當(dāng)舊線改造時(shí)，若相鄰壓機(jī)間存在m臺(tái)機(jī)器人，則N=(n-1)×m+3。

(2)根據(jù)最重工件質(zhì)量G、端拾器質(zhì)量D估算機(jī)器人最大承載P。

劃定機(jī)器人選型范圍時(shí)，一般按所抓取的最重工件與端拾器質(zhì)量1∶1經(jīng)驗(yàn)值估算，即D≈G，進(jìn)而機(jī)器人載荷需滿足P≥G+D≈2G，由此初步確定機(jī)器人承載規(guī)格。

(3)根據(jù)生產(chǎn)要求和成本預(yù)算確定機(jī)器人與端拾器的搭配方式與性能要求。

工件的傳送方式影響機(jī)器人單臂傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性，合理選擇機(jī)器人與端拾器的搭配方式可在保證效率的前提下盡量節(jié)約成本。一般來(lái)講，工作空間全面的機(jī)器人，便于自動(dòng)更換端拾器，價(jià)格也隨著承載能力的增高而加大;而某些特殊沖壓機(jī)器人僅保留了前俯工作空間以提高剛度與速度，該類機(jī)器人與工作空間全面、承載一般的機(jī)器人價(jià)格相近，但沖壓效率最高。

機(jī)器人配備標(biāo)準(zhǔn)端拾器進(jìn)行板料搬運(yùn)時(shí)，為避免工件的長(zhǎng)邊撞擊壓機(jī)支柱或碰觸自身，需將工件旋轉(zhuǎn)180°放入模具，一般適用于中小型線;而柔性七軸技術(shù)在機(jī)器人末端增加了一個(gè)旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)自由度，能彌補(bǔ)機(jī)器人在搬運(yùn)大中型件時(shí)的手臂長(zhǎng)度、工作空間靈活度、速度和平穩(wěn)性的不足，適用于大中型件的平行高效搬運(yùn)，其中，直線7軸質(zhì)量較重，需配備負(fù)載大的機(jī)器人，但板料的到位速度最快。

若以“①”代表“旋轉(zhuǎn)180°+標(biāo)準(zhǔn)端拾器”，以“②”代表“旋轉(zhuǎn)7軸+標(biāo)準(zhǔn)端拾器”，以“③”代表“直線7軸+標(biāo)準(zhǔn)端拾器”，以“④”表示“工作空間全面、承載大的機(jī)器人”，以“⑤”表示“工作空間全面、承載一般的機(jī)器人”，以“⑥”表示“僅有前俯工作空間的機(jī)器人”，用戶可結(jié)合自身的實(shí)際情況，參照汽車覆蓋件板料的一般性數(shù)據(jù)(見表1)劃分沖壓線類型，繼而依據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍要求和預(yù)算情況選擇機(jī)器人及其附屬設(shè)備的搭配方式(見表2)，其中，大中型線以大型件的搬運(yùn)需求來(lái)選，中小型線按小型件的搬運(yùn)特點(diǎn)來(lái)選。

表1 汽車覆蓋件板料一般性數(shù)據(jù)

表2 機(jī)器人及附屬設(shè)備選型表

(4)根據(jù)工件種類和機(jī)器人工位確定配套端拾器數(shù)量及其最大高度與質(zhì)量。

首臺(tái)拆垛機(jī)器人所用端拾器為通用端拾器，適用于所有板料，一般只有1套，特殊情況下最多不超過(guò)3套(大、中、小);其余機(jī)器人所用端拾器因工序的不同而有較大差別。若一條生產(chǎn)線上加工M種不同大小、重量的汽車覆蓋件，機(jī)器人總數(shù)為N，則需要(N-1)系列端拾器，每系列端拾器分為M套，即需要(N-1)×M套端拾器。進(jìn)而確認(rèn)所選端拾器的實(shí)際最大高度為Hdsq和最大實(shí)際重量Dmax。

(5)根據(jù)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)布置估計(jì)機(jī)器人最大臂展及安裝位置。

生產(chǎn)線壓力機(jī)的布置分為并聯(lián)和串聯(lián)兩種，壓力機(jī)并聯(lián)布置，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)相對(duì)復(fù)雜，效率低。本文壓機(jī)為串聯(lián)直線排列(單機(jī)聯(lián)線)，沖壓件單向流動(dòng)，相鄰壓機(jī)在機(jī)器人兩側(cè)對(duì)稱分布。

設(shè)工作臺(tái)中心為A，板料此時(shí)在工作臺(tái)的模具內(nèi)，兩壓機(jī)連線的對(duì)稱中心為B，機(jī)器人底座中心為C，工作臺(tái)中心到壓機(jī)立柱內(nèi)側(cè)距離為L(zhǎng)，機(jī)器人到兩壓機(jī)中心線的垂距為L(zhǎng)r。并設(shè)相鄰兩壓機(jī)中心距為a，板料尺寸(長(zhǎng)×寬)為k×w，兩壓機(jī)立柱間距為z，機(jī)器人底座尺寸(前后×左右)為b×d，工作臺(tái)中心端拾器輔助加長(zhǎng)桿長(zhǎng)為j。按普通、旋轉(zhuǎn)7軸、直線7軸端拾器3種情況來(lái)求取機(jī)器人最大臂展的水平投影r，如圖2。

若壓機(jī)立柱間距z小于機(jī)器人底座左右尺寸d，則機(jī)器人需要安放在立柱內(nèi)側(cè)或倒立安裝;若壓機(jī)立柱間距z遠(yuǎn)大于機(jī)器人底座左右尺寸d，則考慮為機(jī)器人加設(shè)導(dǎo)軌。

若配備普通標(biāo)準(zhǔn)端拾器，底座中心C離AB連線較近，以實(shí)現(xiàn)工件的180°旋轉(zhuǎn)，則有

式中:(w/2+b/2)＜Lr＜L。

若配備旋轉(zhuǎn)七軸端拾器，底座中心C離AB連線較遠(yuǎn)，以實(shí)現(xiàn)工件的平行移動(dòng)，則有

式中:(k/2+b/2)＜Lr。

類似的，若配備直線7軸端拾器，有

式中:(k/2+b/2)＜Lr。

(6)根據(jù)壓機(jī)內(nèi)垂直空間結(jié)構(gòu)估算機(jī)器人底座高度和端拾器干涉高度。

考慮到機(jī)器人軌跡的簡(jiǎn)化和整體節(jié)拍的優(yōu)化，并為保證沖壓頻率的一致性與高效性，壓機(jī)內(nèi)所安裝的下模具中心點(diǎn)高度均保持在一條水平線上。

如圖3所示，Ht為工作臺(tái)距地面高度，Hdb為工作臺(tái)墊板厚度，Hg為工件厚度，Hxc為滑塊行程，Hk為壓機(jī)的最大開模高度，Hsm為上模具高度，Hxm為下模具高度。

根據(jù)圖3所示，可估算機(jī)器人底座安裝高度Hdz為

根據(jù)機(jī)器人與滑塊行程進(jìn)行高度調(diào)整以適宜上下料。若預(yù)留模具間余量為Hmy，則機(jī)器人上下料的干涉高度Hgs為

為能讓機(jī)器人順利進(jìn)入壓機(jī)內(nèi)取料、放料，設(shè)機(jī)器人手臂與上下模具間的余量為Hjy(包括安全距離、機(jī)器人手臂及手腕高度)，則端拾器最大高度Hdsq須滿足

(7)根據(jù)底座高度和干涉高度估算機(jī)器人腰部高度和最大臂長(zhǎng)。

如圖4所示為機(jī)器人取放料垂直空間示意圖，其左側(cè)為配備普通端拾器的機(jī)器人取放料垂直空間，右側(cè)為配備柔性端拾器的機(jī)器人取放料垂直空間，設(shè)Hyb為機(jī)器人腰部高度，rm為最大臂長(zhǎng)，j0為標(biāo)準(zhǔn)端拾器加長(zhǎng)桿長(zhǎng)度、j1為直線7軸端拾器平移長(zhǎng)度、j2為柔性7軸端拾器加長(zhǎng)桿長(zhǎng)度，u×v(長(zhǎng)×寬)為壓機(jī)滑塊底面尺寸。

使用普通標(biāo)準(zhǔn)端拾器的機(jī)器人手臂須與板料中心線重合，參照?qǐng)D4，為減少手臂伸長(zhǎng)幅度，機(jī)器人必須靠近兩壓機(jī)中心連線，機(jī)器人上下料的干涉余量Hgs應(yīng)包括伸入壓機(jī)的機(jī)器人手臂高度。若機(jī)器人底座高于最高上料位置，則會(huì)造成大臂與滑塊的干涉，故機(jī)器人底座的安裝高度應(yīng)滿足如下限制條件

而使用柔性端拾器的機(jī)器人手臂擺動(dòng)與伸長(zhǎng)范圍都大為減小，且當(dāng)直線7軸端拾器的平移軸長(zhǎng)度j1超過(guò)v/2、旋轉(zhuǎn)7軸的加長(zhǎng)桿長(zhǎng)度j2×cosθ＞v/2(其中，θ為機(jī)器人手臂與加長(zhǎng)桿連線與兩壓機(jī)對(duì)稱線夾角)時(shí)，沖壓機(jī)器人手臂可以完全在壓機(jī)外完成上下料任務(wù)。因此，使用柔性端拾器的機(jī)器人腰部高度與機(jī)器人端拾器上下極限位置的平分線重合為宜，即應(yīng)滿足以下關(guān)系

進(jìn)而沖壓機(jī)器人手臂的實(shí)際伸長(zhǎng)量應(yīng)為

(8)根據(jù)最重工件質(zhì)量G、最重端拾器實(shí)際質(zhì)量Dmax、最重加長(zhǎng)裝置質(zhì)量D＇、端拾器中心點(diǎn)離機(jī)器人法蘭盤中心點(diǎn)處的偏差L來(lái)確定機(jī)器人最大載荷。

對(duì)照機(jī)器人參數(shù)圖，查出工具質(zhì)心距法蘭盤中心L≥0時(shí)，機(jī)器人對(duì)應(yīng)實(shí)際載荷PL，須滿足

據(jù)此排除不符合載荷條件的機(jī)器人。

(9)根據(jù)所選機(jī)器人、端拾器和與壓機(jī)的相對(duì)位置，進(jìn)行干涉校驗(yàn)。

為保證沖壓生產(chǎn)線順利運(yùn)行，利用機(jī)器人上下料干涉檢測(cè)軟件，仿真模擬實(shí)際壓機(jī)、模具、工件、端拾器、機(jī)器人的運(yùn)行工況，不斷調(diào)整相互的位置，找到最優(yōu)性能的機(jī)器人安裝調(diào)試方案，并確認(rèn)詢價(jià)。

(10)確定壓機(jī)、模具、機(jī)器人、端拾器位置后，選定生產(chǎn)線其他配套設(shè)備單元。

3 汽車沖壓線機(jī)器人選型實(shí)例

以某企業(yè)生產(chǎn)汽車側(cè)圍板等大型件沖壓線為例進(jìn)行上下料機(jī)器人選型說(shuō)明。該沖壓線分4道工序成型，由1臺(tái)25 000 kN大型閉式四點(diǎn)伺服壓力機(jī)、3臺(tái)10 000 kN的曲柄壓力機(jī)直線串聯(lián)排列組成，結(jié)構(gòu)緊湊，傳送方式為平移。

由壓機(jī)數(shù)量為4臺(tái)，可推算該線所需機(jī)器人總數(shù)N=6臺(tái)，進(jìn)而根據(jù)工位的不同，可分為1臺(tái)拆垛機(jī)器人、1臺(tái)首臺(tái)壓機(jī)上料機(jī)器人、1臺(tái)尾臺(tái)壓機(jī)下料機(jī)器人和3臺(tái)壓機(jī)間傳遞機(jī)器人。在汽車沖壓件中，側(cè)圍件屬于最大、最重的工件，查閱相關(guān)數(shù)據(jù)知其質(zhì)量可達(dá)27 kg，以此質(zhì)量作為本文側(cè)圍件質(zhì)量，按與端拾器質(zhì)量1∶1估算，機(jī)器人末端承載至少應(yīng)達(dá)到54 kg。

根據(jù)該生產(chǎn)線10次/min的生產(chǎn)節(jié)拍及壓機(jī)的空間布局，按照表2可知最佳選項(xiàng)為直線7軸柔性端拾器搭配工作空間范圍全、承載大的機(jī)器人。

機(jī)器人壓機(jī)間上下料的位置布局如圖5所示。由于生產(chǎn)線布局緊湊，因此無(wú)需為機(jī)器人增設(shè)導(dǎo)軌。

因側(cè)圍件傳送方式為平移，故此機(jī)器人需保證板料的長(zhǎng)邊不能接觸底座外沿，則有

式中:Ly為接觸余量。

為避免壓機(jī)立柱對(duì)機(jī)器人手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，機(jī)器人底座中心應(yīng)在立柱內(nèi)側(cè)，則有

已知側(cè)圍件長(zhǎng)度k為3.11 m，立柱內(nèi)側(cè)距工作臺(tái)中心連線L為2.6 m，設(shè)接觸余量Ly為0.4 m，聯(lián)立式(11)、式(12)可推算機(jī)器人底座前后尺寸b＜1.29 m，取b=1.25 m，則機(jī)器人中心與工作臺(tái)中心連線的垂直距離Lr=2.58 m。

壓機(jī)滑塊的底面尺寸與工作臺(tái)尺寸相同，即長(zhǎng)×寬為5 m×2.6 m，取其寬度的一半即為1.3 m，加上壓機(jī)滑塊的外圍螺栓等余量0.2 m，即為機(jī)器人在水平方向上的干涉距離;若直線7軸端拾器的平移加長(zhǎng)量j＞1.5 m，則機(jī)器人手臂可在壓機(jī)外上下料，便于優(yōu)化沖壓軌跡，故取端拾器平移加長(zhǎng)量j=1.6 m。進(jìn)而，由式(3)可知，機(jī)器人取、放料時(shí)的手臂伸長(zhǎng)量在水平面內(nèi)的投影距離r約為2.83 m。安全計(jì)，取其為2.9 m，即機(jī)器人手臂水平方向上的伸長(zhǎng)量至少需為2.9 m。

工件厚度Hgj、墊板厚度Hdb、機(jī)器人底座的安裝高度Hjz、機(jī)器人上下料的最大干涉高度Hgs、干涉高度余量Hyg及端拾器最大高度Hdsq之間存在關(guān)系式如下

根據(jù)汽車側(cè)圍件板料數(shù)據(jù)及壓機(jī)設(shè)備參數(shù)，并結(jié)合式(13)，可推算伺服壓機(jī)的機(jī)器人底座高度為1.45 m，普通壓機(jī)的機(jī)器人底座高度為1.35 m;為保證所有壓機(jī)間傳送機(jī)器人高度在同一水平線上，給3臺(tái)普通壓機(jī)加設(shè)墊板厚度為0.5 m;機(jī)器人基座的高度Hjz統(tǒng)一預(yù)設(shè)為1.45 m;首臺(tái)壓機(jī)和其余3臺(tái)壓機(jī)的干涉高度均為1.1 m，設(shè)干涉高度余量Hyg為0.3 m，則取端拾器最大高度Hdsq為0.8 m。

如圖6所示為配備直線7軸柔性端拾器的沖壓機(jī)器人取放料時(shí)的垂直工作空間示意圖，由其可見，機(jī)器人腰部頂端設(shè)在機(jī)器人直線7軸端拾器上、下極限位置的平分線上為宜，即應(yīng)滿足以下關(guān)系

式中:Hyx為上模具下方余量。

此時(shí)，手臂的最大伸長(zhǎng)量應(yīng)滿足

機(jī)器人底座的左右尺寸b應(yīng)小于相鄰壓機(jī)的立柱間距z，即

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，由式(14)、(15)和(16)可得Hyb≤0.9 m，rm＞3.04 m，b＜1.2 m，進(jìn)而可取Hyb=0.8 m，rm=3.1 m，b=1.1 m。

該線共生產(chǎn)9種大型件，由機(jī)器人總數(shù)可知所需端拾器的總數(shù)為46套，根據(jù)板件外形尺寸，初步估算最重端拾器為50 kg，最大高度為0.7 m。

綜上計(jì)算與分析結(jié)果，提出該條大型汽車覆蓋件生產(chǎn)線所需配備的機(jī)器人及其輔助設(shè)備性能參數(shù)如下:該線共需6臺(tái)機(jī)器人，其中3臺(tái)是壓機(jī)間傳送機(jī)器人，要求壓機(jī)間傳送機(jī)器人工作空間全面，末端搭配的直線7軸柔性端拾器，其輔助增加平移量至少為1.6 m，機(jī)器人在極限偏載的情況下能承受的靜載荷至少為76 kg，機(jī)器人手臂最大伸長(zhǎng)范圍至少3.1 m;其余3臺(tái)機(jī)器人分別為拆垛、首臺(tái)壓機(jī)上料、尾臺(tái)壓機(jī)下料機(jī)器人，應(yīng)具有較高的操作速度。

所有機(jī)器人均為地面安裝，其腰部高度最好在0.85 m以內(nèi)，基座尺寸(前后×左右)約為1.25 m×1.1 m，機(jī)器人與工作臺(tái)中心垂直距離為2.58 m以內(nèi)。整線所需端拾器共計(jì)46套，其中包括配備拆垛機(jī)器人的通用端拾器1套，其余端拾器45套共9個(gè)系列。端拾器高度限制在0.8 m以內(nèi)，端拾器最大質(zhì)量限定在50 kg以內(nèi)。

若選用ABB公司產(chǎn)品構(gòu)建產(chǎn)線，則壓機(jī)間的物料傳送可選擇ABB IRB 7600-325/3.1型沖壓專用機(jī)器人，而拆垛機(jī)器人、首臺(tái)壓機(jī)上料機(jī)器人、尾臺(tái)壓機(jī)下料機(jī)器人可選擇ABB IRB 6660-130/3.1型號(hào)沖壓專用機(jī)器人。

4 結(jié)語(yǔ)

本文面向具有一般性特征的汽車沖壓生產(chǎn)線，根據(jù)汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)工藝要求，建立了柔性沖壓線上下料機(jī)器人選型的總體原則，給出沖壓線機(jī)器人及其附屬設(shè)備選型或選購(gòu)的具體方法和步驟，并結(jié)合某一汽車側(cè)圍板沖壓線構(gòu)建實(shí)例予以說(shuō)明。該研究工作對(duì)汽車企業(yè)和沖壓線制造商在工業(yè)機(jī)器人整線選型技術(shù)和設(shè)備單元的選購(gòu)具有工程指導(dǎo)和實(shí)際借鑒意義。

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