TANK式自動(dòng)除泡機(jī)抽拉托盤(pán)結(jié)構(gòu)改進(jìn)分析

程建民 王芳

[摘 ? ?要]隨著自動(dòng)化程度的提高，TANK式除泡機(jī)由原來(lái)的人工取放料的模式逐漸被機(jī)械手自動(dòng)取放料的模式代替，使整機(jī)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化操作的連線生產(chǎn)。在生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手結(jié)構(gòu)及承載產(chǎn)品的托盤(pán)也在不斷改進(jìn)，以達(dá)到高效、快捷、出錯(cuò)率低的目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]TANK;托盤(pán);機(jī)械手

[中圖分類號(hào)]TN873 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）03–0–03

Structural Improvement of Tray Drawing Mode of Tank Automatic Defoaming Machine

Cheng Jian-min，Wang Fang

[Abstract]With the improvement of automation， the tank defoamer is gradually replaced by the automatic material taking and discharging mode of manipulator from the original manual material taking and discharging mode， so that the whole machine realizes the on-line production of unmanned operation. In the production process， the manipulator structure and the pallet carrying products are also constantly improved to achieve the goal of high efficiency， fast and low error rate.

[Keywords]tank; tray; manipulator

1 TANK式除泡機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)分析

近年來(lái)，除泡機(jī)在顯示屏幕和觸摸屏制造中大批量使用。其中，TANK式除泡機(jī)因其具有生產(chǎn)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，得到用戶的認(rèn)可并大量使用。特別是近幾年隨著自動(dòng)化程度的提高，TANK式除泡機(jī)由原來(lái)的人工取放料的模式逐漸被機(jī)械手自動(dòng)取放料的模式代替，使整機(jī)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化操作的連線生產(chǎn)。

在TANK式除泡機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手能夠自動(dòng)取放產(chǎn)品的前提是承載產(chǎn)品的托盤(pán)首先能夠自動(dòng)到達(dá)指定的位置，托盤(pán)的運(yùn)動(dòng)由水平抽拉機(jī)械手帶動(dòng)，到達(dá)設(shè)定位置后，取放料機(jī)械手將產(chǎn)品放置在托盤(pán)上，完成放料動(dòng)作。取料過(guò)程同放料過(guò)程，如圖1所示。

水平抽拉機(jī)械手在抽拉托盤(pán)的時(shí)候，采用的是夾爪的方式，即由機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)的夾爪夾住托盤(pán)的邊緣，并向外抽拉和退回。夾爪的運(yùn)動(dòng)由氣缸帶動(dòng)執(zhí)行，如圖2所示。

1 夾爪在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在問(wèn)題分析

采用此設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，存在以下的問(wèn)題：

（1）夾爪采用氣動(dòng)夾爪，每次夾取的時(shí)候，夾爪都會(huì)回到原始的中間位置，則托盤(pán)受夾部位在初始位置也必須在夾爪中間位，否則，夾爪夾持時(shí)就要對(duì)托盤(pán)產(chǎn)生一縱向的偏移力，如圖3所示。

（2）托盤(pán)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到軌道的限制，托盤(pán)運(yùn)動(dòng)的方向也須按照軌道的方向來(lái)運(yùn)動(dòng)，如果托盤(pán)受到夾爪的偏移力，則軌道一定會(huì)受到額外的摩擦阻力而影響托盤(pán)運(yùn)動(dòng)。

（3）托盤(pán)運(yùn)動(dòng)按照托盤(pán)軌道方向運(yùn)動(dòng)，而夾爪運(yùn)動(dòng)是按照夾爪軌道來(lái)運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)方向必須平行，托盤(pán)一般有30層以上，所有托盤(pán)的抽拉全部是依靠1個(gè)夾爪來(lái)運(yùn)動(dòng)，也就是30層的托盤(pán)運(yùn)動(dòng)軌道都需要和夾爪運(yùn)動(dòng)軌道平行，使托盤(pán)的調(diào)試工作量大幅增加。

（4）如果某1層的托盤(pán)位置在調(diào)試中不夠準(zhǔn)確，在運(yùn)行中托盤(pán)受到夾爪的偏移力，則隨著運(yùn)動(dòng)次數(shù)的增加，就有可能造成托盤(pán)的變形，而使夾爪不能準(zhǔn)確夾住托盤(pán)，造成自動(dòng)運(yùn)行失效。

在客戶的實(shí)際使用中，我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，正常運(yùn)行了一段時(shí)間的設(shè)備在某一時(shí)刻突然報(bào)警夾爪夾取托盤(pán)失敗，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析，正是由于夾爪和托盤(pán)在縱向方向上的空間余量太小，一旦托盤(pán)長(zhǎng)期受力變形，則托盤(pán)就會(huì)超過(guò)夾爪的夾取范圍，形成自動(dòng)運(yùn)行失敗。

在上面的4個(gè)問(wèn)題中，第一個(gè)和第三個(gè)問(wèn)題是關(guān)鍵的因素，第二、四問(wèn)題都是由于第一和第三的存在而形成的結(jié)果。

為改善這種現(xiàn)象，需要從以上分析的原因去找到相應(yīng)的解決辦法，增大夾爪和托盤(pán)在縱向空間上的余量。以下是托盤(pán)在抽拉過(guò)程中的受力情況，如圖4所示。

在上圖中可以看到，托盤(pán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到：托盤(pán)重力G;導(dǎo)軌下沿對(duì)托盤(pán)的支撐力F3;

導(dǎo)軌上沿對(duì)托盤(pán)的支撐力F4;上夾爪對(duì)托盤(pán)的夾持力F2;下夾爪對(duì)托盤(pán)的夾持力F1;夾爪對(duì)托盤(pán)的拉力T;導(dǎo)軌對(duì)托盤(pán)的摩擦力f。

當(dāng)處于理想狀態(tài)時(shí)，托盤(pán)受力具有如下的平衡條件：

F1=F2

F4=F3+G

T=f

當(dāng)夾爪和托盤(pán)處于理想狀態(tài)時(shí)，托盤(pán)受夾位置和夾爪中間位置處于一水平線上，托盤(pán)受以上平衡力的作用，勻速抽出和退回，沒(méi)有額外的其他干擾因素，托盤(pán)工作于理想狀態(tài)。

如果在調(diào)試的過(guò)程中，當(dāng)某層托盤(pán)和夾爪位置不處于一水平線時(shí)，夾爪上下對(duì)托盤(pán)的作用力就不相等，導(dǎo)致軌道上下沿對(duì)托盤(pán)的作用力也會(huì)產(chǎn)生變化，從而對(duì)托盤(pán)產(chǎn)生了額外的干擾力，如圖5所示。

夾爪和托盤(pán)不處于同一水平線上（以?shī)A爪在上，托盤(pán)在下為例），由于夾爪不能同時(shí)接觸托盤(pán)，則夾爪對(duì)托盤(pán)施加的力F1必然大于F2，為使托盤(pán)處于平衡狀態(tài)，則F3也必須大于F4，且由于所施加力的不相等和導(dǎo)軌的限制作用，在托盤(pán)上產(chǎn)生了兩個(gè)相反的彎矩W1和W2，托盤(pán)整體的受力平衡條件變?yōu)椋?/p>

F1+F4=F2+F3+G

W1=W2

T=f

由于有彎矩的存在，托盤(pán)必然會(huì)產(chǎn)生向上的彎曲變形，這個(gè)變形剛開(kāi)始可能是彈性的，但運(yùn)行一定的時(shí)間后，托盤(pán)就有可能由開(kāi)始的彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，使托盤(pán)產(chǎn)生向上的彎曲。這也就是設(shè)備在調(diào)試完成后的一段時(shí)間內(nèi)還可以正常運(yùn)行，但經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)夾爪抓取不到位的情況。

3 夾爪在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在問(wèn)題的解決對(duì)策

為解決以上問(wèn)題，我們改變了夾爪夾取托盤(pán)的方式，采用光桿和楔形槽配合的方式，光桿采用雙作用氣缸帶動(dòng)，光桿和托盤(pán)上的楔形槽進(jìn)行契合并拉動(dòng)托盤(pán)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，光桿和楔形槽在縱向方向上留一定的空間余量，如圖6所示。

采用以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在托盤(pán)運(yùn)動(dòng)時(shí)具有以下的優(yōu)點(diǎn)。

（1）當(dāng)由氣缸帶動(dòng)光桿與楔形槽契合時(shí)，光桿只對(duì)托盤(pán)施加前后的抽拉力，上下方向上由于光桿摩擦系數(shù)很小，摩擦力可以忽略掉，不會(huì)產(chǎn)生上下方向的力，也就是在縱向方向上，托盤(pán)不會(huì)由于受到縱向力而產(chǎn)生變形。此時(shí)的受力情況如圖7所示。

F4=F3+G

T=f

（2）光桿和楔形槽契合時(shí)，如果在水平方向上出現(xiàn)距離偏差，由于托盤(pán)在水平方向上沒(méi)有限制，在楔形槽的作用下，托盤(pán)會(huì)自動(dòng)與楔形槽契合并達(dá)到光桿所決定的位置。

（3）由于托盤(pán)的運(yùn)行軌跡是受托盤(pán)軌道的限制，而氣缸的運(yùn)行軌跡受氣缸導(dǎo)軌的限制，這兩種軌跡在調(diào)試時(shí)需要保持一致。但實(shí)際在調(diào)試的過(guò)程中很難做到理想狀態(tài)，如果兩種軌跡出現(xiàn)偏差，則托盤(pán)的楔形槽會(huì)在光桿方向上就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行微調(diào)。從而使托盤(pán)不受轉(zhuǎn)矩W的作用，使托盤(pán)的運(yùn)動(dòng)更加順暢，如圖8所示。

（4）原來(lái)的夾爪設(shè)計(jì)需要用到兩個(gè)夾爪氣缸和控制機(jī)構(gòu)改為雙作用氣缸后只需要1個(gè)氣缸和1套氣動(dòng)控制即可，而且機(jī)械加工的零件也會(huì)相應(yīng)減少，成本上較原有結(jié)構(gòu)會(huì)相應(yīng)降低。

（5）設(shè)備的托盤(pán)一般是多層結(jié)構(gòu)，最大的要達(dá)到35層左右如果采用原來(lái)的夾爪設(shè)計(jì)，則每層托盤(pán)的間距都需要相等，這樣，機(jī)械手的夾爪才能夠正確抓取。但每層托盤(pán)采用的機(jī)加工件都有一定的誤差，在裝配時(shí)就需要耗費(fèi)大量的時(shí)間去調(diào)整托盤(pán)之間的距離，而且每層托盤(pán)的固定都采用螺絲固定，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加螺釘會(huì)有松動(dòng)的隱患，造成設(shè)備的整體可靠性不高。采用光桿和雙作用氣缸后，對(duì)托盤(pán)的縱向方向上的間隔要求大大降低，因?yàn)楣鈼U和楔形槽可以自動(dòng)調(diào)整。這樣，整個(gè)設(shè)備的調(diào)試時(shí)間就會(huì)大大降低。而且可靠性也有了極大的提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

前期由于設(shè)計(jì)上的不合理，在客戶使用現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了一些使用問(wèn)題，特別是在可靠性方面，經(jīng)常會(huì)發(fā)生剛剛調(diào)試完成的設(shè)備運(yùn)行很短的時(shí)間就出現(xiàn)問(wèn)題，極大地影響了客戶的使用。經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的仔細(xì)分析，并做了如上的改變之后，特別是光桿和楔形槽的使用，使設(shè)備的使用穩(wěn)定性得到了極大的提高，設(shè)備運(yùn)行故障率大幅降低，客戶的實(shí)際生產(chǎn)效率也得到了提高，得到了用戶好評(píng)。而且從設(shè)備整體的成本來(lái)看，1臺(tái)設(shè)備改進(jìn)后比改進(jìn)前直接成本節(jié)約了1萬(wàn)元左右，加工耗時(shí)也相比以前有了相應(yīng)的減少。本次改進(jìn)取得了一定的成功。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡綠瑩，陳志剛平衡機(jī)器人機(jī)械手的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2021（3）：6-7.