基于工業(yè)機(jī)器人的“智能制造”柔性生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

方群霞 梁志新

摘要：在工業(yè)機(jī)器人智能制造柔性生產(chǎn)線中，我國提出智能制造自動化裝備等細(xì)分產(chǎn)業(yè)，需要更好地實(shí)現(xiàn)FMC柔性制造系統(tǒng)以及FMC柔性制造單元，以確保能夠更好地走入正軌。在安裝過程中，以行走導(dǎo)軌機(jī)器人為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)有效控制。在智能制造柔性生產(chǎn)線中，整個生產(chǎn)線包含了數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心以及相關(guān)的上料機(jī)構(gòu)以及取料機(jī)構(gòu)。在運(yùn)行時，取料臺上方安裝了相關(guān)的視覺系統(tǒng)。當(dāng)更換加工產(chǎn)品時，機(jī)器人必須做出調(diào)整，以便可以根據(jù)不同的產(chǎn)品類型進(jìn)行加工。具備極高的柔性特征，可以更好地完成柔性制造。因此，在本文的研究中，該文將就工業(yè)機(jī)器人的智能制造柔性生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析展開討論。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人 智能制造 柔性生產(chǎn)線 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP242.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2022）06（a）-0000-00

工業(yè)機(jī)器人在未來是工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，工業(yè)機(jī)器人包含了機(jī)械手以及多功能、多角度的機(jī)械裝置，可以更好地替代人工作業(yè)，完成高效率作業(yè)目標(biāo)。其中，在柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元中，作為重要的組成部分之一，可以更好地實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的制造工藝，完成零件抓取、上料、零件轉(zhuǎn)移等。這些工作量可以更好地應(yīng)用于大批量以及小部件的加工，可以有效節(jié)約人力成本，保障運(yùn)行效率。在設(shè)計(jì)柔性生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)時，以工業(yè)機(jī)器人為載體，可以替代人工完成自動化操作，柔性功能強(qiáng)大，還可以設(shè)計(jì)出合理精準(zhǔn)的智能制造生產(chǎn)線。因此，為了更好地了解工業(yè)機(jī)器人的特性，可以以汽車端蓋為載體，并針對汽車端蓋的加工流程進(jìn)行研究。可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)布局、工作原理、邏輯控制等優(yōu)化，達(dá)成融合加工。

1柔性生產(chǎn)線工作原理

對柔性生產(chǎn)線的工作原理進(jìn)行分析，柔性生產(chǎn)線包含了各種零件，如載體零件以及加工零件等，需要根據(jù)零件的需求，設(shè)計(jì)一系列的工序。如加工工序，數(shù)控車床可以通過專門的三爪夾持毛坯左端內(nèi)孔完成應(yīng)用。柔性生產(chǎn)線在汽車制造領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，通過柔性化管理，可以為生產(chǎn)線帶來時間以及成本優(yōu)勢，還可以提升工作效率[1]。將具備價格競爭優(yōu)勢的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品帶入市場中，就市場上小批量、多品種，且生產(chǎn)線更換較為頻繁的現(xiàn)狀而言，柔性生產(chǎn)線極為靈活多變。柔性生產(chǎn)線采用的積木式結(jié)構(gòu)，在短時間內(nèi)可以進(jìn)行調(diào)整，按照生產(chǎn)需求生產(chǎn)相應(yīng)商品，構(gòu)建柔性的生產(chǎn)機(jī)制?；诠I(yè)機(jī)器人智能制造的柔性生產(chǎn)線建設(shè)，在工作原理上，其具備提高的優(yōu)勢，且能夠更好地完成生產(chǎn)線整體布局以及運(yùn)行流程，建立了一套標(biāo)準(zhǔn)的子系統(tǒng)。整個生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用價值較高，在柔性化生產(chǎn)線中，涉及到復(fù)雜技術(shù)，擁有高度自動化系統(tǒng)。例如，在實(shí)際運(yùn)行時，柔性生產(chǎn)線就可以將微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)以及系統(tǒng)工程進(jìn)行全面結(jié)合，解決機(jī)械制造自動化以及高柔性化之間的矛盾。設(shè)備利用率極為高效，且更為穩(wěn)定靈活，具備極強(qiáng)的產(chǎn)品硬件能力。目前，柔性生產(chǎn)線已經(jīng)建立了模組化生產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對于線性產(chǎn)品的隨意拼裝、銜接，完成積木式組合結(jié)構(gòu)。方便重組，拆卸方便，能夠滿足現(xiàn)代化企業(yè)的制造需求（如圖1所示）。

2工業(yè)機(jī)器人工作原理

柔性生產(chǎn)線工業(yè)機(jī)器人工作原理，通過數(shù)控車床柔性工作生產(chǎn)流程進(jìn)行，可以實(shí)現(xiàn)對于人工生產(chǎn)的絕對替代。在自動化、智能化程度上，表現(xiàn)極為優(yōu)勢。零件加工與柔性功能更為強(qiáng)大，在柔性生產(chǎn)線的基本組成以及工作原理中，可以根據(jù)以下流程進(jìn)行融合[2]。

例如，工作站啟動后，機(jī)器人、上料機(jī)構(gòu)復(fù)位→隨后，上料的機(jī)器人到上料機(jī)構(gòu)取件→隨后安裝至第一臺數(shù)控機(jī)床上→車削零件左端外形后發(fā)出信號→通知機(jī)器人取件→在機(jī)器人取件后掉頭→并將其安裝至第二臺數(shù)控機(jī)床上→車削零件左端外形后發(fā)出信號→通知機(jī)器人取件→機(jī)器人取件完畢后→安裝至第一臺數(shù)控機(jī)床上→零件各孔位加工完畢后→發(fā)送信號→通知機(jī)器人取件→機(jī)器人取件后→放置至下料輸送線上。

因此，通過一系列的流程，可確定工作工業(yè)機(jī)器人的工作原理，即通過數(shù)控機(jī)床自動化操作流程實(shí)現(xiàn)一系列的操作工序。

3柔性生產(chǎn)線工作流程

在柔性生產(chǎn)線工作流程中，柔性生產(chǎn)線的工作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含了以下幾點(diǎn)。

（1）柔性生產(chǎn)線。通過多臺可調(diào)控機(jī)床以及專用機(jī)床聯(lián)合組成，配合自動運(yùn)輸裝置以及直接組成生產(chǎn)線，在柔性生產(chǎn)線上包含了計(jì)算機(jī)管理體系，通過計(jì)算機(jī)電腦操控并配合多種生產(chǎn)模式，顯著地減少生產(chǎn)成本，保障做到柔性生產(chǎn)、物盡其用。柔性生產(chǎn)線的工作原理必須明確載體零件加工工藝，根據(jù)生產(chǎn)過程，就加工工序進(jìn)行優(yōu)化。例如，數(shù)控車床在工作程序中，使用三爪夾持毛坯左端內(nèi)孔位置，對車削右端外形進(jìn)行操作[3]。

（2）包含了掉頭操作。利用內(nèi)三爪直接配合毛坯左端設(shè)計(jì)內(nèi)孔位置。

（3）采用平頭虎鉗裝夾設(shè)計(jì)柔性生產(chǎn)線外圈，并在數(shù)控加工過程中，明確各種加工孔的尺寸[4]。

4柔性生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在柔性生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，柔性生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)包含了總體布局以及重要部件、自動生成機(jī)構(gòu)等[5]。其中，在生產(chǎn)線總體布局中，根據(jù)自身結(jié)構(gòu)需求，考慮其相關(guān)的成本以及多種產(chǎn)品的加工模式，必須進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)置出柔性生產(chǎn)線，就整體布局進(jìn)行改良。例如，在制造柔性生產(chǎn)線時，通過數(shù)控車床以及數(shù)控中心，制定工作機(jī)器人的工作流程，明確操作系統(tǒng)，如工作機(jī)器人的視覺系統(tǒng)、銜接系統(tǒng)等，且可以保障工業(yè)機(jī)器人在行走導(dǎo)軌上能夠更好地完成零件傳遞、上料、下料工作，實(shí)現(xiàn)自動化操作。自動上升機(jī)是流程生產(chǎn)線的重要組成結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。

自動上升機(jī)自身結(jié)構(gòu)包含了渠道以及回轉(zhuǎn)，其中在回轉(zhuǎn)中，工作臺依托電機(jī)以及減速齒輪進(jìn)行工作，完成旋轉(zhuǎn)。在上方，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置孔位。就一般而言，孔位數(shù)量為8孔，整個導(dǎo)柱可一次性貫穿多達(dá)18個零件。在渠道中，伺服電機(jī)以及滾珠絲桿可以進(jìn)行移動操作，隨后在絲桿的螺母上方可以安裝。取料臺的手紙由氣缸控制，完成前、后伸縮運(yùn)動。在取料臺上方設(shè)置視頻拍攝系統(tǒng)，可以偵測到準(zhǔn)確位置并提供數(shù)據(jù)信息。在工作過程中，回轉(zhuǎn)渠道、機(jī)構(gòu)將工作臺倒入旋轉(zhuǎn)在工作位置后，機(jī)構(gòu)可以向下移動，氣缸結(jié)構(gòu)手臂伸出了取料臺，可移動，完成零件的拿取，以便能夠更好地實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的上料工作[6]。0A907F58-82A3-453B-A980-6CBDCBAD6F33

視覺系統(tǒng)可以在工作中進(jìn)行拍攝，例如將零件的擺放位置以及取料位置進(jìn)行比對，并使二者之間的偏移量能夠存入數(shù)據(jù)庫中。通過對于數(shù)據(jù)庫的讀取，可以更好地傳遞，使機(jī)器人并可以進(jìn)行精準(zhǔn)的取料，按照順序，對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工處理。而在下料輸送線中，下料輸送線將已加工好的零件完成同一工位傳輸，采用鉸鏈傳輸?shù)姆椒?，通過三相異步電機(jī)開始工作傳送面板，將工件傳遞至取料機(jī)，隨后取掉工件。通知其他設(shè)備，并安裝一臺中轉(zhuǎn)取料裝置。當(dāng)工件在第一機(jī)床加工完畢后，工件夾的另一端可以將工件放置于中轉(zhuǎn)臺上[7]。

例如，在自動上料機(jī)構(gòu)中，工業(yè)機(jī)器人智能制造柔性生產(chǎn)線子系統(tǒng)可以更好地完成實(shí)踐應(yīng)用。在自動上料機(jī)構(gòu)構(gòu)建過程中，由專業(yè)的毛坯件自動上料，包含了取料機(jī)構(gòu)以及回轉(zhuǎn)上料機(jī)構(gòu)兩大部分。在回轉(zhuǎn)上料機(jī)構(gòu)上，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)施旋轉(zhuǎn)完成運(yùn)動優(yōu)化，并在上料中，專門設(shè)計(jì)8～10個工作位，確保工位安裝導(dǎo)度，導(dǎo)出零件到位[8]。此外，在取料機(jī)構(gòu)中，在絲桿螺母的位置安裝取料臺，取料臺氣缸前后收縮，控制在取料臺上方視覺架構(gòu)中，使整個取料檢測精準(zhǔn)、合理。在自動上料機(jī)構(gòu)的工作過程里，分析其回轉(zhuǎn)上料機(jī)構(gòu)組成模式，并對導(dǎo)柱旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行分析，確定上下移動工作系統(tǒng)，確保高度到位。在該過程中，可以利用視覺模式，例如對于零件可以實(shí)現(xiàn)偏差修正。

在下料輸送線系統(tǒng)中，下料輸送線系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)加工已加工好的零件并實(shí)施下一位傳輸操作。在傳輸方式中，包含了鉸鏈傳輸，配合三相異步電機(jī)，實(shí)施減速裝置，完成有效驅(qū)動。在檢測放料以及取料過程中，需要結(jié)合取料上方視覺系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，有效檢測取掉準(zhǔn)確位置在后續(xù)工作中對放料位置傳感信號進(jìn)行分析，并通過三相異步電機(jī)展開生產(chǎn)操作，實(shí)現(xiàn)視覺系統(tǒng)的優(yōu)化，明確準(zhǔn)確定位。而在中轉(zhuǎn)前，中轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)由微型模塊構(gòu)成，主要包含了工件掉頭裝夾操作。利用工業(yè)機(jī)器人取出工件，并加換工件兩端，中央轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)配合手抓結(jié)構(gòu)，可以提高生產(chǎn)節(jié)奏，實(shí)現(xiàn)雙工位設(shè)計(jì)優(yōu)化，確保零件夾持在工位上順利進(jìn)入機(jī)床。在旋轉(zhuǎn)180°后，設(shè)置三位一體的五通電磁閥，配合氣電路進(jìn)行綜合控制，保障電磁閥中位能夠起到斷電保護(hù)作用[9]。

5柔性生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)分析——手爪設(shè)計(jì)

在柔性生產(chǎn)線的手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其結(jié)構(gòu)需要更好地提升生產(chǎn)力。工業(yè)機(jī)器人采用工位設(shè)計(jì)，在進(jìn)入車床前，就需要將未加工的工件夾持至工位上。因此，進(jìn)入機(jī)床后，可以使用工位取下機(jī)床卡盤，工件旋轉(zhuǎn)至180°，對工件進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，將工件1安裝至機(jī)床卡盤上，隨后手爪支架進(jìn)行優(yōu)化。在左右兩邊，可額外連接套筒，安裝三爪氣缸。在工作位置上，工件滿足硬件的有效需求，可以更好地實(shí)現(xiàn)零件加工。手爪不僅直接安裝在機(jī)器人上，同時通過快速接頭進(jìn)行銜接，還可以更好地通過工件固定法蘭軸，并實(shí)現(xiàn)公頭、母頭的快速連接，固定在機(jī)器人手爪上。僅需要快速地轉(zhuǎn)接頭，與母頭、公頭銜接即可（如圖3所示）。

在手爪設(shè)計(jì)中，使用三爪氣缸進(jìn)行夾持動作。對空氣進(jìn)行壓縮，隨后通過電動氣動三聯(lián)件完成過濾脫水。利用四聯(lián)通接管，將其分為3條線路，實(shí)現(xiàn)氣缸壁的控制，更好地完成接頭的快速抓取以及斷開。在手爪的前兩個氣缸以及快速接頭的氣路連接中，通過三位的電磁閥氣流控制后，連接至手爪氣缸的進(jìn)氣以及出氣口，起到有效的斷電保護(hù)作用[10]。

6結(jié)語

綜上所述，工業(yè)機(jī)器人是目前國內(nèi)外應(yīng)用自動化技術(shù)的新生軍，為了生產(chǎn)廠家提供了全新的工作模式。重視柔性生產(chǎn)線，并將其自動上料、下料的方式引用實(shí)際生產(chǎn)中。因此，該文設(shè)計(jì)智能柔性生產(chǎn)線，可以更好地完成適應(yīng)性的推廣，加大節(jié)約人力成本，完成加工精度。提升了生產(chǎn)節(jié)拍，避免與其他設(shè)備出現(xiàn)干擾，得到大力推廣以及應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 關(guān)長明.工業(yè)機(jī)器人“智能制造”柔性生產(chǎn)線設(shè)計(jì)分析[J].裝備維修技術(shù)，2021（8）：21-23.

[2] 崔衛(wèi)星.基于工業(yè)機(jī)器人的智能制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方法探析[J].河北農(nóng)機(jī)，2021（15）：75-76.

[3] 陳濤，杲春芳.基于工業(yè)機(jī)器人的智能制造單元設(shè)計(jì)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2019，38（10）：29-32.

[4] 李博文，韓寶國.創(chuàng)新驅(qū)動智能制造研究——基于高端裝備制造業(yè)及工業(yè)機(jī)器人的專利現(xiàn)狀分析[J].廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，18（2）：32-36.

[5] 王寶鑫.智能制造時代的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展新趨勢分析[J].發(fā)明與創(chuàng)新：職業(yè)教育，2019（1）：66.

[6] 吳斌.基于工業(yè)機(jī)器人的智能制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2020，48（23）：55-59.

[7] 馬超凡.基于智能制造時代的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展探討[J].技術(shù)與市場，2020，27（9）：96-97.

[8] 烏海東.智能制造背景下工業(yè)機(jī)器人在沖壓自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究[J]. 輕松學(xué)電腦，2019（25）：46.

[9] 劉瑩.工業(yè)機(jī)器人及智能制造發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析[J].數(shù)碼世界，2019（11）：276.

[10] 雷紅華.智能制造背景下的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)研究——湖北省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)課程體系的研究》成果介紹[J].襄陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，18（3）：137-140.0A907F58-82A3-453B-A980-6CBDCBAD6F33