用于水凝器焊接的變位機結(jié)構(gòu)設計

1 引言

制冷器中的水凝器制造已經(jīng)由傳統(tǒng)手工焊接方式焊接逐步轉(zhuǎn)向焊接機器人工作站或者自動焊接流水線焊接

。采用自動焊接可以較大程度的保證工件的焊接質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時減少焊接對生產(chǎn)者的身體傷害。水冷式冷水機用的冷凝器常用的是殼管式冷凝器，其主要結(jié)構(gòu)由分子篩、干燥包、和堵頭組成。外殼采用5mm以上厚度之不銹鋼管制成，經(jīng)防銹處理，耐壓可以達到30kg/cm

以上。因不同水凝器的尺寸、結(jié)構(gòu)有差異，設計一款適用于自動焊接機器人工作站的變位機具有很重要的實際應用價值

。

模型小鼠淋巴細胞轉(zhuǎn)化反應明顯下降，與對照組比較，PI值明顯下降，差異顯著（P＜0.01）。ig給予金釵石斛破壁粉及陽性對照左旋咪唑后，均能促進小鼠脾淋巴細胞轉(zhuǎn)化反應，與模型組比較，PI值明顯上升，差異顯著（P＜0.05、0.01）。結(jié)果見圖2。

2 變位機結(jié)構(gòu)設計方案

2.1 工作站總體布局設計

目前市面上適合連續(xù)作業(yè)的精密焊接機器人極限臂展不超過2.4m，冷凝器的尺寸為500mm x 400mm x 20mm，尺寸較小，常規(guī)的焊接機器人能夠滿足其焊接范圍需求，但焊接直接需要將冷凝器的堵頭壓裝、涂膠再進行焊接，為了實現(xiàn)全流程的自動化操作，在該工作站中配置一臺裝配機器人。因此，本變位機搭配雙機器人的焊接站，其中一臺機器人為上料機器人，另一臺機器人為焊接機器人，該焊接工作站的主要組成有：上料工裝、機器人上料夾具、人機交互、變位機、壓裝機構(gòu)、機架、裝配機器人、主控柜、焊接主機、裝配機器人控制柜、焊接機器人控制柜、凈化除塵裝置、送絲機構(gòu)、焊接機器人、清槍剪絲機構(gòu)、遮光慕，其基本布局如圖1所示。

焊接機器人與裝配機器人的選型要考慮通用性，性價比較高，且具備較好的焊接工藝性

。本工作站選用ABB的IRB1600作為焊接機器人，該機器人為6軸機器人，工作半徑為1.2m,有效載荷10kg，配置CMT焊接主機、焊絲機構(gòu)和清槍機構(gòu)，其焊接機器人的工作半徑圖如圖2所示。

2.2 變位機設計

變位機的功能主要是滿足水凝器的裝配和焊接中不同工位的轉(zhuǎn)換

。變位機分為三個工位，分別是人工上下料工位、自動裝配工位、焊接工位。不同的工位之間步進旋轉(zhuǎn)，依靠一組凸輪機構(gòu)實現(xiàn)定位，定位精度高。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。在變位機底盤安裝步進電機和減速機，三個工位之間成120度布局，每個工位帶有定位夾具和放料板。

在每個工位都配有本體夾持機構(gòu)，該機構(gòu)有一組氣缸安裝手指定位銷組成，當PLC發(fā)出定位信號后，手指氣缸推出到變位機底板的定位槽內(nèi)，實現(xiàn)定位鎖緊

。工件的壓裝和焊接分為兩個不同工位，兩個工位均帶有直線軸承能夠承受部分徑向力，能夠保證壓裝過程中工件能平穩(wěn)直線移動。同時拉緊彈簧在變位機啟動時能保證壓裝模組快速復位。

對工件冷凝器進行裝配之前，首先需要將配件擺放到托盤內(nèi)的固定位置，裝配機器人才能將配件依次抓取安裝到冷凝器的安裝位置，因此需要設計配件上料模組。該模組隨著轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，但與工位之間位置固定，模組內(nèi)有三個放置孔，分別放置干燥包、堵蓋、分子篩三種配件。機器人抓料機構(gòu)實為裝配機器人末端法蘭盤安裝的夾具，該抓料機構(gòu)分等邊三角形盤形機構(gòu)，三角盤的三個角分別安裝兩個夾爪機構(gòu)和一個真空吸盤，分別用螺釘固定。兩個夾爪機構(gòu)有小型氣缸和夾爪組成，分別用以抓取干燥包和分子篩，而真空吸盤用以吸住堵蓋頂端。該機構(gòu)的三角盤中心處設計為機器人末端法蘭盤相同的結(jié)構(gòu)，可以采用氣動快換頭設計，來與機器人末端法蘭盤聯(lián)結(jié)。

在PPP項目中，當建設項目的不同主體在確定股權(quán)比例之后，還要對負債水平進行合理的確定。通常表現(xiàn)為股權(quán)比例高，債務比例就會低，所帶來的經(jīng)濟效益就會多，因此，在對大規(guī)模的建設項目進行投資時，都會選擇較高的債本比例。

為驗證優(yōu)化變位機設計和驗證設計的合理性，將變位機配合焊接機器人工作站導入RobotStudio中進行整體仿真

。首先，將變位機創(chuàng)建為機械裝置，方便在控制器中添加邏輯指令，才能通過編輯程序加以控制。

2.3 氣動設計

水凝器焊接工作站的變位機的主要作用是配合雙機器人的裝配與焊接，其工作流程如圖6所示。

(1)

(2)將整個上部組件設為L2；

腫瘤邊緣相對清晰的有8例，邊界全部或部分不清的有9例患者腫瘤周圍脂肪間隙消失。腫瘤累及腸系靜脈、動脈、胰腺的有4例。胃腸道間質(zhì)瘤附近呈線性增厚的有1例，CT增強掃描表現(xiàn)為明顯強化。

本文通過動力學仿真軟件Workbench對某型號移動式篩分站采用的新型半內(nèi)藏式液壓馬達驅(qū)動滾筒建立虛擬樣機模型，對其工作狀態(tài)進行仿真靜力學分析和疲勞分析，用理論計算得到應力的值和仿真分析計算的值比較，證明了虛擬樣機的準確性。同時，驗證了機構(gòu)的可行性和合理性，為采用半內(nèi)藏式液壓馬達驅(qū)動滾筒的設計提供了參考依據(jù)。

(2)

其中

為活塞桿直徑(mm)，一般取

=0

3

1997年，一場廣為人知的人機大戰(zhàn)打響。加里·卡斯帕羅夫試圖衛(wèi)冕國際象棋冠軍。雖然他曾打敗過IBM的象棋程序深藍，但在復賽中被打敗了,這立刻成為頭條。人們疑慮的是：機器腦的邏輯思維能夠比肩人類？甚至還超過人類？當時有專家打賭：在國際象棋比賽中戰(zhàn)勝人類的機器，在圍棋比賽中未必能獲勝。因為圍棋對弈需要戰(zhàn)略思維，需要全局觀念。然而，歷史又開了一個大玩笑。

(1)從原組部件中選中變位機底部電機，創(chuàng)建為L1，將底部電機組件設為BaseLink；

氣缸的實際拉力為：

3 仿真設計

3.1 工序要求

變位機壓裝工位下面帶有兩個氣缸，當使用空氣壓力為0.5MPa時，氣缸理論輸出力

=10.1N。已知變位機的質(zhì)量為60kg，氣缸與表面的摩擦力

為0.5，氣缸行程

=40mm，氣缸的響應時間

=0.2s。氣缸的理論推力為：

人工將其他三種物料放入相應的工裝后；人工雙手啟動，變位機變位一；變位后，裝配機器人和壓裝機構(gòu)將各個部件裝配到一起；變位二，后焊接機器人對壓蓋進行焊接；再次變位后人工對完成的產(chǎn)品下料。

3.2 仿真設置

通過壓裝模組將干燥包壓入冷凝管中(如圖4)，壓裝模組的主體機構(gòu)為一個電機驅(qū)動夾送輪來夾持一根壓桿進入冷凝管孔內(nèi)，夾送輪采用兩排共六個輥輪設置，保障夾送輪正反轉(zhuǎn)不卡頓。此時，轉(zhuǎn)盤機構(gòu)與壓裝模組的位置對應精度要求高，壓桿的移動速度要求快，故電機選用伺服電機，保證速度快且壓裝精度穩(wěn)定。壓裝機構(gòu)安裝在一個水平方向移動的模組上，模組支座用螺栓固定在工作站的工作臺上面。模組采用伺服驅(qū)動，全閉環(huán)控制，能保證水平方向移動精度控制在0.02mm以內(nèi)，壓裝機構(gòu)上下移動同樣采用伺服電機驅(qū)動。模組內(nèi)采用兩組雙導軌設計，保證壓裝機構(gòu)移動的穩(wěn)定性。

對照組方法---于常規(guī)治療的基礎(chǔ)上給予口服氯吡格雷(國藥準字J20130007、賽諾菲(杭州)制藥有限公司、2017080711)治療,劑量為75mg,一天一次,療程為1年。

因此，阻擋定位裝置選用的鎖緊氣缸型號為MXS16-40AS，缸徑為16mm，行程為40mm。其鎖緊氣缸的氣動系統(tǒng)由真空發(fā)生器、減壓閥、油霧器、壓力表、分水過濾器，儲氣罐，空壓機組成，其原理如圖5所示。

其中

為缸徑(mm)，

為氣缸的工作壓力(MPa)

(3)設置旋轉(zhuǎn)接點，旋轉(zhuǎn)軸設為圓盤中心軸，最后編譯機械裝置，完成變位機機械設置。

其操作過程如圖7至9所示。

對變位機創(chuàng)建機械裝置后，再對工作站整體設置Smart組件，對機器人示教，Rapid程序編輯，仿真設置，完成余下仿真工作。通過仿真驗證，結(jié)果顯示變位機在三個不同工位可以順利步進，其過程與工作站本體、雙機器人之間無干涉，說明該變位機結(jié)構(gòu)設計合理。

3.3 Smart組件設置

在變位機的機械裝置設置后，需要對焊接工作站的兩個機器人進行Smart組件設置。仿真需要創(chuàng)建的Smart組件有：裝配機器人Smart設置(IRB 2600)、焊接機器人Smart設置(IRB 1600ID)。首先，裝配機器人吸盤夾具能夠?qū)a(chǎn)品主體吸起、放下(主要使用模塊安裝Attacher和拆除模塊Detacher)；將線傳感器(LineSensor)安裝在吸盤處，用來檢測產(chǎn)品信息，并為后續(xù)安裝，拆除提供對象信息；使用PosMover模塊對機械裝置的位置進行控制；用Source模塊在產(chǎn)品本體左側(cè)管口生成分子篩和干燥包，模擬工具在此處放置分子篩和干燥包的動畫效果。其次，在焊接機器人的Smart設置中，使用PoseMover模塊使變位機工件移動到相應姿態(tài)，從而配合轉(zhuǎn)盤機的焊接工位切換。所以為了方便控制，添加了2個輸入信號create1和create2，分別控制生成干燥包和生成分子篩。下面以生成分子篩為例，說明信號連接設計流程。連接如下，輸入create2信號與Source模塊生成分子篩的Execute相連接，達到給create2信號，系統(tǒng)自動在Source指定地點生成分子篩模塊的效果。后將Source模塊生成分子篩的Copy端，即Source模塊復制生成的物體與Attacher的child端相連，將LineSensor的SensedPart端，即之前用線傳感器檢測的對象(產(chǎn)品主體)與Attacher模塊的Parent端相連，作為“父”對象。從而達到將Source生成的對象安裝到LineSensor檢測到的對象上的效果。同時給Attacher模塊的Execute端接上creat2信號。

同理可將create1信號控制生成的物體按此方法安裝到產(chǎn)品本體上。在生成干燥包的Soruce模塊中的物理特性選項選為Dynamic，生成的干燥包會自動掉到管道底部不會停留在設定的生成位置。另外需要對焊接機器人和裝配機器人分別示教目標點，根據(jù)目標點插入運動指令，合理規(guī)劃機器人軌跡路徑，插入邏輯指令，完成機器人運動路徑的設計。對路徑進行自動配置，沿著路徑運動后，同步到Rapid程序，至此，焊接機器人工作站的離線仿真設計全部完成，點擊仿真選項卡，進入main程序，對工作站進行仿真。

4 結(jié)論

本文通過三維設計軟件對水凝器焊接機器人工作站變位機的結(jié)構(gòu)設計，采用RobotStudio機器人仿真軟件對變位機進行仿真，驗證了設計的合理性，方便后期對變位機的進一步優(yōu)化。本設計也作為高校實訓教學用的焊接機器人工作站的優(yōu)化設計的一種嘗試，同時，由于作者技術(shù)水平有限，設計內(nèi)容難免有不完善之處，還望業(yè)內(nèi)同仁不吝賜教。

[1]潘文聯(lián),成楠,鄭黎明,富巍.焊接機器人自動化焊接的實現(xiàn)與探索[J].焊接技術(shù),2022,51(01):72-75.

[2]張成橋,魯效平,劉玲,鄧友良.自動化焊接技術(shù)的研究與思考[J].焊接技術(shù),2021,50(12):1-6+129.

[3]田學華,張志毅,吳向陽,湛紅暉.轉(zhuǎn)向架焊接機器人智能集控系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)[J].智能制造,2021(06):34-39.

[4]潘登,任建強,吳廣宇.焊接機器人在機電安裝施工中的應用[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化,2021,11(11):161-162.

[5]楊杰,李志強.滾筒焊接機器人系統(tǒng)的研發(fā)建設[J].焊接技術(shù),2021,50(06):70-73+108.

[6]夏中堅.工業(yè)機器人的虛擬仿真技術(shù)在信息化課程教學中的有效應用[J].南方農(nóng)機,2021,52(10):148-149.

[7]陳琢,劉艷.以機器人創(chuàng)新實踐活動促進人工智能教育開展[J].教育教學論壇,2020(53):262-264.

[8]張驥豐,鄭衛(wèi)剛,張琦.挖掘機斗桿焊接機器人工作站的設計及應用[J]. 熱加工工藝,2012, 31(7):200-201.

[9]李西洋,成斌,李成松,等.播種機機架焊接機器人柔性工作站設計[J].組合機床與自動化加工技術(shù), 2016(1):49-58.

[10]侯霞,許燕玲,黃色吉,等.視覺傳感技術(shù)在機器人焊接中的應用[J].上海交通大學學報,2016,50(A1):55-58.