一種自動(dòng)化高柔性后橋總成移載設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用

吳丹 馮智超

上汽通用汽車有限公司 上海市 210206

1 引言

隨著汽車市場的不斷發(fā)展，為滿足用戶的多樣化需求，汽車廠商們也在不斷豐富各自品牌的產(chǎn)品線。隨著整車平臺及車型的不斷增多，不同車型在同一流水線上進(jìn)行生產(chǎn)將成為必然趨勢，混線生產(chǎn)對整車制造廠流水線的柔性化能力提出了更高的要求。同時(shí)，隨著勞動(dòng)力成本的不斷提高，使用自動(dòng)化、智能化設(shè)備輔助生產(chǎn)，從而改善人機(jī)環(huán)境、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率成為了必然的發(fā)展趨勢。

2 總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)備是為了達(dá)到將車輛的后橋總成從物料運(yùn)輸線的料架上自動(dòng)取出，進(jìn)而運(yùn)送至總裝流水線對應(yīng)工位，并與流水線同步運(yùn)行，以便操作人員將后橋總成放置于流水線上AGV 托臺正確位置的目的而設(shè)計(jì)的。其總體布局如圖1 所示。

圖1 后橋自動(dòng)移載設(shè)備總體布局圖

2.1 設(shè)備運(yùn)作流程設(shè)計(jì)

為配合總裝流水線上后橋總成的送料方式以及后橋總成安裝工位的循環(huán)工作模式，本設(shè)備將位于后橋總成運(yùn)輸線末端及后橋總成安裝工位之間，從而最大化減少后橋總成的額外移動(dòng)行程以及移載動(dòng)作所需時(shí)間?；诤髽驃A取，移載及放置的基本動(dòng)作要求以及多車型兼容及流水線同步的需求，將本設(shè)備從初始位到返回初始位的一整個(gè)循環(huán)過程中的運(yùn)行動(dòng)作及判斷邏輯進(jìn)行分解，并形成運(yùn)作流程圖，如圖2所示。

圖2 后橋自動(dòng)移載設(shè)備運(yùn)作流程圖

2.2 設(shè)備運(yùn)行節(jié)拍分析

基于產(chǎn)線的實(shí)際需求，整個(gè)自動(dòng)移載設(shè)備按照規(guī)定節(jié)拍運(yùn)行，完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)總節(jié)拍應(yīng)在51s 以內(nèi)?；谏瞎?jié)所述設(shè)備運(yùn)作流程進(jìn)行節(jié)拍分析：1）夾具到初始位置；2）車型信號識別（2s）；3）后橋托盤位置判斷（2s）；4）視覺識別車型特征（3s）；5）切換夾爪（3s）；6）夾具下落，抓取后橋（8s）；7）夾具提升及橫移至主線工位上方（10s）；8）AGV 位置判斷（2s）；9）夾具下落到指定預(yù)設(shè)位置（5s）；10）夾爪松開（2s）；11）夾具回到初始位置（8s），重復(fù)上述工序。

理論節(jié)拍時(shí)間為：T=2+2+3+3+8+10+2+5+2+8=45s。又由于實(shí)際操控中電氣、氣動(dòng)信號有所滯后，故將理論節(jié)拍時(shí)間乘以系數(shù)1.1，則實(shí)際節(jié)拍時(shí)間為：T=T×1.1=49.5s ＜51s。所 以，節(jié) 拍時(shí)間符合設(shè)計(jì)要求。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 抓取機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

后橋總成是整車制造廠采用裝配模塊化策略的典型系統(tǒng)之一，基于懸架結(jié)構(gòu)形式的不同，可以分為非獨(dú)立懸架后橋和獨(dú)立懸架后橋，基于懸架類型以及驅(qū)動(dòng)形式的不同，后橋總成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也有所不同。

后橋總成移載設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保機(jī)構(gòu)使用的靈活性及穩(wěn)定性。根據(jù)不同的后橋總成形式，應(yīng)充分考慮其整體重量，重心位置，來料形式等重要條件。例如針對非獨(dú)立懸架后橋總成，其重量相對較輕，且結(jié)構(gòu)簡單，因此常使用單點(diǎn)或兩點(diǎn)式上下向夾緊的抓取形式；針對獨(dú)立懸架后橋總成，其重量相對較重，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此常使用兩點(diǎn)式前后向夾緊的爪取形式。而針對多車型共線生產(chǎn)的工廠，要能夠同時(shí)兼容不同結(jié)構(gòu)形式，不同重量及重心位置的后橋總成，則應(yīng)基于在線所有車型的具體情況來進(jìn)行抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.2 多產(chǎn)品兼容性分析

現(xiàn)以某工廠共線生產(chǎn)的四種后橋總成為例，包括了前輪驅(qū)動(dòng)非獨(dú)立懸架后橋A，前輪驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立懸架后橋B，四輪驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立懸架后橋，其中四輪驅(qū)動(dòng)的兩種獨(dú)立懸架后橋C、D 因差速器設(shè)計(jì)形式不同，整體結(jié)構(gòu)也存在較大差異。在進(jìn)行抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)兼?zhèn)渖舷孪蚣扒昂笙驃A緊的抓取形式，同時(shí)還需考慮四輪驅(qū)動(dòng)獨(dú)立懸架后橋因差速器設(shè)計(jì)不同導(dǎo)致的重心差異。

圖3 某工廠共線生產(chǎn)的四種后橋總成

3.3 設(shè)備機(jī)制

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備多車型兼容，該移載設(shè)備采用多氣缸多夾頭協(xié)同工作的機(jī)制。如圖4所示，整個(gè)移載設(shè)備夾具部分由吊臂、滑軌、氣缸、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、浮動(dòng)夾爪，固定夾爪，浮動(dòng)基座等部件組成。氣缸1a，氣缸1b作用，推動(dòng)浮動(dòng)夾爪2a，浮動(dòng)夾爪2b，與固定夾爪3a，固定夾爪3b 共同作用夾緊，適用于前輪驅(qū)動(dòng)非獨(dú)立懸架后橋A 的抓取。氣缸4 作用，推動(dòng)浮動(dòng)基座5，帶動(dòng)固定夾爪6a 及固定夾爪6b 在直線滑軌7 上移動(dòng)，氣缸8 作用，推動(dòng)浮動(dòng)基座9，帶動(dòng)固定夾爪3a 及固定夾爪10 在直線滑軌7 上移動(dòng)，浮動(dòng)夾爪6a，6b，3a，10 共同作用夾緊，適用于前輪驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立懸架后橋B 以及四輪驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立懸架后橋C、D。氣缸11 作用，推動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)12，使浮動(dòng)基座13進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)浮動(dòng)夾爪14 及固定夾爪15，氣缸16 作用，推動(dòng)浮動(dòng)夾爪14，與固定夾爪15 共同作用夾緊，適用于四輪驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立懸架后橋D。

圖4 后橋自動(dòng)移載設(shè)備夾具機(jī)構(gòu)圖

4 自動(dòng)化功能設(shè)計(jì)

1.1 章節(jié)中已經(jīng)介紹了該自動(dòng)移載設(shè)備的運(yùn)作流程。要達(dá)到自動(dòng)抓取正確車型的后橋總成，并運(yùn)輸?shù)搅魉€旁與正確的AGV 及底盤托臺進(jìn)行匹配并且同步隨行。其關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)后橋總成運(yùn)輸線上后橋總成類型識別以及與總裝流水線AGV 及底盤托臺的車型匹配。主要實(shí)現(xiàn)方式是基于以太網(wǎng)通訊，通過子系統(tǒng)的PLC 進(jìn)行協(xié)同控制以達(dá)到統(tǒng)一協(xié)作的目的。

4.1 防錯(cuò)識別

由于多種不同車型共線生產(chǎn)，因此后橋總成在運(yùn)輸線上是根據(jù)流水線上的車輛編號進(jìn)行排序上線，為了確保后橋總成移載設(shè)備抓取的車型準(zhǔn)確性，必須要進(jìn)行車型防錯(cuò)識別。一個(gè)循環(huán)結(jié)束后，當(dāng)移載設(shè)備到達(dá)初始位置時(shí)，通過固定在吊臂上的攝像頭組件進(jìn)行視覺識別，獲取當(dāng)前后橋總成車型信息，并與Andon 系統(tǒng)中讀取的當(dāng)前車型信息進(jìn)行比對，確保待抓取的后橋總成信息正確。進(jìn)而設(shè)備進(jìn)入后續(xù)的動(dòng)作環(huán)節(jié)，通過氣缸動(dòng)作，切換對應(yīng)車型的夾爪，進(jìn)而抓取后橋總成。當(dāng)移載設(shè)備通過工具軌道橫移至AGV 及底盤托臺上方時(shí)，再次通過與AGV PLC 進(jìn)行通訊獲取當(dāng)前底盤AGV 對應(yīng)的車型信息，從而與移載機(jī)上的后橋總成車型信息進(jìn)行比對，確保后橋總成與當(dāng)前AGV 的車型信息一致。進(jìn)而設(shè)備進(jìn)入后續(xù)的動(dòng)作環(huán)節(jié)，夾具下落并與AGV 隨行。

4.2 電氣控制

2.3 章節(jié)中已經(jīng)介紹了設(shè)備夾具部分的運(yùn)作機(jī)制，移載設(shè)備主體與后橋總成輸送線和底盤AGV 之間的協(xié)作需基于以太網(wǎng)通訊，并由各自系統(tǒng)的PLC 進(jìn)行協(xié)作控制。夾具部分由氣缸驅(qū)動(dòng)的可伸縮吊臂與工具滑車相連，通過后橋PLC 控制橫移變頻器獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑車在工具軌道上的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備主體的橫向移動(dòng)，通過隨行變頻器獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)工具軌道在隨行軌道上的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備主體的縱向移動(dòng)。在垂直提升氣缸作用下，可伸縮吊臂帶動(dòng)夾具部分連同后橋總成下落至后橋托盤并通過定位銷進(jìn)行位置鎖定后，即可與AGV 實(shí)現(xiàn)隨行。夾具釋放后，在垂直提升氣缸作用下，可伸縮吊臂帶動(dòng)夾具部分提升，并在獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)移載設(shè)備主體回到啟示位置，等待下一次工作循環(huán)。設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 后橋自動(dòng)移載設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

5 結(jié)論

通過自動(dòng)化高柔性后橋總成移載設(shè)備在總裝生產(chǎn)線的投入使用，減少了人工吊取后橋總成的操作時(shí)間，避免了從后橋總成運(yùn)輸線末端到后橋總成安裝工位之間的額外人員走動(dòng)，大大提高了生產(chǎn)效率；通過實(shí)現(xiàn)多車型兼容而減少了線旁的設(shè)備數(shù)量，節(jié)省線旁空間，消除多臺設(shè)備造成的線旁空間局限性，并提高了設(shè)備利用率。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度將會不斷提高，自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用將會越來越廣泛。本文論述的自動(dòng)化高柔性后橋總成移載設(shè)備的設(shè)計(jì)與開發(fā)過程，可以為相關(guān)領(lǐng)域的自動(dòng)移載系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒意義。