一種全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱的設計

魯 霞

（廣州城市職業(yè)學院 機電工程學院，廣州 510405）

隨著科技的進步，夾具換裝箱開始向自動化和智能化的方向發(fā)展。自動化和智能化的夾具換裝箱可以提高工作效率、減少人力投入，而且具有更高的安全性。在生產過程中要綜合考慮各種因素，并根據具體情況和要求選擇合適的夾具換裝箱。

在制造業(yè)中，工件的類型和尺寸會不斷變化。傳統(tǒng)的人工夾具換裝箱為了滿足不同工件的加工要求，往往需要人工手動調整和更換夾具。而全自動機器人夾具換裝箱則可以自動適應不同類型和尺寸的工件，提升生產線的靈活性和適應性。

1 傳統(tǒng)的人工夾具換裝箱的局限性

第一，低效率和高工作強度。人工夾具換裝箱需要由工人手動操作。夾具更換過程較為煩瑣、耗時，而且需要工人精確定位和安裝夾具，導致生產效率較低，工人工作強度較高。

第二，人工操作誤差。人工操作具有不確定性，往往存在操作誤差。操作過程中可能出現定位錯誤、夾具安裝錯誤和工件損壞等問題，影響夾具更換的準確性和產品質量。

第三，人力資源限制。人工夾具換裝箱需要由工人進行操作，但是尋找合適且熟練的工人較為困難，而且由此產生的人工成本也會增加企業(yè)的運營負擔。

第四，安全風險。夾具更換可能要在高溫環(huán)境下進行，更換過程中可能會涉及危險物品，如尖銳的工件等。工人在這樣的環(huán)境下工作具有一定的安全風險，可能會發(fā)生安全事故，造成人身傷害。

第五，缺乏靈活性。傳統(tǒng)的人工夾具換裝箱通常難以適應不同形狀、尺寸和質地的工件，若改變夾具設計和工件則需要調整或更換夾具，會造成時間和勞動力的浪費。

第六，可追溯性差。人工夾具換裝箱無法實時采集、記錄、追蹤和分析生產過程的關鍵數據，導致企業(yè)難以有效監(jiān)控生產過程，也就無法進行生產改進。

綜上所述，傳統(tǒng)人工夾具換裝箱存在效率低、誤差風險高、人力資源限制、安全風險、缺乏靈活性以及可追溯性差等局限性。因此，越來越多企業(yè)采用全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱，以提高生產效率、生產質量和生產安全性。

2 全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱發(fā)展趨勢

全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱是指利用機器人手臂進行夾具的更換和放置的自動化過程，其發(fā)展趨勢可以總結為5 點。

第一，多功能化。隨著工業(yè)機器人應用范圍的不斷擴大，夾具的功能越來越多樣化。因此，未來夾具換裝箱的發(fā)展趨勢是適應多功能夾具換裝，以便適應不同產品的換裝需求。

第二，智能化。隨著人工智能和自動化技術的不斷進步，全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱將趨向于更智能化和自動化。通過引入傳感器、視覺系統(tǒng)和控制算法，夾具箱可以自動調整工件的位置和形態(tài)，以適應不同的加工任務和產品變化。

第三，高速化。為了提高生產效率，夾具換裝的速度需要進一步提高。未來的發(fā)展趨勢是開發(fā)更快、更精準的夾具換裝技術，以縮短生產線的停機時間。

第四，柔性化。隨著產品多樣化程度的增加，工業(yè)機器人需要能夠適應不同形狀、尺寸和重量的工件。因此，未來夾具箱的發(fā)展趨勢是研發(fā)柔性夾具系統(tǒng)，實現更靈活的裝夾操作。

第五，自動化數據分析與優(yōu)化。全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱將與其他生產自動化系統(tǒng)相連接，進行數據的實時監(jiān)測和分析。這樣可以通過數據分析和優(yōu)化，提高換裝過程的效率和質量，并實現更加智能化的生產管理。

總之，全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱的發(fā)展趨勢是多功能、智能、高速、柔性以及自動化數據分析與優(yōu)化。這些趨勢將有助于提高生產效率和產品質量，同時降低生產成本和人為誤差，推動工業(yè)自動化水平的進一步提高。

3 全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱的優(yōu)點

換裝箱采用中控系統(tǒng)控制氣缸自動升降，可以配合工業(yè)機器人進行夾具的自動化精準換裝，縮短人工操作時間，節(jié)省人力成本。其利用氣壓控制的方式驅動夾具升降盤的上下運動，實現升降盤的精準定位，確保工業(yè)機器人在夾具上方快速定位，進而滿足其快速換裝需求，提高夾具換裝效率。另外，換裝箱的手動無線控制模式，使得操作人員可以通過無線遙控器手動控制升降機構運動和停止，便于整理夾具和查找故障，滿足生產線上的多種控制需求。箱體內增設夾具整理架，便于夾具的整理、歸位和收納，也能夠合理利用空間。

綜上所述，全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱具有較高的靈活性，可以根據生產需求快速更換夾具適應不同形狀和尺寸的工件。通過調整機器人程序和夾具設計，實現生產線的靈活布局和產品生產的快速變換。

4 全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱的總體設計

4.1 設計目的

全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱綜合應用了機器人技術、自動化控制技術和夾具存儲技術等先進技術，解決了傳統(tǒng)工件夾具換裝箱存在的效率低下、人工成本高和靈活性差等問題，有助于實現制造智能化和生產流程自動化。全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱可以有效提高生產線的效率。機器人具有高速、高精度和連續(xù)操作的特點，能夠迅速完成夾具更換，進而縮短換裝過程中的停機時間，實現24 h 連續(xù)生產。夾具的更換通常需要進行重復、煩瑣的操作，會消耗工人的體力和精力。而使用全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱，能夠減輕工人的勞動強度。將繁重的工作交給機器人來完成，能夠為工人創(chuàng)造更加健康和舒適的工作環(huán)境。

機器人具有極高的精度和穩(wěn)定性，可以精準定位、抓取和放置夾具。通過應用機器視覺技術，使機器人能夠精確識別和定位工件，從而確保夾具位置準確，提高產品的生產質量和一致性。另外，部分行業(yè)和生產工藝具有一定危險性，更換夾具可能會使工人接觸到危險物品。而使用全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱可以避免工人接觸危險物品，減少事故和工傷的發(fā)生。

4.2 換裝箱結構設計

全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱由箱體、夾具整理架、夾具整理架安裝螺釘、升降盤、箱蓋、無線遙控器、無線遙控器安裝架、氣缸伸出桿、氣缸缸體、升降機構安裝塊、萬向輪、升降機構固定螺釘、氣缸固定螺釘以及無線遙控器安裝架固定螺釘組成[1-2]。全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱，如圖1 所示。夾具換裝箱內部結構，如圖2 所示。

圖1 全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱

圖2 全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱內部結構

全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱包括箱體和箱門2 個部分，箱體內設有自動升降機構。升降機構包括中控系統(tǒng)、氣缸和夾具升降盤。中控系統(tǒng)與氣缸、全自動工業(yè)機器人通過信號連接。設備運行時，中控系統(tǒng)根據接收信號控制氣缸工作。氣缸安裝在箱體底部，并通過氣缸伸出桿與夾具升降盤連接。氣缸驅動氣缸伸出桿伸縮，進而帶動夾具升降盤進出箱體。夾具升降盤上設有若干夾具放置位，可以實現多夾具自動更換。箱體上部設有供夾具升降盤進出的開口。

換裝箱箱體內設置2 個3 工位夾具整理架，作用是將夾具收納在箱體內。箱體側壁設置手動無線控制機構，用于手動控制換裝箱。箱體底部設置萬向輪，便于換裝箱自由運動和安全停放。

4.3 換裝箱的安裝方式

箱體下部安裝4 個可定位萬向輪，并通過螺紋連接。箱體內對稱安裝2 個夾具整理架，由4 枚螺釘固定。升降機構由4 枚螺釘安裝在箱體上，無線遙控器安裝架由3 枚螺釘安裝在箱體上。升降機構由升降機構安裝塊、氣缸伸出桿、氣缸缸體和升降盤組成，其中：安裝塊通過4 枚螺釘固定在換裝箱上；氣缸缸體通過2 枚螺釘固定在升降機構安裝塊上；氣缸伸出桿安裝在氣缸缸體上，并通過螺紋連接升降盤[3-4]。

5 全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱的工作方式

全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱采用氣壓控制的方式，通過控制氣缸伸出桿伸出和收回來控制升降盤升降。需要更換夾具時，首先升降盤自動升起直至伸出安裝箱，其次機器人自動識別相應夾具并進行更換，最后升降盤自動落回箱內[5]。

換裝箱具有自動控制和手動無線控制2 種控制方式。自動控制可以實現夾具的自動升起和降落，滿足工業(yè)機器人的自動換裝需求。設置手動無線遙控器的目的是便于操作者在非工作狀態(tài)下整理夾具和出現故障時查找原因。

換裝箱內裝有2 個3 工位夾具整理架，不僅便于夾具的整理和收納，而且能夠合理利用箱內空間。換裝箱底部裝有4 個萬向輪，使得箱體可以自由移動，無須人工搬運，進而降低了人力成本。4 個萬向輪上均設有定位結構，便于萬向輪剎停，使箱體停留在所需位置，實現全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱與全自動工業(yè)機器人的精確定位。

6 結語

全自動工業(yè)機器人夾具換裝箱采用中控系統(tǒng)控制氣缸自動升降，能夠配合機器人實現夾具換裝的自動化，達到減少人工操作、節(jié)省人力成本的目的，可以廣泛應用于工業(yè)機器人流水線和智能制造集成系統(tǒng)。該設計對于提升工業(yè)機器人夾具標準化、安全性和靈活性具有參考意義。