吊链式抛丸清理机装卸工件的研究

邢向涛，郑崇侠，李长春，刘龙涛

（1.山东开泰抛丸机械有限公司，山东 邹平 256217；2.济南大学，山东 济南 250022）

抛丸清理机按吊链式抛丸清理机的吊链行走方式不同，可分为吊链连续式、吊链步进式和积放式抛丸清理机。吊链连续式抛丸清理机的吊链连续匀速行走，工件在随吊链行走的过程中完成装上、抛丸清理、卸下等工序，该抛丸清理机连续作业，生产效率高，适应性广，但每钩清理时间不可调节，如图1 所示；吊链步进式抛丸清理机的吊钩脉动前进，一步一钩或多钩，工件在装卸区和抛丸区分别处于停止状态，实现定点装卸和定点抛丸工序，该抛丸清理机装卸和抛丸时间可调，生产灵活性强，提高了弹丸利用率和生产效率，缺点是不如连续式生产效率高；积放式抛丸清理机的吊钩采用积放链输送，吊钩在不同区段行走速度不同，吊链在抛丸区内停留时间和装卸工件时间可灵活调整，以方便装卸工件和提高抛丸清理效率，操作灵活性大，对于发动机缸体缸盖、电机壳体表面及内腔较复杂的工件，清理效果尤为突出。

图1 吊链连续式抛丸清理机

吊链式抛丸清理机的工件吊挂在连接吊链的吊钩上，工件相互之间不接触，并间隔一定的距离，工件各表面暴露在外，钢丸可以直接抛打在工件表面上，抛打效果好，清理时间短，生产效率高。上述三种形式的吊链式抛丸清理机都适合各种批量、不同复杂程度的中等铸件、锻件、合金件等表面上的残砂、夹杂、氧化皮和铁锈的清理，自动化程度和生产效率高，清理效果好。

1 工件装卸现状

无论哪种形式的吊链式抛丸清理机，其工件的装卸都是在抛丸清理室外某一位置进行。目前清理稍大一些的工件是采用人工操作电葫芦或行车装卸，对于中等工件（如几十公斤重的工件）是采用人手搬运装上或卸下，由于吊钩一般吊在吊链上，并位于地面一定的高度，搬运工人需要将工件举升到相应高度进行装卸，长时间工作会造成工人劳动强度大，生产效率低，对工人的身心造成一定的伤害，所以人工装卸难以满足高速、自动化生产线的要求。

2 工件自动装卸

针对吊链式抛丸清理机人工装卸工件的现状，研发了吊链装卸工件机器人系统，考虑到吊链通过式抛丸清理机的吊钩是连续匀速移动的，所以研发的吊链装卸工件机器人系统由6 自由度关节机器人、滚珠丝杠移动工作台和工件测量定位系统等三部分组成，如图2 所示。6 自由度关节机器人用来装卸搬运工件。6 自由度关节机器人装在滚珠丝杠移动工作台上，滚珠丝杠副带动机器人直线移动，用来保持机器人与吊链同步移动的状态下装卸工件，避免工件与吊钩发生碰撞或干涉现象，工件测量定位系统用来将输送来的工件进行准确定位，为机器人装卸工件做好准备。

图2 吊链装卸工件机器人系统

2.1 6 自由度关节机器人的研发

6 自由度关节机器人运动灵活、位置准确、装卸速度快，特别适合中等工件的装卸搬运。研发的6自由度关节机器人最大装卸质量为50 kg，机器人由6 台伺服电机和6 台减速机组成，分别控制6 个关节的运动。机器人本体的主要零部件，如底座、腰部、大臂、小臂、腕部等采用铸件精加工而成，腕部部分零件采用铸铝合金材料，减轻了腕部重量和大小臂承受的力矩，提高了机器人的承载能力。课题组对机器人结构进行了三维建模和优化，研发了机器人控制系统，开发了控制系统软件，进行了机器人运动学和动力学分析。

2.2 滚珠丝杠移动工作台的开发

对于吊链连续通过式抛丸清理机，工件连续匀速移动，机器人机座静止、各关节转动悬挂工件，容易发生工件与吊钩碰撞现象。为保持机器人与吊链同步移动，课题组开发了滚珠丝杠移动工作台，采用伺服电机驱动丝杠转动，带动螺母和工作台移动，机器人装在工作台上随着一起移动。将滚珠丝杠驱动系统、吊链控制系统与机器人控制系统连接在一起，就实现了整个系统的控制。工作台底座采用铸件制造而成，滚珠丝杠副和滚动直线导轨副等零部件外购，经过安装和调试完成了滚珠丝杠移动工作台的开发，如图3 所示。

图3 滚珠丝杠移动工作台

机器人要将工件准确放置到吊钩上，需要“知道”工件的形状和位置，课题组分析研究了各种工件的形状，针对不同形状的工件采用相应的测量和定位方法。对于发动机缸体、缸盖类的长方体工件采用辊道输送，工件压下行程开关，辊道停止转动，工件到达前定位面，侧面气缸推动工件到达另一定位面，工件在两个相互垂直的定位面上进行定位，松开气缸后工件就可以被机器人抓走。对于其他形状的工件，采用机器视觉技术，用双目相机进行视觉定位，然后进行图像处理和识别定位，最后传送给机器人控制系统进行抓取工件。

2.3 工件搬运夹持器

吊链式抛丸清理机清理的工件形状多种多样，机器人的末端夹持器要能够准确有效地夹持和搬运工件，到达位置后快速卸下工件。课题组研发了发动机缸体缸盖夹持器、圆柱形工件搬运夹持器、薄板电磁吸盘夹持器和三通阀门搬运夹持器等。圆柱形工件搬运夹持器采用三个径向均布的气缸完成对工件的夹紧，如图4 a）所示；对于薄板类工件采用电磁吸盘吸住工件；对于铸铁件三通阀门采用三个卡爪分别勾住三个孔、中间杆顶住阀门体，完成对三通阀门的定位夹紧，如图4 b）所示。

图4 工件搬运夹持器

3 结束语

吊链式抛丸清理机适合于各种批量、不同复杂程度的中等铸件、锻件、合金件等工件表面的清理，目前工件的输送和抛丸清理都已实现自动化，但将工件装到吊钩上和从吊钩上卸下还是由人工完成，工人的劳动强度大，装卸时间长，生产效率低，不适合高速、大批量生产。本文提出了在吊链式抛丸清理机上采用机器人装卸工件的思想，将机器人装在滚珠丝杠移动工作台上，保持机器人与吊链以相同的速度移动悬挂工件，机器视觉检测和定位工件，研发的吊链装卸工件机器人系统，经在吊链式抛丸清理机上装卸工件应用，效果良好，满足生产的要求，减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率和自动化水平。

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