桁架机器人在刮板上料中的应用

谢森琪,侯 孟

(宁夏天地奔牛实业集团有限公司，宁夏 石嘴山 750001)

0 引言

刮板是刮板输送机的重要零件，刮板斧头淬火是刮板热处理过程中的重要工序。刮板输送机型号较多，相对应的刮板型号也较多。刮板淬火来料根据各型号刮板外形特征有不同的码放方式。刮板上料过程即人工徒手或操作协作臂进行刮板搬运、上料，劳动强度大，安全性能低。为减轻刮板淬火过程中的劳动强度，提高产线自动化程度，采用桁架机器人为刮板自动上料设备主体，配合非标夹具来完成刮板自动上料。

1 刮板上料现状

刮板作为刮板输送机的主要零件，型号多，质量重，某公司现主要生产刮板型号有6种～8种，刮板质量从60 kg到160 kg不等，部分不常用型号刮板质量可达200 kg，长度1.6 m以上。

淬火炉结构主要包含链板输送线、刮板淬火机构两大部分。生产过程中，人工通过助力臂以及链条等简单工具将单个刮板搬运至淬火炉进料端链板输送线，人工对刮板摆正进行定位，然后刮板经链板输送线输送至淬火炉内部进行淬火。

为减轻刮板淬火过程中的劳动强度，提高产线自动化程度，采用桁架机器人为刮板自动上料设备主体，配合刮板夹具以完成刮板自动上料。

2 刮板上料机器人结构

2.1 刮板上料机器人总体结构及特点

刮板上料机器人结构示意图如图1所示。

图1 刮板上料机器人结构示意图

刮板上料机器人整体为龙门式结构，主要由立柱、移载机构和夹具3部分构成。龙门式结构的主要优点为结构稳定、行程跨度大、机构负载大，可适用于刮板的上下料搬运。

刮板上料机器人结构具有以下特点：

(1)立柱采用冷弯型钢管，具有抗扭性能好、抗弯强度较大、抗震性能好等特点。同时底部安装座增大与地基接触面积，增加了设备的稳固性。立柱通过化学锚栓与地基固定。

(2)移载机构是由4个单轴移载模组组成的XYZ三坐标移载机构。包含X轴移载模组2个，Y轴、Z轴移载模组各1个。

(3)移载模组以铝合金型材为主体。铝合金型材具有密度小、选材容易、型号规格较多等特点，可以大幅降低模组重量，使设备整体机械性能得到提高。同时铝合金型材有预留T型槽、导轨安装台阶等结构特点，便于电气附件、导轨、T形螺母等零件的安装、固定。

(4)移载模组以齿轮齿条结构为传动方式。齿轮传动定位准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长。同时齿轮齿条结构具有高精度、大载荷的特点，在高负载运动状态下，速度可大于2 m/s，精度可达0.1 mm。

(5)移载模组以直线导轨滑块为导向机构。导轨滑块结构简单、制造容易、维护方便、成本较低，同时滑轨端面、侧面均可承受较大负载，可适用于灰尘、油污等恶劣环境，整体性能较好。

2.2 刮板夹具结构

根据刮板码放方式及刮板外形特点，设计的刮板夹具如图2所示。

图2 刮板夹具结构示意图

刮板夹具由框架、伸缩机构、防护机构和夹爪4部分构成。框架采用铝型材为结构主体，使用型材专用连接螺栓，框架结构整体牢固、整洁，同时安装、调试方便。伸缩机构以步进电机为动力，通过左旋、右旋滚珠丝杠机构实现两侧夹爪的同步伸缩，以满足不同型号刮板的尺寸需求。防护机构在夹具抓取刮板后闭合，防止刮板在移载过程中脱落。夹爪采用两侧对称式结构，结构设计符合刮板抓取需求。

3 使用效果

桁架机器人的使用，实现了刮板自动化夹取、搬运、上料等工作，取得了良好的使用效果，主要表现在以下几个方面：

(1)减轻了操作者劳动强度。桁架机器人取代了刮板上料过程中原有的装夹、搬运、定位等工作，使操作者的劳动强度大幅减少。

(2)提高了生产安全性。桁架机器人采用固定夹具夹取刮板，并且在移载过程中有刮板防脱落防护机构，与原有的人工通过链条、定位销等机构搬运方式相比，可有效减少搬运过程中意外的发生。

(3)提高了产品加工质量。人工操作过程中，刮板放置到链板输送线上之后需要重新摆正定位，而桁架机器人采用专用夹具夹取刮板，同时上料点固定，无需二次定位，减少了因人工定位造成的刮板位置不准确引起的刮板两侧斧头与淬火线圈干涉、两侧斧头淬火不均匀等问题，提高了刮板淬火质量。

(4)提高了产线整体自动化程度。原人工上料因时间、工作流程不定，造成淬火炉自动程序无法正常运行，需淬火设备单步运行，对刮板定位后再人工操作淬火炉进行下一步工序。现上料机器人与淬火炉信号对接，可实现上料机器人与淬火炉的自动不间断生产。

根据长时间的设备运行，也发现了桁架机器人的部分不足：

(1)桁架机器人设备整体占地面积大，较为紧凑的应用场地无法适用。

(2)龙门式桁架机器人因结构特点会有两根平行的轴，在安装及调试过程中，设备会出现两侧传动不平衡问题。如采用两侧同步驱动方式，在安装调试过程中结构精度和安装难度会大大提高。

4 结语

随着工业自动化、智能化发展需求，工业机器人在生产、搬运等场所会有越来越大的应用需求。随着桁架机器人在刮板上料过程中的投入使用，提高了刮板淬火生产的产品质量，降低了工人的劳动强度。同时桁架机器人与淬火炉之间信息的交互，使整个淬火生产流程更加顺畅，生产自动化程度得到了提高。

根据刮板外形及码垛特征研制的刮板夹具，可适用于各种刮板的夹取工作。后期配合智能相机视觉识别技术，可适用于更复杂的刮板来料工况，以实现图像处理、自动寻位、在线监测等智能化技术的应用，将桁架机器人更有效地应用于其他工业生产领域。