新型定位抓紗手爪及控制方法的研究

徐 慧，王麗麗，楊富宏，曹曉燕，劉艷明

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

新型定位抓紗手爪及控制方法的研究

徐 慧，王麗麗，楊富宏，曹曉燕，劉艷明

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

以具體項(xiàng)目為依托，主要介紹新型可定位抓紗手爪的研制，解決了絲卷二次定位，絲卷中心距調(diào)整等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，解決了智能物流生產(chǎn)線絲卷上線的難題，并獲批使用新型專利一項(xiàng)。

定位；變距

0　引言

目前中國(guó)是世界上主要的滌綸長(zhǎng)絲生產(chǎn)國(guó)，“十二五”期間，我國(guó)化纖滌綸工業(yè)將進(jìn)一步轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，逐步從勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變，大量采用自動(dòng)化、智能化的物流成套設(shè)備與系統(tǒng)，將會(huì)成為本行業(yè)企業(yè)的必然選擇。

化纖生產(chǎn)智能物流系統(tǒng)取代了人工分級(jí)、揀選、包裝等作業(yè)，實(shí)現(xiàn)絲卷從落筒、輸送、儲(chǔ)存、檢驗(yàn)分類、包裝到碼垛的自動(dòng)化。在此過程中，用工業(yè)機(jī)器人攜帶抓紗手爪，替代人工將絲卷從絲車上取下，放置到輥道線置紗盤上，并確保信息準(zhǔn)確傳遞，是整個(gè)智能物流系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟。

1　研究?jī)?nèi)容分析

本設(shè)備操作對(duì)象為絲卷，重量為5.5公斤（具體尺寸如圖1所示），手爪需要將其從96錠紗車（具體尺寸如圖3所示）取下，一次抓取6錠，放置到小托盤線體的置紗盤（具體尺寸如圖2所示）上，并將每錠絲卷的產(chǎn)品信息，正確與置紗盤條碼綁定，以支持生產(chǎn)線后續(xù)對(duì)絲卷的分揀處理。

圖1　絲卷圖

圖2　置紗盤

圖3　紗車圖

2　機(jī)械性能分析及研制難點(diǎn)

本系統(tǒng)研發(fā)的重點(diǎn)及難點(diǎn)在于，要對(duì)焊接紗車上放置的絲卷進(jìn)行二次定位，以確保抓紗的可靠性；以及在滿足定位功能后，如何協(xié)調(diào)定位、變距、抓取、放置功能部件的空間占用問題，換句話說，就是如何控制以上功能部件的協(xié)調(diào)動(dòng)作。

2.1工作流程

根據(jù)生產(chǎn)要求，制定定位抓紗手爪工作流程如圖4所示。

圖4　工作流程圖

2.2解決的技術(shù)難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

新型定位抓紗手爪的研制，首先要解決以下關(guān)鍵問題。

1）絲卷定位機(jī)構(gòu)

本系統(tǒng)工作的一個(gè)關(guān)鍵步驟，是要將絲卷從紗車上抓取至機(jī)械手爪上，主要存在的問題是，紗車為焊接工藝，無法保證置紗桿之間的間距誤差在毫米級(jí)，中心距的不規(guī)律，是造成絲卷抓取失敗的主要原因。所以我們采用了定位裝置，在抓紗前，用定位V型塊先托住紗錠的紙管端頭，對(duì)紗錠進(jìn)行二次校正定位，然后再進(jìn)行抓取，保證抓取成功率。由于抓取紗團(tuán)后要進(jìn)行中心距變化，為了不影響絲卷的運(yùn)動(dòng)，特別使用定位氣缸，在定位時(shí)伸出，抓取后改變間距前收回定位V型塊，滿足絲卷間距改變時(shí)的空間要求。并增加導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，左右兩個(gè)小導(dǎo)桿是利用氣缸前端的螺紋孔，安裝與定位氣缸輸出軸平行的導(dǎo)向軸，起導(dǎo)向作用，一方面防止V型定位塊轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面防止氣缸軸側(cè)向受力），結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5　紗錠定位裝置示意圖

2）變距機(jī)構(gòu)

新型定位抓紗手爪從抓取到放置絲卷的過程中，需要先按照紗車上置紗桿的中心間距355mm進(jìn)行抓取，然后改變絲卷間距，按照置紗盤中心間距340mm放置。并且，由于紗車的焊接偏差比較大，置紗盤在使用過程中也會(huì)有磨損，所以需要改變間距的裝置具有一定的調(diào)節(jié)余量。經(jīng)過三維仿真設(shè)計(jì)，研制出一種可調(diào)節(jié)定位拉桿機(jī)構(gòu)，如圖6所示，拉桿合攏時(shí)定位螺釘頂住拉桿擋塊的A面，得到小的中心距340mm，拉桿拉開時(shí)，定位螺釘頂住拉桿擋塊的B面，得到大的中心距355mm。同事用于定位的螺釘是可以微量調(diào)整距離的，做到柔性變距。

圖6　拉桿定位示意圖

由于同時(shí)要完成6個(gè)絲卷中心距的改變，將拉桿組合使用，得到圖7中的全套定位拉桿機(jī)構(gòu)。從而解決本系統(tǒng)中絲卷中心距變化的要求。

圖7　全套拉桿定位裝置示意圖

3）抓紗上下伸縮機(jī)構(gòu)

在解決絲卷定位和絲卷間距改變的問題后，我們還需要解決兩個(gè)功能裝置空間位置相互干涉的問題，抓紗氣爪在抓紗前，需要退到絲卷位置以外，本設(shè)備采用上下運(yùn)動(dòng)氣缸及導(dǎo)軌帶動(dòng)抓紗手指上行，讓定位機(jī)構(gòu)先進(jìn)行定位，之后下運(yùn)動(dòng)氣缸下行，抓紗手指進(jìn)入紙管，抓取絲卷，隨后，定位氣缸退回，讓出空間，允許變距機(jī)構(gòu)完成變距動(dòng)作。機(jī)構(gòu)如圖8所示。

圖8　上下伸縮機(jī)構(gòu)示意圖

3　設(shè)備詳細(xì)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)運(yùn)行說明

3.1設(shè)備詳細(xì)結(jié)構(gòu)

主要技術(shù)難點(diǎn)解決后，研制出定位抓紗機(jī)械手爪具體結(jié)構(gòu)如圖9和圖10所示。

圖9　定位抓紗變距機(jī)械手主視圖

圖10　定位抓紗變距機(jī)械手左視圖

3.2系統(tǒng)運(yùn)行控制說明

紗車經(jīng)鏈?zhǔn)綑C(jī)，運(yùn)行至抓紗工位，紗車定位氣缸升起，擋住紗車，紗車端頭接近開關(guān)有信號(hào)，代表紗車到位，定位準(zhǔn)確后PLC給機(jī)器人信號(hào)，可以允許定位抓紗手爪抓取。

機(jī)器人帶動(dòng)手爪運(yùn)動(dòng)到抓紗位置，13上下運(yùn)動(dòng)氣缸收回，通過14上下氣缸推動(dòng)支架帶動(dòng)2移動(dòng)安裝板使1抓紗手指氣缸全部收到19V型定位塊位置以上。（此時(shí)13上下運(yùn)動(dòng)氣缸上升到位磁性開關(guān)信號(hào)為1，確保定位機(jī)構(gòu)有動(dòng)作空間，9橫向伸縮氣缸伸出，伸出磁性開關(guān)信號(hào)為1，確保抓紗手指間距與紗車絲卷中心距一致）。PLC給信號(hào)允許15定位氣缸動(dòng)作，氣缸伸出到位后，磁性開關(guān)信號(hào)均為1，6個(gè)氣缸如果有一個(gè)被干涉，沒有到位，那么PLC報(bào)警提醒。

如果6個(gè)氣缸同時(shí)到位，PLC執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作，由機(jī)器人帶動(dòng)手爪輕微抬起，由17紗團(tuán)支撐架帶著19V型定位塊把紗車上的一排6個(gè)紗團(tuán)端口微微抬起，達(dá)到自動(dòng)對(duì)中、二次定位作用，讓13上下運(yùn)動(dòng)氣缸伸出，使1抓紗手指氣缸認(rèn)進(jìn)紗團(tuán)紙管中，如果6個(gè)氣缸同時(shí)伸出到位，磁開同時(shí)有信號(hào)，如果有任何一個(gè)發(fā)生干涉，則13上下運(yùn)動(dòng)氣缸無法到位，則系統(tǒng)報(bào)警提醒。

當(dāng)1抓紗手指氣缸運(yùn)動(dòng)到位后，PLC控制它打開，撐住紗團(tuán)，然后15定位氣缸收回，取消19V型定位塊對(duì)紗團(tuán)紙管的定位。由機(jī)器人帶動(dòng)這個(gè)手爪微微上抬，使絲卷離開置紗桿，并按照置紗桿的傾斜角度退出，之后按照程序規(guī)定路徑，運(yùn)動(dòng)到放紗工位（此位置抓紗，有可能有空位置，沒有紗錠，那么氣缸到位的磁開有無信號(hào)均可繼續(xù)動(dòng)作，有信號(hào)代表有紗，無信號(hào)代表無紗）。

之后，9橫向伸縮氣缸收回，使1抓紗手指氣缸間距合攏，符合輥道線體上小托盤上各絲卷間距（間距位置通過10擋鉤調(diào)節(jié)）。當(dāng)接到PLC允許放置紗團(tuán)信號(hào)后，機(jī)器人帶著定位抓紗變距手爪運(yùn)動(dòng)到小輥道線體放紗位置，將紗團(tuán)對(duì)準(zhǔn)置紗盤，緩慢下降，1抓紗手指氣缸收回，紗團(tuán)落到置紗盤上，放置完成后，機(jī)器人抬起到安全位置，給PLC信號(hào)，允許6個(gè)置紗盤放行。

隨后，13上下運(yùn)動(dòng)氣缸上升到位磁性開關(guān)有信號(hào)，9橫向伸縮氣缸伸出磁性開關(guān)有信號(hào)，開始下一個(gè)周期的抓取。小輥道線上6個(gè)空置紗盤繼續(xù)運(yùn)輸過來到位。

與此同時(shí)，紗車上1～96個(gè)紗團(tuán)相對(duì)應(yīng)的信息，在每一次放置絲卷的時(shí)候，與輥道線上的置紗盤依次綁定，完成信息的下傳。

4　結(jié)束語

本研究成果已成功申請(qǐng)實(shí)用新型專利一項(xiàng)?，F(xiàn)場(chǎng)投入使用近10套，功能完全滿足設(shè)計(jì)要求，為整個(gè)智能化物流系統(tǒng)在企業(yè)中的使用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 何鴻強(qiáng),徐慧.新型氣脹手爪的研制[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2012,34(16)：149-151.

Research of new type position yarn gripper and control methods

XU Hui, WANG Li-li, YANG Fu-hong, CAO Xiao-yan, LIU Yan-ming

TP273

A

1009-0134(2016)07-0122-03

2016-05-06

徐慧（1981 -），女，山東人，工程師，碩士，主要從事機(jī)械卡具的研制工作。