基于机器人的冰箱U壳自动搬运系统研究

基于机器人的冰箱U壳自动搬运系统研究

魏毅

 珠海格力电器股份有限公司冷冻冷藏技术研究院   广东珠海  519000

摘要:针对某公司冰箱U壳搬运工序自动化程度低、劳动强度大等问题，设计了款基于机器人的冰箱 U壳自动搬运系统，并结合冰箱U壳的加工工艺要求，着重针对机器人的工艺及工位分布、工作流程、系统组成等进行合理的规划。在提高工作效率的同时也降低了企业用工成本，进一步提高车间的自动化程度与智能化程度。

关键词:冰箱；U壳；搬运系统；机器人；智能化

1 引言

本文是针对某公司旗下某款冰箱U壳生产工序进行改进设计的，目前该冰箱U壳有专门的生产线。当冰箱U壳生产出来后，需要人工将其从生产线上小心翼翼地搬运至手推车上，并由运输工人将其运送至其他车间的指定位置。不同型号的冰箱U壳的尺寸、重量也不相同，最重的有20多斤，工人每天需要搬运上百个冰箱U壳。而且冰箱U壳生产车间存在噪音大、金属气味大等特点，工人长期在这种环境下工作不仅影响其身心健康发展，而且会降低冰箱的生产效率，不利于企业的快速发展[1]。因此，笔者针对该现状设计了一款基于机器人的冰箱U壳自动搬运系统，不仅改变了传统的人工搬运现状，在提高工作效率的同时也降低了企业用工成本，而且进一步提高了车间的自动化程度与智能化程度。

2冰箱U壳搬运机器人总体规划

2.1冰箱U壳生产工艺介绍及工位分布设计

(1)冰箱U壳生产工艺介绍

由图1可知，冰箱U壳在加工制造过程中需要经过多道工序。首先，对冰箱U壳进行初加工后，由工位1-4的四位工人为冰箱U壳粘贴冷凝器，通过粘贴机器为U壳内部的冷凝器进行粘贴铝箔胶带，使冷凝器粘贴更加牢固，接着由人工为冰箱U壳折弯处粘贴海绵，由折弯机对冰箱U壳再次加工将其折弯成U字型，最后由传送带将其传送至待搬运工位，便于搬运[2]。

(2)冰箱U壳搬运工位设计

图1 冰箱U壳生产流程及机器人工位分布图

结合图1分析，在冰箱U壳搬运区前方停有四辆运输车，传统方式是由人工将传送带上的冰箱U壳搬运至运输车上，并由运输工人将其运送至其他车间指定区域。而利用机器人替代人工工作时，可以在搬运区域设置搬运机器人，且搬运机器人的初始位置设置在两辆运输车的正前方。为便于机器人在车间内定位行走，在其周围铺设有磁条，起到引导作用[3]。一方面是因为传送带上的u壳数量较多，另一方面是工作时传送带有时处于运输状态（U壳未被运输到传感器检测位置），有时处于停止状态（U壳被运输至传感器检测位置）。因此，为了提高工作效率，需要两台机器人来互相配合工作。工作时，机器人1、2相互配合，同时工作。机器人1先将传送带上距离较近的U壳搬至运输车1上,并将U壳呈V字型摆放，每辆车上均匀地摆放30个U壳即可。然后，机器人2将传送带上未被机器人1搬运的U壳搬运至运输车3上， 操作与机器人1一样。当运输车1、3装满U壳时，会被运输至其他工位，并将新的空车摆放在原来的停车区域内，用来暂存U壳。机器人1、2继续重复之前的工序将U壳分别搬运至运输车2、4上，以此循环执行。

2.2机器人运动规划

下图2为机器人的工作流程图。在实际工作时，机器人位于初始位置等待指令，当机器人接收到启动指令之后，机器人夹具上的视觉传感器开始对传送带上的U壳位姿进行初步检测并将检测信号反馈给控制系统，经控制系统调控后调整机器人的位姿，使其机械臂及夹具运转至预设位置1处，等待夹取U壳。当U壳传送至机器人附近时，视觉传感器再次进行检测，为机器人提供U壳的准确位置，然后经控制系统调控机械臂及夹具动作进行夹取U壳。由于U壳质量较大，故需要在夹具上安装有压力传感器，使其在工作时可以检测夹具是否夹紧U壳。当检测系统检测U壳被夹紧之后，控制系统调控机器人运行至预设位置并驱动机械臂及夹具动作，将U壳放置在运输车上，然后机器人复位，循环执行搬运U壳工序。当压力传感器检测到夹具没有夹紧U壳时将信号反馈给控制系统，需要控制系统来调节夹具的状态，确保其将U壳夹紧，然后执行下一个动作。

图2机器人工作流程图

3冰箱U壳搬运机器人系统规划

结合车间的实际生产情况设计了一款冰箱U壳搬运机器人系统，其组成如图3所示，主要由行走单元、执行单元、检测单元、主控单元四部分组成。

行走单元：为增加机器人的柔性化及灵活性程度2，在设计时为其添加行走单元，且主要是利用磁导航AGV小车实现机器人在车间的自动定位行走功能;

执行单元：主要由底座、机械臂、夹具三大机构组成，可实现冰箱U壳的搬运功能;

检测单元：利用视觉检测系统来辅助机器人精确地检测并判断冰箱U壳的位置，便于调节机器人位姿并实现夹具与冰箱U壳的精确对接；

主控单元：利用西门子PLC[4]作为主要的控制元件对整个机器人系统进行合理的调控，保证机器人根据设计要求正常运行。

图3机器人的系统组成框图

4结论

结合某款冰箱U壳搬运工序的实际情况，研究设计了一款冰箱U壳搬运机器人系统。该机器人不仅可以改变传统的人工搬运状态，降低企业的用工成本，提高企业制造车间的自动化程度。而且可以有效改善人工操作时存在的弊端，提升冰箱的生产质量。更重要的是，可以进一步推动冰箱生产车间的智能化改造进程，符合国家科技战略要求。此外，未来可以结合其他工序的工艺要求对该机器人进行柔性化改造，将其应用在其他工位上，同时也为类似机器人的设计提供参考依据。

参考文献

[1]张念超我国煤矿机电-体化技术的发展现状浅析[J].学术探讨,2008.(8).

[2]孙永刚.伸缩臂叉车工作装置液压系统动态特性研究[D].湖南:中南大学，2009.

[3]梁颖.整经机筒子架自动换简机器人机械机构设计[J].上海纺织科技,2020 (03).

[4]李伟.果蔬采摘机器人机构设计及特性分析[D].北京:北京林业大学，2014.