宋文盛 上海智能制造功能平臺(tái)有限公司

1 前沿

隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，傳統(tǒng)的制造業(yè)逐步向用工業(yè)機(jī)器人代替人工生產(chǎn)的智能制造方向快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在焊接、碼垛、涂裝等生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用，在節(jié)省勞動(dòng)力成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及提高生產(chǎn)效率方面起到至關(guān)重要的作用。

近期我公司接到一個(gè)電磁閥毛坯自動(dòng)上下料訂單，由于電磁閥（形狀是長(zhǎng)方體）在不同工位加工面不一樣，因此要求在上下料過程中機(jī)器人在不同工位夾持的方向（長(zhǎng)寬方向）不一樣。若機(jī)器人夾爪方案采用傳統(tǒng)單個(gè)氣動(dòng)夾爪的方式，夾爪只有伸出縮回兩個(gè)位置，在夾取小尺寸方向時(shí)會(huì)占用較大面積，工件擺放密度較為稀疏，生產(chǎn)效率較低；若采用多個(gè)夾爪來完成任務(wù)，在實(shí)際抓取過程中機(jī)器人需要經(jīng)常更換夾爪來滿足裝夾需求，多個(gè)夾爪成本高，且經(jīng)常換手，生產(chǎn)節(jié)拍加長(zhǎng)，生產(chǎn)效率變慢；或采用專業(yè)的電動(dòng)夾爪，電動(dòng)夾爪雖說靈活性大大提高，但由于成本過于昂貴，且夾持力有限，并不能滿足大部分機(jī)器人夾爪需求。因此針對(duì)多個(gè)尺寸的裝夾要求合并到同一個(gè)夾爪且較為小巧中則成了此次設(shè)計(jì)的方向。

2 實(shí)施方案

本文針對(duì)夾持一款電磁閥工件（長(zhǎng)方體）長(zhǎng)寬不同方向（兩個(gè)尺寸不同且相差不大）設(shè)計(jì)了一種多行程的氣動(dòng)夾爪，此單個(gè)夾爪可夾取長(zhǎng)方體工件長(zhǎng)寬不同方向且夾取兩方向時(shí)占用面積較小，可滿是實(shí)際生產(chǎn)需求并提高工件擺放密度，提高生產(chǎn)效率。

我們所設(shè)計(jì)的多行程氣動(dòng)夾具主要以傳統(tǒng)夾持氣缸為基礎(chǔ)，在此氣缸的旁邊增加一限位氣缸。通過限位氣缸帶動(dòng)限位擋板的移動(dòng)來限制夾持氣缸的夾持行程，從而滿足夾持力不變情況下夾取同一工件不同尺寸的要求，且占用面積較小。

在選取夾持氣缸時(shí)，需要考慮以下方面：

（1）工件夾持點(diǎn)在氣動(dòng)夾爪使用范圍內(nèi)，超出范圍會(huì)導(dǎo)致工件夾持不穩(wěn)，減少夾爪使用壽命。

（2）考慮工件和附件之間摩擦系數(shù)及形狀不同，夾爪夾持力在工件質(zhì)量的10～20 倍以上，并考慮到在機(jī)器人搬運(yùn)工件時(shí)會(huì)有較大的加速度和沖擊力，夾持氣缸夾持力還要留一定的安全余量。

（3）夾持氣缸的夾持范圍要大于所夾持工件的尺寸。

所設(shè)計(jì)的夾具如圖1 所示，由：1-夾持氣缸、2-限位氣缸、3-限位擋板、4-機(jī)器人法蘭、5-位置傳感器、6-檢測(cè)板、7-電磁閥、8-導(dǎo)向軸組成。

圖1 機(jī)器人夾爪示意圖

此氣動(dòng)夾爪在工作時(shí)有兩種工作模式：

模式一：夾取長(zhǎng)度方向尺寸。在夾持氣缸縮回狀態(tài)下，限位氣缸2 收縮，帶動(dòng)限位擋板3 沿導(dǎo)桿8 方向向上移動(dòng)，解除對(duì)夾持氣缸1的行程限制，此時(shí)夾持氣缸1 行程范圍能從自身的縮回位置達(dá)到自身的伸出位置，能夠全尺寸伸縮。此模式夾爪夾持最大尺寸超過工件長(zhǎng)度方向以方便在長(zhǎng)度方向夾取工件。

模式二：夾取寬度方向尺寸。在夾持氣缸縮回狀態(tài)下，限位氣缸2 伸出，帶動(dòng)限位擋板3 沿導(dǎo)桿8 方向向下移動(dòng)，對(duì)夾持氣缸1 的行程進(jìn)行限制，此時(shí)夾持氣缸1 行程范圍能從自身的縮回位置達(dá)到限位擋板3 的凹槽邊界位置（此位置沒達(dá)到自身的伸出位），以此來限制夾持氣缸1 的極限尺寸。此模式下夾爪夾持最大尺寸會(huì)稍大于寬度方向尺寸但夾持氣缸1 卻并未全部伸出，以達(dá)到既能在寬度方向夾持工件又節(jié)省空間，提高工件的擺放密度。

當(dāng)機(jī)器人夾取工件長(zhǎng)度方向時(shí)，采取模式一，夾持氣缸1 伸長(zhǎng)達(dá)到伸出位置，此時(shí)夾爪夾持尺寸大于長(zhǎng)方體工件長(zhǎng)度，夾持氣缸1 自帶的檢測(cè)伸出位置傳感器檢測(cè)夾爪位置已在伸出位置，并通知機(jī)器人可以夾取工件，機(jī)器人帶動(dòng)夾爪達(dá)到指定位置夾取工件，此時(shí)電磁閥7 控制夾持氣缸1 收縮，若夾到工件，跟隨夾爪運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)板6 會(huì)達(dá)到位置A，此時(shí)A 位置的傳感器5 會(huì)給機(jī)器人信號(hào)表示機(jī)器人已成功夾到工件可進(jìn)行下一步動(dòng)作，若未夾到工件，夾持氣缸1會(huì)完全收縮，夾持氣缸1 上自帶的檢測(cè)縮回位置的傳感器將會(huì)有信號(hào)輸出，通知機(jī)器人未成功夾到工件，此時(shí)機(jī)器人會(huì)重復(fù)夾取或夾取下一個(gè)工件，在夾爪伸縮過程中位置傳感器ABC 雖會(huì)在檢測(cè)板6 移動(dòng)過程中有瞬時(shí)信號(hào)，此可通過控制過濾其信號(hào)，只檢測(cè)最終信號(hào)。

當(dāng)機(jī)器人夾取工件寬度方向時(shí)，采取模式二，夾持氣缸1 伸出，但由于限位擋板3 的限制，夾持氣缸1 的夾爪只能達(dá)到限位擋板3的凹槽邊界位置，并未完全伸出。此時(shí)隨夾爪運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)板6 會(huì)達(dá)到位置C，，而C 位置的傳感器5 會(huì)通知機(jī)器人夾爪可夾取工件寬度方向。機(jī)器人控制夾爪達(dá)到指定位置夾取工件，此時(shí)電磁閥7 控制夾持氣缸1 收縮，若夾到工件，跟隨夾爪運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)板6 會(huì)達(dá)到位置B，此時(shí)B 位置的傳感器5 會(huì)給機(jī)器人信號(hào)表示機(jī)器人已成功夾到工件可進(jìn)行下一步動(dòng)作，若未夾到工件，夾持氣缸1 會(huì)完全收縮，夾持氣缸1 上自帶的檢測(cè)縮回位置的傳感器將會(huì)有信號(hào)輸出，通知機(jī)器人未成功夾到工件，此時(shí)機(jī)器人會(huì)重復(fù)夾取或夾取下一個(gè)工件。在夾爪伸縮過程中位置傳感器ABC 雖會(huì)在檢測(cè)板6 移動(dòng)過程中有瞬時(shí)信號(hào)，此可通過控制過濾其信號(hào)，只檢測(cè)最終信號(hào)。

通過以上對(duì)傳統(tǒng)氣動(dòng)夾爪的改造，可實(shí)現(xiàn)多行程夾取工件，以較低的成本實(shí)現(xiàn)順利夾取長(zhǎng)方體工件的長(zhǎng)寬方向，以此來提高工件擺放密度，提高生產(chǎn)效率。

3 應(yīng)用

通過對(duì)該氣動(dòng)夾爪的設(shè)計(jì)，我們已經(jīng)成功為國(guó)內(nèi)某電磁閥生產(chǎn)廠家開發(fā)出機(jī)器人自動(dòng)上下料系統(tǒng)，整體布局較為緊湊，并成功投入到實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，幫助企業(yè)節(jié)省勞動(dòng)力成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，并取得較好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

4 結(jié)語

該氣動(dòng)夾爪的設(shè)計(jì)，達(dá)到了預(yù)期的目的，可借鑒到其他類似方案的設(shè)計(jì)中，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本提高生產(chǎn)效率的目的。但需要注意到是，該氣動(dòng)夾爪相比傳統(tǒng)的夾爪增加了多個(gè)檢測(cè)位置傳感器，對(duì)于控制提出了更高的要求，從而減少產(chǎn)生誤操作，避免影響整個(gè)生產(chǎn)節(jié)拍。