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1、工業(yè)機器人在拖拉機變速箱生產(chǎn)線自動化改造中的應(yīng)用 摘要：為了提升流水線作業(yè)能力，提出應(yīng)用工業(yè)機器人進行拖拉機變速箱生產(chǎn)線自動化改造的解決方案。所提改造方案選擇我國自主研發(fā)的ER50?C20工業(yè)機器人進行自動化生產(chǎn)，通過實地考察拖拉機變速箱生產(chǎn)線環(huán)境，對工業(yè)機器人安裝方位、工業(yè)機器人操作范圍、產(chǎn)品傳動空間和產(chǎn)品搬運方位等生產(chǎn)線布局進行了改造，使用ROBOGUIDE軟件對工業(yè)機器人的自動化加工進程進行編程，并給出控制工業(yè)機器人動作的控制函數(shù)。實驗結(jié)果說明，經(jīng)改造后，拖拉機變速箱自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)負(fù)荷大幅度降低，產(chǎn)品質(zhì)量得到了改進?34；TP242.2文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1004?373X〔

2、2021〕20?0114?03Abstract：Inordertoimprovetheoperationalcapabilityoftheassemblyline，asolutionofapplyingindustrialrobotstoautomationreconstructionofthetractorgearboxproductionlineisproposed.Inthesolution，theER50?C20industrialrobotresearchedanddevelopedinChinaisselectedfortheautomationproduction.Theprod

3、uctionlinelayoutcontaininginstallationpositionandoperationrangeofindustrialrobots，productgearingspace，andproducttransportationorientationwasreconstructedaccordingtotheon?the?spotinvestigationresultoftractorgearboxproductionlineenvironment.TheROBOGUIDEsoftwareisusedtocompiletheprogramfortheautomation

4、processingprocedureofindustrialrobot，andthecontrolfunctionthatcontrolsindustrialrobotmotionisgiven.Theexperimentalresultsshowthatthetheproductionloadofthereconstructedtractorgearboxautomationproductlineisgreatlyreduced，andtheproductqualityhasbeenimproved.Keywords：industrialrobot；tractorgearbox；produ

5、ctionline；automationreconstruction0引言拖拉機變速箱是實現(xiàn)車輪傳動的主要結(jié)構(gòu)之一，是承擔(dān)零件機械能量的根底設(shè)備，變速箱生產(chǎn)質(zhì)量關(guān)系著拖拉機是否能夠穩(wěn)定運行。為了滿足市場需求，拖拉機變速箱生產(chǎn)線需要保質(zhì)保量地生產(chǎn)多種型號、品類以及批號的變速箱，通常采用流水線作業(yè)【1】，以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，生產(chǎn)線自動化水平?jīng)Q定著流水線作業(yè)能力。拖拉機變速箱生產(chǎn)線的自動化是指用生產(chǎn)參數(shù)限制生產(chǎn)進程，構(gòu)造特定結(jié)構(gòu)及功能的拖拉機變速箱產(chǎn)品【2】。在自動化生產(chǎn)過程中，需要不斷控制生產(chǎn)參數(shù)并反響產(chǎn)品性質(zhì)，減少結(jié)構(gòu)及功能偏差【3】。工業(yè)機器人在近些年來不斷在工業(yè)加工領(lǐng)域中發(fā)揮作用，其快速、智能、

6、精準(zhǔn)、環(huán)保數(shù)控加工優(yōu)勢為生產(chǎn)線自動化改造提供了優(yōu)質(zhì)解決方案，不但能節(jié)省用工開支【4】，還能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品制造工藝，是未來工業(yè)加工領(lǐng)域的必備設(shè)施。為了提高拖拉機變速箱生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品制造工藝，應(yīng)用工業(yè)機器人進行生產(chǎn)線自動化改造【5】，改變低能、剛性生產(chǎn)能力，適應(yīng)科技社會開展和市場需求。1工業(yè)機器人在生產(chǎn)線自動化改造中的應(yīng)用1.1改造后的生產(chǎn)線布局應(yīng)用工業(yè)機器人的拖拉機變速箱生產(chǎn)線是一個復(fù)雜系統(tǒng)，由自動化生產(chǎn)儀器、傳動線以及各類傳感器構(gòu)成【6】。工廠環(huán)境決定著這個復(fù)雜系統(tǒng)的布局，通過實地考察拖拉機變速箱生產(chǎn)線環(huán)境，對生產(chǎn)線布局進行規(guī)劃。工業(yè)機器人與其他自動化生產(chǎn)儀器不能出現(xiàn)干預(yù)【7】，以

7、防止平安事故。傳動線運動軌跡受限于變速箱高度，需要保證在傳動過程中產(chǎn)品位置的絕對穩(wěn)定，產(chǎn)品搬運方位應(yīng)滿足最小傳動空間[8]。生產(chǎn)線整體布局不可過于松散，各個儀器間的連接應(yīng)考慮到最短接線原那么，同時合理安排儀器數(shù)量與實際使用功率，以節(jié)省生產(chǎn)開支。容易產(chǎn)生干擾的儀器應(yīng)被隔離，切勿與工業(yè)機器人過于貼近。根據(jù)上述生產(chǎn)線布局規(guī)劃要求，給出拖拉機變速箱生產(chǎn)線在工業(yè)機器人自動化改造下的生產(chǎn)線布局，如圖1所示。圖1中，1號位和2號位共同組成產(chǎn)品傳動空間，1號位是傳動主機，2號位是傳動控制平臺，3號位是拖拉機變速箱生產(chǎn)流水線作業(yè)平臺，4號位放置變速箱零件托盤，5號位安裝是托盤放行儀器，6號位是工業(yè)機器人安裝方位

8、。傳動主機將生產(chǎn)零件傳送到作業(yè)平臺前端，送至4號位托盤中，工業(yè)機器人對托盤零件進行加工，傳感器將不斷向控制平臺發(fā)送加工情況，待監(jiān)測到變速箱加工后，傳動控制平臺開啟托盤放行儀器，將產(chǎn)品搬運到目標(biāo)方位[9]。1.2工業(yè)機器人在自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用傳動控制平臺給出工業(yè)機器人的操作標(biāo)準(zhǔn)都是在生產(chǎn)現(xiàn)場即時編寫的，編程軟件為ROBOGUIDE，其可進行機器人離線三維仿真編程，應(yīng)用界面友好，能夠給出精確的操作周期，保證操作標(biāo)準(zhǔn)可行性。工業(yè)機器人進行拖拉機變速箱的自動化加工分5步進行，依次是：確定待加工零件方位、抓取待加工零件、取料、放料、旋轉(zhuǎn)加工。圖2、圖3是工業(yè)機器人對待加工零件和變速箱配料的操作示意圖，工

9、業(yè)機器人收到傳動控制平臺的上料指示，抓取相應(yīng)的待加工零件和配料，下料后進行旋轉(zhuǎn)加工。當(dāng)傳感器采集數(shù)據(jù)提示配料缺乏時，上料指示燈亮起，再次進行取料和放料操作，一個拖拉機變速箱加工完成后，放行儀器開啟。1.3工業(yè)機器人動作控制工業(yè)機器人的型號很多，經(jīng)過多方比照，采用ER50?C20型號的工業(yè)機器人進行拖拉機變速箱生產(chǎn)自動化改造。ER50?C20由我國自主研發(fā)，額定載荷高于50kg，機器人操作臂的最大能動距離為2.2m，手臂長為1m，操作界面友好、編程簡易、維修簡單，能夠完全接受傳動控制平臺的管控，與控制儀器兼容性良好。ER50?C20工業(yè)機器人的操作臂擁有6個自由度，能夠進行零件搬移、配料抓取、切

10、割、雕刻、水磨等操作，運動控制誤差低于0.1mm，最大旋轉(zhuǎn)角度為480。由于工業(yè)機器人進行拖拉機變速箱加工時采用的是笛卡爾坐標(biāo)系，但自由度旋轉(zhuǎn)卻是以世界坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的，所以在控制工業(yè)機器人加工動作時需要先描述笛卡爾坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的換算關(guān)系。設(shè)任意點[P]位于笛卡爾坐標(biāo)系[A]中，[P]點坐標(biāo)向量為[Ap=[px，py，pz]]。設(shè)點[B]是工業(yè)機器人的目標(biāo)移動點，[B]是世界坐標(biāo)系，[B]點在世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)向量為[Bb=[xB，yB，zB]]，坐標(biāo)系[A]，[B]的換算關(guān)系見圖4。由圖4可知，[P]點在笛卡爾坐標(biāo)系的x軸延長線正好經(jīng)過[B]點所處世界坐標(biāo)系的原點，那么ER50?C20工業(yè)

11、機器人從[P]點移動到[B]點所經(jīng)歷的動作控制過程可用一個齊次變換矩陣表示，如下：2實驗分析生產(chǎn)負(fù)荷是生產(chǎn)工程一個特定周期內(nèi)產(chǎn)品總產(chǎn)量與預(yù)計產(chǎn)量的比值，可以用來評估生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力和盈利情況。在使用ER50?C20工業(yè)機器人進行拖拉機變速箱生產(chǎn)線自動化改造前，我國江蘇某工業(yè)加工企業(yè)生產(chǎn)的拖拉機變速箱有3種型號，其生產(chǎn)負(fù)荷如表1所示〔表中數(shù)據(jù)為該企業(yè)2021年全年統(tǒng)計量〕。經(jīng)過ER50?C20工業(yè)機器人改造拖拉機變速箱生產(chǎn)線自動化水平之后，使用改造方案進行6個月的試運行實驗。實驗結(jié)束后，試運行期間的用工本錢降低至去年同期的[23]，產(chǎn)品加工精度不斷增高，產(chǎn)品質(zhì)量得到了大幅度提升。假設(shè)改造后每個

12、月的產(chǎn)量相等，將試運行期間產(chǎn)量換算至全年產(chǎn)量，計算生產(chǎn)負(fù)荷，如表2所示。改造后拖拉機變速箱的單件平均加工時間有所縮短，年產(chǎn)量由原來的每種類型4500臺上升至8000臺，生產(chǎn)負(fù)荷得到顯著提升，證明了ER50?C20工業(yè)機器人在拖拉機變速箱生產(chǎn)線自動化改造應(yīng)用中的可行性。3結(jié)論本文探討了工業(yè)機器人在拖拉機變速箱生產(chǎn)線自動化改造中的應(yīng)用，并進行了實驗證明。得出本文給出的改造方案不但能提高加工企業(yè)自動化水平，增益企業(yè)生產(chǎn)能力和利潤，也對未來工業(yè)企業(yè)開展奉獻了強有力的資源。參考文獻【1】趙克轉(zhuǎn)，徐澤宇.一種新型工業(yè)機器人六維力傳感器設(shè)計研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2021，34〔5〕：5?7.【2】肖超

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