助力机械手在汽车制造业中的应用
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助力机械手在汽车制造业中的应用
张金枝，肖立军 （北京机械工业自动化研究所工业机器人与应用技术工程研究中心·北京１０００１１） 摘要：介绍了助力机械手的结构特点、工作原理以及在汽车制造业中的应用。 关键词。助力机械手；汽车制造业；应用
Ｏ引言、
近年来，随着汽车制造投资力度的加大，自动 化程度不断提高，在工人密集的装配工位，逐步由 半自动化或自动化的单元设备辅助或代替人工的 工作，工人的劳动强度得到减轻，劳动环境得到改 善。助力机械手作为应用于汽车总装线、发动机机 加工线上的设备就是其中之一。
下载时间：2010年10月17日
图４步进电机控制程序流程
在此，输入量为加工电流表两端的电压差，输 出量为加工间隙偏差，由单片机计算出控制步进电 机运行速度的脉冲量与运动方向。程序采用增量式 模糊ＰＩＤ算法：
血＠）＝剐西女）一ｅ（ｋ一１）］＋Ｋｉｅ（ｋ）＋Ｋｄ［ｅ（ｋ）－２ｅ（ｋ－１）＋ｅ（ｋ－２：
上式中Ｋｐ为比例因子、殿为积分因子、Ｋｄ为
３．２储气、稳压系统
在气源突然断气状态下，通过储气罐保证操作
的顺利完成；
保证气源压力波动时，机械手的平衡状态不会
发生漂移。
３．３平衡系统
保证机械手在空间任意位置平衡静态。
３．４制动装置
在每一个回转关节上，设置一套制动装置；
通过气动锁紧装置， 旋转关节轴可锁定。
在机械手闲置时，通过关节锁定，放置于安全
；吊挂安装方式
一
缸的作用实现机械手的上下升降。
角度调整臂通过回转连通与平行四连杆臂末
端相连，补偿平行四连杆臂的角度调整范围。１．
工艺臂通过回转连通与角度调整臂末端连接，
下端通过法兰盘与卡具相连接。
．
３气动控制系统 ．，
３．１增压系统
增压系统消除了工厂气源不稳定因素的影响，
保证系统中所需要的压力。 ，，
助力机械手在汽车制造业中的应用
作者： 作者单位：
张金枝， 肖立军 北京机械工业自动化研究所,工业机器人与应用技术工程研究中心,北京,100011
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6216239.aspx 授权使用：胡乃志(wfhygcdx)，授权号：af2e41fd-de2f-4b5a-9c3b-9e120078c6b6
Ⅳ
’
微分因子，这三个因子应根据实际情况取值ｏ． 在计算控制量时，调用公式结点，并向结点输
入最近３次的电压偏差和ＰＩＤ参数，即可由公式结 点算出控制量，控制量可作为控制步进电机运行的 脉冲数和方向。由于系统采用脉冲周期时间间隔来 控制步进电机的运行速度，且脉冲量不能为负值， 故要将ＰＩＤ算法得到的加工间隙偏差取绝对值。１
参考文献：
【１】叶树林，华蕊，苏健，谭伟明．基于线电极的电火花铣削加 工及其脉冲能量控制【Ｊ】．机械与电子。２００６，（１）．
【２】罗华，李翔龙，国蓉．电火花铣削中电极损耗及补偿的几 何描述方法【Ｊ】．机床与液压，２００５，（２）．
【３】李翔龙，殷国富，林朝镛．基于进化神经网络的电火花铣 削加工电极损耗预测【Ｊ】．机械工程学报，２００４，（３）．
位置，把设备对操作工的障碍降至最低。
３．５按钮站
所有的操作按钮集中在一起，在手柄位置，简
收稿日期：２００６．０６．３０ 作者简介：张金枝，（１９６７．），女，硕士研究生，北京机械工业自动化所机器人中心，高级工程师。
第２８卷增刊２００６—０７【１４９】
铷ｌ注止匐动地
单方便。
４专用卡具
卡具需要针对不同的工件非标设计，设计中要
上接第１４５页
工情况下，只要选取合适的分析周期，使在分析周 期内的加工位移小于工件的加工精度，则仍以控制 间隙电压和放电电流稳定为主要目标，加工位移作 为观测量，当加工位移与理想位移最接近时，停止 加工。同时，采用模糊ＰＩＤ控制策略实现了对电火 花成型加工过程中放电状态（间隙电压）的控制。
步进电机控制程序流程如图４所示。
作者的身体健康。
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然断气保护功能、过线报警功能等多种保护，可确
保系统安全工作。
７结束语
目前，助力机械手已广泛应用于汽车制造业
中，设备全部采用气控阀，属无电作业，保证了操 作者的安全性。采用气动平衡手动控制代替人工进 行工件的搬运，减轻了操作者的劳动强度，提高了
工作效率，尤其对于人工不宜搬运的工件，如蓄电
池，可以避免蓄电池溶液对人体的伤害，’保障了操
用于汽车总装线、发动机机加工线上的助力 机械手基于人机工程学而设计，助力机械手构造型 式，具有显著的人机互助特点。结合工件通过改变 卡具形式适用于车体总装部件诸如仪表板、挡风玻 璃、座椅、车门、蓄电池、轮胎、天窗、油箱等装 配过程中搬运和发动机缸体、缸盖加工线上的搬 运。设备结构轻巧，运行安全可靠。
【４】４苏益，裴景玉，胡德金．电火花加工机床的开放式ＣＮＣ系 统设计【Ｊ】．电加工与模具，２００４，（２）．
【５】李翔龙．电火花铣削加工中伺服运动及工具补偿智能控 制技术的研究【Ｄ】．四川大学，２００３．’
【６】张桂香．旋转电加工数控系统及伺服控制的研究【Ｄ】．中 国农业大学，２００２．
＼
第２８卷增刊２００６—０７【１５１】
考虑：
（１）装配工艺位置的适应性；
、
（２）装卡工件要方便快捷；
（３）释放工件要安全迅速；
（４）对工件及车身、机床的安全防护； （５）考虑刚性、强度、使用轻便。
不同卡具的应用：
【１５０１第２８卷增刊２００６—０７
５安全检测装置
·在总装线及机加工线上，对操作人员、车体、 机床的安全防护在设计中要考虑全面，有机械手过 位报警、复位、停车等功能。
有工艺先进，产wk.baidu.com质量好，生产效率高，改善劳动
条件等诸多优点。
（４）系统功能齐全，在给定工件误差范围内系
统均可自动调整。
６．２柔性
机械手配置功能齐全，完全适应工件设计技术
要求，不仅可以顺利完成给定产品的装配任务，还
可完成工作范围内的各种不同规格产品的装配。
６．３安全性
气控系统有很强的保护功能，如制动功能、突
６设备的特点
６．１可靠性
，
（１）设备中关键元器件全部为优质进１：３产品，
可确保设备稳定运行。
；（２）助力机械手动作范围大、阻尼小、运行平
参ｌ注止匐矽化
稳、结构精巧，功能齐全，技术指标先进，是现代
优质装配助力机械手代表产品之一。
。
（３）总体方案设计充分考虑了工件及工艺特
点，把优质、高效、经济、方便等因素综合考虑，
５结束语
采用上述改造方案与控制方式，有效地避免了 由于间隙电压与加工位移之间的耦合关系而导致 的控制系统复杂性。该系统软件结构简单、实用，
具有很强的工程应用价值，而且改造工艺简单、成 本低、通用性好，通过对现场运行获取数据进行分 析，收到很好效果。经加工实践证明，此方法能较 好实现电火花成形加工中对主轴的调节控制。
１系统结构
助力机械手结构采用旋转机械臂的结构型式， 主要由吊挂纵向移动装置、滑车系统、机械手本体、 卡具、气动控制系统、气路、安全检测系统组成。 从安装方式上分为正立放置安装、吊挂安装。
ｉＥ，－＇ｒ安装方式 。．
２机械手本体机械结构
由三个关节回转轴组成，可旋转３６００，并任 意角度可调。
平行四连杆臂为平行四连杆结构，通过平衡气
助力机械手在汽车制造业中的应用
张金枝，肖立军 （北京机械工业自动化研究所工业机器人与应用技术工程研究中心·北京１０００１１） 摘要：介绍了助力机械手的结构特点、工作原理以及在汽车制造业中的应用。 关键词。助力机械手；汽车制造业；应用
Ｏ引言、
近年来，随着汽车制造投资力度的加大，自动 化程度不断提高，在工人密集的装配工位，逐步由 半自动化或自动化的单元设备辅助或代替人工的 工作，工人的劳动强度得到减轻，劳动环境得到改 善。助力机械手作为应用于汽车总装线、发动机机 加工线上的设备就是其中之一。
下载时间：2010年10月17日
图４步进电机控制程序流程
在此，输入量为加工电流表两端的电压差，输 出量为加工间隙偏差，由单片机计算出控制步进电 机运行速度的脉冲量与运动方向。程序采用增量式 模糊ＰＩＤ算法：
血＠）＝剐西女）一ｅ（ｋ一１）］＋Ｋｉｅ（ｋ）＋Ｋｄ［ｅ（ｋ）－２ｅ（ｋ－１）＋ｅ（ｋ－２：
上式中Ｋｐ为比例因子、殿为积分因子、Ｋｄ为
３．２储气、稳压系统
在气源突然断气状态下，通过储气罐保证操作
的顺利完成；
保证气源压力波动时，机械手的平衡状态不会
发生漂移。
３．３平衡系统
保证机械手在空间任意位置平衡静态。
３．４制动装置
在每一个回转关节上，设置一套制动装置；
通过气动锁紧装置， 旋转关节轴可锁定。
在机械手闲置时，通过关节锁定，放置于安全
；吊挂安装方式
一
缸的作用实现机械手的上下升降。
角度调整臂通过回转连通与平行四连杆臂末
端相连，补偿平行四连杆臂的角度调整范围。１．
工艺臂通过回转连通与角度调整臂末端连接，
下端通过法兰盘与卡具相连接。
．
３气动控制系统 ．，
３．１增压系统
增压系统消除了工厂气源不稳定因素的影响，
保证系统中所需要的压力。 ，，
助力机械手在汽车制造业中的应用
作者： 作者单位：
张金枝， 肖立军 北京机械工业自动化研究所,工业机器人与应用技术工程研究中心,北京,100011
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6216239.aspx 授权使用：胡乃志(wfhygcdx)，授权号：af2e41fd-de2f-4b5a-9c3b-9e120078c6b6
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微分因子，这三个因子应根据实际情况取值ｏ． 在计算控制量时，调用公式结点，并向结点输
入最近３次的电压偏差和ＰＩＤ参数，即可由公式结 点算出控制量，控制量可作为控制步进电机运行的 脉冲数和方向。由于系统采用脉冲周期时间间隔来 控制步进电机的运行速度，且脉冲量不能为负值， 故要将ＰＩＤ算法得到的加工间隙偏差取绝对值。１
参考文献：
【１】叶树林，华蕊，苏健，谭伟明．基于线电极的电火花铣削加 工及其脉冲能量控制【Ｊ】．机械与电子。２００６，（１）．
【２】罗华，李翔龙，国蓉．电火花铣削中电极损耗及补偿的几 何描述方法【Ｊ】．机床与液压，２００５，（２）．
【３】李翔龙，殷国富，林朝镛．基于进化神经网络的电火花铣 削加工电极损耗预测【Ｊ】．机械工程学报，２００４，（３）．
位置，把设备对操作工的障碍降至最低。
３．５按钮站
所有的操作按钮集中在一起，在手柄位置，简
收稿日期：２００６．０６．３０ 作者简介：张金枝，（１９６７．），女，硕士研究生，北京机械工业自动化所机器人中心，高级工程师。
第２８卷增刊２００６—０７【１４９】
铷ｌ注止匐动地
单方便。
４专用卡具
卡具需要针对不同的工件非标设计，设计中要
上接第１４５页
工情况下，只要选取合适的分析周期，使在分析周 期内的加工位移小于工件的加工精度，则仍以控制 间隙电压和放电电流稳定为主要目标，加工位移作 为观测量，当加工位移与理想位移最接近时，停止 加工。同时，采用模糊ＰＩＤ控制策略实现了对电火 花成型加工过程中放电状态（间隙电压）的控制。
步进电机控制程序流程如图４所示。
作者的身体健康。
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保系统安全工作。
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目前，助力机械手已广泛应用于汽车制造业
中，设备全部采用气控阀，属无电作业，保证了操 作者的安全性。采用气动平衡手动控制代替人工进 行工件的搬运，减轻了操作者的劳动强度，提高了
工作效率，尤其对于人工不宜搬运的工件，如蓄电
池，可以避免蓄电池溶液对人体的伤害，’保障了操
用于汽车总装线、发动机机加工线上的助力 机械手基于人机工程学而设计，助力机械手构造型 式，具有显著的人机互助特点。结合工件通过改变 卡具形式适用于车体总装部件诸如仪表板、挡风玻 璃、座椅、车门、蓄电池、轮胎、天窗、油箱等装 配过程中搬运和发动机缸体、缸盖加工线上的搬 运。设备结构轻巧，运行安全可靠。
【４】４苏益，裴景玉，胡德金．电火花加工机床的开放式ＣＮＣ系 统设计【Ｊ】．电加工与模具，２００４，（２）．
【５】李翔龙．电火花铣削加工中伺服运动及工具补偿智能控 制技术的研究【Ｄ】．四川大学，２００３．’
【６】张桂香．旋转电加工数控系统及伺服控制的研究【Ｄ】．中 国农业大学，２００２．
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第２８卷增刊２００６—０７【１５１】
考虑：
（１）装配工艺位置的适应性；
、
（２）装卡工件要方便快捷；
（３）释放工件要安全迅速；
（４）对工件及车身、机床的安全防护； （５）考虑刚性、强度、使用轻便。
不同卡具的应用：
【１５０１第２８卷增刊２００６—０７
５安全检测装置
·在总装线及机加工线上，对操作人员、车体、 机床的安全防护在设计中要考虑全面，有机械手过 位报警、复位、停车等功能。
有工艺先进，产wk.baidu.com质量好，生产效率高，改善劳动
条件等诸多优点。
（４）系统功能齐全，在给定工件误差范围内系
统均可自动调整。
６．２柔性
机械手配置功能齐全，完全适应工件设计技术
要求，不仅可以顺利完成给定产品的装配任务，还
可完成工作范围内的各种不同规格产品的装配。
６．３安全性
气控系统有很强的保护功能，如制动功能、突
６设备的特点
６．１可靠性
，
（１）设备中关键元器件全部为优质进１：３产品，
可确保设备稳定运行。
；（２）助力机械手动作范围大、阻尼小、运行平
参ｌ注止匐矽化
稳、结构精巧，功能齐全，技术指标先进，是现代
优质装配助力机械手代表产品之一。
。
（３）总体方案设计充分考虑了工件及工艺特
点，把优质、高效、经济、方便等因素综合考虑，
５结束语
采用上述改造方案与控制方式，有效地避免了 由于间隙电压与加工位移之间的耦合关系而导致 的控制系统复杂性。该系统软件结构简单、实用，
具有很强的工程应用价值，而且改造工艺简单、成 本低、通用性好，通过对现场运行获取数据进行分 析，收到很好效果。经加工实践证明，此方法能较 好实现电火花成形加工中对主轴的调节控制。
１系统结构
助力机械手结构采用旋转机械臂的结构型式， 主要由吊挂纵向移动装置、滑车系统、机械手本体、 卡具、气动控制系统、气路、安全检测系统组成。 从安装方式上分为正立放置安装、吊挂安装。
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２机械手本体机械结构
由三个关节回转轴组成，可旋转３６００，并任 意角度可调。
平行四连杆臂为平行四连杆结构，通过平衡气