结合现代科技的发展水平，技术人员用技术创新的思想，在实现机械手端拾器的通用性设计上进行研究、探索和实践。建立车身冲压件分类的标准，建立自动化生产线过渡系统最优化设计的标准，有利于实现冲压件的成组分类、机械手端拾器的最优化设计，减少现场的存放面积、缩短维修调试时间以及提高劳动生产率。

 国内外汽车车身结构件及覆盖件的冲压生产正在从纯手工生产方式过渡到全自动化生产方式，由于手工生产存在着劳动生产率低、生产不稳定等缺点，包括一汽大众、广州本田以及上海大众这些国内一流的汽车制造商，在新建车身结构件及覆盖件的冲压生产线时，都选择了自动化生产线（见图1、图2），而上海通用更是采用了全自动化冲压生产。全自动化冲压生产牵涉到工序之间的零件过渡问题，目前国内生产普遍选用的是利用机械手端拾器（Tooling）、过渡托架以及翻转夹爪来进行产品的过渡。

图1  冲压生产线

图2 

通常机械手端拾器由底座、主杆、副杆、连接杆、吸盘、气管、感应开关及真空泵组成，根据冲压件的工艺、形状、材料、尺寸、重量及表面质量要求，这些附件被组成一个个机械手端拾器，通过可编程控制器（PLC）利用已编制完成并存入的程序，来完成运行轨迹，以实现冲压件在工序间的传递，实现全自动化式生产。

从国内外汽车制造商的冲压件生产情况来看，只要是选用机械手端拾器进行自动化生产线工序间传递的，均是一个冲压件对应一套机械手端拾器、过渡托架和翻转夹爪来完成生产的。这样不但需要大量的机械手端拾器存放场地，而且由于每条自动化生产线每周需要生产几十种不同的零件，机械手端拾器的频繁拆装无形中增加了生产线的非生产时间，降低了劳动生产率，增加了机械手端拾器损坏的可能性，增加了维修调试时间，增加了备件费用的同时也降低了劳动生产率。而且由于在设计时没有理论依据及受力分析的研究，只能通过现场调试研配，在不影响冲压件产品质量及过渡系统相对稳定的情况下完成设计，大大浪费了调试时间。

根据成组技术进行零件分类

1. 编码分类法

首先需将待分类的诸零件进行编码，即将零件的有关设计、制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字或数字、字母兼用）。为此，需选用或制定零件分类编码系统。由于零件有关信息的代码化，就可以根据代码对零件进行分类。应指出，采用零件分类编码系统将零件有关生产信息代码化，将有助于应用计算机辅助成组技术的实施。

JLBM-1系统是我国机械工业部门为机械加工中推行成组技术而开发的一种零件分类编码系统。这一系统经过先后四次修订，已于1984年正式为我国机械工业部的技术指导资料。JLBM-l系统的结构可以说是OPITZ系统和KK-3系统的结合。

2. 零件分类

根据以上原则，选取冲压件名称、冲压件形状、冲压件尺寸、冲压件重量和冲压件材料为关键参数进行分类，文中表是从车间300多个零件中选取的简单分类。

通用端拾器模型建立

结构设计方案为参数化建模。机器人机构是由一系列通过关节连接起来的连杆机构所组成。我们把构件坐标系固定在机器人的每一个连杆机构中，用齐次变换来描述这些坐标系之间的相对位置和方向，建立机器人位姿方程，对机器人位姿方程的求解，就可以获得相关构件的空间位置和姿势。通过对端拾器结构的抽象和简化，成功地建立了机器人位姿方程。

端拾器的机械结构如图3所示，图4是其中一个吸盘的抽象模型，其中O点为该结构的参考原点；x、y和z为坐标系统；x1和x3为移动副关节；x2、x4和x5为旋转关节；D1、D2、D3和D4为常数，在端拾器中表示为各对应标准件关键参数的尺寸。

图3

图4

笔者在工作过程中把O点和h点的坐标限定，从而可以计算出x1、x3的长度以及x2、x4和x5的角度。同时，可以确定各标准件装配骨架在装配空间中的坐标。根据上面的计算结果，理论上端拾器已经可以装配。

组件的选择——抓取的直接接触组件吸盘的选择

1. 吸盘

吸盘通过真空泵抽真空形成负压来吸住零件，目前市场上流通的吸盘种类有很多，虽然具体的种类或型号有所不同，但是抓取对象无外乎是平面、曲面或者不规则物体。上海大众使用的一般为Bilsing公司的吸盘，它的材质是聚氨酯，质量稳定、耐腐蚀且寿命长，通常使用的有五大类，分别为Belcups、Traction Cups、Flatfoot Cups、Oval Flatfoot Cups和Deep Dish Cups。通过配以多样化的接头，可以组合出数以百计的吸盘类型。

2. 吸盘的尺寸选择

通过力矩平衡、设计最简化模型以及选择最适合吸盘，在端拾器抓取物体时，认为三点抓取可以使零件被稳定抓取，所以设计最简化模型为抓取点呈等边三角形分布于工件重心周围（工件的重心即为等边三角形的重心），再通过力矩平衡方程得到每个抓取点的受力情况，选择合适尺寸的吸盘，吸盘最大真空度取平均为p＝-60kPa。

以行李箱盖外板为例：确定抓取点位置，根据力矩平衡原则，算出每个点的受力情况，可以得出吸盘直径必须大于23mm。

同样针对其他零件，也可以算出吸盘直径。

结论

根据以上的结构选取，已可以设计出一个通用的机械手端拾器。再经过对吸盘受力点的有限元分析，对机械手结构受力的有限分析，可以验证设计的机械手端拾器是可以用于稳定生产的。