张亚贤
奇瑞商用车（安徽）有限公司 工艺规划部 安徽省 芜湖市 24000
摘要 在工业4.0时代，随着计算机控制技术、网络通讯技术和人工智能技术的不断完善，智能制造成为了工业发展的必然趋势。相比于传统的工业设备，工业机器人有众多的优势，比如机器人具有易用性和易于管理、改善劳动生产环境、提高生产效率，智能化水平高、安全性高且经济效益显著等特点，使得工业机器人在汽车制造业中应用越来越广泛。快换盘是工业机器人使用在末端执行器的一种柔性连接工具，是高性能工业机器人系统上主要的组成部分，能够充分发挥机器人使用性能，在数秒内快速更换不同的末端执行机构，使机器人更柔性，更快速的用于多种不同作业方式。
关键词：工业机器人；快换盘；焊装；
1.快换盘的发展现状
目前快换盘在国内市场主要应用于汽车制造领域，以进口欧系、日系品牌为主。国外在机器人自动化更换技术方面比较先进，生产的自动更换器各有特点，专业化程度高，但是价格昂贵，技术保密。目前市场上主要的快换盘品牌有ATI,Schunk，Nitta，Applied Robotics以及机器人公司史陶比尔品牌。
早期，国产机器人换枪盘技术不成熟，在产品质量上可能与进口品牌无法相媲美，但随着近几年时间的发展，在质量上已接近进口品牌，像国产品牌领航、桥田也有着一定的市场占有量。
2.快换盘的工作原理
工业机器人快换盘分为机器人侧和工具侧，见图1，机器人侧安装在机器人前端手臂上，工具侧安装在执行工具上（工具是焊钳、抓手等），工具快换装置能快捷的实现机器人侧与执行工具之间电、气体和液体相通。
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机器人快换装置载重范围为一般在10kg~500kg，采用独特的钢珠锁紧机构，其动作原理和气缸类同，机器人侧本体通过活塞推出钢球，啮合锁紧工具侧本体的钢球卡槽，实现换枪盘的连接锁紧。锁紧钢球为圆周分布，快换连接时，能够自动修正位置偏差及自动补偿长期使用的磨损。钢球锁紧机构采用弹簧复位式气缸，即使在气压供给中断时，主盘与工具盘也不会分离，见图2。
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磁性传感器用于检测快换盘锁紧单元的锁紧松开状态，其检测对象为内部活塞的磁环。当换枪盘空载、带负载或者带不同重量的负载时，内部活塞位置将略有差异。这有可能导致磁性传感器在某些极限状态下不能检测到磁环。当需要该传感器有输出时，可以通过手动调整它在导槽内的位置， 找到合适的感应位置（外部显示为亮灯）， 固定后即可正常使用，满足正常使用要求的状态为：
1. 当换枪盘锁紧单元处于松开状态时，松开磁性传感器指示灯亮，机器人能够检测到此信号。
2. 当换枪盘锁紧单元处于带工具锁紧状态时，锁紧磁性传感器指示灯亮，机器人能够检测到此信号。
锁紧过程：
步骤1：
独立的机器人侧快换盘和独立的工具侧快换盘（松开状态）；
内部弹簧在自然状态下释放作用力，使活塞受到向下的力；
钢柱受力被压出钢柱槽，向外张紧，处于锁紧状态；
工具侧快换盘处于静止状态；
步骤2：
独立的机器人侧快换盘和独立的工具侧快换盘（松开状态）；
“松开”气路通入压缩空气，活塞在压缩空气的作用下，克服弹簧作用力向上运动；
钢柱不受力，在钢珠内自由移动；
工具侧快换盘处于静止状态；
步骤3：
机器人侧与工具侧贴合到位。（仍处于松开状态）；
“松开”气路通入压缩空气，活塞在压缩空气的作用下，位于活塞的顶部；
钢柱不受力，在钢珠槽内自由移动；
此时给出锁紧信号，即可使两侧锁紧单元结合；
步骤4：
机器人侧和工具侧完全锁紧
“锁紧”气路通入压缩空气，活塞在压缩空气的作用下，位于活塞的下部，同时挤压钢珠;
钢珠受力，沿图中所示的方向移动，锁紧工具侧快换盘；
快换盘处于锁紧状态；
此外，为避免误操作(误发解锁信号)而造成快换盘锁紧机构解锁，进而造成工具脱落。机器人快换装置配备机械式安全开关（图3），与快换装置自身的检测信号形成电气回路，通过完美的控制逻辑使得快换装置更加安全稳定。机械安全开关，应当遵循以下原则：
1)机器人未抓取工具时，安全开关不能激活（不带电）；
2)机器人抓取工具过程中，当工具侧电气部件刚开始连接时（应在电气连接开始之前的一段时间）， 直至完全抓好工具之后的过程中，必须保证安全开关的激活状态；
3)机器人带工具正常工作，且不在停靠站停放位置上的过程中，机械式安全开关应保证在未激活状态。（此时工具远离停靠站，插销开关与插销分离）；
4)机器人完成工作，将工具放回到停放位置时，机械式安全开关应保证处于激活状态。（此时工具在停靠站上，插销开关与插销结合）。
综上所述， 安全开关的电气部分应当安装在换枪盘的工具侧或者工具支架上，金属插片应当安装在停放站的固定位置处，不因换枪盘或工具的移动而移动。
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3.快换盘的常见故障
1)故障现象：水接头漏水
原因：观察漏水位置，螺纹接口位置一般是螺纹密封不严，请使用管螺纹密封胶涂抹后连接水接头，等胶水稳定后再通水；快插位置一般为该位置有异物，观察有异物时需要清理，或密封圈、接头损坏；
预防措施：螺纹接口使用螺纹密封胶安装接头，快插位置问题应及时检查循环水质量，密封圈表面涂抹润滑脂，极少磨损。
2)故障MultiDNet（通讯模块）故障，信号连接不上，或时断时续
原因：插针表面氧化，接触不良；
预防措施：切换盘表面防尘盖保护，避免焊渣飞溅；换枪前程序内断水功能正常，避免水渍喷溅；定期保养清洁插针表面。
3)焊接电源故障，电触头烧蚀
原因：示教位置偏差，表带触指在调试过程中被带出；
预防措施：调试过程充分验证，保证焊钳连站和脱站一致性，顺畅无干涉。
4)安全插销故障
原因；安全插销位置松动；
预防措施：安全插销位置紧固，脱站连站过程保证一直性，保证插销顺畅。
4.结语
伴随着工业机器人性能的不断发展，机器人快换盘的技术也有了突破性的发展。快换盘也以其通用性好，结构紧凑，可靠性高等特点得到了机器人行业的广泛应用。一机从事多种作业任务的高性价比机器人为工业生产带来更多的便利，加快工业的发展进程，为经济发展带来巨大贡献。
参考文献：
[1]赵博闻, 程瑞敏, 陈娇,等. 多功能机器人工具快换系统的设计[J]. 自动化应用, 2018(06):79-80.
[2]卢明志. 机器人快换装置发展综述[J]. 时代农机, 2019, 46(02):121-122.
[3]费吕平, 顾丽娟. 一种用于工业机器人的工具快换装置:, 2018.
作者简介：张亚贤（1988年4月13日）、奇瑞商用车（安徽）有限公司 工艺规划部、本科、
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