按照线圈的生产工艺流程，将现有设备（数控涨型机、包扎机、整形机、检测设备）配置机械臂、多种型号的工作台、缓存台、综合检测台、皮带输送线等进行系统整合。采用以机器人为中心的串联分段式结构，综合考虑工艺流程、整体结构布局、机器人效率和各工位占地面积等因素，整条生产线按工艺流程和功能，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个工段。生产线整体布局如图1所示。
图1 中车电机风电线圈自动生产线整体布局
每个工段内，根据设备特性设计工位间距，人工位间距2.4m，各工段预留维护通道；机械手运动区域设计物理防护围栏和电子防护光栅，确保人员安全、设备正常运行。
在人工位较多的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ工段以机械手为中心，局部架高2m形成两层的圆形布局；将部分人工工位布置在2层，机械手采用串行布局并固定安装。工位数量相对较少的Ⅳ工段为直线形布局，利用传送带转运工件。每个工段自成1个小循环，固定安装的机械手从第1个工位顺序运行至最后1个工位，再返回第1个工位并重复操作。生产线两层布局平面如图2和图3所示。
图2 生产线第1层布局平面图
图3 生产线第2层布局平面图
2 机械手卡爪设计
机械手作为风电线圈自动化生产线重要转运设备，通过其卡爪设计，实现自动化生产线采用柔性化的上下线。1套机械手卡爪适应1类型不同规格线圈，满足梭形线圈和成型线圈的抓取，适应各种人工位和设备工位的抓取。生产线系统按最大容量完成人工位、设备的集成和编程调试。当各工段工位数量最大时，机械手能满足节拍要求；当各工段工位数量减少时，机械手等待时间延长。生产线既能进行满负荷运行，又能根据人员和设备情况，进行低负荷运行。机械手卡爪设计图如图4所示。
图4 机械手卡爪设计图
3 人工位设计
由于引线头和鼻部处理的复杂性，必须设计多种配套的人工工作台。在风电线圈生产线自动化改造中，设计了4种型号人工位，如图5所示。
图5 4种型号人工位设计图
专用人工位的设计，既满足不同工序操作要，又能大幅提升操作人员的舒适度，更利于操作人员保持长期、高效工作状态。
4 检测台设计
检测台采用桌面式柜体结构，由柜体（内置气动元器件和控制板）、高精度台面、夹持定位机构、坐标机械手、激光测距传感器、触摸屏等构成，集成原有电性能检测设备，如图6所示。
图6 检测台
二维坐标机械手具备水平和垂直运动功能，带动其前部安装的激光测距传感器运动，系统采集激光测距传感器的距离信息，结合二维坐标机械手的水平位置和垂直高度信息，可以测量工件的总长度、跨距宽度和偏转角度，结合系统预设值，判断工件尺寸是否符合技术要求。
5 结语
风电线圈自动化生产线采用两层平台结构，布局紧凑合理，节约厂房面积约200m2。工件在生产线上自动流转，结合各种保护、检测措施，可实现风险可控、高效生产。采用机械手和皮带传输线相结合的自动物流方式，大幅降低人员劳动强度，有利于操作者保持高效的生产状态。风电线圈生产线通过自动化改造实施，制品数量由10台减至2.19台，降低87.8%；操作人员数量由30人减至20人，降低30%；生产效率提升20%。
作者：张海军 郭 峰 （成都中车电机有限公司）
本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第24期
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