自動(dòng)上下料機(jī)設(shè)計(jì)與研究

楊福剛 文倩

摘要：近年來，隨著我國自動(dòng)化水平的提高，關(guān)于絕緣片的裝配的自動(dòng)化設(shè)備也越來越多，過去機(jī)臺(tái)是通過PLC控制氣缸上下移動(dòng)及通過氣動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)平行抓手伸縮來對物料進(jìn)行抓取，而本文設(shè)計(jì)研究了一種基于機(jī)械手上下料及PLC控制的人機(jī)界面的機(jī)臺(tái)的設(shè)計(jì)，主要研究根據(jù)絕緣片的質(zhì)量及外形對工業(yè)機(jī)器人手部結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇及品牌型號(hào)及通過上下料工作范圍對機(jī)器人品牌型號(hào)進(jìn)行選擇，針對特定的絕緣片上下料的要求對機(jī)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)及分析，對其工作原理進(jìn)行描述，關(guān)于絕緣片上下料及裝配機(jī)臺(tái)整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中PLC與機(jī)械手及上位機(jī)通訊設(shè)計(jì)及I/O分配及電氣接線原理圖等。

關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)械手；上下料

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，數(shù)控加工的工件的高精度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、工序集中性、高自動(dòng)化和高效率等特征促使數(shù)控機(jī)床不斷發(fā)展。工件的工時(shí)定額降低，工件上下料更加頻繁，必須保證工件上下料的定位精度和速度。近年來機(jī)器人技術(shù)和視覺伺服技術(shù)的快速發(fā)展為數(shù)控加工采用工業(yè)機(jī)器人上下料提供了契機(jī)，視覺測量能實(shí)時(shí)完成對工件自動(dòng)、準(zhǔn)確和快速定位；運(yùn)用視覺伺服技術(shù)，使工業(yè)機(jī)器人在視覺引導(dǎo)下完成對工件的自動(dòng)、精確抓取，在運(yùn)動(dòng)指令控制下能更好的解決自動(dòng)上下料的問題。但現(xiàn)有大多數(shù)機(jī)器視覺系統(tǒng)為單目視覺系統(tǒng)，絕緣片與載具之間存在間隙，而間隙會(huì)造成偏差。本文利用現(xiàn)代智能機(jī)器人，結(jié)合自動(dòng)化控制技術(shù)，設(shè)計(jì)一款應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場安全、高效的高精度自動(dòng)化機(jī)床上下料的擁有兩個(gè)相機(jī)的機(jī)臺(tái)。

1.物料及物料盤描述

因?yàn)楸疚闹饕槍Φ氖墙^緣片這塊，物料體重太輕且絕緣片吸力位置就在圖中紅線上本文選擇應(yīng)用各種品牌的機(jī)械手都是屬于電力傳動(dòng)機(jī)器人。

因?yàn)镋PSON機(jī)械手ls6額定載荷為2kg，最大載荷為6kg符合物料標(biāo)準(zhǔn)，且此款機(jī)械手活動(dòng)范圍為水平距離達(dá)到600mm，Z軸能達(dá)到200mm范圍，也能夠吸附物料且滿足條件，所以此款機(jī)器人用于機(jī)臺(tái)本文運(yùn)用的EPSON機(jī)械手，根據(jù)工作原理，末端操作器可分為手指式和吸附式，因?yàn)榻^緣片重量為20g，重量較輕因此末端操作器采用的是吸附式。

2.工業(yè)機(jī)器人介紹

工業(yè)機(jī)器人是面向工程領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)備，受人類指揮，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、微電子裝配、現(xiàn)代物流等領(lǐng)域，成為提高效率的重要工具。

2.1手部結(jié)構(gòu)的種類

（1）吸盤式

吸盤式又分為電磁式和真空式吸盤。電磁式吸盤適用于工件具有導(dǎo)磁性的場合，但是在工件上會(huì)存在剩磁的現(xiàn)象，真空式吸盤是通過吸盤內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓來吸持工件，此種形式因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、價(jià)格比較低廉。因此，得到廣泛的使用，但是必須保證工件表面必須平整。所以用于板材、玻璃制品等平板工件的抓取。

（2）手爪式

手爪式手部結(jié)構(gòu)和人手類似，是運(yùn)用比較多的手部形式，其中包括了手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要采取運(yùn)用氣缸來驅(qū)動(dòng)手指的開合

2.2吸盤形狀的選擇

針對本次搬運(yùn)的物料絕緣片，質(zhì)量較小，比較工作環(huán)境，選擇扁平吸盤。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1整體工作原理

3.2料盤升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)取料位料盤的上下升降，對其設(shè)計(jì)要求如下：

（1）運(yùn)行平穩(wěn)性要求。如果升降過程中伴有劇烈沖擊對料盤及物料都會(huì)遭到損壞，因此升降機(jī)構(gòu)需要平穩(wěn)運(yùn)行。

（2）定位精度。對于料盤及物料必須要到達(dá)一定高度就需要停止，這樣確保其在上料位，這就要求升降機(jī)構(gòu)的定位要精確。

（3）高柔性。在升降過程中需要升降到一定高度就停止，要求升降機(jī)構(gòu)具有好的柔性。

按照以上要求，有液壓缸形式、變頻電機(jī)形式和伺服電機(jī)形式三種形式。

3.3電機(jī)的選擇

精度要求方面伺服電機(jī)其精度更高，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速需要避開步進(jìn)電機(jī)扭矩小的范圍，且步進(jìn)電機(jī)不允許過載，根據(jù)以上要求顯然本次機(jī)臺(tái)選擇伺服電機(jī)更優(yōu)，不需要考慮過載問題且精度更高。本機(jī)臺(tái)對精度要求較高因此使用伺服電機(jī)是最好的選擇。

3.4添加同步帶輪

（1）提高電機(jī)轉(zhuǎn)速

（2）過載（速度過快時(shí)需要吸收沖擊載荷），雖然聯(lián)軸器也具有吸收載荷沖擊的能力，但其吸收載荷沖擊的能力有限。

搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、PLC控制器、位置檢測單元以及驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。

4.通信方式

可靠性、實(shí)時(shí)性和確定性要求很高的電氣聯(lián)鎖與控制，仍然保留了硬接線方式。硬接線存在問題1、DCS需要配置大量的變送器、I/O卡件、機(jī)柜和連接電纜，施工復(fù)雜，成本高。2、接人DCS的信息數(shù)量十分有限，系統(tǒng)的擴(kuò)展性能差。3、廠用電回路需要配置單獨(dú)的電能表，但又不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表功能。4、無法完成事故追憶、保護(hù)定值管理、錄波分析、操作票、防誤閉鎖等較為復(fù)雜的電氣維護(hù)和管理工作，電氣系統(tǒng)的整體自動(dòng)化水平較低。5、在倒送廠用電時(shí)，由于DCS一般尚未投運(yùn)，高壓啟/備變、高/低壓廠用電源的遠(yuǎn)方操作無法實(shí)現(xiàn)。6、廠用電系統(tǒng)已經(jīng)采用微機(jī)化的綜合保護(hù)測控裝置（簡稱綜保裝置），面向間隔設(shè)計(jì)，集保護(hù)、測控和通信功能于一體，可以通過網(wǎng)絡(luò)接口傳輸電壓、電流、功率、電量和保護(hù)動(dòng)作信號(hào)等大量DCS需要的信息，其精度和實(shí)時(shí)性完全滿足技術(shù)要求，硬接線方式客觀上造成了硬件的重復(fù)配置和資源浪費(fèi)。所以通過工業(yè)以太網(wǎng)來對其通信，因?yàn)槠涑杀据^低且能滿足功能，通過交換機(jī)為媒介，把ROBOT控制器、觸摸屏、PLC及工控機(jī)用以太網(wǎng)通信連接起來。

5.結(jié)語

本文通過對自動(dòng)上下料機(jī)臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了上下料的速度，通過該機(jī)臺(tái)對日后類似絕緣片的物料的生產(chǎn)起著十分重大的作用。

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