機器人上下料工作站實訓系統(tǒng)設計

常州機電職業(yè)技術學院 周 斌 顏景震 苗明浩

機器人上下料工作站實訓系統(tǒng)設計

常州機電職業(yè)技術學院 周 斌 顏景震 苗明浩

1.應用背景

機床上下料機器人是在數(shù)控機床上下料環(huán)節(jié)取代了人工的完成工件的自動裝卸功能,主要適應的對象大多為大批量重復性強或者是工件質量較大以及工作環(huán)境具有高溫、粉塵等惡劣條件情況下使用。具有定位精確，生產(chǎn)質量穩(wěn)定，減少機床及其刀具的損耗，工作節(jié)拍可調(diào)整,運行可靠平穩(wěn)，維修方便等諸多特點。在新興工業(yè)化時代，機床上下料工業(yè)機器人能夠滿足快速、大批量加工節(jié)拍的生產(chǎn)要求，能夠節(jié)省人力資源成本，大大提高了工廠的生產(chǎn)效率，成為了越來越多制造業(yè)企業(yè)的理想選擇。

隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機器人技術專業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，近兩年有爆發(fā)性的增長。專業(yè)的建設需要完善的實訓條件體系，上下料工作站作為典型的機器人應用，是專業(yè)學生需要掌握的技能。但是上下料系統(tǒng)設備比較昂貴，大中專院校或者培訓機構一般會采購單臺設備作為實訓設備，這樣不能滿足人才培養(yǎng)的需求。同時，機器人上下料工作站的實訓任務主要是工業(yè)機器人與機床數(shù)據(jù)的通訊，工件的搬運，如果使用真實的加工中心，設備閑置比較浪費，因此需要設計一套模擬的實訓裝置解決這些問題。

2.系統(tǒng)整體設計

本系統(tǒng)由一臺安川MH6機器人和一臺模擬數(shù)控機床，以及工件的夾具抓取手抓、周邊設備及系統(tǒng)控制器等組成。為了適應工業(yè)機器人自動上下料，需要對數(shù)控機床進行一定的改造，包括門的自動開關、工件的自動夾緊等。工業(yè)機器人與數(shù)控機床之間的通信方式根據(jù)各系統(tǒng)的不同，也有所區(qū)別。對于信號較少的系統(tǒng)，可以直接使用I/O信號線進行連接，至少要包括門控信號、裝夾信號、加工完成信號等。對于信號較多的系統(tǒng)，可以使用現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)等方式進行通信。如圖1所示。

圖1 整體架構設計

系統(tǒng)主要完成的動作過程：數(shù)控加工中心門打開，機器人從倉庫取出待加工的工件，送到數(shù)控機床進行加工，數(shù)控加工中心門關閉。此時機器人再次從倉庫里取出待加工的工件，數(shù)控加工中心門打開，手爪的一邊抓取以及加工好的工件，然后切換手抓，將待加工的工件放置到加工臺，如此重復動作，工作過程由觸摸屏監(jiān)控。

3.部分電路分析

（1）PLC開關量信號輸入電路如圖2所示。由于傳感器為NPN電極開路型，且機器人的輸出接口為漏型輸出，故PLC的輸入采用漏型接法，即COM端接+24V。PLC輸入信號包括控制按鈕、托盤檢測用傳感器等。

圖2 PLC開關量輸入信號電路

（2）PLC開關量信號輸出電路如圖3所示。由于機器人的輸入接口為漏型輸入，PLC的輸出采用漏型接法。PLC輸出包括電磁鐵、機器人暫停等。

圖3 PLC開關量輸出信號電路

（3）機器人輸出與PLC輸入接口電路如圖4所示。CN303為機器人外接電源接口，其1、2端接外部DC24V電源。PLC輸入信號包括“機器人運行中”、“機器人搬運完成”等機器人反饋信號。

圖4 機器人輸出與PLC輸入接口電路

圖5 機器人輸入與PLC輸出接口電路

（4）機器人輸入與PLC輸出接口電路如圖5所示。PLC輸出信號包括“機器人程序啟動”、“機器人搬運開始”等控制機器人運行、停止的信號。K2控制上下料輸送線1的拖動直流電機。

（5）機器人專用輸入接口MXT電路如圖6所示。繼電器K5雙回路控制機器人急停、K1控制機器人伺服使能、K4控制機器人暫停。

圖6 機器人專用輸入MXT接口電路

（6）機器人輸出控制手爪電路如圖7所示。機器人通過CN307接口的A8、A9控制電磁閥YV1、YV2，抓取或釋放工件。SQ為檢測手爪夾緊磁性開關。

圖7 機器人輸出控制電磁閥電路

4.總結

本文主要設計了一套機器人上下料工作站實訓系統(tǒng)，介紹了主要涉及的電路，該系統(tǒng)主要有一下幾方面創(chuàng)新。綜合性強：集機器人編程、傳感器、PLC、通訊于一體，將執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)及各專業(yè)學科有機結合；設備安全便于操作：本系統(tǒng)使用自制的自動加工系統(tǒng)代替了真實的上下料機床，降低了設備成本，同時便于學習者進行系統(tǒng)集成，系統(tǒng)采取了多重安全防護措施，保證了學習者的安全；擴展性強：除了完成機器人上下料系統(tǒng)的功能，本實訓系統(tǒng)還可以通過改變被控機器人執(zhí)行末端，變成其他功能的機器人工作站，提高了設備的使用率。

[1]CP1H 操作手冊.歐姆龍自動化(中國)有限公司.

[2]MOTOMAN-MH6 使用說明書.安川電機(中國)有限公司,2013.

[3]馬上.淺析數(shù)控機床用機器人研究前景[J].文化商業(yè),2010(3).

[4]白東明,陳勇,陳振華.汽車挺柱體銅銷的上料裝置設計研究[J].機電工程,2014(09):1159-1162.

周斌（1983—），男，江蘇鎮(zhèn)江人，碩士，實驗師，主要研究機器人集成應用。