自動上下料機設(shè)計與研究

楊福剛 文倩

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

關(guān)鍵詞：PLC；機械手；上下料

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展與進步，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、高自動化和高效率等特征促使數(shù)控機床不斷發(fā)展。工件的工時定額降低，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)機器人上下料提供了契機，視覺測量能實時完成對工件自動、準(zhǔn)確和快速定位；運用視覺伺服技術(shù)，使工業(yè)機器人在視覺引導(dǎo)下完成對工件的自動、精確抓取，在運動指令控制下能更好的解決自動上下料的問題。但現(xiàn)有大多數(shù)機器視覺系統(tǒng)為單目視覺系統(tǒng)，絕緣片與載具之間存在間隙，而間隙會造成偏差。本文利用現(xiàn)代智能機器人，結(jié)合自動化控制技術(shù)，設(shè)計一款應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場安全、高效的高精度自動化機床上下料的擁有兩個相機的機臺。

1.物料及物料盤描述

因為本文主要針對的是絕緣片這塊，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)用各種品牌的機械手都是屬于電力傳動機器人。

因為EPSON機械手ls6額定載荷為2kg，最大載荷為6kg符合物料標(biāo)準(zhǔn)，且此款機械手活動范圍為水平距離達到600mm，Z軸能達到200mm范圍，也能夠吸附物料且滿足條件，所以此款機器人用于機臺本文運用的EPSON機械手，根據(jù)工作原理，末端操作器可分為手指式和吸附式，因為絕緣片重量為20g，重量較輕因此末端操作器采用的是吸附式。

2.工業(yè)機器人介紹

工業(yè)機器人是面向工程領(lǐng)域的機械設(shè)備，受人類指揮，現(xiàn)代的工業(yè)機器人廣泛應(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)生負壓來吸持工件，此種形式因為結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、價格比較低廉。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，是運用比較多的手部形式，其中包括了手指、傳動機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)組成，驅(qū)動機構(gòu)主要采取運用氣缸來驅(qū)動手指的開合

2.2吸盤形狀的選擇

針對本次搬運的物料絕緣片，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

3.1整體工作原理

3.2料盤升降機構(gòu)

升降機構(gòu)可以實現(xiàn)整個取料位料盤的上下升降，對其設(shè)計要求如下：

（1）運行平穩(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遭到損壞，因此升降機構(gòu)需要平穩(wěn)運行。

（2）定位精度。對于料盤及物料必須要到達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，要求升降機構(gòu)具有好的柔性。

按照以上要求，有液壓缸形式、變頻電機形式和伺服電機形式三種形式。

3.3電機的選擇

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

3.4添加同步帶輪

（1）提高電機轉(zhuǎn)速

（2）過載（速度過快時需要吸收沖擊載荷），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。

搬運機械手的控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、PLC控制器、位置檢測單元以及驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)組成。

4.通信方式

可靠性、實時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)的擴展性能差。3、廠用電回路需要配置單獨的電能表，但又不能實現(xiàn)自動抄表功能。4、無法完成事故追憶、保護定值管理、錄波分析、操作票、防誤閉鎖等較為復(fù)雜的電氣維護和管理工作，電氣系統(tǒng)的整體自動化水平較低。5、在倒送廠用電時，由于DCS一般尚未投運，高壓啟/備變、高/低壓廠用電源的遠方操作無法實現(xiàn)。6、廠用電系統(tǒng)已經(jīng)采用微機化的綜合保護測控裝置（簡稱綜保裝置），面向間隔設(shè)計，集保護、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、電量和保護動作信號等大量DCS需要的信息，其精度和實時性完全滿足技術(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。所以通過工業(yè)以太網(wǎng)來對其通信，因為其成本較低且能滿足功能，通過交換機為媒介，把ROBOT控制器、觸摸屏、PLC及工控機用以太網(wǎng)通信連接起來。

5.結(jié)語

本文通過對自動上下料機臺進行設(shè)計，提高了上下料的速度，通過該機臺對日后類似絕緣片的物料的生產(chǎn)起著十分重大的作用。

參考文獻：

[1]鐘華，楊旭卓.夾片機床自動上下料機構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（08）：3-4.

[2]甘愛芬.機床上下料的自動化改造[J].機電工程技術(shù)，2018，47（07）：87-89.

[3]李占.一種針閥體自動上下料系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2018，37（06）：16-20.

[4]范嘉，管菁.夾片機床自動上下料機的設(shè)計與應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（06）：7-8.