上下料機器人選型及結構設計

楊福剛

摘 要：隨著社會發展，我國自動化水平呈現顯著提高，上下料已不再是以前的人工上下料了，通過機械手上下料十分普遍，本文就是關于機械手的各種分類選型及結構部分設計說明，其中還涉及到絲桿部分中電機的選型及參數設置。

關鍵詞：上下料;機器人;選型;結構

本文就是根據的一個上下料的機臺對于工業機器人運用的一個實際案例，通過機器人吸取物料來達到一個上下料的作用，這種應用在當今世界及其普遍。

1工業機器人分類及選型

1.1工業機器人的分類

1按結構形式分類

直角坐標機器人;圓柱坐標機器人;關節機器人;球坐標機器人

2按系統功能分類

專用機器人以固定程序工作機器人，結構簡單、無獨立控制系統、造價低廉。

通用機器人可完成多種作業，結構復雜，工作范圍大，定位精度高，通用性強示教再現式機器人在示教操作后，能按示教的順序、位置、條件重現示教作業。

智能機器人具有視覺、聽覺、觸覺功能，通過比較和識別，做出決策和規劃，完成預定動作。

3按驅動方式分類

氣壓傳動機器人以壓縮空氣作為動力源，高速輕載;

液壓傳動機器人采用液壓驅動，負載能力強、傳動平穩、結構緊湊、動作靈敏電力傳動機器人交直流伺服電機驅動，結構簡單、響應快、精度高

本文選擇應用各種品牌的機械手都是屬于電力傳動機器人。

1.2機器人選型

首先，最重要的源頭是評估導入的機器人，是用于怎樣的應用場合以及什么樣的制程。如果是應用制程需要在人工旁邊由機器協同完成，對于通常的人機混合的半自動線，特別是需要經常變換工位或移位移線的情況，以及配合新型力矩感應器的場合，協作型機器人應該是一個很好的選項。如果是尋找一個緊湊型的取放料機器人，你可能想選擇一個水平關節型機器人。如果是尋找針對小型物件，快速取放的場合，并聯機器人最適合這樣的需求。本文設計的是一個緊湊型的取放料機器人因此選用平面關節型機器人。機器人配置的軸數直接關聯其自由度。如果是針對一個簡單的直來直去的場合，簡單的4軸機器人就足以應對。但是，如果應用場景在一個狹小的工作空間，且機器人手臂需要很多的扭曲和轉動，6軸或7軸機器人則是最好的選擇。本文上下料動作并不復雜且空間足夠，因此選用4軸機器人就可以。本文主要針對絕緣片這種物料設計出一款機臺，機臺中包括對絕緣片起搬運裝配作用的機械手，PLC與其通信和觸摸屏。

2結構設計

2.1整體工作原理

料盤出料后機械手吸取絕緣片來到下CCD拍照，而流水線這邊流過，頂升氣缸動作，之后上CCD拍照，然后對料進行裝配。

2.2料盤升降機構

升降機構可以實現整個取料位料盤的上下升降，對其設計要求如下：

1運行平穩性要求。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，因此升降機構需要平穩運行。

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。

2.2.1傳送機構選擇

1滾珠絲桿機構2皮帶傳送機構3齒條齒輪機構

升降傳送機構在運行時應具有減震能力、噪聲低且傳動平穩等特性，根據這些要求和其本身的工作特性，應當選擇滾珠絲桿機構，而升降機傳輸系統應當選擇“伺服電機+滾珠絲桿”這種驅動方式能夠保證其定位精度。

滾珠絲桿機構

T=9550*P/n

Tb計算方法相同。

Ta=Fa*BP/2 η=25×5/6.28×0.9=22.11

2.3負載轉動慣量J計算：

滾珠絲桿轉動慣量：

J=（v/2 n）2.（w/g）=（1200/6.28 3000）2=0.004

計算出電機轉動慣量然后求出慣量比

伺服電機選型原則

1連續工作扭矩<伺服電機額定扭矩

2瞬時最大扭矩<伺服電機最大扭矩（加速時）

3負載慣量<3倍電機轉子慣量

4連續工作速度<電機額定轉速

2.3.1伺服電機額定扭矩計算

T=9550P/n=9550×100/3000=318.3

因為連續工作扭矩為132.7小于伺服電機額定扭矩的，滿足條件。

2.3.2步進電機

步進電機是一種將數字脈沖信號轉化為角位移的執行機構。也就是說，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（即步進角、步距角）。您可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的;同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。

2.3.3伺服電機

伺服電機是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。

伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

步進電機與伺服電機的區別：

第一，步進電機和伺服電機的控制方式不同，步進電機是通過控制脈沖的個數控制轉動角度的，一個脈沖對應一個步距角，但是沒有反饋信號，電機不知道具體走到了什么位置，位置精度不夠高。 伺服電機也是通過控制脈沖個數，伺服電機每旋轉一個角度，都會發出對應數量的脈沖，同時驅動器也會接收到反饋回來的信號，和伺服電機接受的脈沖形成比較，這樣系統就會知道發了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，就能夠很精確的控制電機的轉動，從而實現精確的定位，可以達到0.001mm。

第二，過載能力不同步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以皮爾磁交流伺服系統為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額轉矩的3倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在某些工作場合就不能用步進電機工作了。

第三， 速度響應性能不同步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉） 需要200 ～ 400ms。交流伺服系統的加速性能較好，以皮爾磁交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000 r/min。僅需幾ms，可用于要求快速啟停并且位置精度要求較高的控制場臺。

通過上述比較，因為本機臺對精度要求較高，且需要運行盡可能平穩，因此使用伺服電機是最好的選擇。

PLC通過脈沖控制伺服驅動系統進而控制電機，然后電機帶動絲桿使料盤上升。

3 結語

機器人運用很多關于工業機器人運用上下料能夠提升工作效率的。

參考文獻：

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