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单轴机械手在机床自动上下料中的应用

文章来源:曼肯自动化机械 发表时间:2023-04-15 浏览人数:

机床的上下料工作,由于重复性很高,这一领域的技术人员一直在探索将工业机械手应用于其中,并开发出很多成熟的解决方案。目前,这一领域常见的机械手为专用机械手和通用机械手,而通用型机械手因为其结构灵活、适应性强而逐渐被普遍应用。而采用单臂机械手所搭建的机床自动上下料系统具有成本低、安装灵活、用户免编程等优点。

1、单臂机械手简介:


单臂机械手,又称单轴机械人、直角坐标机器人、线性模组单元、电缸等,是集成了线性导轨和滚珠丝杠为机械系统,伺服电机和步进电机为电气系统的一种应用于工业运动控制的设备。该设备以单轴为基本的配置单元, 可组合成1~4轴的运动机构,再和可编程的多轴运动控制系统相组合,用于各种涉及多维复杂运动轨迹应用的场合。


在控制系统方面,我们的运动控制器内置通用的控制系统软件,运动轨迹输入采用触摸屏进行图形化示教编程设计,从而对目标运动轨迹进行免代码编程,简单易行。


为确保机械臂对于机床工件的抓取负荷,我们特意对标准产品进行了加强设计,使之充分适应对50公斤工件的抓取负荷能力并在运行过程中无颤动。

单臂机械手示意图


2、机械臂的选型:


机械臂的选型涉及到对机床上料及下料动作的安排,通常的动作安排为X-Z平面内的两维运动:

  

(1)上料过程的动作:机械臂沿X轴运动到工件取料位置的上方后停止,然后Z轴向下运动使张开的手爪刚好能抓住工件,闭合手爪抓住工件后,使Z轴再向上运动到指定高度,然后再沿X轴方向运动到工作台卡盘正上方,然后Z轴向下运动把工件装入卡盘或工装内。然后卡盘夹紧,Z轴上升到超出机床防护罩上方,X轴再运动到等待位置等待机床完成工件的加工。


(2) 下料过程的动作:完成工件加工后,X轴运动到卡盘的正上方,Z轴向下运动使手爪刚好能抓住工件,然后给气压使手爪合并抓住工件,卡盘松开,Z轴向上运动到合适的高度,然后沿X轴方向运动直至Z轴到放料位置,Z轴下降到放料点,张开手爪放料完成后提升Z轴,再转入下一个上料过程。


以上动作安排的路径需要与机械臂配套的上下料机构如料盘、卡盘等的位置在同一条直线上,这样才能满足机械臂做X-Z两维运动的要求。如果实际情况较难满足,可以为机械臂再增加一个Y轴,这样机械臂可以就可以进行X-Y-Z三轴三维运动了,灵活度可以大大增强。三轴机械臂可以根据位置情况安装成普通三轴或梁式三轴结构。

机械臂示意图


3、安装方式:


根据机床结构的不同,可以采用顶部和侧部安装两种方式。如下图所示:

(1)顶部安装:


即将机械臂直接固定安装在机床的顶部上盖处,为一种简易的安装方式,其优点是对机床的现有结构改动较少,安装简单,缺点是机床的外观结构整体性不好,料仓的位置不太好布置。


(2)侧部安装:

  即单独对机械臂搭建一个工作舱并同时作为料仓,该工作舱和机床内部进行连通,机械臂可以在机床和其工作舱之间进行穿梭运动,完成上下料工作。其优点是机床的整体性、安全性好,料仓、机械臂的结构紧凑。缺点是造价较高,对机床的现有结构改动较大。


4、机械手末端执行器(手爪)的结构设计:


一般工业机器人手爪,多为双指手爪,驱动方式一般为气动驱动,这样使手爪做抓取运动时具有一定的柔顺性,这一点对夹持工件是十分需要的。


在此推荐一种连杆杠杆式手爪的设计,这种手爪设计是在活塞的推力下,连杆和杠杆使手爪产生夹紧(放松)运动,由于杠杆的力放大作用,这种手爪有可能产生较大的夹紧力,通常与弹簧联合使用,如下图所示:

5、控制系统简介:


为客户提供了完善的机械臂运动控制器和示教器,内置控制系统软件,机械臂的运动轨迹输入采用触摸屏进行图形化示教编程设计,对目标运动轨迹进行编程, 免代码。使用户在规划机械臂运动线路时简单易行,轻松快捷。


在机床上下料的应用方面,我们同时可以将机械臂和机床的联动操作、其他辅助机构的操作动作和信号,如机床启停、打开/关闭机床防护窗、上下料触发信号等通过I/O联动的方式集成在机械臂的运动控制器中,使机床的控制系统和机械臂控制系统实现完美的结合。