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 工业机器人

工作站控制柜:

工作站控制柜的设计融入了多行业的技术经验和采用了世界先进的电气技术,其性能指标居国内领先水平。系统设计均采用成熟的技术,元器件采用高可靠性的知名品牌,并经过严格的进货检验,因此,工作站控制系统具有极高的可靠性。

控制柜主要功能:

· 工件程序号显示及选择

· 工作台、机器人、输胶系统协调与互锁

· 工作台工作状态选择

· 具有故障报警、急停功能

· 计数功能

工业机器人的特点如下:

(1)可编程化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程。
(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分,在控制上有电脑。此外,智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”,如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。

(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外,一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如,更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构,包括臂部、腕部和手部,有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3~6个运动自由度,其中腕部通常有1~3个运动自由度;驱动系统包括动力装置和传动机构,用以使执行机构产生相应的动作;控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号,并进行控制。

工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动;圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作;球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩;关节型的臂部有多个转动关节。

工业机器人按执行机构运动的控制机能,又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行
机构由一点到另一点的准确定位,适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业;连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动,适用于连续焊接和涂装等作业。
工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件,通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。

示教输入型的示教方法有两种:一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒),将指令信号传给驱动系统,使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍;另一种是由操作者直接领动执行机构,按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时,工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时,控制系统从程序存储器中检出相应信息,将指令信号传给驱动机构,使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。

具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人,能在较为复杂的环境下工作;如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能,即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境,并自动完成更为复杂的工作。

机器人及输送线物流自动化系统主要由如下几个部分组成:

(1)自动化输送线:将产品自动输送,并将产品工装板在各装配工位精确定位,装配完成后能使工装板自动循环;设有电机过载保护,驱动链与输送链直接啮合,传递平稳,运行可靠。
(2)机器人系统:通过机器人在特定工位上准确、快速完成部件的装配,能使生产线达到较高的自动化程度;机器人可遵照一定的原则相互调整,满足工艺点的节拍要求;备有与上层管理系统的通信接口。

(3)自动化立体仓储供料系统:自动规划和调度装配原料,并将原料及时向装配生产线输送,同时能够实时对库存原料进行统计和监控。

(4)全线主控制系统:采用基于现场总线—Profibus DP 的控制系统,不仅有极高的实时性,更有极高的可靠性。

(5)条码数据采集系统:使各种产品制造信息具有规范、准确、实时、可追溯的特点,系统采用高档文件服务器和大容量存储设备,快速采集和管理现场的生产数据。

(6)产品自动化测试系统:测试最终产品性能指标,将不合格产品转入返修线。

(7)生产线监控/调度/管理系统:采用管理层、监控层和设备层三级网络对整个生产线进行综合监控、调度、管理,能够接受车间生产计划,自动分配务,完成自动化生产。

 

 注塑机机械手

 

注塑机专用机械手的组成一般由执行系统、驱动系统、控制系统等组成。

执行系统,机械手抓取或释放制品、实现各种操作运动的系统,由臂部、腕部和手部等部件组成。
驱动系统,为执行系统的各部件提供动力的系统,有气动、电动及机械等形式。比较常用的是气动和电动两种形式,气动式速度快、结构简单、成本低、有较高的重复定位精度;电动式速度快、可实现连续控制、定位精度高、但成本较高。

控制系统,通过对驱动系统进行控制,使执行系统按照预定的工作要求进行操作,并对执行系统的动作进行修正的系统,一般包括位置检测装置和程序控制部分,通常采用点位控制和连续轨迹控制两种方式。

设计要点

手部

注塑机专用机械手的手部是用来直接抓取注塑制品的部件。由于注塑制品的形状,大小,重量及表面特征等方面存在着差异,因此注塑机械手的手部有多种形式,一般可分为夹持式和吸附式两种。夹持式手部的主要形式为夹钳式,常用于抓取不易破碎或变形的制品,它对所抓取的制品的形状有较大的适应性。夹持式手部由手指,传动机构和驱动装置组成。
对于夹持式手部,进行设计选用时主要考虑以下几点。
(1) 手部应具有适应的夹紧力和驱动。
(2)手指应具有足够的开关范围。
(3)手指对制品应具有一定的夹持精度。
(4)手部对制品应具有一定的适应能力,且要求手部能耐受注塑制品刚从模腔中取出时的高温及腐蚀性。

驱动系统

注塑用机械手的驱动系统一般可分为气压驱动和电力驱动等两类,也可以根据工作要求采用上述两种类型的组合系统来完成驱动。
在设计选用驱动系统时应注意以下几点。
(1) 根据机械手的负载量来确定驱动系统的类型,一般来说,重负载的可选择电力驱动系统,轻负载的可选择气压驱动系统。
(2) 对于作点位控制的注塑机械手多采用气压驱动系统。
(3) 对于需要采用伺服控制的机械手多采用电力驱动系统。

控制系统

注塑用机械手的所有动作都在控制系统的指挥下完成,尤其是机械手与注塑机的协调工作关系,更是要依赖控制系统来达到。在控制系统的指挥下,机械手按照预定的工作程序完成各个动作,从而将注塑生产出的制品从模具中取出并传送到指定地点或下一个生产工序中,并向模腔中喷洒脱模剂。在设计时,应根据注塑机的性能,机械手的作业条件和要求,制品的形状和重量等来确定控制系统。
一般来说,设计或选用控制系统应遵循以下一些要点。
(1) 应确保机械手有足够的定位精度;
(2) 应注意机械手与注塑机的动作配合协调,确保机械手抓取制品离开模具后,注塑机和机械手能够各自继续进行动作,从而减少时间浪费;
(3) 应注意控制机械手的运行速度,即要使机械手能够满足注塑成型最短周期的要求,有要考虑是否会产生惯性冲击和振动;
(4) 应考虑控制系统的费用与实际工作要求之前的平衡关系。

自由度:通常把传送机构的运动称为传送机构的自由度。人从手指到肩部共有27个自由度。而如将机械手的手臂也制成这样多的自由度,既困难又不必要。从力学的角度分析,物件在空间只有6个自由度。因此为抓取和传送在空间不同位置和方位物件,传送机构也应具有6个自由度。常用的机械手传送机构的自由度还多为少于6个的。一般的专用机械手只有2~4个自由度,而通用机械手则多数为3~6个自由度(这里所说的自由度数目,均不包括手指的抓取动作)。

机械手的每一个自由度是由其操作机的独立驱动关节来实现的。所以在应用中,关节和自由度在表达机械手的运动灵活性方面是意义相通的。又由于关节在实际构造上是由回转或移动的轴来完成的,所以又习惯称之为轴。因此,就有了6自由度、6关节或6轴机械手的命名方法。它们都说明这一机械手的操作有6个独立驱动的关节结构,能在其工作空间中实现抓取物件的任意位置和姿态。

工作步骤

注塑用机械手在抓取制品及喷洒脱模剂时一般采用如下的工作步骤:机械手手臂下降并引发注塑机开模-注塑机顶出注塑制品并向机械手发出。
顶出信号—机械手伸入模腔中抓取制品-机械手向模腔喷洒脱模剂—机械手上升离开模腔—机械手向注塑机发出闭模信号并引发注塑机闭模—。
机械手移动到指定位置处放下制品—机械手回复到原位准备进行下一次动作。
 

4技术参数

注塑用机械手的技术参数确定机械手的规格和工作性能,主要的技术参数有以下几点。
抓重:机械手抓取制品的额定重量或载荷。
手臂的运动参数包括手臂的伸缩,升降,回转等运动速度和范围。
手部的抓取范围及抓取力的大小。
定位精度:位置的设定精度和重复定位精度。
定位方式:点位控制或连续轨迹控制方式。
驱动系统参数:
控制系统参数;
机械手的工作循环时间;
自由度数目和坐标形式等。
 

5发展趋势

由于注塑机专用机械手能够大幅度的提高生产率和降低生产成本,能够稳定和提高注塑产品的质量,避免因人为的操作失误而造成的损失。因此,注塑机机械手在注塑生产中的作用变得越来越重要。目前国内的机械手类型比较简单,且大都用于取件。随着自动化技术的发展,全伺服马达驱动的注塑机械手,可以实现除取件外得其他功能,比如模内贴标、模内镶嵌、装箱、码货等更多功能;或许以后,还有更多的机械手用于上料、混合、自动装卸模具、回收废料等各个工序上,而且将朝着智能化方向发展。

 

 上下料机械手
以下以数控机床上下料机械手来举例:
机械手上下料
1、整体布局:
整体布局可以达到桁架行程最短。取放料集中等优点(图中所示料仓为概念示意图,
不代表实物)。

2、料仓:
我公司在长期的生产中使用的重力上料仓和成品料仓基本符合工厂的实际情况。因此
原则上依然使用这种料仓,尽在必要时对此料仓进行适应新型自动上下料系统的改动。

 数控机床上下料机器人
3、桁架:
  如图所示:导轨机械部分分为三部分,即支柱、水平导轨和垂直导轨。水平导轨长
4000,垂直导轨视机床工作台高度决定,约1500。支柱高2000。具体尺寸以产品为
准。移动速度为120m/s。根据我们多年的经验,水平导轨和垂直导轨基材选用钢材。
不用国产铝型材的原因是铝型材在挤压成型过程中不可避免的有内应力产生,放置一
段时间后会出现扭曲变形。国产铝型材在这种跨度为4米简支梁的结构中,水平导轨
即使不负重中间绕度也达到3mm以上。以上这些变形最终会造成导轨在使用一年以
后直线导轨滑块上的钢珠失效。使用钢梁后可以避免此类事情的发生。

4、手腕:
如图所示:手腕有回转气缸、连接块和气动手指组成。它们组成一个模块安装在垂直
桁架末端。由于工件在第一工位和第二工位之间需要掉头,而掉头装置单独放置,会产
生单独计算的时间。本方案中回转气缸安装在垂直桁架末端,起掉头作用。掉头动作在
垂直桁架从第一工位向第二工位转移过程中完成,不产生单独计算的时间。


5、上料装置:
如图所示:上料装置由“V”形块、无杆气缸、电磁铁(也可以是气手指)组成。
整个装置固定在车床的横溜板上,通过横溜板的移动将工件的轴线与车床的主轴
轴线重叠,工件在无杆气缸的推动下进入气夹头的孔中。由于气夹头的孔在放开
的时候比被夹工件的直径也仅大20丝左右,想通过手腕将工件直接放入夹头的孔
中,要求桁架的重复定位精度很高,这样大量的增加了成本,使用这种方法后,
利用车床的横溜板达到较高的定位精度。节约了成本。


6、机械手控制系统及机床系统的连接:
机床和自动上下料的控制系统各自独立,但工作又相互协作,因此它们中间有一套
相互通行的协议。这就要求车床的CNC部分的底层程序要做出部分修改。已达到配
合协同工作。

上下料机械手使用三只由伺服电机驱动的直线运动单元组合成的三坐标定位机构,
不针对特定服务对象(如机床)和特定作业零件,独立成系统。用户只需进行简
单的连接和编程,即可把上下料机械手同不同的服务对象(如机床)结合在一起
进行协同工作。



以下以机械手夹持工件为例,说明上下料机械手工作过程。
6.1工作步骤:
1)零件加工完成(门已打开),车床给机械手信号。
2)机械手动作到主轴前方,将已加工零件夹住,机械手给车床信号,主轴夹头松开。
机械手取出已加工零件。

3)机械手动作到主轴前方,将未加工工件推入主轴夹头孔内(孔内有挡块),机械
手给车床信号,主轴夹头夹紧。

4)机械手退出车床,机械手给车床信号,门关闭,开始加工。

6.2 机械手与车床交换信号:
机械手接受和发出信号的器件为PLC,与车床信号采用继电器隔离。车床给机械手
的信号用继电器放在车床内部,机械手给车床的信号用继电器放在机械手电气箱内部。

◆机械手给车床的信号:
1).夹住已加工零件,机械手请求主轴松开夹头。(000)
2).工件推入主轴夹头孔内,机械手请求主轴夹头夹紧。(001)
3).机械手退出车床,机械手请求车床开始加工。(010)
◆车床给机械手的信号:
1).零件加工完成,门已打开。(000)
2).主轴夹头已松开。(001)
3). 主轴夹头已夹紧。(010)
◆机械手与车床交换信号列表(从机械手端看):
6.3机械手信号部分:
机械手共使用气缸5只。每只气缸活塞只有两个位置,使用NPN传感器(正逻辑),
及每只气缸有两个位置信号输入点。气缸控制电磁阀为五口两位,控制电压24V,
耗电量3W,接电方式为端子式。

气缸相关信号为正/真(1)时的含义:
6.4机械手程序工作流程如下:
初始化→(工作开始)x轴左移到适当点→上手指合拢→x轴右移到适当点→y轴移
到远端→零件槽顶料器缸收回→z轴移到适当点→等待→得到可以工作信号→y轴移
到适当点→z轴移到适当点→x轴适当左移→暂停0.5秒→下手指合拢→发信号要求气
爪松开→等待→得到气爪松开信号→x轴适当右移→z轴最远端→x轴适当左移→上手
指打开→上手指顶料气缸顶出→暂停0.5秒→发信号要求气爪合拢→等待→得到气爪
合拢信号→x轴适当右移→上手指顶料气缸收回→y轴远端→下手指打开→下手指顶
料气缸顶出→暂停0.5秒→初始化→发出可以工作信号→(工作开始点)……

 



红色字:工作时间占用机床加工时间,此部分时间总和不超过6秒。

绿色字:如需将被加工完零件放在机床壳体外,此部分时间不计入占用机床加工
时间内,及红色字所包含时间可以缩短。


蓝色字:工作时间不占用机床加工时间,及与机床加工时间重合。

机械手上下料

机床机械手

 

联系方式:

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项目中心 : 苏州市平江区临顿路盛泰大厦4楼 邮编:215001 
制造中心 : 苏州工业园区东富路33号慧博工业园5幢 邮编215123 
电  话  :67282617       传 真:67287526
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