岳東海

（常州信息職業(yè)技術學院，常州 213164）

0 引言

工業(yè)機械手是近幾十年來發(fā)展起來的高科技自動化設備，機械手是工業(yè)機器人的重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。

所有的電子電路中都會用到半導體二極管，其在電路中起重要的作用。普通二極管的生產中有“封膠→短烤→離模→長考”這樣一段流程，這道工序中“離?！笔菍⑼斜P上經過“短烤”后的二極管半成品，利用特制工具人工轉移到模條上進入“長考”工序。

本系統(tǒng)根據二極管的自身特征和外形，設計能夠靈活準確的抓取二極管的機械手部件。利用高精度三軸線性模組帶動機械手實現(xiàn)精準定位，完成“離模”工序的自動化操作?？刂葡到y(tǒng)由觸摸屏、PLC、伺服系統(tǒng)及步進控制系統(tǒng)構成，機械系統(tǒng)通過INVENTOR軟件造型后，進行運動仿真，確定其機械結構。

1 工作原理及過程

二級管“離模”工序如圖1所示。所謂“離模”是將托盤（3）上的二極管（24行×50列=1200個）搬運到24個模條（1）上。目前國內大部分二極管生產廠家“離?！边@道工序是由人工手持特定工具搬運完成。在轉移搬運過程中要將特制工具上的50只二極管整體對準托架上的排孔，然后下落才能完成二級管的批量轉移。這道工序對工人的手感和熟練程度要求很高，必須經過長時間的工作經驗累積才能達到速度要求。

圖1 二極管“離模”工序簡圖

本系統(tǒng)采用如圖2所示的機械手搬運機構完成“離?！惫ば?，機構本體是固定在三自由度線性模組的Z軸上，機械手搬運機構的工作過程如下：

1）機械手搬運機構中7直線絲杠步進電機正轉通過6拉板帶動5推齒連接和2推齒向上運動，同時機械手搬運機構隨線性模組高速運動到設定位置。

2）線性模組低速帶動搬運機構進入托盤上的二極管陣列，1插齒的齒條進入到二極管陣列下方（陽極引腳）行縫隙中，如圖2所示。

3）機械手搬運機構中7直線絲杠步進電機反轉，2推齒向下運動，推齒齒條進入二極管管陣列上方（陰極引腳）列縫隙中，實現(xiàn)陣列中所有二極管的鎖定。

4）線性模組Z軸帶動搬運機械手向上運行，帶動所有二極管脫離托盤。在通過線性模組X軸和Y軸的配合運行，帶動機構至模條組上方，1插齒末端對準第一個模條排孔，如圖3所示。

5）搬運機械手14步進電機正轉，通過11絲杠、10導軌及9滑塊等構件帶動2推齒向1插齒末端運動，在2推齒橫向縫隙的作用下，二極管陣列整體沿1插齒縱向縫隙路徑向其末端運動。當第一行二極管脫離1插齒末端后，自由下落至第一模條排孔內。模條排孔為錐形孔，且自由下落開始時二極管陽極引腳距離模條排孔距離只有5mm，可保證每行自由下落時二極管可以順利進入模條排孔內。如圖4所示。

6）線性模組帶動搬運機械手移動1個模條寬度的距離（6mm），重復動作（5），完成第2行二極管的搬運，以此類推。

7）完成所有二極管陣列的搬運后，7直線絲杠步進電機正轉抬起復位，14步進電機反轉復位。重復過程（1），進行下次搬運。

圖2 機械手結構圖

圖3 二極管自由下落前

圖4 二極管自由下落后

2 機械手控制系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)利用三軸線性模組驅動機械手本體構件運行，三軸線性模組采用伺服電機驅動。機械手搬運機構本體采用兩臺步進電機驅動如圖2所示，硬件控制系統(tǒng)原理圖，如圖5所示。

圖5 硬件控制系統(tǒng)原理圖

硬件配置列表如表1所示。

表1 系統(tǒng)硬件配置清單

其中，可編程控制器選用三菱FX3U-48MT，該型號PLC內置了3 軸獨立最高100kHz 的定位功能（Y0、Y1、Y2）。并且增加了新的定位指令：帶DOG 搜索的原點回歸（DSZR ），中斷單速定位（DVIT）和表格設定定位（TBL），從而使得定位控制功能更加強大，使用更為方便。定位模塊FX2N-20GM可同時控制2根軸進行直線插補圓弧插補，有絕對位置檢測功能。

本系統(tǒng)線性模組由3臺伺服電機控制，機械手本體由2臺步進電機控制?？删幊炭刂破鱂X3U的高速脈沖端Y0，Y1控制2臺步進電機，Y2控制線性模組Z軸伺服電機。定位模塊FX2N-20GM控制線性模組X、Y軸伺服電機。其中觸摸屏為上位機，PLC及定位模塊為下位機，觸摸屏實現(xiàn)系統(tǒng)參數的輸入、系統(tǒng)運行監(jiān)控及生產情況統(tǒng)計。系統(tǒng)運行指令由上位機觸摸屏發(fā)出，并同時監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況，實時顯示搬運完成二極管陣列的數量。每日搬運結束后自動生成報表，并可隨時打印輸出形成文檔供企業(yè)管理者查閱。若系統(tǒng)工作過程中出現(xiàn)以外情況停止運行，觸摸屏會顯示相應的報價信息。

3 結束語

本系統(tǒng)能夠實現(xiàn)二極管生產線上批量搬運二極管到下道工序，即完成“離?！惫ば虻淖詣踊徇\。通過觸摸屏實現(xiàn)運動參數設定并實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況。同時記錄生產量，并生成生產報表，使企業(yè)管理者可以隨時了解企業(yè)的生產狀況。實踐證明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，重復定位精度高，抓取搬運過程速度快，已成功應用于二極管生產企業(yè)。此外，本系統(tǒng)的應用可擴展到與二極管外形結構相似的其他電子元件生產工序中，使得本系統(tǒng)的應用范圍更加廣泛，市場前進廣闊。

[1] 巫莉.電氣控制與PLC應用[M].北京:中國電力出版社2008.

[2] 王月芹.基于PLC機械手控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].機電產品開發(fā)與創(chuàng)新,2011.05.

[3] 薛永風,等.基于FX2N-20GM的雙軸步進控制系統(tǒng)設計[J].組合機床與自動化加工技術,2011,09.

[4] 三菱FX2N-10GM-20GM編程手冊[Z].