歐棟生

摘? 要：隨著機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人與可編程控制器之間的信號(hào)設(shè)置與傳輸，對(duì)生產(chǎn)線正常運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。在機(jī)床制造領(lǐng)域，自動(dòng)上下料機(jī)器人發(fā)揮著不可替代的重要作用，自動(dòng)上下料機(jī)器人主要實(shí)現(xiàn)機(jī)床制造過(guò)程的完全自動(dòng)化，系統(tǒng)采用了集成加工技術(shù)，適用于生產(chǎn)線的上下料、工件翻轉(zhuǎn)和工件轉(zhuǎn)工等工序。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;上下料;生產(chǎn)線

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 工業(yè)機(jī)器人

1.1 工業(yè)機(jī)器人的類別

按照工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)的不同，其可以分成很多的類型，通?？梢愿鶕?jù)下面3個(gè)方式來(lái)進(jìn)行分類。1） 根據(jù)工業(yè)機(jī)器人臂部運(yùn)動(dòng)方式的不一樣劃分為圓柱坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)型、直角坐標(biāo)型、并聯(lián)機(jī)器人以及球坐標(biāo)類型機(jī)器人5種。2）根據(jù)工業(yè)機(jī)器人控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)能可以劃分成連續(xù)軌跡型以及點(diǎn)位型。和點(diǎn)位型的數(shù)控機(jī)床類似，點(diǎn)位型工業(yè)機(jī)器人通常用于氣割焊接、正常裝卸運(yùn)輸以及機(jī)床上下料等工作。相對(duì)于點(diǎn)位型工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，連續(xù)軌跡型能夠根據(jù)指定的程序來(lái)進(jìn)行軌跡作業(yè)，例如連續(xù)的涂裝以及焊接等工作。3）根據(jù)工業(yè)機(jī)器人不同的錄入程序形式，又可以分成示教輸入型以及程序輸入型。編程輸入型主要用以太網(wǎng)或RS-232串口把已經(jīng)編好的工作程序輸入進(jìn)機(jī)器人的控制系統(tǒng)中。

1.2 工業(yè)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人無(wú)論是什么用途，通常組成部分分為控制系統(tǒng)、主體以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。1）執(zhí)行系統(tǒng)作為主體主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及基座組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括了手腕、手臂等，還有一些機(jī)器人用于特殊的場(chǎng)景時(shí)還會(huì)增加行走的功能。一般來(lái)說(shuō)，在執(zhí)行器的末端位置是小臂，在基座附近是大臂。很多的工業(yè)機(jī)器人總體運(yùn)動(dòng)自由度在3～6個(gè)，而在腕部的運(yùn)動(dòng)幅度為1～3個(gè)。2）工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)體系由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成，為了將動(dòng)力輸送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)控制執(zhí)行多種動(dòng)作。這個(gè)外部設(shè)備通常是為了機(jī)器人的相關(guān)生產(chǎn)特別制造的。3）機(jī)器人的控制系統(tǒng)部分一般有控制和檢測(cè)2個(gè)作用，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定的程序完成驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相關(guān)動(dòng)作指令，同時(shí)還要檢測(cè)機(jī)構(gòu)運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)是否符合各項(xiàng)驅(qū)動(dòng)的參數(shù)要求，并對(duì)系統(tǒng)做出合理反饋。

2 工業(yè)機(jī)器人上下料結(jié)構(gòu)及工作流程分析

工業(yè)機(jī)器人的上下料操作結(jié)構(gòu)主要由上下料機(jī)器人本身、數(shù)控機(jī)床、PLC控制結(jié)構(gòu)、各類軟件及線路構(gòu)成。

2.1 上下料工業(yè)機(jī)器人組成分析

工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人上下料機(jī)構(gòu)的主要組成部分，主要包括了機(jī)器人本體、控制機(jī)構(gòu)以及末端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在型號(hào)選擇上，上下料機(jī)器人一般要根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，例如現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床的布局規(guī)劃以及所要加工的產(chǎn)品大小和類型規(guī)格。舉例說(shuō)明，當(dāng)加工對(duì)象零件毛坯為圓柱體結(jié)構(gòu)，質(zhì)量小于1 kg且相鄰機(jī)床之間的距離小于1.3 m時(shí)，進(jìn)行機(jī)床上下料操作時(shí)所選擇的機(jī)器人型號(hào)一般為安川MH6機(jī)器人。該類型機(jī)器人主要采取末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方式，氣動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)安裝控制系統(tǒng)的電磁閥，裝夾機(jī)構(gòu)采取機(jī)械式二指單關(guān)節(jié)手爪。

數(shù)控機(jī)床在上下料機(jī)器人中屬于末端的操作機(jī)構(gòu)，零件的加工，加工前后的上下料以及裝夾由機(jī)器人自動(dòng)完成。

機(jī)器人的控制系統(tǒng)就是PLC控制單元，里面安裝有斷路器、PLC電路板、電源結(jié)構(gòu)、繼電器裝置、變壓結(jié)構(gòu)等電器元件。PLC的型號(hào)通常選擇的是歐姆龍公司生產(chǎn)的控制電路單元，主要用來(lái)控制上下料機(jī)器人的開(kāi)始與停止、自動(dòng)運(yùn)行及輸送前進(jìn)等，上下料的輸送機(jī)構(gòu)會(huì)將放置著工件毛坯的托盤(pán)運(yùn)送到上料的位置，機(jī)器人傳送機(jī)構(gòu)再將毛坯運(yùn)送到數(shù)控機(jī)床外，放置在機(jī)床底盤(pán)上，待加工完成后再將零件運(yùn)到零件的托盤(pán)上，機(jī)器人隨后將零件運(yùn)送到下料位置，進(jìn)行組裝和包裝。

2.2 上下料工作流程

工業(yè)機(jī)器人上下料的流程主要是從工件毛坯的運(yùn)送到加工完成的一系列過(guò)程。首先，將工件毛坯放入托盤(pán)當(dāng)中，啟動(dòng)機(jī)器人上下料機(jī)構(gòu)，它就會(huì)將工件毛坯運(yùn)送到零件上料的位置，隨后零件開(kāi)始在機(jī)床上進(jìn)行加工，完成后機(jī)器人會(huì)自動(dòng)操作零件到輸送的產(chǎn)線上，實(shí)現(xiàn)下料操作，同時(shí)將其運(yùn)到裝配的生產(chǎn)線上。其后托盤(pán)空置，再次回到上料的位置裝上工件毛坯。在上下料機(jī)器人運(yùn)作過(guò)程中，托盤(pán)上有光電檢測(cè)傳感器，傳感器在感應(yīng)到托盤(pán)后，電機(jī)就會(huì)直接啟動(dòng)，此時(shí)輸送線就開(kāi)始準(zhǔn)備工作，進(jìn)行零件上料運(yùn)送工作，當(dāng)?shù)竭_(dá)上料位置時(shí)，會(huì)有阻電磁鐵，托盤(pán)的傳感器此時(shí)會(huì)感應(yīng)到托盤(pán)位置，此時(shí)電機(jī)停止，托盤(pán)不再輸送。機(jī)器人此時(shí)進(jìn)行搬運(yùn)并等待加工完成，感應(yīng)到機(jī)床門(mén)打開(kāi)后，機(jī)器人會(huì)將零件運(yùn)出，完成下料操作。機(jī)器人再次回到原來(lái)托盤(pán)位置后，電磁鐵會(huì)自動(dòng)通電，此時(shí)擋鐵回到原來(lái)位置，電機(jī)重新啟動(dòng)工作，下一條上料輸送機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)行，重復(fù)前道運(yùn)動(dòng)，直到全部零件加工完成。

3 自動(dòng)上下料機(jī)器人在曲軸生產(chǎn)線中的運(yùn)用

該案例的曲軸生產(chǎn)線總線長(zhǎng)度為120 m，寬度為18 m，維護(hù)人員為6名，在線設(shè)備為25臺(tái)，是一家專業(yè)生產(chǎn)汽車曲軸的廠家，曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由數(shù)控車床和專用機(jī)床組成，自動(dòng)線上設(shè)備有車床、磨床、滾壓機(jī)、平衡機(jī)、拋光機(jī)、清洗機(jī)和曲軸系列專機(jī)等先進(jìn)設(shè)備對(duì)主軸頸、連桿軸頸進(jìn)行數(shù)控車削、磨削等加工，加上曲軸較重且體積較大，因此需要大量操作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作。這既是一個(gè)自動(dòng)化改造項(xiàng)目，也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性化單元的標(biāo)桿性項(xiàng)目，目的是采用自動(dòng)化的方式節(jié)省人工操作，實(shí)現(xiàn)大批量自動(dòng)化加工，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，在節(jié)省勞務(wù)成本的同時(shí)提高生產(chǎn)效率。

因?yàn)楣ぜ募庸すば蜉^多，數(shù)控設(shè)備品種不同，工件單一，車間場(chǎng)地有限。因此自動(dòng)化改造項(xiàng)目的框架設(shè)計(jì)如下。1）機(jī)器人的選型：采用15套重型雙頭聯(lián)體桁架式機(jī)器人機(jī)械手，并與機(jī)床進(jìn)行聯(lián)動(dòng)安裝。2）送料系統(tǒng)的配置：配備2套帶工裝輸送料道以及在線檢測(cè)工位、翻轉(zhuǎn)工位、角向定位，在線監(jiān)控等。在自動(dòng)上下料操作中，要先將需要運(yùn)輸?shù)牧慵鞣胖迷谕斜P(pán)內(nèi)，桁架機(jī)械手自動(dòng)抓取零件到相應(yīng)位置，但是這樣就需要人工輔助。所以該方案中首先要在振動(dòng)盤(pán)內(nèi)對(duì)零件毛坯進(jìn)行排序，并對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，再設(shè)計(jì)專門(mén)的材料運(yùn)輸通道用機(jī)械手送料。如此一來(lái)就可以在上料前將雜亂無(wú)章的毛坯進(jìn)行分類，其后使用上料裝置將其運(yùn)送到加工的位置，這樣不僅節(jié)約了工件的上料和裝卸時(shí)間，也提高了流程的效率。3）抓手設(shè)計(jì)制造：根據(jù)曲軸零件的形狀、重量，獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合零件外形的氣動(dòng)外夾式的三手指抓手。在該例子中，采用的是重型桁架式機(jī)器人機(jī)械手，這種機(jī)械手最大可以承受3 t的抓取力，手爪的主體結(jié)構(gòu)為鋼制結(jié)構(gòu)的橫梁，導(dǎo)軌則采用矩形的立體結(jié)構(gòu)，采用齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)方式，并針對(duì)性地使用模塊化的設(shè)計(jì)和獨(dú)立控制方式，配備了緊急情況下使用的安全急停裝置，適合于大型設(shè)備和重載的場(chǎng)合使用，采用機(jī)器人替代人工上下料，實(shí)現(xiàn)了大批量自動(dòng)化加工，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和盈利水平，提升了參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的能力。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，機(jī)器人在自動(dòng)上下料的運(yùn)用，可以通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)方式，并對(duì)各種功能進(jìn)行組合，使多臺(tái)機(jī)床聯(lián)動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速上下料和換料，切實(shí)實(shí)現(xiàn)加工制造的一體化及自動(dòng)化，節(jié)省了大量人力操作成本，同時(shí)可以通過(guò)修改加工程序的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多種上下料裝夾的方式，更有利于快速生產(chǎn)，不斷推動(dòng)生產(chǎn)企業(yè)的自動(dòng)化水平的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)薇.機(jī)器人在上下料生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2019（3）：104-107.

[2]余穩(wěn)勝， 羅擴(kuò)龍， 陳月軍.擠壓機(jī)機(jī)器人上下料系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù)， 2017， 13（12）：187-189.

[3]徐永謙，周謙，羅俏.多數(shù)控機(jī)床機(jī)器人上下料系統(tǒng)[J].機(jī)床與液壓， 2015， 43（15）：47-50.