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基於搬運機器人的（de）模（mó）具輸（shū）送係統設計與實現

2017-7-24 來源（yuán）：北京機械工業自動化研究所作者：鄭洪強，王海濤（tāo），員俊峰，宋鑫

摘要：本機器人輸送係統可完成對高溫絕緣端子（zǐ）模（mó）具與工件的自動化輸送與定位，設（shè）計安（ān）裝一套機器人（rén）快換手爪裝置，實現對不（bú）同工件（jiàn）和（hé）模具的抓取任務。能（néng）減少人工勞（láo）動強度，保障工人安全並提高生（shēng）產效率。

關鍵詞：輸送鏈；快換手爪；機器人；控製係統

0.引言

高溫模具輸送係統是我所依據某企業客戶高壓絕緣端子生產和輸送的需求，針（zhēn）對高溫模（mó）具與（yǔ）高溫工件研發設計的一套機器（qì）人搬運與（yǔ）定位係統.係統（tǒng）由兩條（tiáo）輸送鏈,一台搬運機器人（rén），兩套快換（huàn）手爪，一套掃碼裝置及周邊安全防護係統組成。采用掃碼識別（bié）不同模具，變頻器和伺服電機組合定位。係（xì）統操作方便、定位準確（què）、便（biàn）於線體擴展和增加模具種類。從（cóng）技術和工藝上完成了高溫模具和工件的運（yùn）輸要求。

1.係（xì）統構成

該係統將變頻輸送、伺服定（dìng）位與機器人搬（bān）運相結合，將高溫模具與工件按照生產要求進行定向混合輸送。模具輸送如（rú）圖1所示。

圖1 模具（jù）位置

係統由（yóu）進（jìn）料輸送鏈、出（chū）料輸送鏈、機器人搬運係統和（hé）周邊防護組成。進料鏈用於向（xiàng）分模工位輸送含工件的模具（jù），進（jìn）料口設置條形碼讀寫係統，讀取模具信（xìn）息以保證不同大小的模具可隨機輸送。模具抓取位置加定（dìng）位氣缸配合機器人定位抓取。

搬運機器人由機器人本體、手爪快換裝置和兩套手爪組成。根據抓取工件（jiàn）或模具的（de）不同信號（hào），機器人快換裝置更換不同的手（shǒu）爪進行抓取。模（mó）具（jù）手爪采用定位（wèi）氣缸抓取（qǔ），工件（jiàn）手爪采用伺服電機對工件進行高度定位，通過快換裝置保證兩手爪信號的準確和穩定。本裝置減少了機器人使用數量，解決了一台機器人無法抓取異類產品的難題，降低了工業投入成本，從技術上保證了搬運的質量和效率。

出（chū）料輸送鏈采用工件和（hé）模（mó）具交替輸送，機器人自動識別放置工位分別放置高（gāo）溫工件或模具。同時，係統在出料口設置安全聯鎖（suǒ），用於（yú）保證係統的安全運行，係統布置圖如圖2所示。

圖2 係統布置圖

2.控製流程

本係統采用西（xī）門子315-2DP的PLC控製器和9寸（cùn）觸摸屏，加（jiā）配對應的輸入輸出模塊進行信號的采集和控製，在（zài）PROFIBUS總線連接遠程分站與脈衝（chōng）輸出模塊（kuài），控製伺服電機行走（zǒu）位置。同時通過DP總線與機器人進行數據交互與信號聯鎖（suǒ）。進出料輸（shū）送鏈采用變頻電機加齒輪控製，變頻電機加配編碼器對（duì）西門子（zǐ）MM440變頻器進行位置信息反饋。從而精確對輸送鏈進行啟停（tíng）控製，同時加（jiā）配定位氣缸（gāng）完成準（zhǔn）確定位。係統I/O原理圖如圖3所示。

在進料口放置模具，通過掃碼槍掃描對應模具的條形碼，係統（tǒng）通過以太網將模具（jù）信息傳遞到PLC控（kòng）製器內部，信息讀取成功後，進料鏈自動前行一個工位，進料口工位可（kě）繼續進行上件掃（sǎo）碼流（liú）程。所有進料（liào）鏈（liàn）模具建立隊列，先進先出（chū），同時在觸摸屏設置隊列模具信息更改端口（kǒu），通過調用模具（jù）位（wèi）置號可更改對（duì）應工位的模具信（xìn）息。部分隊列寫入程序如下：

當模具輸送到進料鏈機（jī）器人抓取位後，進料鏈抓取位傳感器檢測（cè）到模具，定位氣缸伸出配合（hé）進料鏈電機完成（chéng）模具定（dìng）位。同時，電機編碼（mǎ）器將（jiāng）位（wèi）置信息反（fǎn）饋（kuì）給變頻器，通過變頻閉環控製實現精準的模具定位。此時，進料（liào）口模具（jù）進入等待狀態，待機（jī）器（qì）人抓取完成後進料（liào）鏈自動（dòng）移動。

當模具（jù）定位完成後，通知機器人開（kāi）始抓取動作。機器人自（zì）動更換模具手爪，對模具采用氣缸固定的（de）方式行抓（zhuā）取。對於不同（tóng）類型的模具，每個模具的尺寸和外形都可（kě）能不同，因此需要機器人調用不同的抓取程序進行抓取（qǔ）任務（wù），抓取動作開始前，PLC將條（tiáo）形（xíng）碼信息轉換成對應模具信息交互給機器人，機器（qì）人調用不同的抓取程序將模具（jù）抓至分模（mó）工位。

模（mó）具和工件在分模工位（wèi）分（fèn）離完成後，首先請求機器人抓取工件至下料鏈，機器人通過手（shǒu）爪快換裝置自動更換工件（jiàn）手爪，工件手爪采用伺服電機進行（háng）位置控製，對應不同工件直徑調用不同的位置信息（xī），伺服電機驅動手爪伸出收回實現抓緊與放開工件。機器人調用不同的抓取程序完成對（duì）不同類型工件的抓取任務。機器人動作同時與（yǔ）PLC進行信號交（jiāo）互，控製出料鏈識別工件放置位與模具放置位。通過變頻電機驅動出（chū）料鏈行走至工件放置位，機器人接收到出料鏈允許（xǔ）放置的信號後將工（gōng）件（jiàn）放至下料鏈，程序任務完成（chéng）後向PLC發出下料鏈移動信號將工件運輸至下料口。工件手爪放（fàng）置工件如圖4所示。

3.安全預警及故障處理

本高溫模具工件輸送係統具有完（wán）善的安（ān）全預警（jǐng）機製與故障處理方案。因為（wéi）模具重量大（dà）、溫度高，因此在係（xì）統使用過程中必須保證工（gōng）人的作業安全，當係統出現故（gù）障後，在人機交互界麵能及時顯示並處理故障。進料

圖3 係統IO原理圖

采用有限（xiàn）元（yuán）分析方法對結構應力及變形位（wèi）移進行分析，從（cóng）計算結果中發現杠杆與試樣直接（jiē）接觸存在的問題，並通過應變片測（cè）試對比驗證了計算（suàn）結果（guǒ）的準確性。本文針對杠杆加載得（dé）到的主要（yào）結論有：加載杠杆直接作用於試樣的連接形式最為簡便，但杠杆加載（zǎi）時的微小轉角會導致（zhì）承力支點偏移，該承力（lì）支點偏移導致兩（liǎng）個結果，一方麵試（shì）樣上應力分布不對稱，應力集中在試樣一側，另一方麵杠杆加載比例發生變化（huà），載荷放大倍數降低（dī）。

球形鉸連接能夠（gòu）保證杠杆（gǎn）在施加載荷過程中，承力支點（diǎn）位（wèi）置保持不變，使得杠杆放大倍數保持恒定，有限（xiàn）元分析計算結果顯示，該連接方式能夠滿（mǎn）足本文提出的設計要求。

本文研究（jiū）揭示（shì）了杠杆加載連接設計中容易存在的問題，並給出了解決辦法（fǎ），為杠杆加載的（de）深入研究提供參考及（jí）數（shù）據理論支持（chí）。

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