數(shù)控上下料機(jī)械手的研究應(yīng)用及控制系統(tǒng)的組成

　　機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置。隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械手的研究及應(yīng)用也不斷更新?lián)Q代。目前，已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的一個(gè)重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適用于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時(shí)，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變。有利于企業(yè)不斷更新適銷對(duì)路的花色品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。

　　我們研制的三軸數(shù)控上下料機(jī)械手是我國(guó)自行開發(fā)的**個(gè)板材折彎柔性加工單元中的配套設(shè)備，是一種高性能的機(jī)械手。主要完成取料、送料、胚料旋轉(zhuǎn)以及出料等功能。

　　一、機(jī)械手的研究應(yīng)用

　　機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)部分均采用最新研制的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可以精密控制，具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可以保證電動(dòng)機(jī)對(duì)控制信號(hào)的快速響應(yīng)。

　　本機(jī)械手為龍門式結(jié)構(gòu)，由輪式行走小車、升降機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)手臂、真空吸盤抓取裝置、空間支架、氣動(dòng)平衡裝置及電氣控制系統(tǒng)等組成，齒條固定在支架的導(dǎo)軌上。由交流伺服電機(jī)通過齒輪減速箱帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)小車作前后移動(dòng)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，行走距離大，適用于3m以上的行走距離。

　　升降機(jī)構(gòu)由滾珠絲桿、螺母、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、伸降臂及支座等組成，導(dǎo)軌滑座、螺母固定在伸降臂支座上。伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)升降臂的升降運(yùn)動(dòng)。其特點(diǎn)是傳動(dòng)效率高，運(yùn)動(dòng)平衡性好，進(jìn)給精度和重復(fù)定位精度高。

　　回轉(zhuǎn)手臂由諧波減速器、圓錐齒輪、手臂和固定在升降臂上的殼體等組成。由伺服電機(jī)通過減速器帶動(dòng)圓錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，傳動(dòng)比大，輸出扭矩大，傳動(dòng)精度高。

　　噴氣真空吸盤抓取裝置由真空吸盤、吸盤、真空噴嘴、固定支架、緩沖彈簧等組成。其特點(diǎn)是真空噴嘴是以壓縮空氣為動(dòng)力源的真空發(fā)生器。為了能抓取帶孔的工件，每個(gè)吸盤都有配有一個(gè)噴氣式真空發(fā)生器，以便使每個(gè)吸盤都能單獨(dú)工作。在每個(gè)真空吸盤上設(shè)置有緩沖彈簧，當(dāng)吸盤接觸被吸附的鋼板表面時(shí)，給吸盤一定的預(yù)壓力，使其密封性良好；而且也能補(bǔ)償吸附表面的位置高低誤差。

　　氣動(dòng)平衡裝置由兩個(gè)平衡氣缸組成，用來平衡機(jī)械手運(yùn)動(dòng)部分的重量，使上升或下降時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩均衡，以減少伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率。

　　二、機(jī)械手的控制系統(tǒng)

　　1、控制系統(tǒng)組成

　　為了便于組成模塊結(jié)構(gòu)和便于維修、調(diào)試，采用STD總線標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品組成數(shù)控系統(tǒng)。

　　（1）Z80ACPU板：板內(nèi)有內(nèi)存32K，由三片2764EPROM、一片2764RAM組成，用于存放系統(tǒng)管理程序、控制程序和作為暫存單元。CPU板上有一串行口可與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)程序的上、下裝，便于程序調(diào)試和編制。

　　（2）設(shè)有CRT顯示器接口，標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口和打印機(jī)接口。

　　（3）抗干擾板：在STD總線上所有地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)線上都有一個(gè)減少干擾的無源電路，增加母板的抗干擾能力。

　　（4）PIO板：板上有兩片PIO接口芯片，一片帶光電隔離直接與操作面板鍵盤相連，組成用戶鍵盤，另一片PIO全部作輸入，每個(gè)輸入口均有抗干擾電路，用于狀態(tài)開關(guān)信號(hào)的輸入。

　　（5）SIO板：板上有三片SIO，分別與三軸的交流伺服電源相連。完成STD與驅(qū)動(dòng)單元的信息交換。

　　（6）交流伺服單元：三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸采用三相永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)單元采用數(shù)字式交流伺服單元。

　　伺服系統(tǒng)主要功能有：上電復(fù)位、坐標(biāo)系設(shè)定、點(diǎn)動(dòng)、點(diǎn)位、自動(dòng)、直線控制方式，伺服系統(tǒng)參數(shù)讀出及修改，硬、軟極限設(shè)置及報(bào)警，坐標(biāo)值反饋及故障報(bào)警，過流、過壓、失速及超速保護(hù)等。

　　針對(duì)機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)軸控制對(duì)象特性不同，可改變伺服系統(tǒng)參數(shù)和控制規(guī)律PIO調(diào)節(jié)的參數(shù)達(dá)到優(yōu)化的特性。

　　2、系統(tǒng)功能

　　（1）人機(jī)對(duì)話設(shè)定工作方式和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

　　（2）可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)、單步及自動(dòng)三種工作方式。點(diǎn)動(dòng)方式：可分別對(duì)三軸按快、慢兩種速度，實(shí)現(xiàn)正方向和反方向的點(diǎn)動(dòng)。單步方式：按自動(dòng)要求實(shí)現(xiàn)單步操作。自動(dòng)方式：按人機(jī)對(duì)話設(shè)定的三軸運(yùn)動(dòng)工序及聯(lián)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)。

　　（3）設(shè)有清零、復(fù)位、執(zhí)行、暫停等多種功能鍵。

　　（4）實(shí)時(shí)顯示各軸運(yùn)動(dòng)位移和狀態(tài)。

　　（5）控制過程的監(jiān)控及報(bào)警顯示。

　　三、總結(jié)

　　1、該三軸數(shù)控機(jī)械手采用了交流伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)單元，使機(jī)械手運(yùn)行速度快，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)態(tài)性能良好。

　　2、本機(jī)械手可從料架上抓取板材，并將其運(yùn)送到主機(jī)上進(jìn)行加工，它不僅能與數(shù)控磨床配套使用，也可以與數(shù)控車床配套使用，因而有廣泛應(yīng)用的前景。

　　3、采用先進(jìn)多軸多級(jí)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并配有較完善的軟件系統(tǒng)，較好地實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM一體化。