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單軸機械手在機床自動上下料中的應(yīng)用
文章來源：曼肯自動化機械 發(fā)表時間：2023-04-15 瀏覽人數(shù)：人
機床的上下料工作，由于重復(fù)性很高，這一領(lǐng)域的技術(shù)人員一直在探索將工業(yè)機械手應(yīng)用于其中，并開發(fā)出很多成熟的解決方案。目前，這一領(lǐng)域常見的機械手為專用機械手和通用機械手，而通用型機械手因為其結(jié)構(gòu)靈活、適應(yīng)性強而逐漸被普遍應(yīng)用。而采用單臂機械手所搭建的機床自動上下料系統(tǒng)具有成本低、安裝靈活、用戶免編程等優(yōu)點。
1、單臂機械手簡介：
單臂機械手，又稱單軸機械人、直角坐標機器人、線性模組單元、電缸等，是集成了線性導(dǎo)軌和滾珠絲杠為機械系統(tǒng)，伺服電機和步進電機為電氣系統(tǒng)的一種應(yīng)用于工業(yè)運動控制的設(shè)備。該設(shè)備以單軸為基本的配置單元， 可組合成1~4軸的運動機構(gòu)，再和可編程的多軸運動控制系統(tǒng)相組合，用于各種涉及多維復(fù)雜運動軌跡應(yīng)用的場合。
在控制系統(tǒng)方面，我們的運動控制器內(nèi)置通用的控制系統(tǒng)軟件，運動軌跡輸入采用觸摸屏進行圖形化示教編程設(shè)計，從而對目標運動軌跡進行免代碼編程，簡單易行。
為確保機械臂對于機床工件的抓取負荷，我們特意對標準產(chǎn)品進行了加強設(shè)計，使之充分適應(yīng)對50公斤工件的抓取負荷能力并在運行過程中無顫動。
單臂機械手示意圖
2、機械臂的選型：
機械臂的選型涉及到對機床上料及下料動作的安排，通常的動作安排為X-Z平面內(nèi)的兩維運動：
（1）上料過程的動作：機械臂沿X軸運動到工件取料位置的上方后停止，然后Z軸向下運動使張開的手爪剛好能抓住工件，閉合手爪抓住工件后，使Z軸再向上運動到指定高度，然后再沿X軸方向運動到工作臺卡盤正上方，然后Z軸向下運動把工件裝入卡盤或工裝內(nèi)。然后卡盤夾緊，Z軸上升到超出機床防護罩上方，X軸再運動到等待位置等待機床完成工件的加工。
（2） 下料過程的動作：完成工件加工后，X軸運動到卡盤的正上方，Z軸向下運動使手爪剛好能抓住工件，然后給氣壓使手爪合并抓住工件，卡盤松開，Z軸向上運動到合適的高度，然后沿X軸方向運動直至Z軸到放料位置，Z軸下降到放料點，張開手爪放料完成后提升Z軸，再轉(zhuǎn)入下一個上料過程。
以上動作安排的路徑需要與機械臂配套的上下料機構(gòu)如料盤、卡盤等的位置在同一條直線上，這樣才能滿足機械臂做X-Z兩維運動的要求。如果實際情況較難滿足，可以為機械臂再增加一個Y軸，這樣機械臂可以就可以進行X-Y-Z三軸三維運動了，靈活度可以大大增強。三軸機械臂可以根據(jù)位置情況安裝成普通三軸或梁式三軸結(jié)構(gòu)。
機械臂示意圖
3、安裝方式：
根據(jù)機床結(jié)構(gòu)的不同，可以采用頂部和側(cè)部安裝兩種方式。如下圖所示：
（1）頂部安裝：
即將機械臂直接固定安裝在機床的頂部上蓋處，為一種簡易的安裝方式，其優(yōu)點是對機床的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)改動較少，安裝簡單，缺點是機床的外觀結(jié)構(gòu)整體性不好，料倉的位置不太好布置。
（2）側(cè)部安裝：
即單獨對機械臂搭建一個工作艙并同時作為料倉，該工作艙和機床內(nèi)部進行連通，機械臂可以在機床和其工作艙之間進行穿梭運動，完成上下料工作。其優(yōu)點是機床的整體性、安全性好，料倉、機械臂的結(jié)構(gòu)緊湊。缺點是造價較高，對機床的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)改動較大。
4、機械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計：
一般工業(yè)機器人手爪，多為雙指手爪，驅(qū)動方式一般為氣動驅(qū)動，這樣使手爪做抓取運動時具有一定的柔順性，這一點對夾持工件是十分需要的。
在此推薦一種連桿杠桿式手爪的設(shè)計，這種手爪設(shè)計是在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力，通常與彈簧聯(lián)合使用，如下圖所示：
5、控制系統(tǒng)簡介：
為客戶提供了完善的機械臂運動控制器和示教器，內(nèi)置控制系統(tǒng)軟件，機械臂的運動軌跡輸入采用觸摸屏進行圖形化示教編程設(shè)計，對目標運動軌跡進行編程， 免代碼。使用戶在規(guī)劃機械臂運動線路時簡單易行，輕松快捷。
在機床上下料的應(yīng)用方面，我們同時可以將機械臂和機床的聯(lián)動操作、其他輔助機構(gòu)的操作動作和信號，如機床啟停、打開/關(guān)閉機床防護窗、上下料觸發(fā)信號等通過I/O聯(lián)動的方式集成在機械臂的運動控制器中，使機床的控制系統(tǒng)和機械臂控制系統(tǒng)實現(xiàn)完美的結(jié)合。
1、單臂機械手簡介：
單臂機械手，又稱單軸機械人、直角坐標機器人、線性模組單元、電缸等，是集成了線性導(dǎo)軌和滾珠絲杠為機械系統(tǒng)，伺服電機和步進電機為電氣系統(tǒng)的一種應(yīng)用于工業(yè)運動控制的設(shè)備。該設(shè)備以單軸為基本的配置單元， 可組合成1~4軸的運動機構(gòu)，再和可編程的多軸運動控制系統(tǒng)相組合，用于各種涉及多維復(fù)雜運動軌跡應(yīng)用的場合。
在控制系統(tǒng)方面，我們的運動控制器內(nèi)置通用的控制系統(tǒng)軟件，運動軌跡輸入采用觸摸屏進行圖形化示教編程設(shè)計，從而對目標運動軌跡進行免代碼編程，簡單易行。
為確保機械臂對于機床工件的抓取負荷，我們特意對標準產(chǎn)品進行了加強設(shè)計，使之充分適應(yīng)對50公斤工件的抓取負荷能力并在運行過程中無顫動。
單臂機械手示意圖
2、機械臂的選型：
機械臂的選型涉及到對機床上料及下料動作的安排，通常的動作安排為X-Z平面內(nèi)的兩維運動：
（1）上料過程的動作：機械臂沿X軸運動到工件取料位置的上方后停止，然后Z軸向下運動使張開的手爪剛好能抓住工件，閉合手爪抓住工件后，使Z軸再向上運動到指定高度，然后再沿X軸方向運動到工作臺卡盤正上方，然后Z軸向下運動把工件裝入卡盤或工裝內(nèi)。然后卡盤夾緊，Z軸上升到超出機床防護罩上方，X軸再運動到等待位置等待機床完成工件的加工。
（2） 下料過程的動作：完成工件加工后，X軸運動到卡盤的正上方，Z軸向下運動使手爪剛好能抓住工件，然后給氣壓使手爪合并抓住工件，卡盤松開，Z軸向上運動到合適的高度，然后沿X軸方向運動直至Z軸到放料位置，Z軸下降到放料點，張開手爪放料完成后提升Z軸，再轉(zhuǎn)入下一個上料過程。
以上動作安排的路徑需要與機械臂配套的上下料機構(gòu)如料盤、卡盤等的位置在同一條直線上，這樣才能滿足機械臂做X-Z兩維運動的要求。如果實際情況較難滿足，可以為機械臂再增加一個Y軸，這樣機械臂可以就可以進行X-Y-Z三軸三維運動了，靈活度可以大大增強。三軸機械臂可以根據(jù)位置情況安裝成普通三軸或梁式三軸結(jié)構(gòu)。
機械臂示意圖
3、安裝方式：
根據(jù)機床結(jié)構(gòu)的不同，可以采用頂部和側(cè)部安裝兩種方式。如下圖所示：
（1）頂部安裝：
即將機械臂直接固定安裝在機床的頂部上蓋處，為一種簡易的安裝方式，其優(yōu)點是對機床的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)改動較少，安裝簡單，缺點是機床的外觀結(jié)構(gòu)整體性不好，料倉的位置不太好布置。
（2）側(cè)部安裝：
即單獨對機械臂搭建一個工作艙并同時作為料倉，該工作艙和機床內(nèi)部進行連通，機械臂可以在機床和其工作艙之間進行穿梭運動，完成上下料工作。其優(yōu)點是機床的整體性、安全性好，料倉、機械臂的結(jié)構(gòu)緊湊。缺點是造價較高，對機床的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)改動較大。
4、機械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計：
一般工業(yè)機器人手爪，多為雙指手爪，驅(qū)動方式一般為氣動驅(qū)動，這樣使手爪做抓取運動時具有一定的柔順性，這一點對夾持工件是十分需要的。
在此推薦一種連桿杠桿式手爪的設(shè)計，這種手爪設(shè)計是在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產(chǎn)生較大的夾緊力，通常與彈簧聯(lián)合使用，如下圖所示：
5、控制系統(tǒng)簡介：
為客戶提供了完善的機械臂運動控制器和示教器，內(nèi)置控制系統(tǒng)軟件，機械臂的運動軌跡輸入采用觸摸屏進行圖形化示教編程設(shè)計，對目標運動軌跡進行編程， 免代碼。使用戶在規(guī)劃機械臂運動線路時簡單易行，輕松快捷。
在機床上下料的應(yīng)用方面，我們同時可以將機械臂和機床的聯(lián)動操作、其他輔助機構(gòu)的操作動作和信號，如機床啟停、打開/關(guān)閉機床防護窗、上下料觸發(fā)信號等通過I/O聯(lián)動的方式集成在機械臂的運動控制器中，使機床的控制系統(tǒng)和機械臂控制系統(tǒng)實現(xiàn)完美的結(jié)合。