單軸機(jī)械手在機(jī)床自動(dòng)上下料中的應(yīng)用

導(dǎo)讀：機(jī)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(jī)械手應(yīng)用于其中，并開(kāi)發(fā)出很多成熟的解決方案。目前，這一領(lǐng)域常見(jiàn)的機(jī)械手為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手，而通用型機(jī)械手因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)而逐漸被普遍應(yīng)用。而采用單臂機(jī)械手所搭建的機(jī)床自動(dòng)上下料系統(tǒng)具有成本低、安裝靈活、用戶免編程等優(yōu)點(diǎn)。下面屹啟振（蘇州）機(jī)械設(shè)備有限公司對(duì)單臂機(jī)械手在機(jī)床上下料中的應(yīng)用進(jìn)行講解。

1、單臂機(jī)械手簡(jiǎn)介：

單臂機(jī)械手，又稱單軸機(jī)械人、直角坐標(biāo)機(jī)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(jī)械系統(tǒng)，伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)為電氣系統(tǒng)的一種應(yīng)用于工業(yè)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，再和可編程的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)相組合，用于各種涉及多維復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)用的場(chǎng)合。

在控制系統(tǒng)方面，我們的運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)置通用的控制系統(tǒng)軟件，運(yùn)動(dòng)軌跡輸入采用觸摸屏進(jìn)行圖形化示教編程設(shè)計(jì)，從而對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行免代碼編程，簡(jiǎn)單易行。

為確保機(jī)械臂對(duì)于機(jī)床工件的抓取負(fù)荷，我們特意對(duì)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品進(jìn)行了加強(qiáng)設(shè)計(jì)，使之充分適應(yīng)對(duì)50公斤工件的抓取負(fù)荷能力并在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)顫動(dòng)。

2、機(jī)械臂的選型：

機(jī)械臂的選型涉及到對(duì)機(jī)床上料及下料動(dòng)作的安排，通常的動(dòng)作安排為X-Z平面內(nèi)的兩維運(yùn)動(dòng)：

（1）上料過(guò)程的動(dòng)作：機(jī)械臂沿X軸運(yùn)動(dòng)到工件取料位置的上方后停止，然后Z軸向下運(yùn)動(dòng)使張開(kāi)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(yùn)動(dòng)到指定高度，然后再沿X軸方向運(yùn)動(dòng)到工作臺(tái)卡盤正上方，然后Z軸向下運(yùn)動(dòng)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(jī)床防護(hù)罩上方，X軸再運(yùn)動(dòng)到等待位置等待機(jī)床完成工件的加工。

（2） 下料過(guò)程的動(dòng)作：完成工件加工后，X軸運(yùn)動(dòng)到卡盤的正上方，Z軸向下運(yùn)動(dòng)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(kāi)，Z軸向上運(yùn)動(dòng)到合適的高度，然后沿X軸方向運(yùn)動(dòng)直至Z軸到放料位置，Z軸下降到放料點(diǎn)，張開(kāi)手爪放料完成后提升Z軸，再轉(zhuǎn)入下一個(gè)上料過(guò)程。

以上動(dòng)作安排的路徑需要與機(jī)械臂配套的上下料機(jī)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(jī)械臂做X-Z兩維運(yùn)動(dòng)的要求。如果實(shí)際情況較難滿足，可以為機(jī)械臂再增加一個(gè)Y軸，這樣機(jī)械臂可以就可以進(jìn)行X-Y-Z三軸三維運(yùn)動(dòng)了，靈活度可以大大增強(qiáng)。三軸機(jī)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)。

3、安裝方式：

根據(jù)機(jī)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(jī)械臂直接固定安裝在機(jī)床的頂部上蓋處，為一種簡(jiǎn)易的安裝方式，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)機(jī)床的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)改動(dòng)較少，安裝簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是機(jī)床的外觀結(jié)構(gòu)整體性不好，料倉(cāng)的位置不太好布置。

（2）側(cè)部安裝：

　　即單獨(dú)對(duì)機(jī)械臂搭建一個(gè)工作艙并同時(shí)作為料倉(cāng)，該工作艙和機(jī)床內(nèi)部進(jìn)行連通，機(jī)械臂可以在機(jī)床和其工作艙之間進(jìn)行穿梭運(yùn)動(dòng)，完成上下料工作。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)床的整體性、安全性好，料倉(cāng)、機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)是造價(jià)較高，對(duì)機(jī)床的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大。

4、機(jī)械手末端執(zhí)行器（手爪）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

一般工業(yè)機(jī)器人手爪，多為雙指手爪，驅(qū)動(dòng)方式一般為氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，這樣使手爪做抓取運(yùn)動(dòng)時(shí)具有一定的柔順性，這一點(diǎn)對(duì)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(jì)，這種手爪設(shè)計(jì)是在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產(chǎn)生夾緊（放松）運(yùn)動(dòng)，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(jiǎn)介：

為客戶提供了完善的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制器和示教器，內(nèi)置控制系統(tǒng)軟件，機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡輸入采用觸摸屏進(jìn)行圖形化示教編程設(shè)計(jì)，對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行編程， 免代碼。使用戶在規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂運(yùn)動(dòng)線路時(shí)簡(jiǎn)單易行，輕松快捷。

在機(jī)床上下料的應(yīng)用方面，我們同時(shí)可以將機(jī)械臂和機(jī)床的聯(lián)動(dòng)操作、其他輔助機(jī)構(gòu)的操作動(dòng)作和信號(hào)，如機(jī)床啟停、打開(kāi)/關(guān)閉機(jī)床防護(hù)窗、上下料觸發(fā)信號(hào)等通過(guò)I/O聯(lián)動(dòng)的方式集成在機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制器中，使機(jī)床的控制系統(tǒng)和機(jī)械臂控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完美的結(jié)合