自动上下料机设计与研究

摘要：近年来，随着我国自动化水平的提高，关于绝缘片的装配的自动化设备也越来越多，过去机台是通过PLC控制气缸上下移动及通过气动装置驱动平行抓手伸缩来对物料进行抓取，而本文设计研究了一种基于机械手上下料及PLC控制的人机界面的机台的设计，主要研究根据绝缘片的质量及外形对工业机器人手部结构进行选择及品牌型号及通过上下料工作范围对机器人品牌型号进行选择，针对特定的绝缘片上下料的要求对机台的机械结构进行设计及分析，对其工作原理进行描述，关于绝缘片上下料及装配机台整个控制系统设计，其中PLC与机械手及上位机通讯设计及I/O分配及电气接线原理图等。

关键词：PLC；机械手；上下料

随着制造业的不断发展与进步，数控加工的工件的高精度、结构复杂性、工序集中性、高自动化和高效率等特征促使数控机床不断发展。工件的工时定额降低，工件上下料更加频繁，必须保证工件上下料的定位精度和速度。近年来机器人技术和视觉伺服技術的快速发展为数控加工采用工业机器人上下料提供了契机，视觉测量能实时完成对工件自动、准确和快速定位；运用视觉伺服技术，使工业机器人在视觉引导下完成对工件的自动、精确抓取，在运动指令控制下能更好的解决自动上下料的问题。但现有大多数机器视觉系统为单目视觉系统，绝缘片与载具之间存在间隙，而间隙会造成偏差。本文利用现代智能机器人，结合自动化控制技术，设计一款应用于生产现场安全、高效的高精度自动化机床上下料的拥有两个相机的机台。

1.物料及物料盘描述

因为本文主要针对的是绝缘片这块，物料体重太轻且绝缘片吸力位置就在图中红线上本文选择应用各种品牌的机械手都是属于电力传动机器人。

因为EPSON机械手ls6额定载荷为2kg，最大载荷为6kg符合物料标准，且此款机械手活动范围为水平距离达到600mm，Z轴能达到200mm范围，也能够吸附物料且满足条件，所以此款机器人用于机台本文运用的EPSON机械手，根据工作原理，末端操作器可分为手指式和吸附式，因为绝缘片重量为20g，重量较轻因此末端操作器采用的是吸附式。

2.工业机器人介绍

工业机器人是面向工程领域的机械设备，受人类指挥，现代的工业机器人广泛应用于汽车制造、航空航天、微电子装配、现代物流等领域，成为提高效率的重要工具。

2.1手部结构的种类

（1）吸盘式

吸盘式又分为电磁式和真空式吸盘。电磁式吸盘适用于工件具有导磁性的场合，但是在工件上会存在剩磁的现象，真空式吸盘是通过吸盘内部产生负压来吸持工件，此种形式因为结构简单、稳定性好、价格比较低廉。因此，得到广泛的使用，但是必须保证工件表面必须平整。所以用于板材、玻璃制品等平板工件的抓取。

（2）手爪式

手爪式手部结构和人手类似，是运用比较多的手部形式，其中包括了手指、传动机构、驱动机构组成，驱动机构主要采取运用气缸来驱动手指的开合

2.2吸盘形状的选择

针对本次搬运的物料绝缘片，质量较小，比较工作环境，选择扁平吸盘。

3.结构设计

3.1整体工作原理

3.2料盘升降机构

升降机构可以实现整个取料位料盘的上下升降，对其设计要求如下：

（1）运行平稳性要求。如果升降过程中伴有剧烈冲击对料盘及物料都会遭到损坏，因此升降机构需要平稳运行。

（2）定位精度。对于料盘及物料必须要到达一定高度就需要停止，这样确保其在上料位，这就要求升降机构的定位要精确。

（3）高柔性。在升降过程中需要升降到一定高度就停止，要求升降机构具有好的柔性。

按照以上要求，有液压缸形式、变频电机形式和伺服电机形式三种形式。

3.3电机的选择

精度要求方面伺服电机其精度更高，设计转速需要避开步进电机扭矩小的范围，且步进电机不允许过载，根据以上要求显然本次机台选择伺服电机更优，不需要考虑过载问题且精度更高。本机台对精度要求较高因此使用伺服电机是最好的选择。

3.4添加同步带轮

（1）提高电机转速

（2）过载（速度过快时需要吸收冲击载荷），虽然联轴器也具有吸收载荷冲击的能力，但其吸收载荷冲击的能力有限。

搬运机械手的控制系统主要由触摸屏、PLC控制器、位置检测单元以及驱动执行机构组成。

4.通信方式

可靠性、实时性和确定性要求很高的电气联锁与控制，仍然保留了硬接线方式。硬接线存在问题1、DCS需要配置大量的变送器、I/O卡件、机柜和连接电缆，施工复杂，成本高。2、接人DCS的信息数量十分有限，系统的扩展性能差。3、厂用电回路需要配置单独的电能表，但又不能实现自动抄表功能。4、无法完成事故追忆、保护定值管理、录波分析、操作票、防误闭锁等较为复杂的电气维护和管理工作，电气系统的整体自动化水平较低。5、在倒送厂用电时，由于DCS一般尚未投运，高压启/备变、高/低压厂用电源的远方操作无法实现。6、厂用电系统已经采用微机化的综合保护测控装置（简称综保装置），面向间隔设计，集保护、测控和通信功能于一体，可以通过网络接口传输电压、电流、功率、电量和保护动作信号等大量DCS需要的信息，其精度和实时性完全满足技术要求，硬接线方式客观上造成了硬件的重复配置和资源浪费。所以通过工业以太网来对其通信，因为其成本较低且能满足功能，通过交换机为媒介，把ROBOT控制器、触摸屏、PLC及工控机用以太网通信连接起来。

5.结语

本文通过对自动上下料机台进行设计，提高了上下料的速度，通过该机台对日后类似绝缘片的物料的生产起着十分重大的作用。

参考文献：

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