數控上下料機械手的研究應用及控制系統的組成

　　機械手是在自動化生產過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置。隨著自動控制技術的不斷發展，機械手的研究及應用也不斷更新換代。目前，已發展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中的一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統或柔性制造單元，它適用于中、小批量生產，可以節省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。當工件變更時，柔性生產系統很容易改變。有利于企業不斷更新適銷對路的花色品種，提高產品質量，更好地適應市場競爭的需要。

　　我們研制的三軸數控上下料機械手是我國自行開發的**個板材折彎柔性加工單元中的配套設備，是一種高性能的機械手。主要完成取料、送料、胚料旋轉以及出料等功能。

　　一、機械手的研究應用

　　機械手各運動部分均采用最新研制的交流伺服電動機驅動，轉速和轉矩可以精密控制，具有較小的轉動慣量，可以保證電動機對控制信號的快速響應。

　　本機械手為龍門式結構，由輪式行走小車、升降機構、回轉手臂、真空吸盤抓取裝置、空間支架、氣動平衡裝置及電氣控制系統等組成，齒條固定在支架的導軌上。由交流伺服電機通過齒輪減速箱帶動驅動齒輪轉動時，推動小車作前后移動。其特點是結構簡單，行走距離大，適用于3m以上的行走距離。

　　升降機構由滾珠絲桿、螺母、直線滾動導軌、伸降臂及支座等組成，導軌滑座、螺母固定在伸降臂支座上。伺服電機通過聯軸器帶動滾珠絲桿轉動，從而實現升降臂的升降運動。其特點是傳動效率高，運動平衡性好，進給精度和重復定位精度高。

　　回轉手臂由諧波減速器、圓錐齒輪、手臂和固定在升降臂上的殼體等組成。由伺服電機通過減速器帶動圓錐齒輪轉動，從而實現手臂的轉動。其特點是結構簡單、體積小，傳動比大，輸出扭矩大，傳動精度高。

　　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。其特點是真空噴嘴是以壓縮空氣為動力源的真空發生器。為了能抓取帶孔的工件，每個吸盤都有配有一個噴氣式真空發生器，以便使每個吸盤都能單獨工作。在每個真空吸盤上設置有緩沖彈簧，當吸盤接觸被吸附的鋼板表面時，給吸盤一定的預壓力，使其密封性良好；而且也能補償吸附表面的位置高低誤差。

　　氣動平衡裝置由兩個平衡氣缸組成，用來平衡機械手運動部分的重量，使上升或下降時的驅動力矩均衡，以減少伺服電機驅動功率。

　　二、機械手的控制系統

　　1、控制系統組成

　　為了便于組成模塊結構和便于維修、調試，采用STD總線標準產品組成數控系統。

　　（1）Z80ACPU板：板內有內存32K，由三片2764EPROM、一片2764RAM組成，用于存放系統管理程序、控制程序和作為暫存單元。CPU板上有一串行口可與上位機通訊，實現程序的上、下裝，便于程序調試和編制。

　　（2）設有CRT顯示器接口，標準鍵盤接口和打印機接口。

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

　?。?）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，每個輸入口均有抗干擾電路，用于狀態開關信號的輸入。

　　（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與驅動單元的信息交換。

　　（6）交流伺服單元：三個運動軸采用三相永磁同步電機驅動，其驅動單元采用數字式交流伺服單元。

　　伺服系統主要功能有：上電復位、坐標系設定、點動、點位、自動、直線控制方式，伺服系統參數讀出及修改，硬、軟極限設置及報警，坐標值反饋及故障報警，過流、過壓、失速及超速保護等。

　　針對機械手各運動軸控制對象特性不同，可改變伺服系統參數和控制規律PIO調節的參數達到優化的特性。

　　2、系統功能

　?。?）人機對話設定工作方式和運動參數。

　?。?）可實現點動、單步及自動三種工作方式。點動方式：可分別對三軸按快、慢兩種速度，實現正方向和反方向的點動。單步方式：按自動要求實現單步操作。自動方式：按人機對話設定的三軸運動工序及聯動方式運動。

　?。?）設有清零、復位、執行、暫停等多種功能鍵。

　?。?）實時顯示各軸運動位移和狀態。

　　（5）控制過程的監控及報警顯示。

　　三、總結

　　1、該三軸數控機械手采用了交流伺服電機和驅動單元，使機械手運行速度快，運動平穩，動態性能良好。

　　2、本機械手可從料架上抓取板材，并將其運送到主機上進行加工，它不僅能與數控磨床配套使用，也可以與數控車床配套使用，因而有廣泛應用的前景。

　　3、采用先進多軸多級分布式計算機控制系統，并配有較完善的軟件系統，較好地實現了CAD/CAM一體化。