很多企業(yè)年每天要加工的氣動(dòng)元件,、家電零件、各種車輛零部件,、儀器儀表,、零件標(biāo)準(zhǔn)件和日用品等數(shù)以百萬(wàn)計(jì),。對(duì)有些零件要完成機(jī)械加工，如：車，銑削,，磨削,，鉆孔和檢驗(yàn)等，對(duì)有些零部件要完成檢驗(yàn)和裝配,，對(duì)有些零部件要完成表面處理和分類等,，對(duì)有些零部件要完成包裝和貼標(biāo)等，這些令部件幾乎涉及到人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)的方方面面,。為了滿足人們上面的需求,，德國(guó)百格拉公司20多年來(lái)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了一系列標(biāo)準(zhǔn)化的大批量小零件的自動(dòng)供料系統(tǒng)、自動(dòng)碼垛系統(tǒng),、自動(dòng)供料和下料系統(tǒng)等,。沈陽(yáng)萊茵機(jī)電有限公司有20多家具體的應(yīng)用案例和圖紙，詳情請(qǐng)與李剛經(jīng)理聯(lián)系（[email protected]）,。我公司根據(jù)一機(jī)床用戶加工活塞的要求設(shè)計(jì)了全自動(dòng)供料及全自動(dòng)給機(jī)床上料和下料直角坐標(biāo)機(jī)器人系統(tǒng),。這個(gè)系統(tǒng)雖然是針對(duì)活塞設(shè)計(jì)的，但它是一通用系統(tǒng),，可以用到很多相關(guān)產(chǎn)品的上料,，下料和碼垛工作。我們參照德國(guó)百格拉公司的圖紙來(lái)設(shè)計(jì),，利用百格拉公司的直線運(yùn)動(dòng)單元為主要運(yùn)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)了整套系統(tǒng),，目前系統(tǒng)運(yùn)行正常平穩(wěn)，用戶比較滿意,。

一 基本方案
1 基本要求：
1） 進(jìn)料和出料用人工推車,，
2） 每個(gè)車上放置12個(gè)拖盤(pán)，
3） 每個(gè)拖盤(pán)放置15個(gè)鋁活塞,，
4） 每個(gè)活塞重350克,，
5） 如果僅僅碼垛要每8秒搬運(yùn)完一個(gè)活塞,，
6） 拖盤(pán)交換時(shí)間不長(zhǎng)于7秒,，
7） 可以完成車床的上料和下料工作。

圖1：碼垛機(jī)器人原理圖和活塞照片
2 供料機(jī)器人方案
我們?cè)O(shè)計(jì)了圖1所示的方案,。整個(gè)系統(tǒng)主要由一個(gè)拖盤(pán)上下運(yùn)動(dòng)部分,，水平運(yùn)動(dòng)軸和二維XZ搬運(yùn)機(jī)器人，下面分別加以簡(jiǎn)介：

帶動(dòng)拖盤(pán)上下運(yùn)動(dòng)部分采用兩根PAS44BB直線運(yùn)動(dòng)單元,，兩根PAS44BB直線運(yùn)動(dòng)單元各帶兩個(gè)滑塊,，通過(guò)鋁板和角鐵等做成可以升降的滑道平臺(tái)。兩根PAS44BB直線運(yùn)動(dòng)單元通過(guò)一個(gè)軸聯(lián)動(dòng),，由伺服電機(jī)配減速機(jī)驅(qū)動(dòng),，可以任意升降及精確停止。

水平推動(dòng)軸由兩根PAS42BB直線運(yùn)動(dòng)單元組成，兩根直線運(yùn)動(dòng)單元各帶兩個(gè)滑塊,，通過(guò)鋁板和角鐵等做成水平移動(dòng)平臺(tái),。兩根直線運(yùn)動(dòng)單元通過(guò)一個(gè)軸聯(lián)動(dòng)，由伺服電機(jī)配減速機(jī)驅(qū)動(dòng),，可以任意運(yùn)動(dòng)及精確停止,。

搬運(yùn)機(jī)器人我們采用圖2所示的二維XZ機(jī)器人。其中水平運(yùn)動(dòng)軸采用兩根PAS42BB,，上下運(yùn)動(dòng)軸是LM-A42BB,。X軸的有效行程是1800mm, Z軸有效行程是400mm。這種雙X軸機(jī)構(gòu)能保證以90米/分鐘的高速運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)行平穩(wěn),，震動(dòng)小,，噪聲低。

圖2：XZ二維上下料機(jī)器人
二 驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制系統(tǒng)的選擇
1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速機(jī)的選擇
首先根據(jù)機(jī)床的加工時(shí)間來(lái)確定整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的工作節(jié)拍,，再依此設(shè)計(jì)出每個(gè)軸的最高運(yùn)行速度,，最大加速度和最高減速度值等每個(gè)軸詳細(xì)的運(yùn)動(dòng)軌跡。所設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)軌跡和節(jié)拍要比實(shí)際需要的快些,，這樣就能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地工作,。在選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，首先要考慮負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比,。大量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)證明當(dāng)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí),，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要小于10；而用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí),，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要小于8,。如果轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比超過(guò)這個(gè)經(jīng)驗(yàn)值就要給驅(qū)動(dòng)電機(jī)配行星減速機(jī)來(lái)降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比。只有當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比足夠小時(shí)才能保證運(yùn)動(dòng)軸有高速高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng),。其次要考慮驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大出力與按規(guī)劃的軌跡（最高速度,，加速度和減速度）運(yùn)動(dòng)所需出力的關(guān)系。通常情況下驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大出力至少是所需出力的一倍以上,。還有要考慮伺服電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速要低于2800轉(zhuǎn)/分,。

基于上面的考慮我們選擇的電機(jī)如下：
升降運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用4Nm交流伺服電機(jī)配德國(guó)Neugart行星減速機(jī)PLE80-40。水平運(yùn)動(dòng)軸選用400W交流伺服電機(jī)配Neugart行星減速機(jī)PLE60-8,。而XZ機(jī)器人的Z軸我們選擇帶抱閘400W交流伺服電機(jī)配Neugart行星減速機(jī)PLE60-8,，X軸我們選擇帶抱閘750W交流伺服電機(jī)配Neugart行星減速機(jī)PLE60-8。

2 手爪和控制系統(tǒng)選擇
手爪選擇日本SMC的氣動(dòng)手爪,。

這里選用德國(guó)Engelhardt公司F44四軸通用數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)。它自帶64路I/O口,，完成限位控制,。F44系統(tǒng)還通過(guò)I/O口與車床的開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)信號(hào),，啟動(dòng)信號(hào)，主軸停止信號(hào)等通訊,，同步有序工作,。

三 工作流程
1 人工把裝滿待加工活塞的手推車推動(dòng)升降平臺(tái)處，保證前后和左右位置誤差滿足要求,，
2 升降平臺(tái)把整摞拖盤(pán)升高,，使要處理的一拖盤(pán)處于水平運(yùn)動(dòng)軸同一水平面上，
3水平運(yùn)動(dòng)軸取來(lái)一拖盤(pán)及每次運(yùn)動(dòng)一個(gè)活塞直徑的1.2倍的位置,，
4 XZ二維機(jī)器人每次取走一個(gè)活塞,，放到交換臺(tái)上，取回加工完的另一活塞及放回拖盤(pán)里,，
5 如果一個(gè)托盤(pán)被全部處理完,，要把該拖盤(pán)送回升降平臺(tái)上，升降平臺(tái)再升高及取下另一托盤(pán)
6 如果全部托盤(pán)處理完就報(bào)警,，通知人工取走該車,，及推入另一車活塞。

四 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論
按照前面的方案我們制造及安裝調(diào)式了整套機(jī)器人供料系統(tǒng),。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn),，可靠，速度等指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求,，用戶比較滿意,。目前我們僅把它作為供料機(jī)構(gòu)，但經(jīng)小的改動(dòng)就可以在活塞生產(chǎn)中用來(lái)給活塞數(shù)控車上料和下料,，還可以用來(lái)給活塞裝配鋼環(huán),。實(shí)踐證明這類機(jī)器人系統(tǒng)幾乎可以在工業(yè)生產(chǎn)中的各行各業(yè)被大量廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)改動(dòng)和更換ＸＺ機(jī)器人和手爪就可以用來(lái)給加個(gè)中心上料和下料,，還可以代替人來(lái)完成對(duì)藥品和很多日常用品進(jìn)行檢驗(yàn),，裝包裝等大量繁瑣的工作。由直角坐標(biāo)機(jī)器人組成的大批量供料,，上料和碼垛機(jī)器人不僅應(yīng)用非常廣泛,，還比其它的機(jī)器人成本低，而且效率更高,，必將被在更多的行業(yè)被更廣泛的應(yīng)用,。