企業(yè)案例-油缸活塞桿搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、油缸活塞桿搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一、項(xiàng)目名稱(chēng)油缸活塞桿搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案二、系統(tǒng)功能及總體結(jié)構(gòu)依據(jù)油缸活塞桿搬運(yùn)分揀技術(shù)需求，擬采用五自由度龍門(mén)式機(jī)械手系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)滿足如下功能要求：1兩種規(guī)格活塞桿識(shí)別并自動(dòng)搬運(yùn)至不同的料倉(cāng)；2料倉(cāng)中活塞桿分層順序擺放，每層之間由機(jī)械手放置枕木進(jìn)行隔離固定；3機(jī)械手的工作節(jié)拍30S/根，活塞桿直徑：35135mm；活塞桿長(zhǎng)度：3502500mm。圖1 活塞桿搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)平面布局圖活塞桿搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)平面布局如圖1所示，總體結(jié)構(gòu)如圖2所示?；钊麠U原料從切割機(jī)送出，需要用機(jī)械手將其搬運(yùn)到料框里，然后再用叉車(chē)運(yùn)走。由于活塞桿原料切斷之后可能會(huì)有A和B兩種規(guī)格，

2、所以活塞桿需要兩個(gè)不同的堆放區(qū)。進(jìn)行作業(yè)前，對(duì)于不同規(guī)格的料框，需要通過(guò)觸摸屏設(shè)置相應(yīng)規(guī)格參數(shù)，控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算后，調(diào)用不同程序驅(qū)動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行取料作業(yè)。圖2 活塞桿搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)料框輸送到工作區(qū)之后需要經(jīng)行定位。在運(yùn)輸線的前端有一個(gè)前擋板，空料框過(guò)來(lái)時(shí)氣缸伸出，限制空料框的前后位置，然后側(cè)邊有兩個(gè)擋板，一個(gè)固定，一個(gè)由氣缸控制左右位置。工作原理如圖3所示。 圖3 料框定位油缸活塞桿原料經(jīng)切割機(jī)切割，由輸送線傳送至指定位置，由安裝在輸送線的光電開(kāi)關(guān)識(shí)別活塞桿長(zhǎng)度，并發(fā)送給控制系統(tǒng)，由其判斷后，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手分別搬運(yùn)至料倉(cāng)A區(qū)和B區(qū)，料倉(cāng)中活塞桿分層順序擺放，每層擺滿后由人工放置枕木進(jìn)行隔離固

3、定直至整個(gè)料倉(cāng)擺滿活塞桿，然后料倉(cāng)所在輸送線開(kāi)啟并運(yùn)行至指定位置，由叉車(chē)運(yùn)走。三、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能搬運(yùn)機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)如圖4所示：該機(jī)械手有4個(gè)自由度，X軸與Z軸主要用于活塞桿的搬運(yùn)，Y軸的運(yùn)動(dòng)是滿足不同長(zhǎng)度的活塞桿，手爪通過(guò)控制電機(jī)調(diào)節(jié)夾持距離以滿足不同直徑的活塞桿，手爪設(shè)計(jì)為自鎖機(jī)構(gòu)以保證取料的安全性。圖4 搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能1控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)依據(jù)油缸活塞桿分揀技術(shù)需求，為保證控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及穩(wěn)定性，選用PLC為總控制器，對(duì)X軸、Z軸以及旋轉(zhuǎn)軸伺服電機(jī)，Y軸、夾持機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。伺服電機(jī)自帶光電編碼器作為位置檢測(cè)單元，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)位置反饋，完成取料及搬運(yùn)精

4、確定位。控制系統(tǒng)配置液晶觸摸屏作為人機(jī)交互界面，可以方便快捷地選擇控制模式、設(shè)置和修改電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)故障?？刂葡到y(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖5所示，PLC總體控制伺服電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)、機(jī)械手系統(tǒng)的啟停、不同規(guī)格活塞桿的檢測(cè)、輸送線的啟停以及故障處理等任務(wù)。系統(tǒng)X軸、Y軸、Z軸設(shè)置機(jī)械原點(diǎn)，歸零時(shí)按照機(jī)械原點(diǎn)進(jìn)行搜索。通過(guò)設(shè)置多組光電對(duì)射開(kāi)關(guān)對(duì)不同長(zhǎng)度的油圖5 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)缸活塞桿進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)Y軸電機(jī)調(diào)整系統(tǒng)夾持長(zhǎng)度；系統(tǒng)通過(guò)PLC計(jì)數(shù)確定料倉(cāng)中每層枕木的放置時(shí)機(jī)。另外系統(tǒng)中還設(shè)置多處限位開(kāi)關(guān)，防止電機(jī)運(yùn)動(dòng)超程。2系統(tǒng)工作流程油缸活塞桿分揀搬運(yùn)系統(tǒng)工作過(guò)程如下：系

5、統(tǒng)上電后自檢以確定是否工作正常，不正常則報(bào)警；若正常繼續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)是否在機(jī)械原點(diǎn)，若不在原點(diǎn)，則進(jìn)行原點(diǎn)搜索；完成后按系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)通過(guò)控制X軸、Z軸伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)活塞桿的精確定位，到達(dá)工件位置后啟動(dòng)機(jī)械手夾取活塞桿，按程序設(shè)置好的路徑將活塞桿按順序送入料倉(cāng)中指定位置；位于工件輸送線上的兩組光電對(duì)射開(kāi)關(guān)連續(xù)檢測(cè)活塞桿的長(zhǎng)度，當(dāng)出現(xiàn)不同長(zhǎng)度工件時(shí)，PLC則控制機(jī)械手將工件按指定路徑送入另一個(gè)料倉(cāng)；系統(tǒng)通過(guò)計(jì)數(shù)方式確定料倉(cāng)中每一層枕木的放置時(shí)機(jī)，提醒工作人員拾取枕木送入料倉(cāng)中指定位置。若選擇單循環(huán)模式，則系統(tǒng)完成一次連續(xù)搬運(yùn)后暫停運(yùn)行，直至再次按下啟動(dòng)按鈕；若選擇自動(dòng)模式，則按照上述流程連續(xù)

6、工作，直至按下暫停或停止按鈕。系統(tǒng)工作流程如圖6所示：圖6 系統(tǒng)工作流程圖3系統(tǒng)工作模式系統(tǒng)共有三種工作模式：手動(dòng)模式、單循環(huán)模式、全自動(dòng)模式，操作人員可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。（1）手動(dòng)模式：可以點(diǎn)動(dòng)控制X軸、Y軸、Z軸及旋轉(zhuǎn)軸電機(jī)運(yùn)動(dòng)，可以單獨(dú)控制機(jī)械手動(dòng)作；（2）單循環(huán)模式：系統(tǒng)自原點(diǎn)開(kāi)始，根據(jù)設(shè)定路徑將輸送線上的活塞桿搬運(yùn)至料倉(cāng)直至擺滿一層，開(kāi)始待機(jī)，等待下一次命令，重新啟動(dòng)后才能重復(fù)取料；（3）全自動(dòng)模式：系統(tǒng)自原點(diǎn)開(kāi)始，根據(jù)設(shè)定路徑連續(xù)不斷地將輸送線上的活塞桿搬運(yùn)至料倉(cāng)，直至輸送線上活塞桿全部取完或系統(tǒng)發(fā)出暫停指令后，停止運(yùn)行。4系統(tǒng)其他輔助功能（1）各軸速度可調(diào)：可以靈活調(diào)節(jié)X軸、Y軸、Z軸伺服電機(jī)速度；（2）故障檢測(cè)功能：系統(tǒng)能自