常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 周 斌 顏景震 苗明浩

機(jī)器人上下料工作站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 周 斌 顏景震 苗明浩

1.應(yīng)用背景

機(jī)床上下料機(jī)器人是在數(shù)控機(jī)床上下料環(huán)節(jié)取代了人工的完成工件的自動(dòng)裝卸功能,主要適應(yīng)的對(duì)象大多為大批量重復(fù)性強(qiáng)或者是工件質(zhì)量較大以及工作環(huán)境具有高溫、粉塵等惡劣條件情況下使用。具有定位精確，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，減少機(jī)床及其刀具的損耗，工作節(jié)拍可調(diào)整,運(yùn)行可靠平穩(wěn)，維修方便等諸多特點(diǎn)。在新興工業(yè)化時(shí)代，機(jī)床上下料工業(yè)機(jī)器人能夠滿足快速、大批量加工節(jié)拍的生產(chǎn)要求，能夠節(jié)省人力資源成本，大大提高了工廠的生產(chǎn)效率，成為了越來(lái)越多制造業(yè)企業(yè)的理想選擇。

隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，近兩年有爆發(fā)性的增長(zhǎng)。專業(yè)的建設(shè)需要完善的實(shí)訓(xùn)條件體系，上下料工作站作為典型的機(jī)器人應(yīng)用，是專業(yè)學(xué)生需要掌握的技能。但是上下料系統(tǒng)設(shè)備比較昂貴，大中專院校或者培訓(xùn)機(jī)構(gòu)一般會(huì)采購(gòu)單臺(tái)設(shè)備作為實(shí)訓(xùn)設(shè)備，這樣不能滿足人才培養(yǎng)的需求。同時(shí)，機(jī)器人上下料工作站的實(shí)訓(xùn)任務(wù)主要是工業(yè)機(jī)器人與機(jī)床數(shù)據(jù)的通訊，工件的搬運(yùn)，如果使用真實(shí)的加工中心，設(shè)備閑置比較浪費(fèi)，因此需要設(shè)計(jì)一套模擬的實(shí)訓(xùn)裝置解決這些問(wèn)題。

2.系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由一臺(tái)安川MH6機(jī)器人和一臺(tái)模擬數(shù)控機(jī)床，以及工件的夾具抓取手抓、周邊設(shè)備及系統(tǒng)控制器等組成。為了適應(yīng)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)上下料，需要對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行一定的改造，包括門(mén)的自動(dòng)開(kāi)關(guān)、工件的自動(dòng)夾緊等。工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床之間的通信方式根據(jù)各系統(tǒng)的不同，也有所區(qū)別。對(duì)于信號(hào)較少的系統(tǒng)，可以直接使用I/O信號(hào)線進(jìn)行連接，至少要包括門(mén)控信號(hào)、裝夾信號(hào)、加工完成信號(hào)等。對(duì)于信號(hào)較多的系統(tǒng)，可以使用現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)等方式進(jìn)行通信。如圖1所示。

圖1 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要完成的動(dòng)作過(guò)程：數(shù)控加工中心門(mén)打開(kāi)，機(jī)器人從倉(cāng)庫(kù)取出待加工的工件，送到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，數(shù)控加工中心門(mén)關(guān)閉。此時(shí)機(jī)器人再次從倉(cāng)庫(kù)里取出待加工的工件，數(shù)控加工中心門(mén)打開(kāi)，手爪的一邊抓取以及加工好的工件，然后切換手抓，將待加工的工件放置到加工臺(tái)，如此重復(fù)動(dòng)作，工作過(guò)程由觸摸屏監(jiān)控。

3.部分電路分析

（1）PLC開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入電路如圖2所示。由于傳感器為NPN電極開(kāi)路型，且機(jī)器人的輸出接口為漏型輸出，故PLC的輸入采用漏型接法，即COM端接+24V。PLC輸入信號(hào)包括控制按鈕、托盤(pán)檢測(cè)用傳感器等。

圖2 PLC開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)電路

（2）PLC開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出電路如圖3所示。由于機(jī)器人的輸入接口為漏型輸入，PLC的輸出采用漏型接法。PLC輸出包括電磁鐵、機(jī)器人暫停等。

圖3 PLC開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)電路

（3）機(jī)器人輸出與PLC輸入接口電路如圖4所示。CN303為機(jī)器人外接電源接口，其1、2端接外部DC24V電源。PLC輸入信號(hào)包括“機(jī)器人運(yùn)行中”、“機(jī)器人搬運(yùn)完成”等機(jī)器人反饋信號(hào)。

圖4 機(jī)器人輸出與PLC輸入接口電路

圖5 機(jī)器人輸入與PLC輸出接口電路

（4）機(jī)器人輸入與PLC輸出接口電路如圖5所示。PLC輸出信號(hào)包括“機(jī)器人程序啟動(dòng)”、“機(jī)器人搬運(yùn)開(kāi)始”等控制機(jī)器人運(yùn)行、停止的信號(hào)。K2控制上下料輸送線1的拖動(dòng)直流電機(jī)。

（5）機(jī)器人專用輸入接口MXT電路如圖6所示。繼電器K5雙回路控制機(jī)器人急停、K1控制機(jī)器人伺服使能、K4控制機(jī)器人暫停。

圖6 機(jī)器人專用輸入MXT接口電路

（6）機(jī)器人輸出控制手爪電路如圖7所示。機(jī)器人通過(guò)CN307接口的A8、A9控制電磁閥YV1、YV2，抓取或釋放工件。SQ為檢測(cè)手爪夾緊磁性開(kāi)關(guān)。

圖7 機(jī)器人輸出控制電磁閥電路

4.總結(jié)

本文主要設(shè)計(jì)了一套機(jī)器人上下料工作站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，介紹了主要涉及的電路，該系統(tǒng)主要有一下幾方面創(chuàng)新。綜合性強(qiáng)：集機(jī)器人編程、傳感器、PLC、通訊于一體，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)及各專業(yè)學(xué)科有機(jī)結(jié)合；設(shè)備安全便于操作：本系統(tǒng)使用自制的自動(dòng)加工系統(tǒng)代替了真實(shí)的上下料機(jī)床，降低了設(shè)備成本，同時(shí)便于學(xué)習(xí)者進(jìn)行系統(tǒng)集成，系統(tǒng)采取了多重安全防護(hù)措施，保證了學(xué)習(xí)者的安全；擴(kuò)展性強(qiáng)：除了完成機(jī)器人上下料系統(tǒng)的功能，本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)還可以通過(guò)改變被控機(jī)器人執(zhí)行末端，變成其他功能的機(jī)器人工作站，提高了設(shè)備的使用率。

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周斌（1983—），男，江蘇鎮(zhèn)江人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要研究機(jī)器人集成應(yīng)用。