陳金宇 葉文斌 東莞理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 黃市生 曾志彬 吳國(guó)洪 東莞市橫瀝模具科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司 羅鴻彬 東莞市朝茗機(jī)電科技有限公司

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入自動(dòng)化、智能化的時(shí)代，自動(dòng)化生產(chǎn)成為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的必然趨勢(shì)，在自動(dòng)化生產(chǎn)中，無論是單機(jī)還是組合機(jī)床，在對(duì)部分工序進(jìn)行處理時(shí)，都會(huì)用到機(jī)械手來輔助完成，因此對(duì)于機(jī)械手的控制也就成為影響生產(chǎn)質(zhì)量的質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素，需要相關(guān)技術(shù)人員的重視。

在工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中，生產(chǎn)與包裝都趨向于全自動(dòng)化，從原料到成品的這個(gè)過程需要很多道加工工序，在自動(dòng)化過程中，機(jī)械手扮演了非常重要的角色。機(jī)械手能模仿人類手臂的某些功能動(dòng)作，可以按照預(yù)先設(shè)置好的固定程序，對(duì)工件進(jìn)行抓取、搬運(yùn)，甚至裝配等，或者對(duì)工具進(jìn)行操作。機(jī)械手可以說是最早的工業(yè)機(jī)器人，可以代替人工進(jìn)行繁重或者重復(fù)的勞動(dòng)，不僅可以提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化和機(jī)械化，還可以有效保護(hù)工作人員的人身安全，因此，在機(jī)械制造，冶金，電子等多個(gè)領(lǐng)域和部門得到廣泛應(yīng)用。搬運(yùn)機(jī)械手是在智能物流裝備中被廣泛應(yīng)用的一種工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品。眾多機(jī)械手通常被用來抓取與移栽物體，有些零件體積較小，并且對(duì)表面有一定的要求，采用普通的剛性機(jī)械爪抓取易導(dǎo)致零件變形或刮花零件表面。并且現(xiàn)有的一些機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，傳動(dòng)效率低，在抓取移栽小型零件時(shí)表現(xiàn)出移栽速度慢的缺點(diǎn)。利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手是一種典型的機(jī)電一體化設(shè)備，具有著響應(yīng)速度快、控制精度高、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

為提高抓取移栽效率、并且保證工件表面的質(zhì)量，本文擬設(shè)計(jì)一種快速抓取移栽機(jī)構(gòu)，大致為利用一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過擺動(dòng)機(jī)構(gòu)與U型槽，結(jié)合氣動(dòng)吸盤，實(shí)現(xiàn)快速抓取移栽工件。下文將從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面與系統(tǒng)控制方式方面進(jìn)行闡述。

1 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文所設(shè)計(jì)的抓取移栽機(jī)構(gòu)包括軸座和與軸座相連接的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)設(shè)置在軸座的后表面。軸座下方設(shè)置有底板，軸座的后表面還設(shè)置有肋板，肋板進(jìn)一步與底板相連接，以加固整體結(jié)構(gòu)。該抓取移栽機(jī)構(gòu)還包括二爪卡件和擺件，二爪卡件設(shè)置在伺服電機(jī)的輸出軸末端，且與擺件相連接，二爪卡件和伺服電機(jī)通過鍵連接，二爪卡件和擺件通過螺釘連接。軸座的前表面設(shè)置有型槽機(jī)構(gòu)，擺件和型槽機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有導(dǎo)向螺釘，U型槽機(jī)構(gòu)的正表面上下方對(duì)稱設(shè)置有導(dǎo)軌和與之相配套的滑塊，滑塊的正表面分別設(shè)置有載板Ⅰ和載板Ⅱ，載板Ⅰ位于載板Ⅱ的上方。載板Ⅰ和載板Ⅱ的前表面共同設(shè)置了載板Ⅲ，載板Ⅲ的側(cè)面的凹型槽設(shè)置了卡件，卡件通過螺釘分別與載板Ⅰ和載板Ⅱ連接。載板Ⅲ的中間位置與導(dǎo)向螺釘相連接，受導(dǎo)向螺釘?shù)淖饔?，載板Ⅲ相對(duì)于導(dǎo)軌可左右運(yùn)動(dòng)，載板Ⅲ相對(duì)于載板Ⅰ和載板Ⅱ可上下移動(dòng)。

本文所設(shè)計(jì)的抓取移栽機(jī)構(gòu)還包括載板Ⅳ和移栽爪，載板Ⅳ設(shè)置在載板Ⅲ的下方，且與移栽爪相連接。載板Ⅳ與載板Ⅲ、載板Ⅳ與移栽爪均通過螺釘連接。該抓取移栽機(jī)構(gòu)還包括擋片和限位開關(guān)，擋片設(shè)置在載板Ⅰ的上方，限位開關(guān)設(shè)置在軸座的上方，該限位開關(guān)是一種光電開關(guān)，利用擋片在手爪移動(dòng)的過程中遮擋光電開關(guān)的激光發(fā)接過程從而獲知機(jī)械手經(jīng)過相應(yīng)的工位點(diǎn)，限位開關(guān)共有三個(gè)，均通過螺釘固定連接，用于定位三個(gè)工位點(diǎn)。

本文所設(shè)計(jì)的快速抓取移栽機(jī)構(gòu)的電性連接部分，一號(hào)限位開關(guān)的一端連接PLC 的1.00接口，另一端連接PLC 的com-接口，二號(hào)限位開關(guān)的一端連接PLC 的1.01接口，另一端連接PLC 的com-接口，三號(hào)限位開關(guān)的一端連接PLC 的1.02接口，另一端連接PLC 的com-接口。PLC 的100.00接口連接一個(gè)2.2k的電阻，再進(jìn)一步連接伺服驅(qū)動(dòng)器的Puls+接口。PLC 的100.02接口連接一個(gè)2.2k的電阻，再進(jìn)一步連接伺服驅(qū)動(dòng)器的Dir+接口。伺服驅(qū)動(dòng)器的Puls-接口與Dir-接口相連接，進(jìn)一步與伺服驅(qū)動(dòng)器的com-接口連接。伺服驅(qū)動(dòng)器的U、V、W、GND接口分別與伺服電機(jī)的紅、白、黑、黃線連接。伺服驅(qū)動(dòng)器的L1接口與L1C接口相連接，進(jìn)一步與單相

交流220V電源的火線連接。伺服驅(qū)動(dòng)器的L2接口與L2C接口相連接，進(jìn)一步與單相交流220V電源的零線連接。

圖1 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2 控制方式

電機(jī)的末端與設(shè)置有導(dǎo)向螺釘?shù)臄[件連接，利用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過導(dǎo)軌與滑塊、載板Ⅲ與卡件的傳動(dòng)方式，使得移栽爪做U型移動(dòng)。具體地，電機(jī)動(dòng)作時(shí)，通過二爪卡件帶動(dòng)擺件動(dòng)作，進(jìn)而通過導(dǎo)向螺釘帶動(dòng)載板Ⅲ沿著U型槽機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，配合限位開關(guān)的作用，實(shí)現(xiàn)移栽爪具有三個(gè)不同的工位點(diǎn)，當(dāng)擋片經(jīng)過任一限位開關(guān)時(shí)，電機(jī)停止一定的時(shí)間，直到移栽爪在該工位完成動(dòng)作，當(dāng)擋片經(jīng)過左右兩邊的限位開關(guān)時(shí)，電機(jī)還會(huì)改變轉(zhuǎn)向，結(jié)合吸盤動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)抓取與移栽物體。

3 結(jié)語(yǔ)

本文所做的工作為根據(jù)功能的要求設(shè)計(jì)了一種快速抓取移栽機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)。利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過導(dǎo)軌與滑塊、載板Ⅲ與卡件的傳動(dòng)方式，使得移栽爪在三個(gè)不同的工位點(diǎn)上做U型移動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能提高傳動(dòng)效率，移載速度快；移載爪為真空吸盤，可抓取多類小零件，并且不會(huì)在抓取時(shí)導(dǎo)致零件變形或零件表面被刮花。