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解決方案
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自動上下料功能解決方案

發布時間:2017-05-20 09:25:37  瀏覽次數:

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全自動上下料解決方案在設計機器人時,驅動系統的選擇,要根據上下料機器人的用途、作業要求、上下料機器人的性能規范、控制功能、維護的復雜程度、運行的功耗、性價比以及現有的條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅動系統特點的基礎上,綜合上述各因素,充分論證其合理性、可行性、經濟性及可靠性后進行最終的選擇。一般情況下:

1.物料搬運(包括上下料)使用的有限點位控制的程序控制機器人,重負荷的選擇液壓驅動系統,中等負荷的可選電機驅動系統,輕負荷的可選氣動驅動系統。沖壓機器人多采用氣動驅動系統。

2.用于點焊和弧焊及噴涂作業的機器人,要求具有點位和軌跡控制功能,需采用伺服驅動系統。只有采用液壓或電動伺服系統才能滿足要求。點焊、弧焊機器人多采用電動驅動系統。重負荷的任意點位控制的點焊及搬運機器人選用液壓驅動系統。

液壓系統自1962年在世界上第一臺機器人中應用到現在,已在工業機器人中獲得了廣泛的應用。目前,雖然在中等負荷以下的工業機器人中大量采用電機驅動系統,但是在簡易經濟型、重型的工業機器人和噴涂機器人中采用液壓系統的還仍然占有很大的比例。

液壓系統在上下料機器人中所起的作用是通過電-液轉換元件把控制信號進行功率放大,對液壓動力機構進行方向、位置、和速度的控制,進而控制機器人手臂按給定的運動規律動作。液壓動力機構多數情況下采用直線液壓缸或擺動馬達,連續回轉的液壓馬達用得很少。在工業機器人中,中、小功率的液壓驅動系統用節流調速的為多,大功率的用容積調速系統。節流調速系統,動態特性好,但是效率低。容積調速系統,動態特性不如前者,但效率高。機器人液壓驅動系統包括程序控制和伺服控制兩類。

1.程序控制機器人的液壓系統

這類上下料機器人屬非伺服控制的上下料機器人,在只有簡單搬運作業功能的機器人中,常常采用簡易的邏輯控制裝置或可編程控制器對機器人實現有限點位的控制。這類機器人的液壓系統設計要重視以下方面:

(1)液壓缸設計:在確保密封性的前提下,盡量選用橡膠與氟化塑料組合的密封件,以減小摩擦阻力,提高液壓缸的壽命。

(2)定位點的緩沖與制動:因為機器人手臂的運動慣量比較大,在定位點前要加緩沖與制動機構或鎖定裝置。

(3)對慣量比較大的運動軸的液壓缸兩側最好加設安全保護回路,防止因碰撞過載而損壞機械結構。

(4)液壓源應該加蓄能器,以利于多運動軸同時動作或加速運動提供瞬時能量儲備。

2.伺服控制機器人的液壓系統

具有點位控制和連續軌跡控制功能的工業機器人,需要采用電-液伺服驅動系統。其電-液轉換和功率放大元件有電-液伺服閥,電-液比例閥,電-液脈沖閥等。由以上各類閥件與液壓動力機構可組成電-液伺服馬達,電-液伺服液壓缸,電-液步進馬達,電-液步進液壓缸,液壓回轉伺服執行器(RSA-Rotory Serve Actuator)等各種電-液伺服動力機構。根據結構設計的需要,電-液伺服馬達和電-液伺服液壓缸可以是分離式,也可以是組合成為一體。如果是分離式的連接方式,要盡量縮短連接管路,這樣可以減少伺服閥到液壓機構間的管道容積,以增大液壓固有頻率。

在機器人的驅動系統中,常用的電-液伺服動力機構是電-液伺服液壓缸和電-液伺服擺動馬達,也可以用電-液步進馬達。液壓回轉執行器是一種由伺服電機,步進電機或比例電磁鐵帶動的一個安放在擺動馬達或連續回轉馬達轉子內的一個回轉滑閥,通過機械反饋,驅動轉子運動的一種電-液伺服機構。它可安裝在機器人手臂和手腕的關節上,實現直接驅動。它既是關節機構,又是動力元件。

氣動上下料機器人采用壓縮空氣為動力源,一般從工廠的壓縮空氣站引到機器人作業位置,也可以單獨建立小型氣源系統。由于氣動機器人具有氣源使用方便、不污染環境、動作靈活迅速、工作安全可靠、操作維修簡便以及適宜在惡劣環境下工作等特點,因此它在沖壓加工、注塑及壓鑄等有毒或高溫條件下作業,機床上、下料,儀表及輕工行業中、小型零件的輸送和自動裝配等作業,食品包裝及運輸,電子產品輸送、自動插接,彈藥生產自動化等方面獲得大量應用。

氣動驅動系統在多數情況下是用于實現兩位式的或有限點位控制的中、小機器人中的。這類機器人多是圓柱坐標型和直角坐標型或二者的組合型結構;3-5個自由度;負荷在200N以下;速度300-1000mm/s;重復定位精度為+/-0.1-0。5mm。控制裝置目前多數選用可編程控制器(PLC)。在易燃、易爆的場合下可采用氣動邏輯元件組成控制裝置。氣動驅動系統大體由以下幾部分組成。

1.氣源   由總壓縮空氣站提供。氣源部分包括空氣壓縮機,儲氣罐,氣水分離器,調壓器,過濾器等。如果沒有壓縮空氣站的條件,可以按機器人及配套的其他氣動設備需要配置相應供氣量的氣源設備。

2.氣動三聯件  由分水濾氣器,調壓器,油霧器三大件組成,可以是分離式,也可以是三聯組裝式的,多數情況下用三聯組裝式結構。不論是由壓縮空氣站供氣還是用單獨的氣源,氣動三聯件是必備的。雖然用無潤滑氣缸可以不用油霧器,但是一般情況下,建議也在氣路上裝上油霧器,以減少氣缸摩擦力,增加使用壽命。

3.氣動閥   氣動閥的種類很多,在工業機器人的氣動驅動系統中,常用的閥件有電磁氣閥、節流調速閥、減壓閥等。

4.氣動執行機構    多數情況下使用氣缸(直線氣缸或擺動氣缸)。直線氣缸分單動式和雙動式兩類。除個別用單動式氣缸外(如手爪機構上用的),多數采用雙動氣缸。為實現端部緩沖,要選用雙向端點位置緩沖的氣缸。氣缸的結構形式以及與機器人機構的連接方式(如法蘭連接,尾部鉸接,前端或中間鉸接,氣缸桿的螺紋連接或鉸接等)由設計機器人時根據結構要求而定。氣缸的內徑,行程大小可根據對機器人的運動分析和動力分析進行計算。

為了確保氣缸的密封要求,同時又要盡量降低摩擦力,密封材料要選用橡膠和氟化塑料組合的密封環。無接觸感應式氣缸目前在氣動系統中已獲得廣泛的應用,這種氣缸在活塞上裝有永久磁鐵的磁環,通過磁感應,使在氣缸外面安裝的非接觸磁性接近開關動作發訊,進行位置檢測。除了直線氣缸外,機器人中用得比較多還有有限角擺動氣缸,這種擺動缸多用于手腕機構上。

5.制動器   氣動機器人的定位問題很大程度上是如何實現停點的制動。氣缸活塞的運動速度容許達1.5m/s,如果氣缸以1m/s的速度計算,電磁氣閥以較大關閉時間70ms計,那么氣缸活塞兩個停點的距離約為70mm,兩個停點的步長應大于這個數值。對于小流量的電磁氣閥,吸合關閉時間較小,停點的步長也要相應縮短。因此對機器人一個單自由度而言,停點數目最多6-9個。為增加定位點數,除采用多位置氣缸外可采用制動的方法還有:反壓制動,制動裝置制動。

6.限位器   氣動機器人各運動軸的制動和定位點到位發訊,可由編程器發指令,或由限位開關發訊。根據要求和條件,如果選用無接觸感應式氣缸,其限位開關是無接觸接近開關,這種開關的反映時間小于20ms,在機器人中應用比較理想。當氣缸活塞運動到定位點時,為保證定位精度,需要將運動軸鎖緊。常用的限位機構是由電磁閥控制的氣缸帶動鎖緊機構(插鎖,滑塊等)將機器人運動機構鎖定。再啟動時,事先打開鎖緊機構。

這些年來,針對上下料機器人,數控機床等自動機械而開發的各種類型的伺服電動機及伺服驅動器的大量出現,為機器人驅動系統的更新創造了條件。由于高起動力矩、大轉矩低慣量的交、直流電機在機器人中的應用,因此一般情況下,負重在100kg以下的工業機器人大多數采用電動驅動系統。

在機器人驅動系統中應用的電動機大致可分為如下類型:小慣量永磁直流伺服電動機,有刷繞組永磁直流伺服電動機,大慣量永磁直流伺服電動機(力矩電機),反應式步進電機,同步式交流伺服電動機,異步式交流伺服電動機。

速度傳感器多數用的是測速發電機,位置傳感器多數用光電編碼器。伺服電動機可與測速發電機、光電編碼器、制動器、減速器相結合,實現部分組合、由幾種組合或全部組合,形成伺服電動機驅動單元。為了提高機器人的傳動精度,國外近幾年開發了直接驅動電動機,并將多級旋轉變壓器組合在一起,這種旋轉變壓器每轉可達40-60萬個脈沖,這種直接驅動的電機(DD驅動電機)在快速高精度定位的裝配機器人中已經得到應用。所以解決

全自動上線料解決方案目前對市場沖擊很大,目前很多大中型制造和設計企業都在逐步應用。

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