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全自動上下料解決方案
全自動上下料解決方案在設(shè)計機器人時,驅(qū)動系統(tǒng)的選擇,要根據(jù)上下料機器人的用途、作業(yè)要求、上下料機器人的性能規(guī)范、控制功能、維護的復(fù)雜程度、運行的功耗、性價比以及現(xiàn)有的條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅(qū)動系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上,綜合上述各因素,充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟性及可靠性后進行Z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(qū)動系統(tǒng),中等負荷的可選電機驅(qū)動系統(tǒng),輕負荷的可選氣動驅(qū)動系統(tǒng)。沖壓機器人多采用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。
2.用于點焊和弧焊及噴涂作業(yè)的機器人,要求具有點位和軌跡控制功能,需采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)。只有采用液壓或電動伺服系統(tǒng)才能滿足要求。點焊、弧焊機器人多采用電動驅(qū)動系統(tǒng)。重負荷的任意點位控制的點焊及搬運機器人選用液壓驅(qū)動系統(tǒng)。
液壓系統(tǒng)自1962年在世界上第一臺機器人中應(yīng)用到現(xiàn)在,已在工業(yè)機器人中獲得了廣泛的應(yīng)用。目前,雖然在中等負荷以下的工業(yè)機器人中大量采用電機驅(qū)動系統(tǒng),但是在簡易經(jīng)濟型、重型的工業(yè)機器人和噴涂機器人中采用液壓系統(tǒng)的還仍然占有很大的比例。
液壓系統(tǒng)在上下料機器人中所起的作用是通過電-液轉(zhuǎn)換元件把控制信號進行功率放大,對液壓動力機構(gòu)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(guī)律動作。液壓動力機構(gòu)多數(shù)情況下采用直線液壓缸或擺動馬達,連續(xù)回轉(zhuǎn)的液壓馬達用得很少。在工業(yè)機器人中,中、小功率的液壓驅(qū)動系統(tǒng)用節(jié)流調(diào)速的為多,大功率的用容積調(diào)速系統(tǒng)。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng),動態(tài)特性好,但是效率低。容積調(diào)速系統(tǒng),動態(tài)特性不如前者,但效率高。機器人液壓驅(qū)動系統(tǒng)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(tǒng)
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(yè)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(xiàn)有限點位的控制。這類機器人的液壓系統(tǒng)設(shè)計要重視以下方面:
(1)液壓缸設(shè)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(gòu)或鎖定裝置。
(3)對慣量比較大的運動軸的液壓缸兩側(cè)Z好加設(shè)安全保護回路,防止因碰撞過載而損壞機械結(jié)構(gòu)。
(4)液壓源應(yīng)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(tǒng)
具有點位控制和連續(xù)軌跡控制功能的工業(yè)機器人,需要采用電-液伺服驅(qū)動系統(tǒng)。其電-液轉(zhuǎn)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(gòu)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(zhuǎn)伺服執(zhí)行器(RSA-Rotory Serve Actuator)等各種電-液伺服動力機構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)間的管道容積,以增大液壓固有頻率。
在機器人的驅(qū)動系統(tǒng)中,常用的電-液伺服動力機構(gòu)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(zhuǎn)執(zhí)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(xù)回轉(zhuǎn)馬達轉(zhuǎn)子內(nèi)的一個回轉(zhuǎn)滑閥,通過機械反饋,驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動的一種電-液伺服機構(gòu)。它可安裝在機器人手臂和手腕的關(guān)節(jié)上,實現(xiàn)直接驅(qū)動。它既是關(guān)節(jié)機構(gòu),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(yè)位置,也可以單獨建立小型氣源系統(tǒng)。由于氣動機器人具有氣源使用方便、不污染環(huán)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(huán)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(yè),機床上、下料,儀表及輕工行業(yè)中、小型零件的輸送和自動裝配等作業(yè),食品包裝及運輸,電子產(chǎn)品輸送、自動插接,彈藥生產(chǎn)自動化等方面獲得大量應(yīng)用。
氣動驅(qū)動系統(tǒng)在多數(shù)情況下是用于實現(xiàn)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(jié)構(gòu);3-5個自由度;負荷在200N以下;速度300-1000mm/s;重復(fù)定位精度為+/-0.1-0。5mm??刂蒲b置目前多數(shù)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(qū)動系統(tǒng)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(diào)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(shè)備需要配置相應(yīng)供氣量的氣源設(shè)備。
2.氣動三聯(lián)件 由分水濾氣器,調(diào)壓器,油霧器三大件組成,可以是分離式,也可以是三聯(lián)組裝式的,多數(shù)情況下用三聯(lián)組裝式結(jié)構(gòu)。不論是由壓縮空氣站供氣還是用單獨的氣源,氣動三聯(lián)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(yè)機器人的氣動驅(qū)動系統(tǒng)中,常用的閥件有電磁氣閥、節(jié)流調(diào)速閥、減壓閥等。
4.氣動執(zhí)行機構(gòu) 多數(shù)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(gòu)上用的),多數(shù)采用雙動氣缸。為實現(xiàn)端部緩沖,要選用雙向端點位置緩沖的氣缸。氣缸的結(jié)構(gòu)形式以及與機器人機構(gòu)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(shè)計機器人時根據(jù)結(jié)構(gòu)要求而定。氣缸的內(nèi)徑,行程大小可根據(jù)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(huán)。無接觸感應(yīng)式氣缸目前在氣動系統(tǒng)中已獲得廣泛的應(yīng)用,這種氣缸在活塞上裝有永久磁鐵的磁環(huán),通過磁感應(yīng),使在氣缸外面安裝的非接觸磁性接近開關(guān)動作發(fā)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(gòu)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(xiàn)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(guān)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(yīng)大于這個數(shù)值。對于小流量的電磁氣閥,吸合關(guān)閉時間較小,停點的步長也要相應(yīng)縮短。因此對機器人一個單自由度而言,停點數(shù)目Z多6-9個。為增加定位點數(shù),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(fā)訊,可由編程器發(fā)指令,或由限位開關(guān)發(fā)訊。根據(jù)要求和條件,如果選用無接觸感應(yīng)式氣缸,其限位開關(guān)是無接觸接近開關(guān),這種開關(guān)的反映時間小于20ms,在機器人中應(yīng)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(gòu)是由電磁閥控制的氣缸帶動鎖緊機構(gòu)(插鎖,滑塊等)將機器人運動機構(gòu)鎖定。再啟動時,事先打開鎖緊機構(gòu)。
這些年來,針對上下料機器人,數(shù)控機床等自動機械而開發(fā)的各種類型的伺服電動機及伺服驅(qū)動器的大量出現(xiàn),為機器人驅(qū)動系統(tǒng)的更新創(chuàng)造了條件。由于高起動力矩、大轉(zhuǎn)矩低慣量的交、直流電機在機器人中的應(yīng)用,因此一般情況下,負重在100kg以下的工業(yè)機器人大多數(shù)采用電動驅(qū)動系統(tǒng)。
在機器人驅(qū)動系統(tǒng)中應(yīng)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(yīng)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(shù)用的是測速發(fā)電機,位置傳感器多數(shù)用光電編碼器。伺服電動機可與測速發(fā)電機、光電編碼器、制動器、減速器相結(jié)合,實現(xiàn)部分組合、由幾種組合或全部組合,形成伺服電動機驅(qū)動單元。為了提高機器人的傳動精度,國外近幾年開發(fā)了直接驅(qū)動電動機,并將多級旋轉(zhuǎn)變壓器組合在一起,這種旋轉(zhuǎn)變壓器每轉(zhuǎn)可達40-60萬個脈沖,這種直接驅(qū)動的電機(DD驅(qū)動電機)在快速高精度定位的裝配機器人中已經(jīng)得到應(yīng)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(shè)計企業(yè)都在逐步應(yīng)用。
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