集成歡顏機(jī)器人HY1010柔性制造系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)的研制

吳立波 胡相彬

(邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 邯鄲 056005)

1 引言

柔性制造系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于各種電子電氣、機(jī)電等行業(yè)生產(chǎn)線，能進(jìn)行大批量的生產(chǎn)加工和裝配，因產(chǎn)品或部件在生產(chǎn)線上便于輸送、自動(dòng)加工、轉(zhuǎn)配和檢測(cè)，有效縮短了生產(chǎn)加工周期，提升了產(chǎn)品附加值，所以在生產(chǎn)加工中廣泛應(yīng)用。例如液晶屏生產(chǎn)線、電腦主機(jī)生產(chǎn)線、筆記本電腦裝配線、空調(diào)生產(chǎn)線、電視機(jī)裝配線、發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線等。此外，在大批量生產(chǎn)過(guò)程中采用柔性制造系統(tǒng)能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)的均衡性，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。

柔性制造系統(tǒng)的工作流程主要包含：立庫(kù)取料、生產(chǎn)加工、各部件裝配、產(chǎn)品輸送、檢測(cè)和歸庫(kù)等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)之間緊密銜接，是典型的智能制造生產(chǎn)案例，但在高校實(shí)踐教學(xué)中，卻缺少相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝備支撐。很多教學(xué)儀器廠家也開(kāi)發(fā)了類似的集成制造系統(tǒng)，但是多以模型存在，與實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在很多的差距。實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)展還需要學(xué)生到有相應(yīng)生產(chǎn)線的企業(yè)去，給教學(xué)帶來(lái)了很多不便。因此，研發(fā)柔性制造系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)迫在眉睫。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整體設(shè)計(jì)：如圖1所示，歡顏機(jī)器人HY1010柔性制造系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)以機(jī)器人為主站，整體布局以工業(yè)機(jī)器人為中心，形成環(huán)形的分布。依次完成立體倉(cāng)庫(kù)、機(jī)器人、裝配單元、倍速鏈輸送、提升機(jī)和操控臺(tái)六部分組成設(shè)計(jì)。

圖1 歡顏機(jī)器人HY1010柔性制造系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)

系統(tǒng)工作過(guò)程：柔性制造系統(tǒng)實(shí)物圖如圖2所示，首先操控觸摸屏面板，搬運(yùn)機(jī)器人得到控制信號(hào)后，開(kāi)始工作，先利用獨(dú)立設(shè)計(jì)的抓具將工裝板從工裝板庫(kù)中抓取出來(lái)放置在工裝臺(tái)上，再利用復(fù)合抓具吸取工件，將其放置到工裝板上，然后整體抓取至倍速鏈輸送線上層。倍速鏈傳送線帶動(dòng)工裝板移動(dòng)，在各個(gè)工位進(jìn)行裝配。加工完的工件通過(guò)提升器傳送至倍速鏈輸送線的下層，輸送到相應(yīng)庫(kù)中去。

圖2 柔性制造系統(tǒng)實(shí)物圖

工件的獲取由搬運(yùn)機(jī)器人自動(dòng)完成，在輸送線上的每一個(gè)工位都設(shè)計(jì)了阻擋機(jī)構(gòu)，由止動(dòng)氣缸來(lái)完成，使得工裝板在需要進(jìn)行工序操作的位置上停止前進(jìn)，止動(dòng)氣缸的伸縮動(dòng)作都依靠光電傳感器及PLC控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)控制過(guò)程：(1)啟動(dòng)設(shè)備，由觸摸屏控制面板啟動(dòng)PLC；(2)PLC給搬運(yùn)機(jī)器人啟動(dòng)信號(hào)，機(jī)器人開(kāi)始動(dòng)作，自動(dòng)完成工件獲取工作，裝有工件的工裝板被放置在倍速鏈輸送線上層起始位處；(3)倍速鏈帶動(dòng)工件向左移動(dòng)，到第一工位處遇到光電開(kāi)關(guān)，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)使得電磁閥線圈得電，從而驅(qū)動(dòng)阻擋氣缸升起，阻擋住工件移動(dòng)，在此進(jìn)行裝配；(4)裝配完成后，PLC動(dòng)作輸出使得電磁閥失電，驅(qū)動(dòng)氣缸下降，解除對(duì)工件阻擋，工件繼續(xù)移動(dòng)；(5)移動(dòng)到第二工位處遇到光電開(kāi)關(guān)，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)使得電磁閥線圈得電，從而驅(qū)動(dòng)阻擋氣缸升起，阻擋住工件移動(dòng)，在此進(jìn)行裝配；(6)裝配完成后，PLC動(dòng)作輸出使得電磁閥失電，驅(qū)動(dòng)氣缸下降，解除對(duì)工件阻擋，工件繼續(xù)移動(dòng)；(7)移動(dòng)到第三工位處遇到光電開(kāi)關(guān)，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)使得電磁閥線圈得電，從而驅(qū)動(dòng)阻擋氣缸升起，阻擋住工件移動(dòng)，在此進(jìn)行裝配；(8)裝配完成后，PLC動(dòng)作輸出使得電磁閥失電，驅(qū)動(dòng)氣缸下降，解除對(duì)工件阻擋，工件繼續(xù)移動(dòng)；(9)倍速鏈帶動(dòng)工件繼續(xù)移動(dòng)，至提升機(jī)內(nèi)部，等待PLC信號(hào)，信號(hào)輸出控制提升機(jī)內(nèi)部氣缸下降，將工件送至下層，提升機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工件向右移動(dòng)，移至下層倍速鏈，由倍速鏈繼續(xù)帶動(dòng)工件右移至入相應(yīng)庫(kù)中。

3 基本功能

3.1 搬運(yùn)機(jī)器人單元

圖3所示是機(jī)器人，搬運(yùn)單元主要由立體倉(cāng)庫(kù)、機(jī)器人組成，是整個(gè)系統(tǒng)的起始單元。啟動(dòng)系統(tǒng)后，控制機(jī)器人動(dòng)作，將倉(cāng)庫(kù)中要加工的工件吸住，并放置在工裝臺(tái)上的工裝板上，再把載有工件的工裝板抓取至倍速鏈輸送線的起始位置。圖4所示是機(jī)器人的復(fù)合抓具，能夠完成工裝板的抓取動(dòng)作和工件的吸取動(dòng)作。

圖3 機(jī)器人

圖4 機(jī)器人復(fù)合抓具

3.2 倍速鏈輸送線

圖5所示是倍速鏈輸送線，主要由工裝板、光電傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、倍速鏈鏈條、止動(dòng)氣缸組成。倍速鏈輸送線為生產(chǎn)線上工件的加工提供自動(dòng)化的輸送。

圖5 倍速鏈輸送線

工裝板是輸送工具，被輸送的工件直接放置在工裝板上。由于工裝板不僅是工件的自動(dòng)輸送載體，而且產(chǎn)品的裝配和檢測(cè)也是在工裝板上進(jìn)行的，因此工裝板的表面材料應(yīng)防靜電、耐磨。

止動(dòng)氣缸可阻止工裝板的運(yùn)行，在由倍速鏈輸送線組成的自動(dòng)化生產(chǎn)線上，載有工件的工裝板需要在操作位置上停下來(lái)供裝配，而輸送線是一直連續(xù)運(yùn)行的，這就需要阻擋機(jī)構(gòu)來(lái)阻止工裝板移動(dòng)，本系統(tǒng)采用伸縮氣缸作為止動(dòng)機(jī)構(gòu)，止動(dòng)氣缸的伸縮動(dòng)作則依靠光電傳感器及控制系統(tǒng)來(lái)完成。

倍速鏈鏈條通過(guò)鏈輪驅(qū)動(dòng)，鏈條依靠直接放置在導(dǎo)軌支承面上的滾子來(lái)支承，鏈條在鏈輪的拖動(dòng)下，滾子在支承導(dǎo)軌上滾動(dòng)，使得鏈條承載著工裝板及工件向前方移動(dòng)。

3.3 提升器裝置

圖6所示是提升器裝置，主要由電機(jī)、氣缸、皮帶、電磁閥組等構(gòu)成。運(yùn)送貨物的工裝板需反復(fù)使用，所以鏈送裝置很少單臺(tái)使用，而是與頂升平移機(jī)組合形成橫向和縱向的工件輸送系統(tǒng)。

圖6 提升機(jī)裝置

4 結(jié)論

該柔性制造系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)控制過(guò)程采用可編程控制器自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它不僅能保證機(jī)器自動(dòng)化運(yùn)作的可靠性，而且提高了整個(gè)生產(chǎn)線的工作效率。同時(shí)綜合運(yùn)用了多種技術(shù)知識(shí)，如液壓與氣動(dòng)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、PLC控制和組網(wǎng)、傳感器應(yīng)用技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)控制等，采用鏈?zhǔn)搅魉€，是以鏈條作為牽引和承載體輸送物料，輸送能力大，輸送速度準(zhǔn)確穩(wěn)定，能保證精確的同步輸送，采用特制鋁型材制作，易于安裝，多功能，自動(dòng)化程度高。

該系統(tǒng)是實(shí)踐教學(xué)很好的載體，作為教學(xué)平臺(tái)也將大大促進(jìn)智能制造相關(guān)實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)展，幫助學(xué)生掌握綜合知識(shí)和技能。