很多企業(yè)年每天要加工的氣動元件、家電零件、各種車輛零部件、儀器儀表、零件標準件和日用品等數(shù)以百萬計。對有些零件要完成機械加工，如：車，銑削，磨削，鉆孔和檢驗等，對有些零部件要完成檢驗和裝配，對有些零部件要完成表面處理和分類等，對有些零部件要完成包裝和貼標等，這些令部件幾乎涉及到人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)的方方面面。為了滿足人們上面的需求，德國百格拉公司20多年來開發(fā)生產(chǎn)了一系列標準化的大批量小零件的自動供料系統(tǒng)、自動碼垛系統(tǒng)、自動供料和下料系統(tǒng)等。沈陽萊茵機電有限公司有20多家具體的應(yīng)用案例和圖紙，詳情請與李剛經(jīng)理聯(lián)系（25817009@163.com）。我公司根據(jù)一機床用戶加工活塞的要求設(shè)計了全自動供料及全自動給機床上料和下料直角坐標機器人系統(tǒng)。這個系統(tǒng)雖然是針對活塞設(shè)計的，但它是一通用系統(tǒng)，可以用到很多相關(guān)產(chǎn)品的上料，下料和碼垛工作。我們參照德國百格拉公司的圖紙來設(shè)計，利用百格拉公司的直線運動單元為主要運動單元實現(xiàn)了整套系統(tǒng)，目前系統(tǒng)運行正常平穩(wěn)，用戶比較滿意。

一 基本方案
1 基本要求：
1） 進料和出料用人工推車，
2） 每個車上放置12個拖盤，
3） 每個拖盤放置15個鋁活塞，
4） 每個活塞重350克，
5） 如果僅僅碼垛要每8秒搬運完一個活塞，
6） 拖盤交換時間不長于7秒，
7） 可以完成車床的上料和下料工作。

圖1：碼垛機器人原理圖和活塞照片
2 供料機器人方案
我們設(shè)計了圖1所示的方案。整個系統(tǒng)主要由一個拖盤上下運動部分，水平運動軸和二維XZ搬運機器人，下面分別加以簡介：

帶動拖盤上下運動部分采用兩根PAS44BB直線運動單元，兩根PAS44BB直線運動單元各帶兩個滑塊，通過鋁板和角鐵等做成可以升降的滑道平臺。兩根PAS44BB直線運動單元通過一個軸聯(lián)動，由伺服電機配減速機驅(qū)動，可以任意升降及精確停止。

水平推動軸由兩根PAS42BB直線運動單元組成，兩根直線運動單元各帶兩個滑塊，通過鋁板和角鐵等做成水平移動平臺。兩根直線運動單元通過一個軸聯(lián)動，由伺服電機配減速機驅(qū)動，可以任意運動及精確停止。

搬運機器人我們采用圖2所示的二維XZ機器人。其中水平運動軸采用兩根PAS42BB，上下運動軸是LM-A42BB。X軸的有效行程是1800mm, Z軸有效行程是400mm。這種雙X軸機構(gòu)能保證以90米/分鐘的高速運動時運行平穩(wěn)，震動小，噪聲低。

圖2：XZ二維上下料機器人
二 驅(qū)動電機和控制系統(tǒng)的選擇
1 驅(qū)動電機和減速機的選擇
首先根據(jù)機床的加工時間來確定整個機器人系統(tǒng)的工作節(jié)拍，再依此設(shè)計出每個軸的最高運行速度，最大加速度和最高減速度值等每個軸詳細的運動軌跡。所設(shè)計的運動軌跡和節(jié)拍要比實際需要的快些，這樣就能保證長期穩(wěn)定可靠地工作。在選擇驅(qū)動電機時，首先要考慮負載的轉(zhuǎn)動慣量與驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動慣量比。大量應(yīng)用經(jīng)驗證明當用步進電機驅(qū)動時，轉(zhuǎn)動慣量比要小于10；而用伺服電機驅(qū)動時，轉(zhuǎn)動慣量比要小于8。如果轉(zhuǎn)動慣量比超過這個經(jīng)驗值就要給驅(qū)動電機配行星減速機來降低轉(zhuǎn)動慣量比。只有當轉(zhuǎn)動慣量比足夠小時才能保證運動軸有高速高動態(tài)運動。其次要考慮驅(qū)動電機最大出力與按規(guī)劃的軌跡（最高速度，加速度和減速度）運動所需出力的關(guān)系。通常情況下驅(qū)動電機的最大出力至少是所需出力的一倍以上。還有要考慮伺服電機的最高工作轉(zhuǎn)速要低于2800轉(zhuǎn)/分。

基于上面的考慮我們選擇的電機如下：
升降運動平臺采用4Nm交流伺服電機配德國Neugart行星減速機PLE80-40。水平運動軸選用400W交流伺服電機配Neugart行星減速機PLE60-8。而XZ機器人的Z軸我們選擇帶抱閘400W交流伺服電機配Neugart行星減速機PLE60-8，X軸我們選擇帶抱閘750W交流伺服電機配Neugart行星減速機PLE60-8。

2 手爪和控制系統(tǒng)選擇
手爪選擇日本SMC的氣動手爪。

這里選用德國Engelhardt公司F44四軸通用數(shù)控系統(tǒng)來控制整個機器人系統(tǒng)。它自帶64路I/O口，完成限位控制。F44系統(tǒng)還通過I/O口與車床的開門和關(guān)門信號，啟動信號，主軸停止信號等通訊，同步有序工作。

三 工作流程
1 人工把裝滿待加工活塞的手推車推動升降平臺處，保證前后和左右位置誤差滿足要求，
2 升降平臺把整摞拖盤升高，使要處理的一拖盤處于水平運動軸同一水平面上，
3水平運動軸取來一拖盤及每次運動一個活塞直徑的1.2倍的位置，
4 XZ二維機器人每次取走一個活塞，放到交換臺上，取回加工完的另一活塞及放回拖盤里，
5 如果一個托盤被全部處理完，要把該拖盤送回升降平臺上，升降平臺再升高及取下另一托盤
6 如果全部托盤處理完就報警，通知人工取走該車，及推入另一車活塞。

四 實驗結(jié)果及結(jié)論
按照前面的方案我們制造及安裝調(diào)式了整套機器人供料系統(tǒng)。整個系統(tǒng)運行平穩(wěn)，可靠，速度等指標滿足設(shè)計要求，用戶比較滿意。目前我們僅把它作為供料機構(gòu)，但經(jīng)小的改動就可以在活塞生產(chǎn)中用來給活塞數(shù)控車上料和下料，還可以用來給活塞裝配鋼環(huán)。實踐證明這類機器人系統(tǒng)幾乎可以在工業(yè)生產(chǎn)中的各行各業(yè)被大量廣泛應(yīng)用。經(jīng)過改動和更換ＸＺ機器人和手爪就可以用來給加個中心上料和下料，還可以代替人來完成對藥品和很多日常用品進行檢驗，裝包裝等大量繁瑣的工作。由直角坐標機器人組成的大批量供料，上料和碼垛機器人不僅應(yīng)用非常廣泛，還比其它的機器人成本低，而且效率更高，必將被在更多的行業(yè)被更廣泛的應(yīng)用。