浅析配套六轴机器人限位型上下料设备的技术

浅析配套六轴机器人限位型上下料设备的技术

金飞飞,陆涛

 浙江瑞宏自动化科技有限公司，浙江省嘉兴市314000  浙江瑞宏自动化科技有限公司，浙江省嘉兴市314000

摘要：机械加工上下料需要重复持续的作业，并要求作业的一致性与精准性。在传统生产中，通常采用人工进行上下料，由于工作环境差、工作内容单调、人力成本不断上涨等因素的影响，迫使企业寻找代替人工的方式。而机器人能够通过自动供料料仓、输送带等方式，实现高效的自动上下料系统，被企业所青睐。随着自动化技术的不断提高，配套机器人上下料设备也在不断改进，本文对配套六轴机器人限位型上下料设备进行技术研究，通过研磨技术创新，实现企业技术生产更好地作业。

关键词：机器人、自动化、上下料设备

引言

机器人上下料是一个处理产品以令其适应加工工艺的简单的自动化过程。随着机器人设备逐渐应用于生产生活的各个领域，我们对于机器人上下料设备的安全性、生产效率、自动化程度等都有了更高的要求，这便不断促使我们进一步研究改进原先的设备。只有拥有了更优秀的设备技术，才能让企业在市场上更具竞争力，占据更多的市场份额。

六轴机器人的上下料设备，机器人与上料机通常是分体式的，需要配备独立的上料机，整体占地面积比较大1；并且由于机器人需要在上料机上方进行操作，上料机与机器人通常设置成敞开式，安全等级较低，而设备需要额外增加安全防护装置也使得生产成本上升。由于上料机和机器人分别放置，相对位置精度不稳定，若碰撞出现位移偏差，则会大大降低机器人上下料的准确度。因此我们对现有配套六轴机器人的上下料设备进一步改进，提供一种配套六轴机器人限位型上下料设备，来解决原有六轴机器人存在的问题。

1.上下料设备存在的问题

当前，国内的各种自动上下料装置以PLC来控制从而实现自动化。当然随着科学技术的进一步发展，近年来数控技术在自动化上下料领域也有了很快的发展。通常来讲，首先就定位而言，主要依靠伺服机械手的左右上下移动。其次就控制传送料和自动上下料这块，主要液压装置或者气动装置2来进行控制。随着数控技术的发展，也逐步出现了用数控技术控制机械手运行的情况。

上下料设备的缺点是工作占地范围比较大，若想实现大规模制造过程的自动化时，就必须占据较大的生产区域。且自动化设备通常要比手动设备更加昂贵，更不用说上下料设备。上下料设备的购买成本、维护成本、安全系数等，都是企业在选择是否使用自动化上下料设备时所要考虑的问题。

2.配套机器人限位型上下料设备使用原理及特征

该上下料设备包括固定在地面上的框架、水平固定在框架内部中间位置以放置工件的限位料板、固定在框架内部并位于限位料板下方的电控柜、固定在框架前侧的机器人、安装在机器人自由端以抓取工件的夹具、可沿前后方向滑动地定位在框架左侧以限制机器人工作区域的可伸缩护栏、安装在框架右侧以检测人员介入的地面安全扫描仪、固定在框架顶部以显示上下料设备运行状态的警示灯以及安装在框架上以控制电控柜的控制面板。通过该设备的使用，能够大大减小整体的占地面积，提高整体设备的安全性能。

使用时，工作人员先将控制面板拉伸至合适位置，并在触摸屏中输入工件的尺寸参数，电控柜自动计算出所需限位孔的位置并显示在触摸屏上(现有技术)，然后工作人员拉开移动门，在对应的限位孔中插入限位柱，再把工件放至相应限位柱上，完成工件的上料(同一种尺寸的工件只需在第一次上料时输入工件的尺寸参数，后续对同种尺寸工件进行补料时，无需再次输入工件尺寸参数)。之后启动机器人，机器人通过夹具抓取工件，完成工件的下料操作3。当需要对机器人工作区域进行限制时，拉开可伸缩护栏，从而有效隔离人工放料位和机器人工作区域。当地面安全扫描仪检测到外部人员进入机器人工作区域时，地面安全扫描仪将检测信号传递给电控柜，电控柜控制机器人降低运行速度或停止机器人运行。

3.配套机器人限位型上下料设备具体实施方式举例

如图1、图2所示的配套六轴机器人限位型上下料设备，包括框架2、限位料板27、电控柜13、机器人1、夹具23、移动门12、观测窗口16、可伸缩护栏11、地面安全扫描仪14、警示灯9和控制面板4。框架2由横梁和立柱围成矩形；框架底部安装有支撑脚7。限位料板水平固定在框架内部的中间位置，用于摆放工件8；其中限位料板上均匀开设有若干限位孔26，并且配设有与限位孔插接配合的限位柱25；工件通过限位柱定位在限位料板上。电控柜13固定在框架内部并位于限位料板下方，电控柜分别与控制面板、机器人、地面安全扫描仪和警示灯电连接，电控柜的前侧开设有走线孔15。机器人1通过框架底座10固定安装在框架前侧，并且机器人的自由端可伸入限位料板上方。移动门12安装在框架后侧上部，移动门的安装位置作为人工放料位，工作人员可打开移动门将工件摆放在限位料板上。

移动门上开设有观测窗口16，以方便工作人员观察限位料板上工件的抓取情况，及时向限位料板中补给工件。可伸缩护栏11可沿前后方向滑动地定位在框架左侧，以限制机器人的工作区域，可根据需要拉开可伸缩护栏，将人工放料位和机器人工作区域进行有效隔离，保证机器人工作区域的安全性。地面安全扫描仪14安装在框架的右侧，用于检测是否有人员进入机器人工作区域；有人员进入时，地面安全扫描仪将检测信号传递给电控柜

4，电控柜控制机器人降低运行速度或停止机器人运行。框架顶部固定安装有警示灯9，警示灯绿色表示正常工作状态，黄色表示待机状态，红色表示停机状态。控制面板4用于控制电控柜。

工作人员对工件进行上料时，打开控制柜电源开关，在触摸屏中输入工件的尺寸参数，电控柜会自动计算出所需限位孔的位置(现有技术)并显示在触摸屏上，然后工作人员拉开移动门，在对应的限位孔中插入限位柱，再把工件放至相应限位柱上，完成工件的上料(同一种尺寸的工件只需在第一次上料时输入工件的尺寸参数即可，后续同种尺寸进行补料时，无需再次输入尺寸)。需要机器人进行下料时，按下机器人启动按钮，电控柜控制机器人抓取限位料板上的工件，并将工件放入二次定位装置安装板6，对工件进行二次精确定位，以保证后续工序中工件的精确安装(二次定位装置安装板可根据实际需要进行设置，如不需二次定位，可将工件直接放置于后续工序的工作位上)。触摸屏还设有人机控制监测界面，以实时监测设备的生产运行状态。

4.配套机器人限位型上下料设备的有益效果

（1）框架左侧设置有可伸缩护栏，可根据需要将人工放料位和机器人工作区域进行有效隔离；同时框架右侧设置有地面安全扫描仪，能够实时检测是否有人员进入机器人工作区域，大大提升了设备安全防护性能，简化了设备机构，降低了设备的维护成本5。

（2）工件通过限位柱定位在限位料板上，并且电控柜可根据工件的尺寸自动计算出相应限位柱的插入位置，方便工作人员对工件进行摆放，整体运行调试方便，并提高了不同尺寸工件的适用性，有效降低制造成本。

（3）通过机器人对工件进行自动化下料操作，大大降低了人工劳动强度。

（4）该设备整体结构简单，操作方便，工作安全可靠，可适用不同尺寸工件的上下料操作，自动化程度高，大大提高了生产效率。

5.配套机器人限位型上下料设备的应用场景

自动化设备制造业是为国民经济各行业提供技术装备的战略性产业，受到政府高度重视。该设备主要应用于自动化设备技术领域，自动化设备制造涉及自动化控制、电子、机电一体化、精密测量、精密机械、光学与机器视觉、软件等多个技术领域。有机器人上下料设备需求的有机床类如数控车床、普通车床、CNC加工中心、磨床、铣床、攻牙攻丝机、冲床、拉伸机床、液压机床、成型机床、注塑机、激光打标机、喷锡机床等等，只要是机床类均可改造;

特殊类如喷涂生产线上下料、焊接应用上下料、玻璃上下料、化学原料的打捞上下料等；输送类（输送线上的一些上下料搬运）如流水线上下料等。

上下料设备可以使生产过程更加自动化和高效。如今，制造行业正在积极准备引入自动化生产。而自动化系统无疑是提高效率、追求更高投资回报的利器。广泛采用自动上下料装置，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

结语

机器人与上下料设备的紧密结合，不仅是自动化生产水平的提高，更是工厂生产效率革新与竞争力的提升。一台机器人可以根据加工工艺需求，对应1台至多台机床的上料、下料作业。在机器人一对多上下料系统中，机器人在不同机床加工工作中，完成坯件及加工件的取放动作，有效提升了机器人的使用效率。与此同时，机器人还可在恶劣环境中连续不间断作业，24小时运行，全面解放工厂产能，缩短交货期，提高市场竞争力。自动上下料机器人参与机床结构件加工制造以实现自动化，机床服务于机器人减速机的精密加工，提升加工工艺质量及批量生产效率等等，具有很大的融合发展空间。

参考文献

[1]自动化上下料机器人生产线控制优化分析[J].廖启雁.科技创新与应用,2020(36)

[2]自动化上下料系统的设计[J].林建兵.机械制造,2021(01)

[3]工业机器人在数控机床自动上下料系统中的应用[J].郑东梅;王庆喜;延安.粘接,2019(11)

[4]基于工业机器人的开关柔性组装自动化系统设计[J].段海峰;韩伟;江丽珍;陈宇姗.制造技术与机床,2020(03)

[5]六自由度机器人自动上下料及打磨关键技术研究[D].高国伟.江苏大学,2017