机械手 论文

注塑机械手控制系统Injectionmoldingrobotcontrolsystem摘要1954年，美国人乔治·德沃尔设计了第一台电子可编程的工业机器人，并与1961年发表了该项机器人专利。从此以后，随着机器人技术的发展和知识经济的出现，工业机器人在现代制造业中起着越来越大的作用，机械手的设计和改进日益受到人们的关注。注塑机械手是现代产品制造业中主要加工设备之一，是成型塑料制品的专用设备。随着注塑工业的快速发展，对工厂自动化程度要求越来越高，对注塑机械手的要求程度也越来越高。本文主要围绕注塑机取模机械手的控制系统展开论述，采用直接控制结构，完成了硬件电路设计，包括输入输出通道、伺服电机控制、存储器扩展、机械臂定位等设计。整个控制系统结构简洁，功能强大。本文首先介绍了目前的住宿取模机械手的现状和存在的问题，分析了不同类型的注塑机械手采用的不同硬件结构，提出了本文所介绍的采用单片机作为CPU的注塑机机械手控制系统。此注塑机机械手控制系统采取了直接控制结构，针对不同功能，采用模块化的电路设计，本文主要介绍主控板部分的电路设计。关键词：单片机；注塑机取模机械手：自动化Abstract1954，GeorgeDevol,anAmericanpeopledesignedthefistprogrammablerobot.LaterthefirstrobotmanipulatorpatentwaspublishedbyUSpatentandTrademarkOffice.Sincethen,withthedevelopmentoftherobottechnologyandtheemergenceoftheknowledgeeconomy,industrialrobotsplayaveryimportantroleinthemodernmanufacturinginthe21stcenturymoreandmoreattentionispaidtothedesignandimprovementofindustrialrobots.Injectionmoldingrobotmanufacturingofmodernproducts,oneofthemajorprocessingequipmentisspecialequipmentformoldingplasticproducts.Withtheinjectionmoldingindustry,rapiddevelopmentofincreasinglyhighdemandforfactoryautomation,therequirementsofinjectionmoldingmachineryhandhigherandhigherlevels.Thispapermainlyfocusmoduloroboticinjectionmoldingmachinecontrolsystemtostartdiscussion,theuseofdirectcontrolofthestructure,completehardwaredesign,includingtheinputandoutputchannel,servomotorcontrol,memoryextension,armpositioningdesign.Thewholecontrolsystemstructureissimpleandpowerful.ThispaperintroducesthecurrentaccommodationrobotmodulothecurrentsituationandproblemsofthedifferenttypesofinjectionofdifferentrobothardwareusedinthestructuredescribedinthisarticleproposestheadoptionofSCMastheCPUoftheinjectionmoldingmachinemanipulatorcontrolsystem.Theinjectionmoldingmachinecontrolsystemtotakeadirecthandcontrolstructuresfordifferentfunctions,modularcircuitdesign,thisarticleintroducesthemaincontrolboardpartofthecircuitdesign.Keywords:microcontroller;injectionmoldingmachinemodulorobot:Automation前言中国改革开放20多年来，塑料加工行业得到了迅猛的发展，同时，注塑成型设备的自动化程度也越来越高。为了适应这种发展趋势，越来越多从事塑料加工行业的厂商在其注塑机上都配备了注塑机取模机械手，以减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产、提高注塑成型机的生产效率、稳定产品品质、降低废品率、降低生产成本、增强企业的竞争力。随着塑料加工行业在我国的迅速发展，注塑成型设备的自动化程度也越来越高。现代化的注塑机常常配置有机械手，以提高生产效率。机械手可以完成注塑生产中的多个工序，目前在我国注塑行业中比较常用的主要是从模具中快速抓取制品并将制品传送到下一个生产工序上去的取件机械手。机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。注塑机械手是为注定产品质量、降低废品率、降低生产成本、增强企业的竞争力等方面起到极其重要的作用。在我国发展机械结构和控制系统相对较为简单而实用的注塑机械手与注塑机配合使用，具有较低的生产成本和较大的经济效益。在工资水平较低的中国，塑料制品行业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用己经越来越普及。那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土塑料加工厂也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交货周期缩短带来的挑战。机械手可以确保运转周期的一贯性，提高品质。另外，让机械手取代普通工人从模具中取出零件不仅稳定，而且也更加安全。同时，不断发展的模具技术也为机械手提供了更多的市场机会。以前，零件需要经过人工打磨和再加工才能出厂，模具质量的提高使生产出的零件可以直接进行装配。当然中国的制造业还是会持续发展下去的，中国的机械手市场会在十年左右的时间里达到一定规模。现在发达地区的加工厂在面对劳动力短缺和成本上升时，开始考虑自动化生产。目前国内的机械手类型比较简单上大都用于取件和喷洒脱模剂。随着注塑成型工业的发展，以后将有越来越多的机械手用于上料、混合、自动装卸模具、回收废料等各个工序上，而且将朝着智能化方向发展。第一章绪论1.1工业机械手及注塑机械手的发展和现状1.1.1工业机械手的发展过程机械手是能够模仿人手和手臂的功能，按固定程序抓取、搬运物件和操作工具的自动装置。它可以部分或全部代替人力，从事一些单调、繁重的重复性劳动，实现生产的自动化和机械化，能再有害环境中操作得以保护人身安全，当前正广泛用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。工业机械手是近代自动控制领域当中出现的一项新技术。并成为现代机械制造生产系统中的一个重要的组成的部分。机械手的迅速发展史由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到个先进工业国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性污染的场合，应用更为广泛。在我国，今年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业的重视。机械手一般可根据三种分类方法来分类。第一种是根据驱动方式的不同来分类；第二种是根据适用范围的不同来分类；第三种是根据运动轨迹控制方式的不同来分类。根据驱动方式的不同，机械手可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手等。驱动方式直接影响着该机械手的动力性、快速性和准确性等性能目标。分局适用范围的不同，机械手可分为专用机械手和通用机械手两种。专用机械手是为特定工作要求而制作的，其功能、性能与工作参数、动作顺序基本固定。由于专用机械手的专用性，起自身作为一种产品不能形成规模生产的，所以设计开发成本比较高。而通用机械手的参数或运动顺序可按一定的方式如视教、编程的方法进行快速的调整，可以胜任不同工作场合的不同要求。尽管通用机械手结构可能相对复杂，仍有可能通过形成批量生产而促使成本降低。根据运动轨迹控制方式的不同，机械手可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。轨迹控制的实现，使机械手不仅能够完成物体搬运，上下料等简单任务，还能承担焊接、装配、探测等复杂任务。1.1.2注塑机专用机械手的介绍随着注塑设备迅速发展，注塑机已经广泛应用于建筑、包装、电器电子、农业、汽车及交通业、轻工业、石油化学工业、机械工业、国防工业等国民经济各个部门及人们生活的各个领域，显示出极为重要的作用。现代化的注塑机都配有机械手，机械手是能够模仿人体手臂的部分功能，可以对注塑产品进行自动取出，使其按照预定要求对产品进行堆叠、排列及摆放。机械手是专门为注塑机设计开发的自动化生产设备，它可以减轻工人繁重的体力劳动、改善劳动条件保证安全生产，提高生产效率，在增强企业的市场竞争力等方面起到极其重要的作用。注塑机取模机械手是为注塑生产自动化专门配备的机械，是能够与注塑机完美配合工作的智能型机器，具有较低的成本和较大的经济利益。随着注塑工业的发展和注塑机的产业化应用，注塑机专用机械手逐步形成批量和规模，并最终走向了通用化和系列化构成了一个稳定的产品市场。注塑机械手的种类繁多，根据驱动原件来分，主要有以下几种类型:1、悬臂式:采用机械气动控制，价格便宜，市场价格不到万元，控制相对简单。2、全气动横走式:机械手的横行部、引拔部、手臂上下行均采用气缸控制，为了增加产品的可靠行，在第一轴的横行部分，一般用无杆气缸，但是气动控制容易受到气压等因素影响，一般用在精度要求不高的小型注塑机上面，同时全气动横走式价格相对低廉，因此应用较广。3、单轴伺服横走式:由于采用气缸控制，容易受到气体压力的影响，在精度和可靠性方面相对来说较差，为了提高精度，增加可靠性，横出部分采用伺服电机进行定位，以达到更高的精度。4、三轴伺服，为了进一步提高机械手的可靠性，提高产品的取出成功率，一些厂，家开发了三轴伺服的机械手，这种机型可靠程度相对较高，运行稳定，在未来的市场上有着广阔的发展前景。5、五轴和七轴机械手，根据模具及产品的需要，并针对一些大型的注塑机，一些产品生产厂家陆续开始使用五伺服以上的高端机械手，机械手拥有两条手臂，每一条手臂的上下及进退均采用伺服电机进行控制，一些产品取出后还需要机械手进行一系列的处理，例如一个餐盒的取出，取出之后必须在温度没下降太多之前将餐盖部分进行反复折弯处理，待恢复到室温以后，产品的韧性好，如果在室温下进行折弯，产品容易断裂，这样就要采用高端机械手进行后续处理。在国内仅有精锐广用、伟力、威猛等几家机械手厂家可以生产五伺服以上机械手。也有一些厂家采用PLC控制达到三伺服的水平，但是PLC开发出的系统相对来说功能比较单一，系统开发完成后，必须按照既定的程序进行修改，用户无法增加一些特殊的动作，系统无法将动作储存，不适合长期使用。1.1.3注塑机械手的国内外现状台湾的天行自动化机械股份有限公司专业生产射出成型专业机械手臂及周边自动化设备，是产品设计、制造、销售、服务为一体的企业，其产品为世界知名的领导品牌之一，销售范围遍布全国及世界各地。日本有信(y-ushin)精机株式会社主要生产以机械手为中心的，推进注塑工厂生产合理化的各种机械