关键词：机床自动上下料，直角坐标机器人，单轴机械手，机床上下料机器人
机床的上下料工作，由于重复性很高，这一领域的技术人员一直在探索将工业机械手应用于其中，并开发出很多成熟的解决方案。目前这一在领域常见的机械手为专用机械手和通用机械手，而通用型机械手因为其结构灵活、适应性强而逐渐被普遍应用。而采用我公司的单臂机械手所搭建的机床自动上下料系统具有成本低、安装灵活、用户免编程等优点。
1、单臂机械手简介：
单臂机械手，又称单轴机械人、直角坐标机器人、线性模组单元、电缸等，是集成了线性导轨和滚珠丝杠为机械系统，伺服电机和步进电机为电气系统的一种应用于工业运动控制的设备。该设备以单轴为基本的配置单元, 可组合成1~4轴的运动机构，再和可编程的多轴运动控制系统相组合，用于各种涉及多维复杂运动轨迹应用的场合。
在控制系统方面，我们的运动控制器内置通用的控制系统软件，运动轨迹输入采用触摸屏进行图形化示教编程设计，从而对目标运动轨迹进行免代码编程，简单易行。
为确保机械臂对于机床工件的抓取负荷，我们特意对标准产品进行了加强设计，使之充分适应对50公斤工件的抓取负荷能力并在运行过程中无颤动。
2、机械臂的选型：
机械臂的选型涉及到对机床上料及下料动作的安排，通常的动作安排为X-Z平面内的两维运动：
1) 上料过程的动作：机械臂沿X轴运动到工件取料位置的上方后停止，然后Z轴向下运动使张开的手爪刚好能抓住工件，闭合手爪抓住工件后，使Z轴再向上运动到指定高度，然后再沿X轴方向运动到工作台卡盘正上方，然后Z轴向下运动把工件装入卡盘或工装内。然后卡盘夹紧，Z轴上升到超出机床防护罩上方，X轴再运动到等待位置等待机床完成工件的加工。
2) 下料过程的动作：完成工件加工后，X轴运动到卡盘的正上方，Z轴向下运动使手爪刚好能抓住工件，然后给气压使手爪合并抓住工件，卡盘松开，Z轴向上运动到合适的高度，然后沿X轴方向运动直至Z轴到放料位置，Z轴下降到放料点，张开手爪放料完成后提升Z轴，再转入下一个上料过程。
以上动作安排的路径需要与机械臂配套的上下料机构如料盘、卡盘等的位置在同一条直线上，这样才能满足机械臂做X-Z两维运动的要求。如果实际情况较难满足，可以为机械臂再增加一个Y轴，这样机械臂可以就可以进行X-Y-Z三轴三维运动了，灵活度可以大大增强。三轴机械臂可以根据位置情况安装成普通三轴或梁式三轴结构。
3、安装方式：
根据机床结构的不同，可以采用顶部和侧部安装两种方式。如下图所示：
1) 顶部安装：
即将机械臂直接固定安装在机床的顶部上盖处，为一种简易的安装方式，其优点是对机床的现有结构改动较少，安装简单，缺点是机床的外观结构整体性不好，料仓的位置不太好布置。
2) 侧部安装：
即单独对机械臂搭建一个工作舱并同时作为料仓，该工作舱和机床内部进行连通，机械臂可以在机床和其工作舱之间进行穿梭运动，完成上下料工作。其优点是机床的整体性、安全性好，料仓、机械臂的结构紧凑。缺点是造价较高，对机床的现有结构改动较大。
4、机械手末端执行器(手爪)的结构设计:
一般工业机器人手爪，多为双指手爪，驱动方式一般为气动驱动，这样使手爪做抓取运动时具有一定的柔顺性，这一点对夹持工件是十分需要的。
在此推荐一种连杆杠杆式手爪的设计，这种手爪设计是在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧(放松)运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力，通常与弹簧联合使用，如下图所示：
5、控制系统简介：
为客户提供了完善的机械臂运动控制器和示教器，内置控制系统软件，机械臂的运动轨迹输入采用触摸屏进行图形化示教编程设计，对目标运动轨迹进行编程, 免代码。使用户在规划机械臂运动线路时简单易行，轻松快捷。
在机床上下料的应用方面，我们同时可以将机械臂和机床的联动操作、其他辅助机构的操作动作和信号，如机床启停、打开/关闭机床防护窗、上下料触发信号等通过I/O联动的方式集成在机械臂的运动控制器中，使机床的控制系统和机械臂控制系统实现完美的结合。
控制系统示意图：
软件系统的示教画面：
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