直角坐標(biāo)機(jī)器人在小型立體庫(kù)中的應(yīng)用

一、引言

在全自動(dòng)檔案存期系統(tǒng)，全自動(dòng)售藥機(jī)，全自動(dòng)保管箱存取系統(tǒng)和其它一些小型立體倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用中都采用直角坐標(biāo)機(jī)器人作為取出，存放和搬運(yùn)機(jī)構(gòu)。其中小型立體倉(cāng)庫(kù)主要是存儲(chǔ)小體積的物品，這些物品通常放置在朔料箱里或外形統(tǒng)一的紙箱里等規(guī)范統(tǒng)一的容器里。但很多小型立體庫(kù)還用來(lái)存放相同的產(chǎn)品，半成品和部件，如太陽(yáng)能板，汽車配件等。機(jī)器人可以對(duì)每個(gè)箱或每個(gè)部件進(jìn)行自動(dòng)取出及放置到出貨口，也可以把出貨口的箱子托取住和放置到貨架對(duì)應(yīng)的位置上。與常見(jiàn)的，安裝在車間的大型立體倉(cāng)庫(kù)不同，小型立體倉(cāng)庫(kù)主要安放在辦公樓內(nèi)，要求體積小，存儲(chǔ)密度大，占地少和工作噪聲低等。有很多用戶為了保證噪聲低，還嚴(yán)禁使用氣動(dòng)原件。本文就以沈陽(yáng)萊茵機(jī)器人的小型立體倉(cāng)庫(kù)項(xiàng)目為例來(lái)簡(jiǎn)單介紹。

二、小型立體倉(cāng)庫(kù)的主要組成部分

檔案管理存儲(chǔ)類立體倉(cāng)庫(kù)主要被裝在辦公樓內(nèi)，教學(xué)類立體倉(cāng)庫(kù)也主要放在教室內(nèi)，而模具存儲(chǔ)類，標(biāo)準(zhǔn)件存儲(chǔ)類立體倉(cāng)庫(kù)主要放置在車間內(nèi)。隨應(yīng)用場(chǎng)合不用，其結(jié)構(gòu)有小的區(qū)別。下面就以存儲(chǔ)朔料箱的立體庫(kù)為例進(jìn)行介紹。這類立體庫(kù)主要由貨架，朔料箱，放貨出貨處和取放搬運(yùn)機(jī)器人組成。圖1是沈陽(yáng)萊茵機(jī)器人德國(guó)合作伙伴Berger Lahr公司的多貨架和單貨架兩種小型立體庫(kù)。我們?yōu)橛脩羲O(shè)計(jì)的立體庫(kù)也是借鑒百格拉的成功案例及得到他們的幫助，特別是抓取部分。圖2是沈陽(yáng)萊茵機(jī)器人為一用戶設(shè)計(jì)制造的1000箱銀行保管箱自動(dòng)存取系統(tǒng)和為一客戶設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能板自動(dòng)存儲(chǔ)系統(tǒng)。盡管各家的小型立體庫(kù)有區(qū)別，但主要部分都類似，下面就對(duì)各個(gè)主要部分進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。



圖1：Berger Lahr多貨架立體庫(kù)和單貨架立體庫(kù)。

圖2：左圖是萊茵機(jī)器人設(shè)計(jì)制造的1000箱全自動(dòng)保管箱系統(tǒng)，右圖是為用戶設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能板自動(dòng)存儲(chǔ)庫(kù)。

1、搬運(yùn)機(jī)器人

對(duì)兩個(gè)貨架面對(duì)面放置的立體庫(kù)其搬運(yùn)機(jī)器人是典型的二維XZ機(jī)器人，而超過(guò)兩個(gè)貨架就要采用圖1中左圖所示的三維機(jī)器人。本文僅介紹雙貨架的立體庫(kù)所配的二維機(jī)器人。其二維XZ機(jī)器人與圖2中左圖所采用的機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式幾乎完成一樣。但要根據(jù)搬運(yùn)物體重量，立體庫(kù)的大小，工作節(jié)拍來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的直角坐標(biāo)機(jī)器人。比如搬運(yùn)100~120公斤負(fù)載（框+零件最大重量）的機(jī)器人其上下兩根X軸就要采用RSL170型直線運(yùn)動(dòng)單元，兩根并列Z軸采用RSL90D直線運(yùn)動(dòng)單元。比如搬運(yùn)30~80公斤負(fù)載（框+零件最大重量）的機(jī)器人其上下兩根X軸就要采用RSL90D型直線運(yùn)動(dòng)單元，兩根并列Z軸采用RSL90直線運(yùn)動(dòng)單元。



圖3中左圖是帶轉(zhuǎn)動(dòng)功能的手爪和Z軸照片，右圖是手爪和Z軸照片。



圖4: XZ直角坐標(biāo)機(jī)器人，Z軸滑塊帶動(dòng)3個(gè)上藥料道，藥架里每個(gè)格的寬度和高度可以不同。

2、貨架

圖3中藥架的各個(gè)放藥處是均勻的，其寬度和高度是固定的。實(shí)際的藥架里每個(gè)格的寬度和高度可以不同。藥架放置藥的位置數(shù)量也是按醫(yī)院大小來(lái)設(shè)計(jì)的。藥架可以是傾斜15度角的，也可以類似書架水平的。藥架要與機(jī)器人結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。

3、機(jī)器人手爪

在小型立體倉(cāng)庫(kù)項(xiàng)目中萊茵機(jī)器人根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)了四種手爪，手爪工作的穩(wěn)定性，可靠性非常重要，詳細(xì)資料請(qǐng)聯(lián)系沈陽(yáng)萊茵機(jī)器人。下面對(duì)三種手爪分別簡(jiǎn)單介紹。

1）托起式

這類三層伸縮式手爪是用來(lái)抓取朔料箱產(chǎn)品類產(chǎn)品。工作時(shí)手爪伸入到箱子底下，然后升高使箱子離開(kāi)貨架。然后手爪回收把箱子運(yùn)送到手爪托架中心。該類手爪又分兩種。一種是靠整個(gè)手爪任意轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成箱子在不同方向貨架上的任意存取。令一類是靠可以向前后兩個(gè)方向伸縮來(lái)完成箱子在不同方向貨架上的任意存取。

2）鉤拉式

在銀行保管箱自動(dòng)存取設(shè)備中，萊茵機(jī)器人為用戶設(shè)計(jì)了可以雙向鉤拉式手爪。其工作原理就是手爪伸到箱子底部，然后鉤子上升把箱子鉤住，然后拉到手爪中間。該類手爪可以從前后兩個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)抓取和存放操作。

3）夾拉式

這類手爪在汽車電池快速更換系統(tǒng)中被廣泛使用。它主要是通過(guò)兩側(cè)的夾板把箱子夾住，同時(shí)通過(guò)夾板上轉(zhuǎn)動(dòng)鏈條帶動(dòng)把箱子轉(zhuǎn)送出來(lái)。要求箱子強(qiáng)度好，體積完全相同。

4）吸夾式

這類手爪主要為自動(dòng)售藥機(jī)設(shè)計(jì)的，工作時(shí)小型吸盤對(duì)準(zhǔn)藥盒后運(yùn)動(dòng)到藥盒表面。然后通過(guò)吸盤吸住藥盒及拉回到手爪托盤中間。兩邊的夾板自動(dòng)夾緊藥盒，以防運(yùn)動(dòng)過(guò)程中藥盒發(fā)生位移。

4、放貨口

隨要存儲(chǔ)物體用處不同，放貨口也不同。對(duì)朔料箱類的立體庫(kù)就采用與傳統(tǒng)立體庫(kù)相同的出貨口。而自動(dòng)售藥機(jī)的出藥口和銀行保管箱的出貨口也不完全一樣，這里不進(jìn)行詳細(xì)介紹，要了解詳細(xì)資料請(qǐng)聯(lián)系沈陽(yáng)萊茵機(jī)器人。

5、控制系統(tǒng)

最高端控制系統(tǒng)是工控機(jī)，主要用來(lái)進(jìn)行管理和統(tǒng)計(jì)工作。而運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是觸摸屏和西門子PLC。一些簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)萊茵機(jī)器人采用德國(guó)BergerLahr公司的智能步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。這類智能步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)通過(guò)編程和IO口可以完成特定的動(dòng)作，對(duì)簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，減少布線，簡(jiǎn)化PLC程序非常有意義。

6、安全防護(hù)措施

安全防護(hù)措施是所有機(jī)器人系統(tǒng)最重要部分，我們采取機(jī)械限位，傳感器信號(hào)和位置信息互鎖，軟限位，安全門鎖等措施及它們的有機(jī)組合。

三、結(jié)論

借助德國(guó)Berger Lahr公司的一些成果案例，萊茵機(jī)器人為國(guó)內(nèi)用戶成功設(shè)計(jì)制造了檔案存儲(chǔ)系統(tǒng)，全自動(dòng)售藥機(jī)，銀行全自動(dòng)保管箱系統(tǒng)，太能能板存儲(chǔ)系統(tǒng)，模具存儲(chǔ)庫(kù)等。與不同用戶及行業(yè)的接觸，我們深深感受到用戶對(duì)機(jī)器人渴望和擔(dān)憂。用戶非常擔(dān)心機(jī)器人的穩(wěn)定性，擔(dān)心機(jī)器人能否長(zhǎng)期可靠地工作。比如全自動(dòng)保管箱和全自動(dòng)售藥機(jī)能否10年內(nèi)無(wú)故障工作。用戶有過(guò)不越快的經(jīng)歷，特別是兩家合作項(xiàng)目配合不起來(lái)，電控根本就不會(huì)做。有些企業(yè)的文章就是抄襲萊茵機(jī)器人的，具體設(shè)計(jì)制造，交鑰匙功能等綜合能力就不行了。萊茵機(jī)器人也有過(guò)失敗的經(jīng)歷，所以今天萊茵機(jī)器人走精品戰(zhàn)略，要達(dá)到德國(guó)產(chǎn)品的質(zhì)量，使產(chǎn)品走向世界。為此萊茵機(jī)器人設(shè)計(jì)制造的各種機(jī)器人系統(tǒng)都必須是精品，是工藝品，必須全部采用高質(zhì)量，高品質(zhì)的配件。比如減速機(jī)僅采用德國(guó)Neugart公司的精密行星減速機(jī)，驅(qū)動(dòng)伺服產(chǎn)品通常采用德國(guó)Berger Lahr公司或LUST公司的高端產(chǎn)品。另外光電傳感器和低壓電器采用施耐德或德國(guó)產(chǎn)品，控制系統(tǒng)采用西門子PLC，氣動(dòng)元件采用德國(guó)FESTO產(chǎn)品。機(jī)器人的安全措施非常重要，萊茵機(jī)器人采取機(jī)械限位，光電傳感器信號(hào)互鎖，軟件限位，多急停按鈕和安全鎖等多級(jí)安全措施，確保所生產(chǎn)制造的機(jī)器人系統(tǒng)長(zhǎng)期，穩(wěn)定，可靠，低噪聲，高速地工作。機(jī)器人是我們的事業(yè)，畢生的追求！