码垛机器人在仪表生产中的应用方案

在手机、仪表等的一些零件及粉末冶金行业的绝大部分零件都需要大批量的生产。在这些零件的生产过程中和装配过程中，要从冲床、压床、注塑机和磨床等取下，要把零部件从一个工序运输到另一个工序，整个生产过程中还要保护零件表面，为此很多生产厂家就采用德国百格拉公司生产的码垛机器人来完成这些工作，大量提高了工作效率和产量，还提高了产品质量和经济效益。例如西门子在手机的生产过程中，法国和德国WIKA公司在压力表，温度表和千分表的生产过程中都采用很多台德国百格拉公司的标准码垛机器人WMS600，本文就以WIKA公司所有的WMS600为例来介绍

一WMS600的组成

WMS600主要由一个供料机构，一个下料机构，托盘搬运机构和一个二维搬运机器人组成。WMS600码垛机器人每8秒完成一次零件装到机床上及从机床上取消，10秒以内就完成一次托盘交换，它的工作效率非常高，下面介绍其主要部分。

1供料机构和下料机构

供料机构是12个托盘落在一起组成的托盘摞，可以由一个人用手推车推入送料轨道内，或由传送带传送到送料轨道内。每个托盘长×宽为400×600mm,最多可以放置30公斤的零件。当供料托盘里的活塞全部处理完后，其上面的活塞和12个拖盘都被运送到下料机构上了，由人工把空车推出再把一车零件推入，或通过传送带自动把下一摞装满零件的托盘运动供料轨道内。下料机构和上料机构完全一样，这里就不再详细介绍了。

图1：WMS码垛机器人的工作原理图

2托盘搬运机构

托盘搬运机构由托盘手爪，托盘升降轴和托盘水平搬运轴组成。托盘手爪采用电动手爪，由一台双输出轴步进电机驱动两个螺纹方向相反的丝杠来控制手指的张开或闭合。托盘升降轴就是由两根PAS44BB并联组成的上下运动轴，带动12个拖盘升降运动。而托盘水平搬运轴则由两根PAS44BB并联组成的水平运动轴。

3二维搬运机器人

由于WIKA公司采用立式数控车所以百格拉公司就采用了一个二维XZ机器人。X轴是PAS42BB，Z轴是LM-A101。对于不同零件采用不同的手爪。该XZ机器人的X轴行程为1.7m,Z轴为0.6m,X轴的最高运行速度为2.2m/s,Z轴的最高运行速度为1m/s。

二、WMS600的工作过程

供料机构和下料机构无论是人工推入轨道内指定位置，还是通过传送带运送到轨道内指定位置，都要被定位卡住。在图1中手爪的宽度是可控的，张开时宽度大于托盘的宽度，而闭合时能夹住托盘的两边。而水平运动轴和垂直运动轴可以在整个行程内任意运动。工作时手爪张开，垂直运动轴运动到最高出，然后水平运动轴把手爪运动到供料机构的上方。接着垂直运动轴下降到供料机构最上面拖盘的下部底面，然后手爪闭合把托盘卡住。这时垂直运动轴先升到最高处，然后再通过水平运动轴把托盘的第一列零件运动到与XZ二维搬运机器人的工作平面相重叠处。等待XZ二维搬运机器人逐个把托盘里第一列的零件抓取送到机床上（或其它的设备上），待处理完再把它放回原处。处理完托盘里第一列的零件后再把托盘里第二列的零件运动到与XZ二维搬运机器人的工作平面相重叠处及处理第二列零件。如此处理完托盘里的全部零件后，水平运动轴把托盘先送到下料位置，然后垂直运动轴把托盘下移放到托盘摞的最上面。这时手爪张开后垂直运动轴升高，然后去上料处去抓取另一个托盘，完成托盘交换的时间通常小于8秒。完成托盘交换后处理下一个托盘的零件，如此以此进行下去，直到处理完最后一个托盘上的全部零件。

整个机器人控制系统采用百格拉公司TLCCCAN总线控制系统，通过CANBus控制各个轴的运动。各个轴的驱动采用带CANBus总线控制功能的伺服电机驱动系统TLC534。TLCC作为主站通过CAN总线可以控制几十个从站（TLC534），每10ms一个控制周期。每个轴所配的行星减速机都是德国Neugart公司的PLE系列精密行星减速机。整个系统采用4个PLE系列精密行星减速机和4个可编程，带运动控制功能的智能伺服驱动器系统TLC534。

三、WMS600码垛机器人的优点

1如图2所示，可以很方便扩展为三摞或四摞系统。

2可以用于上料，或下料，或中间存储机器，

3可以使用零件旋转单元，便于上料，下料

4可以按不同零件，订制形状和材质合适的托盘，

5采用CANBus控制方式，更零件，更可靠，

6托盘升降轴和水平运动轴每次运动的距离可以任意编程

图2：扩展成三摞托盘的码垛机器人原理图

四展望

本文介绍的WMS600码垛机器人系统虽然是用在各种仪表的生产中，但它们是通用的非常高效实用的供料，下料和中间转运设备。它们适用一些机电零件，表面非常敏感的塑料件，特殊形状的冲压件，各种机加件，粉末冶金件，压铸件，注塑件等。针对不同材质的零件其托盘的结构和材质也不同，但大多数是压铸塑料盘。