随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进,制砖产业为现代经济的重要组成部分和工业化进程中最为经济合理的综合服务模式,正在全国范围内得以迅速发展。像目前在国内砖厂和隧道窑推广的全自动码坯机就是一种工业化进程中的代表机械。全自动码坯机包括：自动切条、切坯、分坯、行走、升降、抓坯、码放、回转。全部动作由一台液压总站控制，1人操作。主要用于砖坯的码放、堆垛，代替传统20个人工捡坯、运坯、码垛繁琐的劳动工作。码坯机主要特点：PLC智能控制、操作简便、运行稳定、夹坯力度可调、提高生产效率、减少劳动轻度。我公司可根据用户产量要求定制各种码坯机械，我公司可根据用户产量要求或其它特殊情况定制各种码坯机械。负责安装调试、培训操作技术、保证正常稳定运行。1全自动机械手码坯机的特点1.1全自动机械手码坯机的主要组成及作用

所示,码坯机械手主要由机座、水平位移机构、垂直位移机构、抓头机构组成。机座的作用是固定机械手,与地面用螺栓 连接,是机械手稳定工作的关键。 水平位移机构是由伺服码垛机电机M 1 驱动,机械手水平位移中主要克服机械手的动惯量,伺服码垛机电机M 1 参数、运动曲线的选择,对于机械手平 稳快速运行具有重要作用。伺服码坯机电机M 1 的运行范围360°,在实际应用 中,为了提高机械手的运行效率,在不影响码 垛质量、场地允许的情况下,建议M 1 的运行范围尽量小。 垂直位移机构是机坯手的最重要的关键机 构,它由平衡缓冲器、伺服码垛机电机M 2 驱动的机械臂1、伺服码垛机电机M 3 驱动的机械臂2、四连杆机 构等组成。伺服码垛机电机M 2 和伺服码垛机电机M 3 按照一定的曲线同步运行,PLC或伺服码垛机电机同步控制 器利用CNC(运动计算语言)指令控制运行,控 制伺服码垛机电机M 2 和M 3 的运动过程,决定机械手 上升下降柔性动作的效果。平衡缓冲器主要平衡机械臂和抓载物体,同时对机械臂的过冲进行缓冲。四连杆机构作用是稳定抓头保持水平。 抓头机构由抓头和驱动垛层旋转的伺服码垛机电机M 4 组成。一般情况下,伺服码垛机电机M 4 的运行 和伺服码垛机电机M 1 的运行角度相同,但方向相反。垛层的排列、箱子的大小不同,所用抓头不同。1.2全自动码坯机械手码垛机的主要技术指标 公称抓举重量300kg 抓举次数700次/h 运动轴数4轴 水平位移角度360° 抓头调整角度540° 上下移动位移1800mm 电机功率19kW2机械手的控制2.1机械手的控制方案 如图2所示,机械手的控制系统主要由G1 (PLC)、G2人机界面、伺服码垛机电机M 1-4 、伺服码垛机驱动器A 1-4 、检测元件、执行元件等组成。PLC通过 CANopen总线控制伺服码垛机驱动器A 1-4 对伺服码垛机电机 M 1-4 的控制。2.2机械手在码垛中的解决方案如图3所示,实际码坯过程中,托盘通过 输垛链道将托盘送到B(中心)点,通过输箱链道将待抓箱子有规律的放到A(中心)点,O点是机械手的中心,机械手的作用是把码好的箱子以R 为半径,旋转α角度,从A点移到B点,码放到需要的层数为止(一般为5或6层)。从图3可以看出,机械手与码垛中心距 OB,机械手与抓箱中心距OA相等,对于同一个码垛场合,是一个常数R,输垛链中心线与抓箱中心距离L。根据sinα=L/R,计算出α的角 度,α即为水平位移机构的旋转角度,K 1×α为 伺服电机M 1 的旋转角度(K 1 为减速机的减速 比)。为了是垛位摆正,抓头机构旋转-α,伺服 电机M 4 旋转-K 2×α(K 2 为减速机的减速比)。2.3机械手垂直升降的控制2.3.1作图法求运动轨迹 机械手在码垛过程中,载重量比较大,伺 服电机克服物体的动惯量比较大。为了很好的解决这个问题,我们采取分步运行,水平位移和垂直上下位移交替进行,增加了机械手动作 的稳定性和协调性。

 

 

可以看出,机械手与抓头中心距恒定不变,对于伺服电机M 2 和伺服电机M 3 的运动只要保证抓头机构垂直升降, 24 Z A B L 1 C X L 2 D O 21.2° 79.2° 45.1° 72.6° L 300 图4机械臂1和机械臂2运动位移示意图 利用作图法求出伺服电机M 2 和伺服电机M 3 的 运动轨迹。机械手抓头机构垂直下降300mm, 机械臂1和机械臂2的摆动角度,求出伺服电 机M 2 和伺服电机M 3 的运动角度。

 

L 1 为机 械臂1的长度,L 2 为机械臂2的长度,L为机械 手与抓头的中心距。抓头从C点移动到D点, 伺服电机M 3 从A点移动到B点,机械臂1顺时 针旋转45.1-21.2=23.9°,机械臂2逆时针旋转 79.2-72.6=6.6°。伺服电机M 2 顺时针旋转K 1× 23.9个脉冲数,伺服电机M 3 逆时旋转K 2×6.6个 脉冲数(K 1 、K 2 是减速机减速比与伺服电机旋转一周的脉冲数的乘积),不难看出,伺服电机 M 2 是机械手上升下降的主驱动,伺服电机M 2 、 M 3 以M 2 为主驱动的主从同步运行。在相同的时 间内,伺服电机M 2 顺时旋转K 1×23.9个脉冲数, 伺服电机M 3 逆时旋转K 2×6.6个脉冲数。伺服码垛机电机M 3 主要作用是调整抓头上升下降,伺服码垛机电机 M 3 主要作用是调整抓头的垂直度。2.3.2伺服电机M 2 、M 3 的运动轨迹修正假设M 2 的运行速度是V,那么M 3 的运行 速度是K 2×6.6/K 1/23.9×V,在同一时间内,抓头准确下降到D点,在运行过程中,抓头的运动 轨迹不是一个直线,是一个曲线,有时可能还会影响到抓垛过程,也显得伺服码垛机电机M 2 、M 3 的 运动轨迹不协调,柔性较差。我们对运动过程 在150mm处作图,发现M 3 的运动轨迹差别比 较大,

 

伺服码垛机电机M 2 、M 3 的运动轨迹曲 线图,对M 3 的运动轨迹进行修正,M 3 以两段速度与M 2 同步运行,通过修正后,抓头运行轨迹基本上是一个直线,达到预期的效果。3垛层的排列形式和相关参数计算啤酒、饮料、调味品的装箱,大多采用3×4 的12瓶包装,箱子的长宽比为4:3,这样就决定了垛层的箱子排列必然是3箱或4箱的组合。以啤酒包装为例,箱子的长度为300mm,宽度为225mm,箱子高度300mm,毛重14.5kg。3.1每层10箱的排列每层10箱的排列是334或433的排列,每 层重量145kg,占地面积750×900mm 2,每垛5 层,层高1500mm,垛重725kg,不超过机械手 抓载能力,采用1.5吨的叉车运输有点浪费,此 方案不是最优。3.2每层11箱的排列每层11箱的排列是344或443的排列,每 层重量159.5kg,占地面积825×900mm 2,每垛5 层,层高1500mm,垛重797.5kg,不超过机械 手抓载能力,采用1.5吨的叉车运输有点浪费, 此方案不是最优。3.3每层14箱的排列每层14箱的排列是3344或4433的排列, 每层重量203kg,占地面积1050×900mm 2,每垛 5层,层高1500mm,垛重1015kg,不超过机械 手抓载能力,采用1.5吨的叉车运输比较适中, 此方案比较优选。3.4每层16箱的排列每层16箱的排列如图6所示,每层重量 232kg,占地面积1050×1050mm 2,每垛5层,层高1500mm,垛重1160kg,不超过机械手抓载能 力,采用1.5吨的叉车运输比较适中,此方案比 图5伺服电机M 2 、M 3 同步运行曲线示意图 脉冲数 239K1 66K1 17K1 150300 距离 M 2 运 行 曲 线 M 3 运 行 曲线 修 正 M 3 运 行 图6每垛层16箱排列示意图较优选。本方案的缺点是每层的箱子排列控制比较烦琐,易损坏包装箱,对机械手的抓载能力要求高。4结束语利用全自动机械手码坯机的主要优点是码垛整体, 故障率低,需要操作人员少。机械手是一种简单的专用机器人,在我国内,码垛机械手还是空白,只有少量的用于装配线的机械手,全自动码坯机械手码垛机在国内市场有很好前景。为了保护设计者和生产厂家的利益,本文对重要数据进行了处理,对于关节减速机、伺服电机参数选型没有说明,但不影响对码垛机械手的原理论述