直角坐標機器人在小型立體庫中的應用

一、引言

在全自動(dòng)檔案存期系統，全自動(dòng)售藥機，全自動(dòng)保管箱存取系統和其它一些小型立體倉庫應用中都采用直角坐標機器人作為取出，存放和搬運機構。其中小型立體倉庫主要是存儲小體積的物品，這些物品通常放置在朔料箱里或外形統一的紙箱里等規范統一的容器里。但很多小型立體庫還用來(lái)存放相同的產(chǎn)品，半成品和部件，如太陽(yáng)能板，汽車(chē)配件等。機器人可以對每個(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應的位置上。與常見(jiàn)的，安裝在車(chē)間的大型立體倉庫不同，小型立體倉庫主要安放在辦公樓內，要求體積小，存儲密度大，占地少和工作噪聲低等。有很多用戶(hù)為了保證噪聲低，還嚴禁使用氣動(dòng)原件。本文就以沈陽(yáng)萊茵機器人的小型立體倉庫項目為例來(lái)簡(jiǎn)單介紹。

二、小型立體倉庫的主要組成部分

檔案管理存儲類(lèi)立體倉庫主要被裝在辦公樓內，教學(xué)類(lèi)立體倉庫也主要放在教室內，而模具存儲類(lèi)，標準件存儲類(lèi)立體倉庫主要放置在車(chē)間內。隨應用場(chǎng)合不用，其結構有小的區別。下面就以存儲朔料箱的立體庫為例進(jìn)行介紹。這類(lèi)立體庫主要由貨架，朔料箱，放貨出貨處和取放搬運機器人組成。圖1是沈陽(yáng)萊茵機器人德國合作伙伴Berger Lahr公司的多貨架和單貨架兩種小型立體庫。我們?yōu)橛脩?hù)所設計的立體庫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)萊茵機器人為一用戶(hù)設計制造的1000箱銀行保管箱自動(dòng)存取系統和為一客戶(hù)設計的太陽(yáng)能板自動(dòng)存儲系統。盡管各家的小型立體庫有區別，但主要部分都類(lèi)似，下面就對各個(gè)主要部分進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。



圖1：Berger Lahr多貨架立體庫和單貨架立體庫。

圖2：左圖是萊茵機器人設計制造的1000箱全自動(dòng)保管箱系統，右圖是為用戶(hù)設計的太陽(yáng)能板自動(dòng)存儲庫。

1、搬運機器人

對兩個(gè)貨架面對面放置的立體庫其搬運機器人是典型的二維XZ機器人，而超過(guò)兩個(gè)貨架就要采用圖1中左圖所示的三維機器人。本文僅介紹雙貨架的立體庫所配的二維機器人。其二維XZ機器人與圖2中左圖所采用的機器人結構形式幾乎完成一樣。但要根據搬運物體重量，立體庫的大小，工作節拍來(lái)選擇對應的直角坐標機器人。比如搬運100~120公斤負載（框+零件最大重量）的機器人其上下兩根X軸就要采用RSL170型直線(xiàn)運動(dòng)單元，兩根并列Z軸采用RSL90D直線(xiàn)運動(dòng)單元。比如搬運30~80公斤負載（框+零件最大重量）的機器人其上下兩根X軸就要采用RSL90D型直線(xiàn)運動(dòng)單元，兩根并列Z軸采用RSL90直線(xiàn)運動(dòng)單元。



圖3中左圖是帶轉動(dòng)功能的手爪和Z軸照片，右圖是手爪和Z軸照片。



圖4: XZ直角坐標機器人，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量也是按醫院大小來(lái)設計的。藥架可以是傾斜15度角的，也可以類(lèi)似書(shū)架水平的。藥架要與機器人結構相對應。

3、機器人手爪

在小型立體倉庫項目中萊茵機器人根據用戶(hù)要求設計了四種手爪，手爪工作的穩定性，可靠性非常重要，詳細資料請聯(lián)系沈陽(yáng)萊茵機器人。下面對三種手爪分別簡(jiǎn)單介紹。

1）托起式

這類(lèi)三層伸縮式手爪是用來(lái)抓取朔料箱產(chǎn)品類(lèi)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送到手爪托架中心。該類(lèi)手爪又分兩種。一種是靠整個(gè)手爪任意轉動(dòng)來(lái)完成箱子在不同方向貨架上的任意存取。令一類(lèi)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)存取設備中，萊茵機器人為用戶(hù)設計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(lèi)手爪可以從前后兩個(gè)方向實(shí)現抓取和存放操作。

3）夾拉式

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

4）吸夾式

這類(lèi)手爪主要為自動(dòng)售藥機設計的，工作時(shí)小型吸盤(pán)對準藥盒后運動(dòng)到藥盒表面。然后通過(guò)吸盤(pán)吸住藥盒及拉回到手爪托盤(pán)中間。兩邊的夾板自動(dòng)夾緊藥盒，以防運動(dòng)過(guò)程中藥盒發(fā)生位移。

4、放貨口

隨要存儲物體用處不同，放貨口也不同。對朔料箱類(lèi)的立體庫就采用與傳統立體庫相同的出貨口。而自動(dòng)售藥機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)行詳細介紹，要了解詳細資料請聯(lián)系沈陽(yáng)萊茵機器人。

5、控制系統

最高端控制系統是工控機，主要用來(lái)進(jìn)行管理和統計工作。而運動(dòng)控制系統是觸摸屏和西門(mén)子PLC。一些簡(jiǎn)單的運動(dòng)萊茵機器人采用德國B(niǎo)ergerLahr公司的智能步進(jìn)電機系統。這類(lèi)智能步進(jìn)電機系統通過(guò)編程和IO口可以完成特定的動(dòng)作，對簡(jiǎn)化設備結構，減少布線(xiàn)，簡(jiǎn)化PLC程序非常有意義。

6、安全防護措施

安全防護措施是所有機器人系統最重要部分，我們采取機械限位，傳感器信號和位置信息互鎖，軟限位，安全門(mén)鎖等措施及它們的有機組合。

三、結論

借助德國B(niǎo)erger Lahr公司的一些成果案例，萊茵機器人為國內用戶(hù)成功設計制造了檔案存儲系統，全自動(dòng)售藥機，銀行全自動(dòng)保管箱系統，太能能板存儲系統，模具存儲庫等。與不同用戶(hù)及行業(yè)的接觸，我們深深感受到用戶(hù)對機器人渴望和擔憂(yōu)。用戶(hù)非常擔心機器人的穩定性，擔心機器人能否長(cháng)期可靠地工作。比如全自動(dòng)保管箱和全自動(dòng)售藥機能否10年內無(wú)故障工作。用戶(hù)有過(guò)不越快的經(jīng)歷，特別是兩家合作項目配合不起來(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器人的，具體設計制造，交鑰匙功能等綜合能力就不行了。萊茵機器人也有過(guò)失敗的經(jīng)歷，所以今天萊茵機器人走精品戰略，要達到德國產(chǎn)品的質(zhì)量，使產(chǎn)品走向世界。為此萊茵機器人設計制造的各種機器人系統都必須是精品，是工藝品，必須全部采用高質(zhì)量，高品質(zhì)的配件。比如減速機僅采用德國Neugart公司的精密行星減速機，驅動(dòng)伺服產(chǎn)品通常采用德國B(niǎo)erger 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產(chǎn)品，控制系統采用西門(mén)子PLC，氣動(dòng)元件采用德國FESTO產(chǎn)品。機器人的安全措施非常重要，萊茵機器人采取機械限位，光電傳感器信號互鎖，軟件限位，多急停按鈕和安全鎖等多級安全措施，確保所生產(chǎn)制造的機器人系統長(cháng)期，穩定，可靠，低噪聲，高速地工作。機器人是我們的事業(yè)，畢生的追求！