1、碼垛機械手簡介 用于再現(xiàn)人手的的功能的技術裝置稱為機械手。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產中應用的機械手被稱為工業(yè)機械手。 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產設備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。 現(xiàn)代工業(yè)機械手起源于20世紀50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產品。機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。此后德國、瑞士、瑞典、日本和中國也著手機械手的研究領域。 垛碼機是專業(yè)的自動化搬運碼垛設備，替代人工搬運碼垛，機器人示教操作方法相當簡單，只需定位抓起點和擺放點，兩點之間的軌道全由電腦控制，兩點直線運動，定位十分準確。生產上能迅速提高公司的生產效率和產量，同時能減少人工搬運造成的出錯；機器手碼垛機可全天候作業(yè)，配備機器手可替代不少工人的工作量，由此每年能節(jié)省幾十萬的人力資源成本，達到減員增效！機械手碼垛機是目前占地最小、效率最高、適應能力最強的碼垛機。 碼垛機械手適應于化工、飲料、食品、啤酒、塑料、空調行業(yè)等生產企業(yè)；對各種紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱、瓶裝等各種形狀的包裝成品都適應。 機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識,因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的重視。 2、技術指標（部分數(shù)據(jù)來源于廠家提供） （1）抓舉重量 50KG （2）碼垛次數(shù) 1200次/小時 （3）運動軸數(shù) 4軸 （4）手臂旋轉角度 300° （5）手爪調整角度 320° （6）重復定位精度(單向精度):H.V.B直線軸 ±0.0025 mm （7）定位精度 ±0.001mm 3、系統(tǒng)方案 3.1系統(tǒng)分析 從機械系統(tǒng)而言，機械手碼垛機的主要由運動單元、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和手爪等輔助器件構組成。如圖示 碼垛機械手從控制角度而言只是點位控制，要滿足高速、高精要求，關鍵是控制系統(tǒng)的高速處理能力和加減速處理方法。采樣時間越短，控制性能越好，但對控制系統(tǒng)的計算能力要求越高，對系統(tǒng)的實時響應能力越快。我們開發(fā)的IFSB (Industrial Field Serial Bus)多軸實時同步運動平臺的插補時間在無操作系統(tǒng)的條件下可達1ms，采用實時操作系統(tǒng)可達500us。具有很高的快速響應能力。 IFSB (Industrial Field Serial Bus) 是一種適合于實時高速多軸同步運動控制的網絡總線。在基于標準PC的運動控制器與標準伺服驅動器（模擬或脈沖控制信號可配置）、步進電機驅動器、變頻器、數(shù)字I/O、模擬I/O、絕對編碼器以及用戶自己制造的符合IFSB接口的各種設備之間提供一個端口12Mbps的傳輸速率的同步實時連接（系統(tǒng)有四個端口，可提供高達48Mbps傳輸速率的高速同步實時總線），可支持最多達128軸的實時同步運動控制，接口機箱可方便級連，擴展方便；所有信息以數(shù)字形式在控制器與設備之間傳輸，支持系統(tǒng)復雜模型的集中控制；硬件實時同步使得通訊周期的最大抖動小于500ns，可滿足高速高精度的控制要求。操作系統(tǒng)支持WINDOWS2000/XP，XP Embedded以及Linux。 3．2系統(tǒng)組成示意圖 3．3系統(tǒng)組成 (1) 觸摸顯示屏 界面顯示，開關機控制，輸入輸出控制，故障報警顯示等所有人機交互工作。 （2） 工控機 電機控制，I/O控制，機械動作的模擬和控制，加工工藝和參數(shù)的保存等。 （3） PCI通訊主卡 工控機與總線接口機箱之間的高速通訊，通訊速率可高達12M. （4） 總線接口卡機箱 總線接口卡機箱是連接上位機和伺服電機等執(zhí)行機構之間的接口,可以根據(jù)具體需求連接2軸伺服電機卡、單軸伺服電機卡、I/O板等各種板卡。 具體到本設備只要連接2片2軸伺服電機控制卡， 1片從通訊卡（包括一個伺服電機控制），1片I/O卡（32路輸入， 24路輸出）。 3.4控制系統(tǒng)軟件功能 界面上顯示設備運行的直觀動態(tài)圖,并支持良好的示教功能。 4、設備選型 4．1控制系統(tǒng)硬件 （1）2軸伺服電機控制卡 2片 （2）主通訊卡 1片 （3）從通訊卡 1片 （4）工控機 1臺 （5）15寸液晶觸摸屏 1臺 （6）總線接口卡機箱 1個 （7）I/O控制板 1片 4．2電器系統(tǒng)（用戶自購） （1） 低壓電器部分： 沒有特殊要求 （2） 伺服電機部分 要求選在動態(tài)響應時間盡可能短的進口伺服驅動器和伺服電機，同時電機驅動器要有模擬量和脈沖控制兩種控制方式 5、系統(tǒng)特點 5．1 系統(tǒng)性能強大 IFSB總線控制平臺基于PC控制，具有12Mbps的通訊速率，插補周期為1ms，最小可達500us，可滿足高性能的計算，適合高速高精的控制要求。 5.2 系統(tǒng)穩(wěn)定可靠 上位機采用標準工控機。所有板卡均采用工業(yè)級芯片，工業(yè)波峰焊機焊接，產品經嚴格測試，保證工業(yè)現(xiàn)場不間斷可靠運行。各類板卡自行設計，擁有自主知識產權，性價比高。已應用于機床、紡織木工設備的控制。 5．3系統(tǒng)便于知識產權保護 各類板卡自主開發(fā),加上上位機程序配合,可以方便實現(xiàn)復雜的運動控制關系，。擺脫傳統(tǒng)運動控制器的束縛和依賴。同時企業(yè)可以根據(jù)其自身的特點，在此平臺上將自己的專有知識結合進控制系統(tǒng)，開發(fā)出專有的運動控制器，形成有自己特色的產品，很難被同行仿造和模仿。對于保護知識產權非常有利，有效提升企業(yè)產品的核心競爭力。 5．4開發(fā)平臺先進 IFSB實時高速多軸同步運動控制平臺,具有10Mbps的傳輸速率，可支持最多達128軸的實時同步運動控制，同步控制精度小于1µs，在WINDOWS操作系統(tǒng)平臺上無實時擴展時，可實現(xiàn)1ms的控制更新周期。有機地將運動控制與邏輯控制、過程控制融為一體，最大滿足客戶的各種復雜需求。 5．5系統(tǒng)擴展性能好 系統(tǒng)具有軸控和I/O級聯(lián)擴展能力，可擴展128個軸和多達2000的I/O點。為外圍軸數(shù)及I/O點數(shù)的擴展預留充分的空間，便于設備將來的升級換代。 IFSB采用總線型拓撲結構，系統(tǒng)具有對節(jié)點的自枚舉、自識別功能，節(jié)點的擴展連接非常方便。 5．6系統(tǒng)適合復雜關系控制 系統(tǒng)平臺采用工控機＋通訊卡＋插槽式機箱這種開放式結構，所有信息以數(shù)字形式在控制器與設備之間傳輸，支持系統(tǒng)復雜模型的集中控制，構成節(jié)點分布，控制集中的通用總線式軟件化智能運動控制平臺，特別適合于控制軸數(shù)多、運動關系復雜的各類控制要求。