基于机器人的抛丸机自动化生产线构造

摘 要：根据抛丸生产线的工作特点，构造基于机器人的抛丸生产线，利用机器人和机械手 配合，完成自动上料和落料的过程，提高抛丸生产线的自动化水平。，实验表明，该套包含设备层、控制层和管理层的自动化生产线可以很好的满足要求。

关键词：机器人；数控；抛丸机；自动化生产线

随着计算机技术与控制技术的发展，抛丸机的控制水平逐渐提高，为抛丸自动化生产线的出现提供了必要的技术基础。徐双文等针对抛丸的工艺流程，构建了基于PLC的抛丸自动控制系统。维尔贝莱特集团的Balan Kumar实现了机械手式抛丸机对汽车缸体、缸盖等部件进行抛丸处理。李伟光等利用PLC和触摸屏进行软硬件设计，实现DVD盒自动化生产，实现了DVD盒自动化生产线。抛丸作为企业中表面处理的重要工序，实现其自动化，特别是实现基于机器人的自动化抛丸清理生产线显得尤为有意义。

为了提高抛丸生产线的自动化水平，提高工作效率，改善生产环境，本文利用开放式数控结构的机器人和机械手系统，并结合传统抛丸机的工作特点，并对其进行改造，以适应自动化生产的需要。构建了由管理层、控制层、设备层三层控制的自动化抛丸生产线，通过机械手和机器人配合完成上料和落料，实现了抛丸生产线的自动化。

1.抛丸自动化生产线整体介绍

1.1.传统抛丸生产线流程介绍

传统抛丸生产线的主要部件就是抛丸机，由工人把工件放置在抛丸机传送带上，抛丸机传送带带动工件前行进入抛丸室完成抛丸工序，然后再由工人将处理好的工件取走。整个过程需要人工照看，效率不高。

1.2.基于机器人的抛丸生产线的介绍

受抛丸机的尺寸、体积等的限制，只靠机器人无法完成待抛丸工件的上料和落料过程。所以，本文构建的基于机器人的抛丸机生产线由机器人，机械手，抛丸机以及辅助上料和落料的单元构成。在控制系统的控制下，机器人从工件槽中抓取待抛丸工件，与机械手交换放入传送带，进入抛丸室进行抛丸处理后，再由机器人抓取放入成品槽。整个过程中，机械手要完成的工作有：与机器人交接，把工件放入上料槽，然后等待与机器人的下次交接。上料单元主要负责工件的摆放，保证待抛丸工件能以正确的方式进入抛丸室。落料单元主要负责将成品工件摆放整齐，定位，以便于机器人抓取。

2.基于机器人的抛丸机自动化生产线的构建

基于开放式数控机器人，本文构建了基于机器人的抛丸机自动化生产线。该生产线由进行抛丸自动化生产的信息化管理层，负责抛丸过程机械手和机器人控制的控制层以及机械手本体、机器人本体和抛丸机本体构成的设备层组建。示意图如下：

2.1.管理层结构

抛丸生产信息管理系统主要分为五个模块：订单模块、统计模块、监控模块、工艺模块、人员信息。各系统分别负责完成抛丸订单的处理、抛丸生产数量的统计、抛丸生产过程的监控、工艺管理以及抛丸操作人员信息等。

2.2.控制层结构

控制层是整个系统的核心，完成机械手与机器人的控制。控制层由决策控制

系统、机械手控制系统、机器人控制系统三部分组成。其中决策控制系统主要负责抛丸的上料、落料过程控制、上料单元、落料单元的控制。机械手控制系统负责完成与机器人之间的交换操作的完成。机器人控制系统负责完成工件的夹取、交换等工作。后两者都要收到决策控制系统的控制。

基于高性能的PLC的决策控制系统可以通过触摸屏与主控电脑实现信息的交互操作，基于CC-Link通信协议则有利于系统的扩展，提高系统地兼容性。

机器人控制系统通过串口与决策层控制系统信息交互。采用主控电脑加控制卡的结构，控制卡控制机器人，实现机器人夹取和交换动作的完成。

机械手控制系统通过CC-Link与决策层控制系统实现信息交互。根据决策层的指令完成工件的交换和上料。

2.3.设备层的设计

设备层主要包含机械手、机器人和抛丸机。他们在决策控制系统、机械手控制系统和机器人控制系统的控制下完成整个生产线的上料、加工、落料过程。

该抛丸生产线的机器人的结构主要包括气爪、指关节、腕关节、小臂、大臂、小臂连杆、小臂驱动杆、腰部、底座等。

机械手的构造包括气爪、丝杆、连轴器，伺服电机、导轨、底座等部件。

为了适应需要，我们需要在原有抛丸机的基础上，进行适应性改造，增加包括上料单元和落料单元。

上料单元由挡板、围框、推板和上料槽组成。机械手在控制系统的控制下，将待抛丸工件放入上料槽，工件经过上料槽落入围框，在传送带的带动下，工件贴住挡板。然后在机械手控制系统的控制下，由挡板推动代加工工件到固定位置，再打开挡板，在传送带带动下进入抛丸室加工。

落料单元包括工件排序部分、工件修整部分、工件检测等部分构成。其中排序部分每次只允许一个待加工工件进入修整部分，在修整部分的作用下调整好工件位置，然后进入工件检测部分，由决策控制系统通过红外感应器检查工件位置情况，并指挥机器人夹取完成的工件。

结束语：

通过决策控制系统后，启动机器人和机械手，完成准备工作。然后由主控电脑控制整个生产线的运行。决策单元根据生产线状态，控制机器人夹取工件，并于机械手交换。交换完后，机械手根据流程上料，机器人回归等待。等候决策控制系统的下一个指令，到落料单元夹取加工完成的工件，放入适当的位置。

参考文献

[1]徐双文，魏世川.自动控制技术在抛丸机中应用[J].一重技术，2006（02）

[2]Balan Kumar.机械手式抛丸机系统在发动机缸体清理中的应用[J]，2009（07）

[3]李伟光，刘铨权，许阳钊.基于PLC和触摸屏的DVD盒自动化生产线设计[J].机械与电子，2009（05）