机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置。随着自动控制技术的不断发展，机械手的研究及应用也不断更新换代。目前，已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适用于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变。有利于企业不断更新适销对路的花色品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。

　　我们研制的三轴数控上下料机械手是我国自行开发的**个板材折弯柔性加工单元中的配套设备，是一种高性能的机械手。主要完成取料、送料、胚料旋转以及出料等功能。

　　一、机械手的研究应用

　　机械手各运动部分均采用最新研制的交流伺服电动机驱动，转速和转矩可以精密控制，具有较小的转动惯量，可以保证电动机对控制信号的快速响应。

　　本机械手为龙门式结构，由轮式行走小车、升降机构、回转手臂、真空吸盘抓取装置、空间支架、气动平衡装置及电气控制系统等组成，齿条固定在支架的导轨上。由交流伺服电机通过齿轮减速箱带动驱动齿轮转动时，推动小车作前后移动。其特点是结构简单，行走距离大，适用于3m以上的行走距离。

　　升降机构由滚珠丝杆、螺母、直线滚动导轨、伸降臂及支座等组成，导轨滑座、螺母固定在伸降臂支座上。伺服电机通过联轴器带动滚珠丝杆转动，从而实现升降臂的升降运动。其特点是传动效率高，运动平衡性好，进给精度和重复定位精度高。

　　回转手臂由谐波减速器、圆锥齿轮、手臂和固定在升降臂上的壳体等组成。由伺服电机通过减速器带动圆锥齿轮转动，从而实现手臂的转动。其特点是结构简单、体积小，传动比大，输出扭矩大，传动精度高。

　　喷气真空吸盘抓取装置由真空吸盘、吸盘、真空喷嘴、固定支架、缓冲弹簧等组成。其特点是真空喷嘴是以压缩空气为动力源的真空发生器。为了能抓取带孔的工件，每个吸盘都有配有一个喷气式真空发生器，以便使每个吸盘都能单独工作。在每个真空吸盘上设置有缓冲弹簧，当吸盘接触被吸附的钢板表面时，给吸盘一定的预压力，使其密封性良好；而且也能补偿吸附表面的位置高低误差。

　　气动平衡装置由两个平衡气缸组成，用来平衡机械手运动部分的重量，使上升或下降时的驱动力矩均衡，以减少伺服电机驱动功率。

　　二、机械手的控制系统

　　1、控制系统组成

　　为了便于组成模块结构和便于维修、调试，采用STD总线标准产品组成数控系统。

　　（1）Z80ACPU板：板内有内存32K，由三片2764EPROM、一片2764RAM组成，用于存放系统管理程序、控制程序和作为暂存单元。CPU板上有一串行口可与上位机通讯，实现程序的上、下装，便于程序调试和编制。

　　（2）设有CRT显示器接口，标准键盘接口和打印机接口。

　　（3）抗干扰板：在STD总线上所有地址、数据及控制信号线上都有一个减少干扰的无源电路，增加母板的抗干扰能力。

　　（4）PIO板：板上有两片PIO接口芯片，一片带光电隔离直接与操作面板键盘相连，组成用户键盘，另一片PIO全部作输入，每个输入口均有抗干扰电路，用于状态开关信号的输入。

　　（5）SIO板：板上有三片SIO，分别与三轴的交流伺服电源相连。完成STD与驱动单元的信息交换。

　　（6）交流伺服单元：三个运动轴采用三相永磁同步电机驱动，其驱动单元采用数字式交流伺服单元。

　　伺服系统主要功能有：上电复位、坐标系设定、点动、点位、自动、直线控制方式，伺服系统参数读出及修改，硬、软极限设置及报警，坐标值反馈及故障报警，过流、过压、失速及超速保护等。

　　针对机械手各运动轴控制对象特性不同，可改变伺服系统参数和控制规律PIO调节的参数达到优化的特性。

　　2、系统功能

　　（1）人机对话设定工作方式和运动参数。

　　（2）可实现点动、单步及自动三种工作方式。点动方式：可分别对三轴按快、慢两种速度，实现正方向和反方向的点动。单步方式：按自动要求实现单步操作。自动方式：按人机对话设定的三轴运动工序及联动方式运动。

　　（3）设有清零、复位、执行、暂停等多种功能键。

　　（4）实时显示各轴运动位移和状态。

　　（5）控制过程的监控及报警显示。

　　三、总结

　　1、该三轴数控机械手采用了交流伺服电机和驱动单元，使机械手运行速度快，运动平稳，动态性能良好。

　　2、本机械手可从料架上抓取板材，并将其运送到主机上进行加工，它不仅能与数控磨床配套使用，也可以与数控车床配套使用，因而有广泛应用的前景。

　　3、采用先进多轴多级分布式计算机控制系统，并配有较完善的软件系统，较好地实现了CAD/CAM一体化。