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      基于機械手的硅片搬運浸泡應(yīng)用研究

      2018-06-21 10:19:12王靜修利強任沁
      中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2018年10期
      關(guān)鍵詞:機械手

      王靜 修利強 任沁

      摘 要:本課題針對清洗生產(chǎn)線的硅片搬運提供了機器人解決方案,工業(yè)機器人替代人工搬運方式,將整個搬運過程做成一個相對封閉的單元空間。采用機械手抓舉提升放置系統(tǒng)為全自動控制,全自動控制為人為設(shè)定好程序,設(shè)備全自動運行,實時監(jiān)測各工件位置,夾取、翻轉(zhuǎn)、碼放、排列均為自動運行,是安全生產(chǎn)和工藝要求的保證,避免造成人員、設(shè)備和產(chǎn)品的損壞,減輕勞動力勞動強度、提高生產(chǎn)效率。

      關(guān)鍵詞:機械手;全自動控制;夾??;碼放

      中圖分類號:TN305 文獻標(biāo)志碼:A

      0 前言

      目前清洗車間硅片搬運有一段采用人工搬運,占用人力,清洗液容易遺撒在設(shè)備外,由人工把裝片完成的籃筐移動到清洗機的水槽中,并碼放。電池片表面是有水的,所以在搬運過程中沿途會留下水印,隨著搬運次數(shù)的增加積水面積也會增加,給現(xiàn)場造成一定的安全隱患。因此機器人全自動抓舉提升放置硅片支架來解決此問題。

      機器人、裝片生產(chǎn)線和清洗機之間通過傳感器實現(xiàn)對接,從裝片機上抓取籃筐為夾取點,放置籃筐到清洗機為放置點,而夾取點和放置點的傳感器反饋可以很好地掌握機器人和生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍,由于生產(chǎn)線上每個籃筐的裝片時間大致為25s~30s時間不固定,這種方式可以使機器人在感應(yīng)到指令信號后再運動,精準(zhǔn)掌握抓取時間,同樣放置時也會通過傳感器感應(yīng)確定清洗機當(dāng)前是否為待命狀態(tài),有效地避免重復(fù)填裝和填裝位置偏移。

      1 系統(tǒng)組成介紹

      本方案包括:Staubli RX160L機械臂、機械臂搭載架、控制系統(tǒng)CS8C、晶筐專用夾具、外圍電控系統(tǒng)及相關(guān)安防和土建設(shè)施。

      1.1 Staubli RX160L機械臂

      RX160L機器人系統(tǒng)為整個晶體抓舉工藝流程的核心,依據(jù)控制系統(tǒng)和搭載夾具,實現(xiàn)整筐晶體的空間位置轉(zhuǎn)移,機械手具體參數(shù)如下:負載/kg:額定負載14kg,最大負載28kg;空間半徑/mm:2010mm;位置精度/mm:±0.05mm;防護等級:IP65 (手腕IP67)。

      1.2 限位開關(guān)和驅(qū)動電機

      限位開關(guān):各軸限位開關(guān)采用日本IKO霍爾元件,質(zhì)量和性能穩(wěn)定。

      驅(qū)動電機:驅(qū)動電機采用伺服電機,定位準(zhǔn)確,恒力矩輸出不會出現(xiàn)爬行和堵轉(zhuǎn),性能可靠,每分鐘3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為系統(tǒng)提供了更快的生產(chǎn)效率。

      1.3 傳動方式介紹

      系統(tǒng)中各個運動軸是整臺設(shè)備的關(guān)鍵所在,決定了行程、承載、穩(wěn)定性、適用環(huán)境及外形尺寸等主要技術(shù)指標(biāo),以下分別從各軸的傳動方式、支撐方式、驅(qū)動方式、限位防護方式和精度保證措施等方面進行說明。

      (1)傳動絲杠

      三維平動臺質(zhì)量和性能的關(guān)鍵在于傳動方式的選擇以及機體材質(zhì)、加工和裝調(diào)質(zhì)量。

      本系統(tǒng)使用的傳動方式是高精密齒輪齒條和滾珠絲杠,滾珠絲杠與螺母之間通過鋼珠形成滾動摩擦,運動平穩(wěn),傳動效率高,易實現(xiàn)高速運行,并且可以通過控制絲杠直徑與導(dǎo)程來實現(xiàn)高精度和高分辨率的要求。齒輪齒條傳動適合在大行程中使用。

      (2)導(dǎo)軌

      導(dǎo)軌直接影響著三維平動臺的位移精度、行程、承載、穩(wěn)定性等主要技術(shù)指標(biāo),目前常用的導(dǎo)軌形式主要有燕尾導(dǎo)軌 、交叉滾柱導(dǎo)軌、滾珠導(dǎo)軌和滑塊導(dǎo)軌等。

      燕尾導(dǎo)軌的接觸面積大,摩擦力大,具有剛性高、承載大、行程長等特點,但對加工面要求較高,定位精度偏低。適用于重型機械和一般精度設(shè)計。

      交叉滾柱導(dǎo)軌具有交替正交排列的精密滾子,可提供有剛性且靈活的直線運動,其具有摩擦力低、剛性高、承載大、定位精度高等特點,但不能提供大的行程,適合高精度小行程的應(yīng)用。

      滾珠導(dǎo)軌通過滾珠在與軸相連的槽道中的滾動,可實現(xiàn)比使用直線軸套時更大的容許負荷,且可以在進行直線運動的同時傳遞扭矩。滾珠導(dǎo)軌的摩擦力小,剛性、承載、定位精度和行程方面一般,不適合高精度的要求。

      滑塊導(dǎo)軌的摩擦力較低,具有剛性高、承載大、定位精度高等特點,并能提供較大行程。

      (3)本方案傳動方式的選擇

      根據(jù)上面的分析,X軸行程2.2m,Y軸0.8m,Z軸0.7m,行程較大,所以選擇滑塊導(dǎo)軌,在保證了系統(tǒng)精度的同時也保證了系統(tǒng)的高穩(wěn)定性。

      由于X軸行程2.2m較大,所以適合使用的傳動方式是齒輪齒條,絲杠在超過1.5m行程時會產(chǎn)生自然彎曲,不適合大行程。Y軸和Z軸行程不超過1.5m,所以使用滾珠絲杠傳動。

      2 工作原理及流程

      搬運對象:整筐晶片(帶方形塑料筐200mm×200mm

      ×250mm),5kg,易碎。

      搬運目的地:從皮帶輸送機上把已裝好的整筐晶片,通過一系列的動作搬運至水箱中并浸泡。

      2.1 搬運的流程

      (1)首先,由傳送帶將浸泡的整筐晶片輸送到機械手的工作半徑內(nèi)(此時機械手位于該傳送帶的正上方,以確保整個機械手的工作過程所用時間最短)。

      (2)視覺識別:由視覺系統(tǒng)對整筐晶片的位置進行識別,將位置檢測信號反饋給控制系統(tǒng)。

      (3)機械手根據(jù)控制系統(tǒng)指定的命令完成以下執(zhí)行任務(wù):

      下降(staubli機械臂下降到指定位置);抓?。ㄓ蓹C械臂第六軸和夾持裝置共同完成);旋轉(zhuǎn)并上升(由機械臂第六軸和夾持裝置共同完成,將整筐晶片提升至傳送帶上方);下降(由機械臂第六軸和夾持裝置共同完成,將整筐晶片送至水箱);放下晶片筐(由機械臂第六軸和夾持裝置共同完成);上升并旋轉(zhuǎn)(由機械臂第六軸和夾持裝置共同完成,機械手臂還原至初始位置)。

      上述流程僅為一個工作流程機械手所需完成的動作,本設(shè)計要對多個晶片筐進行搬運,并碼放到水槽中相應(yīng)的位置(預(yù)先已將水槽規(guī)劃設(shè)計為多個晶片筐放置點),控制系統(tǒng)多次重復(fù)上述流程,將多個晶片筐按照程序規(guī)劃自動搬運并放置在水槽中,直至水槽放滿。

      (4)對整筐晶片進行浸泡。

      2.2 機械手設(shè)備動作流程

      (1)設(shè)備啟動,XYZRA歸零(注意靠近START,并注意防止機械干涉)。

      (2)層片疊堆動作,XYZRA動作至適當(dāng)位置,準(zhǔn)備START。

      Z軸下降→A軸氣夾夾緊花籃→Z軸攜帶籃筐提升至超過R軸高度→XY運動到R軸上空→Z軸下降→A軸氣夾打開,將籃筐放置于R軸上→Z軸提升→R軸旋轉(zhuǎn)90°→Z軸下降→ A軸氣夾夾緊籃筐→Z軸上升→XY運動到清洗機中水槽上空相應(yīng)位置→Z軸下降,使籃筐浸于水中→A軸氣夾打開,將籃筐放置于水槽中(注意碼放整齊,和Z軸高度有關(guān))→Z軸上升使A軸氣夾超過R軸高度→XY軸運動到START或者附近位置進行下一次抓取循環(huán)。

      結(jié)語

      現(xiàn)在機械手臂系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如下:(1)行程范圍 空間半徑:≤2000mm;(2)載重能力:3000kg 工業(yè)型材支架: 結(jié)構(gòu)主體:焊接 ;安裝方式:螺紋連接 ;安裝位置:地面;夾持裝置:夾持裝置采用金屬材料加工而成; 采用鍥口式夾持; 夾持機械手與垂直軸鋼性連接;工作效率:單個晶體從抓舉、搬運到碼放至水箱,時間控制20s以內(nèi),也可以根據(jù)工藝需要進行調(diào)整。

      采用機械手臂自動清洗系統(tǒng),可以滿足硅片清潔線的自動化需要,避免人工操作的繁復(fù)性和故障率,提高工作效率,避免了清洗液濺射。

      參考文獻

      [1]李琳.淺談現(xiàn)代地毯的應(yīng)用與發(fā)展[J].輕紡工業(yè)與技術(shù),2011(2):10-14.

      [2]楊斌,蘇劍波.仿人機器人的分布式控制系統(tǒng)設(shè)計[J].控制工程,2010(1):28.

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