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直角坐标机器人在码垛中的应用

发布：嵌入式培训
来源：嵌入式学习笔记
时间：2015-05-22 17:28
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随着机器人技术的发展，机器人技术在各行各业中得到了广泛的应用。机器人作为执行机构，具用控制方便，执行动作灵活，可以实现复杂的空间轨迹控制。特别适用于多品种，变批量的柔性化生产。我公司以德国直角坐标机器人为核心产品，开发了多种工业自动化产品，如涂胶机、点胶机、自动上下料机械手、码垛机、探伤检测设备。

本文就主要介绍直角坐标机器人在铝锭搬运中的应用.

直角坐标机器人在铝锭码垛机上的应用

直角坐标机器人在码垛机上的使用越来越多，其特点是负载范围大，小到几公斤，大到几吨;运行速度快，且速度可调整; 动作灵活，可以完成复杂的码垛任务;可靠性高，维护简单。

要求：按层码垛

运动空间为三维，四自由度运动。

行程：X方向2200mm, Y方向1500mm, Z方向1200mm, 水平旋转：+-900

能够和生产线融为一体，有良好的通讯。

最大负载重量为150Kg,额定负载125Kg。层与层间成90度角交叉排放。

每垛共九层，垛高1000mm。

最快码垛速度为1000mm/s，平均速度为500mm/s。

码垛精度：1mm

根据以上要求，我们设计了一台四坐标机器人。介绍如下：

机器人组成：

该机器人由安装架、机器人定位系统、伺服驱动系统、供胶系统及涂胶枪、控制系统及电控配电系统、安全防护装置等组成。

1、机器人安装架

因为该机器人码垛机的运动速度很快，起停状态对安装架有很大的冲击。安装架必须有非常好的刚性才能保证机器人运行的稳定。

我们为此设计了焊接钢架结构作为支撑架。又因为铝厂有较大的灰尘水气，我们在机器人的上部分设计了铝架结构，并用玻璃罩将机器人罩住。使用铝型材的好处是重量轻。

2、机器人定位系统

机器人定位系统是整台设备的核心，为德国NCF公司产品，运动速度快，而重复精度比较高高， X,Y,Z三坐标均选择为同步齿形带传动，单坐标重复定位精度为0.05mm，最快直线运动速度：1000mm/s。其中X坐标轴为两根长度为3000mm，跨度为2200mm的定位系统，由同步传输器保证两根定位系统运动的同步，由一台3000W伺服电机驱动。出于驱动扭矩及惯量的匹配，需要配一台行星减速机。

Y轴选用双定位系统，之所以选者如此大截面的定位单元，主要是因为Y轴为双端支撑，中间悬空结构，如果选择的截面不够，将不能保证机器人运动的平稳性，机器人在高速运动时将发生振颤。两根定位单元并排使用，将Z轴夹在中间，能够很好的平衡负载，这种安装方式具有非常好的稳定性。两根定位系统由一台2500W伺服电机驱动，出于驱动扭矩及惯量的匹配，需要配一台行星减速机。

Z轴定位系统牢固稳定。该产品一般滑块固定而定位体作伸缩式运动，驱动定位体的伺服电机驱动和滑块安装在一起。该伺服电机因需要将物体快速提升，需要克服很大的重力和加速力，需要较大的功率才可以。

实际应用中我们选择了一台4000W带抱闸的伺服电机，匹配了一台一台行星减速机。

旋转轴与Z轴是集成在一起的，通过在Z轴定位体中心添加一根贯穿的长轴实现的。长轴的最上端作为驱动端，与伺服电机安装在一起。

长轴的最下端作为负载端，用于安装物体。因物体较重，转动惯量较大，不能直接安装在驱动轴，必须加一台盘式减速机才能匹配。伺服电机的动力先由长轴传输到减速机再传输到负载，就实现了旋转负载的功能。

3、伺服驱动系统

该码垛机器人的选用具有Profibus 功能的伺服电机。每个运动轴配有一台伺服电机及一台减速机，四个运动轴，共四套伺服电机和四台减速机，其中垂直运动轴为带抱闸伺服电机。

4、机器抓手

该机械手选用德国菲施托气动机械手，压力可调，配备压力缓冲阀，使夹持动作平稳抓手上装有感应机构，能够自动感知物体，并通知控制中心进行物体抓放。

5、控制系统

控制系统由大型PLC、触摸屏组成。该系统拥有强大的Profibus通讯功能。能够将数据实时传输给以太网，能够将控制指令以总线的方式发送给伺服系统，使整个的运动相当流畅。该系统可预置多种工件的程序，更换品种时可在触摸屏上调用相应程序。

6、安全防护装置

该机具有故障提示及报警功能，并且每次出现故障时都能准确的反映出故障具体位置，便于迅速排除故障，主要包括：机器人碰撞保护功能;工件安装到位检测;光幕安全保护。