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直角坐標(biāo)機(jī)器人在鋁錠碼垛機(jī)上的應(yīng)用
文章作者：沈陽(yáng)力拓自動(dòng)化控制技術(shù)有限公司 楊樹(shù)彬 024-25872400
參考資料：德國(guó)BAHR公司直角坐標(biāo)機(jī)器人
公司網(wǎng)站:http://www.lituo-robot.com
關(guān)鍵詞：直角坐標(biāo)機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)械手、運(yùn)動(dòng)控制、伺服系統(tǒng)

前言：
      隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，直角坐標(biāo)機(jī)器人技術(shù)在碼垛機(jī)上的使用越來(lái)越多。直角坐標(biāo)機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具用控制方便，執(zhí)行動(dòng)作靈活，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間軌跡控制。沈陽(yáng)力拓自動(dòng)化控制技術(shù)有限公司在多年機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用、數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)基礎(chǔ)上，依托德國(guó)BAHR公司直線定位系統(tǒng)性及機(jī)械手臂開(kāi)發(fā)出了價(jià)比優(yōu)良的系列數(shù)控搬運(yùn)、碼垛、裝配機(jī)器人，廣泛應(yīng)用在金屬冶金、汽車制造、食品加工、電子等行業(yè)上，是航空、汽車等行業(yè)重要的裝備。
典型應(yīng)用案例
        在金屬澆注領(lǐng)域，搬運(yùn)機(jī)器人有著廣泛的應(yīng)用和需求。下面就是我們依據(jù)客戶要求開(kāi)發(fā)的一臺(tái)在鋁錠澆注生產(chǎn)線上工作的直角坐標(biāo)機(jī)器人，其特點(diǎn)是負(fù)載范圍大，小到幾公斤，大到幾噸；運(yùn)行速度快，且速度可調(diào)整；動(dòng)作靈活，可以完成復(fù)雜的碼垛任務(wù)；可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單。
典型四坐標(biāo)機(jī)器人
一、任務(wù)要求：按層碼垛：
運(yùn)動(dòng)空間為三維，四自由度運(yùn)動(dòng)。
行程：X方向2200mm, Y方向1500mm, Z方向1200mm, 水平旋轉(zhuǎn)：+-900
能夠和生產(chǎn)線融為一體，有良好的通訊功能。
最大負(fù)載重量為150Kg,額定負(fù)載125Kg。層與層間成90度角交叉排放。
每垛共九層，垛高1000mm。
最快碼垛速度為1000mm/s，平均速度為500mm/s。
碼垛精度：1mm
根據(jù)以上要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一臺(tái)三坐標(biāo)機(jī)器人。

二、機(jī)器人組成：
該機(jī)器人由安裝架、機(jī)器人定位系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、供膠系統(tǒng)及涂膠槍、控制系統(tǒng)及電控配電系統(tǒng)、安全防護(hù)裝置等組成。
1、機(jī)器人安裝架
因?yàn)樵摍C(jī)器人碼垛機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度很快，起停狀態(tài)對(duì)安裝架有很大的沖擊。安裝架必須有非常好的剛性才能保證機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定。我們?yōu)榇嗽O(shè)計(jì)了焊接鋼架結(jié)構(gòu)作為支撐架。
2、機(jī)器人定位系統(tǒng)
機(jī)器人定位系統(tǒng)是整臺(tái)設(shè)備的核心，為德國(guó)bahr公司產(chǎn)品，因運(yùn)動(dòng)速度快，而重復(fù)精度并不高， X,Y,Z三坐標(biāo)均選擇為同步齒形帶傳動(dòng)，單坐標(biāo)重復(fù)定位精度為0.1mm，最快直線運(yùn)動(dòng)速度：1000mm/s。其中X坐標(biāo)軸為兩根長(zhǎng)度為3000mm，跨度為2200mm的定位系統(tǒng)ELZ100，由同步傳輸器保證兩根定位系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的同步，由一臺(tái)3000W伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。出于驅(qū)動(dòng)扭矩及慣量的匹配，需要配一臺(tái)行星減速機(jī)。
Y軸選用ELZ100和ELR100雙定位系統(tǒng)，之所以選者如此大截面的定位單元，主要是因?yàn)閅軸為雙端支撐，中間懸空結(jié)構(gòu)，如果選擇的截面不夠，將不能保證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，機(jī)器人在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)將發(fā)生振顫。ELZ100為主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，ELR100位輔助結(jié)構(gòu)。兩根定位單元并排使用，將Z軸夾在中間，能夠很好的平衡負(fù)載，這種安裝方式具有非常好的穩(wěn)定性。兩根定位系統(tǒng)由一臺(tái)2500W伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，出于驅(qū)動(dòng)扭矩及慣量的匹配，需要配一臺(tái)行星減速機(jī)。
Z軸選用ELSD100雙滑快全包圍定位系統(tǒng)，牢固穩(wěn)定。該產(chǎn)品是專為同時(shí)完成物體提升和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)的。該產(chǎn)品一般滑塊固定而定位體作伸縮式運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)定位體的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和滑塊安裝在一起。該伺服電機(jī)因需要將物體快速提升，需要克服很大的重力和加速力，需要較大的功率才可以。
實(shí)際應(yīng)用中我們選擇了一臺(tái)4000W帶抱閘的伺服電機(jī)，匹配了一臺(tái)一臺(tái)行星減速機(jī)。
旋轉(zhuǎn)軸與Z軸是集成在一起的，通過(guò)在Z軸定位體中心添加一根貫穿的長(zhǎng)軸實(shí)現(xiàn)的。長(zhǎng)軸的最上端作為驅(qū)動(dòng)端，與伺服電機(jī)安裝在一起。長(zhǎng)軸的最下端作為負(fù)載端，用于安裝物體。因物體較重，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，不能直接安裝在驅(qū)動(dòng)軸，必須加一臺(tái)盤式減速機(jī)才能匹配。伺服電機(jī)的動(dòng)力先由長(zhǎng)軸傳輸?shù)綔p速機(jī)再傳輸?shù)截?fù)載，就實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)負(fù)載的功能。
3、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
該碼垛機(jī)器人的選用具有Profibus 功能的伺服電機(jī)。每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸配有一臺(tái)伺服電機(jī)及一臺(tái)減速機(jī)，四個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，共四套伺服電機(jī)和四臺(tái)減速機(jī)，其中垂直運(yùn)動(dòng)軸為帶抱閘伺服電機(jī)。
4、機(jī)器抓手
該機(jī)械手選用德國(guó)菲施托氣動(dòng)機(jī)械手，壓力可調(diào)，配備壓力緩沖閥，使夾持動(dòng)作平穩(wěn)
抓手上裝有感應(yīng)機(jī)構(gòu)，能夠自動(dòng)感知物體，并通知控制中心進(jìn)行物體抓放。
5、控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)由大型PLC、觸摸屏組成。該系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的Profibus通訊功能。能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給以太網(wǎng)，能夠?qū)⒖刂浦噶钜钥偩€的方式發(fā)送給伺服系統(tǒng)，使整個(gè)的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)流暢。該系統(tǒng)可預(yù)置多種工件的程序，更換品種時(shí)可在觸摸屏上調(diào)用相應(yīng)程序。
6、安全防護(hù)裝置
該機(jī)具有故障提示及報(bào)警功能，并且每次出現(xiàn)故障時(shí)都能準(zhǔn)確的反映出故障具體位置，便于迅速排除故障，主要包括：機(jī)器人碰撞保護(hù)功能；工件安裝到位檢測(cè)；光幕安全保護(hù)。