直角坐標機器人在鋁錠碼垛機上的應用

隨著機器人技術的發展，機器人技術在各行各業中得到了廣泛的應用。機器人作為執行機構，具用控制方便，執行動作靈活，可以實現復雜的空間軌跡控制。特別適用于多品種，變批量的柔性化生產。

我公司以德國BAHR公司直角坐標機器人為核心產品，開發了多種工業自動化產品，如涂膠機、點膠機、自動上下料機械手、碼垛機、探傷檢測設備。

直角坐標機器人在鋁錠碼垛機上的應用

直角坐標機器人在碼垛機上的使用越來越多，其特點是負載范圍大，小到幾公斤，大到幾噸；運行速度快，且速度可調整；動作靈活，可以完成復雜的碼垛任務；可靠性高，維護簡單。

要求：按層碼垛；
運動空間為三維，四自由度運動。
行程：X方向2200mm, Y方向1500mm, Z方向1200mm, 水平旋轉：+-900
能夠和生產線融為一體，有良好的通訊。
最大負載重量為150Kg,額定負載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

根據以上要求，我們設計了一臺四坐標機器人。

機器人組成：

　　該機器人由安裝架、機器人定位系統、伺服驅動系統、供膠系統及涂膠槍、控制系統及電控配電系統、安全防護裝置等組成。

1、機器人安裝架

　　因為該機器人碼垛機的運動速度很快，起停狀態對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器人運行的穩定。我們為此設計了焊接鋼架結構作為支撐架。又因為鋁廠有較大的灰塵水氣，我們在機器人的上部分設計了鋁架結構，并用玻璃罩將機器人罩住。使用鋁型材的好處是重量輕。

2、機器人定位系統

　　機器人定位系統是整臺設備的核心，為德國bahr公司產品，因運動速度快，而重復精度并不高， X,Y,Z三坐標均選擇為同步齒形帶傳動，單坐標重復定位精度為0.1mm，最快直線運動速度：1000mm/s。其中X坐標軸為兩根長度為3000mm，跨度為2200mm的定位系統ELZ100，由同步傳輸器保證兩根定位系統運動的同步，由一臺3000W伺服電機驅動。出于驅動扭矩及慣量的匹配，需要配一臺行星減速機。

　　Y軸選用ELZ100和ELR100雙定位系統，之所以選者如此大截面的定位單元，主要是因為Y軸為雙端支撐，中間懸空結構，如果選擇的截面不夠，將不能保證機器人運動的平穩性，機器人在高速運動時將發生振顫。ELZ100為主驅動結構，ELR100位輔助結構。兩根定位單元并排使用，將Z軸夾在中間，能夠很好的平衡負載，這種安裝方式具有非常好的穩定性。兩根定位系統由一臺2500W伺服電機驅動，出于驅動扭矩及慣量的匹配，需要配一臺行星減速機。

　　Z軸選用ELSD100雙滑快全包圍定位系統，牢固穩定。該產品是專為同時完成物體提升和旋轉兩個運動而設計的。該產品一般滑塊固定而定位體作伸縮式運動，驅動定位體的伺服電機驅動和滑塊安裝在一起。該伺服電機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。

　　實際應用中我們選擇了一臺4000W帶抱閘的伺服電機，匹配了一臺一臺行星減速機。

　　旋轉軸與Z軸是集成在一起的，通過在Z軸定位體中心添加一根貫穿的長軸實現的。長軸的最上端作為驅動端，與伺服電機安裝在一起。長軸的最下端作為負載端，用于安裝物體。因物體較重，轉動慣量較大，不能直接安裝在驅動軸，必須加一臺盤式減速機才能匹配。伺服電機的動力先由長軸傳輸到減速機再傳輸到負載，就實現了旋轉負載的功能。

3、伺服驅動系統

　　該碼垛機器人的選用具有Profibus 功能的伺服電機。每個運動軸配有一臺伺服電機及一臺減速機，四個運動軸，共四套伺服電機和四臺減速機，其中垂直運動軸為帶抱閘伺服電機。

4、機器抓手

　　該機械手選用德國菲施托氣動機械手，壓力可調，配備壓力緩沖閥，使夾持動作平穩
　　抓手上裝有感應機構，能夠自動感知物體，并通知控制中心進行物體抓放。

5、控制系統

　　控制系統由大型PLC、觸摸屏組成。該系統擁有強大的Profibus通訊功能。能夠將數據實時傳輸給以太網，能夠將控制指令以總線的方式發送給伺服系統，使整個的運動相當流暢。該系統可預置多種工件的程序，更換品種時可在觸摸屏上調用相應程序。

6、安全防護裝置

　　該機具有故障提示及報警功能，并且每次出現故障時都能準確的反映出故障具體位置，便于迅速排除故障，主要包括：機器人碰撞保護功能；工件安裝到位檢測；光幕安全保護