目前,隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用的廣泛普及,工業(yè)機(jī)器人已在搬運(yùn)、焊接、包裝、噴繪等領(lǐng)域替代了傳統(tǒng)的人力。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的搬運(yùn)機(jī)器人技術(shù)論文，僅供參考!

搬運(yùn)機(jī)器人伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究篇一

摘 要：搬運(yùn)機(jī)器人的伺服系統(tǒng)，目前普遍應(yīng)用的是以級(jí)次掌控、總線訊息、交流程控、數(shù)值信息加工、內(nèi)部結(jié)構(gòu)保護(hù)等為主要內(nèi)容的智能化的數(shù)字信息控制手段，不僅確保了伺服系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行，而且實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)、高速、穩(wěn)定的良好性能。本文對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人伺服系統(tǒng)的技術(shù)質(zhì)量控制和級(jí)次管理進(jìn)行了分析，并且全面地闡述了定位系統(tǒng)、速率環(huán)比、技術(shù)參數(shù)和設(shè)施保護(hù)等應(yīng)當(dāng)把握的重點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)提高伺服系統(tǒng)的控制技術(shù)，具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)器人;伺服系統(tǒng);設(shè)計(jì)研究

引言

搬運(yùn)機(jī)器人達(dá)到精準(zhǔn)、科學(xué)的軌跡運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)伺服技術(shù)功能目標(biāo)定位的重要保障。目前在搬運(yùn)機(jī)器人伺服系統(tǒng)的應(yīng)用前景上分析，伴隨著機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)越來(lái)越廣泛的推廣應(yīng)用，其所從事的工作事項(xiàng)越來(lái)越具有很強(qiáng)的技術(shù)難度，這就給伺服技術(shù)的安全、高效、穩(wěn)定、科學(xué)、動(dòng)感等性能的發(fā)揮帶來(lái)了很高的要求。同時(shí)，隨著數(shù)字化信息技術(shù)普及程度的日益廣泛，特別是DSP等技術(shù)方法的不斷推陳出新，給機(jī)器人伺服技術(shù)的變革帶來(lái)了巨大的發(fā)展空間，也使得這種伺服系統(tǒng)日益探索應(yīng)用了許多的新技術(shù)和新方法，比如建立交流程控、數(shù)值加工等，不僅使得機(jī)器人伺服系統(tǒng)滿足了高速、精確的目標(biāo)要求，而且越來(lái)越能夠獨(dú)立承擔(dān)非常復(fù)雜的各種任務(wù)。

本文結(jié)合南方某省的搬運(yùn)機(jī)器人為例，圍繞機(jī)器人的穩(wěn)定、精準(zhǔn)、防干擾性能，科學(xué)地分析闡述了伺服技術(shù)的技術(shù)特性和研發(fā)思路，并對(duì)數(shù)字信息處理等技術(shù)方法的應(yīng)用推廣和設(shè)計(jì)理念、設(shè)施保護(hù)等內(nèi)容進(jìn)行了探究。

1 搬運(yùn)機(jī)器人伺服系統(tǒng)的級(jí)次控制思路和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

該省設(shè)計(jì)研發(fā)這種搬運(yùn)機(jī)器人主要是為了適應(yīng)澆筑施工環(huán)節(jié)的技術(shù)要求，并且充分考慮到這種機(jī)器人的通用效果。所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，將其打造為了固定變量取值為6的現(xiàn)代化機(jī)器人，并設(shè)計(jì)了包括上臂搖動(dòng)、下臂搖動(dòng)、腰間回環(huán)、手腕搖動(dòng)、手腕回旋、下臂回環(huán)等6項(xiàng)內(nèi)容在內(nèi)的活動(dòng)功能關(guān)節(jié)，按照澆筑施工現(xiàn)場(chǎng)操作的有關(guān)部署，依據(jù)一定時(shí)間控制能夠由熱爐內(nèi)舀出鋁制液體，服務(wù)于8個(gè)機(jī)器設(shè)備鑄模使用。而且在設(shè)計(jì)這種搬運(yùn)機(jī)器人的時(shí)候，要使其能夠在3.5米半徑的區(qū)域內(nèi)順暢運(yùn)轉(zhuǎn)，最后環(huán)節(jié)的多次確定位置的誤差上下不能高于3毫米，按照搬運(yùn)機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)的誤差折算，上下不能超過(guò)0.049度。同時(shí)，要嚴(yán)格控制伺服系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性能，通過(guò)技術(shù)指標(biāo)控制，避免機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)伺服功能的時(shí)候出現(xiàn)鋁制液體流出或者影響澆筑效果。

同時(shí)，在對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行技術(shù)參數(shù)控制的時(shí)候，運(yùn)用了管理、控制、伺服等級(jí)次方法，使承擔(dān)主要控制功能的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)得到了減負(fù)，降低了伺服技術(shù)的運(yùn)行期間。利用管理的技術(shù)方法，通常是加強(qiáng)搬運(yùn)機(jī)器人離線狀態(tài)監(jiān)控，對(duì)其運(yùn)行的空間事先合理預(yù)設(shè)，使其能夠在進(jìn)行澆筑環(huán)節(jié)操作的時(shí)候，發(fā)揮圖形設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)示范、糾錯(cuò)調(diào)整以及現(xiàn)場(chǎng)施工信息數(shù)據(jù)的檢索、查詢、質(zhì)量問(wèn)題的排查和定期展現(xiàn)等作用。利用控制的技術(shù)方法，一般是依據(jù)定位傳感設(shè)施提供的定位信息，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)設(shè)置出一定的路徑，同時(shí)將測(cè)算出來(lái)的下級(jí)信息傳送給伺服技術(shù)進(jìn)行處理。而伺服技術(shù)主要解決的是對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行科學(xué)掌控，并依據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)的精確系數(shù)確保機(jī)器人能夠達(dá)到預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡完成工作任務(wù)。

2 搬運(yùn)機(jī)器人伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

對(duì)于搬運(yùn)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，伺服系統(tǒng)主要承擔(dān)任務(wù)事項(xiàng)的執(zhí)行工作，因此，伺服系統(tǒng)的安全、可靠工作，對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的總體運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。

一是交流程控。近年來(lái)，這種程控驅(qū)動(dòng)技術(shù)方法得到了快速的發(fā)展，由于本身結(jié)構(gòu)不大、重量很小、能耗量低、適應(yīng)性強(qiáng)、堅(jiān)固性高、安全可靠、經(jīng)久耐用，同時(shí)在調(diào)速方面有著很好的效果，在未來(lái)的發(fā)展中很有可能會(huì)替換掉直流驅(qū)動(dòng)技術(shù)。搬運(yùn)機(jī)器人在各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)行驅(qū)動(dòng)中，全部使用了交流程控的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在組件構(gòu)成上應(yīng)用的是永磁式同步無(wú)刷電機(jī)，并且通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)確保了頻率的變換和速率的調(diào)節(jié)。

二是三環(huán)系統(tǒng)。由于搬運(yùn)機(jī)器人對(duì)不利環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)，承受重力的性能很高，在發(fā)揮伺服技術(shù)功能的時(shí)候，不僅應(yīng)當(dāng)妥善解決穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)化的設(shè)計(jì)要求，而且應(yīng)當(dāng)注意對(duì)外界干擾的防范。本文所提到的搬運(yùn)機(jī)器人就通過(guò)這種三環(huán)系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了伺服功能(詳見(jiàn)圖2)。但是由于三環(huán)伺服控制技術(shù)雖然具有良好的穩(wěn)定和防干擾能力，不過(guò)從需要的頻率特性上來(lái)看，外環(huán)的要比內(nèi)環(huán)的低很多，著就制約了外環(huán)控制系統(tǒng)的反應(yīng)性能。所以通常使用一種新型組件，改進(jìn)內(nèi)環(huán)頻率特性，確保系統(tǒng)運(yùn)行速率，提升有效的防止干擾和可靠性能。

三是伺服系統(tǒng)。構(gòu)成伺服模式的主要設(shè)施包括位控板、放大器、SM電機(jī)、編碼儀和減速器等。其中SM電機(jī)應(yīng)用的是進(jìn)口的永磁式系統(tǒng)，可以承受的電力負(fù)荷非常高，在機(jī)器人中應(yīng)用非常好。編碼儀主要是對(duì)SM旋轉(zhuǎn)速率和定位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且根據(jù)6個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)監(jiān)控機(jī)器人運(yùn)行的精準(zhǔn)情況，并運(yùn)用減速器通過(guò)間接程控的方法實(shí)現(xiàn)較大的輸送力矩確保搬運(yùn)機(jī)器人能夠高效做工。由于減速器在每個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)上都進(jìn)行了安裝，不僅提高了反應(yīng)速度，而且不會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣力，運(yùn)行效率非常好。放大器使用的是變頻設(shè)施，具有絕緣效果，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的功率一般不大，但是啟閉的速率卻非常高，作用非常顯著。位控板的性能一般是接發(fā)控制指令，對(duì)定位信息做出反應(yīng)，測(cè)算關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)誤差，實(shí)現(xiàn)每個(gè)關(guān)節(jié)的伺服系統(tǒng)控制目標(biāo)，由于構(gòu)成材料的關(guān)鍵組件是芯片系統(tǒng)，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具有良好的信號(hào)反應(yīng)和處置性能，而且由于采用了總線控制技術(shù)，確保了信息數(shù)據(jù)的安全、精準(zhǔn)、高效地傳輸，實(shí)現(xiàn)了搬運(yùn)機(jī)器人伺服系統(tǒng)的科學(xué)運(yùn)轉(zhuǎn)。

四是參數(shù)系統(tǒng)。一般情況下，搬運(yùn)機(jī)器人需要承受的外界應(yīng)力水平和慣性具有一定的差異性，運(yùn)行速率也具有一定的不同，但是由于6個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作需要一定的協(xié)作性，每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)都會(huì)對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人位置檢測(cè)的精確性和動(dòng)作進(jìn)行的穩(wěn)定度產(chǎn)生制約，所以控制技術(shù)參數(shù)，保障伺服技術(shù)的效果是一項(xiàng)非常重要的工作。比如，需要考量電流的跟蹤運(yùn)行軌跡，科學(xué)控制電流環(huán)的技術(shù)參數(shù)，確保提升反應(yīng)速率，無(wú)需進(jìn)行后期的調(diào)控，確保搬運(yùn)機(jī)器人伺服系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，由于功率組件啟閉迅速，還要盡量改進(jìn)電流設(shè)施的頻率特性，確保外環(huán)具有穩(wěn)定的運(yùn)行性能。

四是保護(hù)系統(tǒng)。為了充分保證搬運(yùn)機(jī)器人的安全、穩(wěn)定動(dòng)作，就需要對(duì)軟件硬件設(shè)施予以保護(hù)。一方面，要妥善地保護(hù)硬件設(shè)施，一旦搬運(yùn)機(jī)器人伺服系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，比如，伺服放大器設(shè)施承受的熱量過(guò)大，電源電壓超過(guò)了極限負(fù)荷，電機(jī)運(yùn)行的速率超過(guò)了=極限或者電機(jī)承受的電力負(fù)荷值過(guò)大，編碼器在信息的傳輸上出現(xiàn)了誤差，電源相級(jí)缺失，就要及時(shí)切斷主電路的電源，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。另一方面，要妥善保護(hù)軟件設(shè)施，主要是對(duì)位控板進(jìn)行保護(hù)，比如結(jié)合關(guān)節(jié)的動(dòng)作，跟蹤監(jiān)測(cè)誤差情況，并及時(shí)做出糾錯(cuò)調(diào)整，或者暫停關(guān)節(jié)動(dòng)作，避免出現(xiàn)機(jī)械碰撞的事故，影響伺服系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，搬運(yùn)機(jī)器人伺服技術(shù)基于交流程控、三環(huán)系統(tǒng)、技術(shù)參數(shù)的科學(xué)把握和對(duì)硬件軟件設(shè)施的及時(shí)防護(hù)，確保了良好的反應(yīng)機(jī)制和防擾動(dòng)性能，確保了機(jī)器人在承擔(dān)工作任務(wù)的時(shí)候能夠及時(shí)、快速、穩(wěn)定、高效地按照精準(zhǔn)軌跡運(yùn)行，相信應(yīng)用推廣前景將非常廣闊?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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基于工業(yè)機(jī)器人的極板搬運(yùn)工作站的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)篇二

【摘 要】在中國(guó)制造2050和工業(yè)4.0“機(jī)器換人”的大背景下，中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)正由制造向智造轉(zhuǎn)型升級(jí)。本文在鉛蓄電池極板生產(chǎn)線中引入工業(yè)機(jī)器人，開(kāi)發(fā)了一種極板搬運(yùn)工作站，并進(jìn)行了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，大大提電池極板生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人;電池極板;搬運(yùn)工作站

Design and implementation of plates handling workstation based on industrial robot

WANG Zhe-lu

(Department of Electrical and Electronic Engineering， Wenzhou Vocational & Technical College， Wenzhou Zhejiang 325035， China)

【Abstract】Under the“Made in China 2025” and “Industry 4.0”， China industry is changing from manufacturing to intelligent manufacturing.In this paper， the industrial robot is introduced into the plate production line， meanwhile a kind of plate handing workstation is developed. The design of PLC control system is carried out in the workstation. The robot workstation greatly improves the production efficiency of the battery plate and realizes automation.

【Key words】Implementation robot; Based plate; Moving station

0 引言

鉛蓄電池是一種技術(shù)成熟且安全性能好的能源，工業(yè)和生活領(lǐng)域的發(fā)展，如低速電動(dòng)車、通訊設(shè)備儲(chǔ)能等都離不開(kāi)鉛蓄電池，尤其是電動(dòng)車是減少大氣污染的重要措施。然而在電池極板生產(chǎn)中，行業(yè)內(nèi)規(guī)模化運(yùn)作的企業(yè)主要還是依靠勞動(dòng)力手工操作，特別是電池極板上下料搬運(yùn)作業(yè)，其勞動(dòng)工作強(qiáng)度大，員工搬運(yùn)工作效率低下、同時(shí)鉛粉污染危害健康人員的身體，影響工人的工作壽命[1]，其發(fā)展急需產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

在國(guó)外，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備，形成了一些具有競(jìng)爭(zhēng)力的著名公司，如瑞典的ABB，日本的FANUC、安川，德國(guó)的KUKA[2-3]，占領(lǐng)國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的大部分份額。在國(guó)內(nèi)，工業(yè)機(jī)器人受制核心零部件和工藝原因，還在剛起步。目前有沈陽(yáng)新松、廣州數(shù)控設(shè)備有限公司、哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化有限公司等，在系統(tǒng)集成和核心零部件進(jìn)行了相關(guān)的研究和突破，都有了相應(yīng)的進(jìn)展。同時(shí)國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)了一大批以工業(yè)機(jī)器人集成技術(shù)為中心的公司，進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的集成應(yīng)用，引進(jìn)國(guó)外技術(shù)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，為制造業(yè)、快消行業(yè)等服務(wù)工作。

工業(yè)機(jī)器人是一種能模仿人工操作，可編程和自動(dòng)控制的高端智能裝備，具有高自動(dòng)化、柔性化，是中國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0“機(jī)器換人”戰(zhàn)略的核心，是“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的重要組成部分。在鉛蓄行業(yè)，引入工業(yè)機(jī)器人，可以代替手工操作的同時(shí)可以大大提電池極板生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)安全和提高企業(yè)的效益[4]。因此，機(jī)器人極板搬運(yùn)工作站的研究對(duì)鉛蓄行業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 機(jī)器人極板搬運(yùn)工作站的設(shè)計(jì)

目前工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用，主要以機(jī)器人人工作站和機(jī)器人工作生產(chǎn)線的形式進(jìn)行整合集成應(yīng)用。搬運(yùn)機(jī)器人工作站，它的主要工作任務(wù)針對(duì)重物、消耗人力大且動(dòng)作簡(jiǎn)單重復(fù)的搬運(yùn)和貯藏工作[5]，如機(jī)床上下料、堆料碼垛，機(jī)床柔性線等。針對(duì)電池極板的幾何特性分析和工藝要求，進(jìn)行極板機(jī)器人搬運(yùn)工作站的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

1.1 工作站工作原理

機(jī)器人極板搬運(yùn)工作站由搬運(yùn)機(jī)器人、電池極板輸送機(jī)、極板架和控制系統(tǒng)等組成。機(jī)器人工作站以工業(yè)機(jī)器人為工作核心，極板輸送機(jī)和極板架都在機(jī)器人工作空間內(nèi)，工作時(shí)，電池極板由極板輸送機(jī)運(yùn)送至輸送機(jī)末端定位點(diǎn)，然后等待機(jī)器人抓取電池極板，機(jī)器人收到相應(yīng)的傳感器信號(hào)后，按照預(yù)先規(guī)劃的路徑到達(dá)極板位置，末端夾取執(zhí)行器夾手對(duì)其進(jìn)行夾取，然后按照規(guī)劃軌跡搬運(yùn)至極板架位置，將極板準(zhǔn)確放置于極板架上，代替人工作業(yè)。

1.2 工作站機(jī)器人選型

衡量工業(yè)機(jī)器人的指標(biāo)很多，有自由度、工作空間、定位精度及重復(fù)定位精度、承載能力及最大工作速度等。極板搬運(yùn)工作站的機(jī)器人選型主要考慮以下幾個(gè)重要指標(biāo)：

(1)自由度指標(biāo)，它是衡量機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活程度的參數(shù)，是衡量機(jī)器人的重要指標(biāo)，自由度越多，機(jī)器人越靈活，一般地工業(yè)機(jī)器人的自由度為3-6個(gè)。

(2)工作空間指標(biāo)，它指的是機(jī)器人的工作范圍，機(jī)器人腕部或者末端執(zhí)行器能達(dá)到的最大范圍，工作空間越大，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍越大。在運(yùn)動(dòng)控制中，注意機(jī)器人的極限位置，注意抓取位置和極限位置的考慮。

(3)承載能力指標(biāo)，機(jī)器人在工作范圍內(nèi)任何位置能承受最大的載荷，取決于負(fù)載的質(zhì)量、速度和加速度等，同時(shí)要考慮末端執(zhí)行器的質(zhì)量，故機(jī)器人承載能力是末端執(zhí)行器和機(jī)械手抓取負(fù)載的總和還要大。

(4)定位精度指標(biāo)，機(jī)器人實(shí)際位置與理想位置之間的偏差，同時(shí)重復(fù)定位精度是考驗(yàn)一個(gè)機(jī)器人同一環(huán)境和條件下，重復(fù)若干次其分散的偏差值，機(jī)器人多次重復(fù)到相同位置的偏差越小，機(jī)器人的重復(fù)定位值越高。

通過(guò)這幾個(gè)指標(biāo)，極板搬運(yùn)機(jī)器人工作站可以選擇工作空間大、承載能力強(qiáng)、定位精度高的6自由度工業(yè)機(jī)器人作為機(jī)器人工作的機(jī)器本體，設(shè)計(jì)相應(yīng)的安裝座，以它為中心來(lái)設(shè)計(jì)整個(gè)工作站的安裝控件。同時(shí)，6自由度的機(jī)器人具有較高的靈活性，方便完成極板的抓取和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路徑的軌跡規(guī)劃。 　　1.3 末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)

工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)一般是針對(duì)作用對(duì)象進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)，它是機(jī)器人操作與目標(biāo)對(duì)象直接接觸進(jìn)行工作，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件，它可以擴(kuò)大工作空間范圍，提升工作作業(yè)能力具有非常重要的作用。有電磁式、氣動(dòng)式、機(jī)械式等，其中機(jī)械式夾取可以分為雙指式和多指式，其中雙指式又分為回轉(zhuǎn)式和平移式。根據(jù)電池極板的幾何外形，故末端執(zhí)行器夾具可采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的平移型二指手抓對(duì)其進(jìn)行抓取，采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)具有響應(yīng)動(dòng)作快，靈活，動(dòng)力清潔等優(yōu)點(diǎn)，其平移范圍必須大于極板的橫向尺寸。

1.4 電池極板輸送機(jī)

電池極板輸送機(jī)由支架，輸送鏈、輸送槽、極板定位板等組成，其中輸送鏈安裝在機(jī)架的若干個(gè)鏈槽內(nèi)。工作時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)，然后鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)構(gòu)對(duì)放置在其上面的電池極板進(jìn)行傳送。采用鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)，啟動(dòng)時(shí)電池極板運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)打滑現(xiàn)象，其適用于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。

2 控制系統(tǒng)

機(jī)器人極板搬運(yùn)工作站電氣控制系統(tǒng)主要的功能實(shí)現(xiàn)包括：①工業(yè)機(jī)器人示教、調(diào)試編程與自動(dòng)運(yùn)行等功能;②極板末端執(zhí)行器氣缸動(dòng)作、傳感器的信號(hào)傳遞，實(shí)現(xiàn)抓取;③工業(yè)機(jī)器、PLC和人機(jī)界面交互和參數(shù)的設(shè)置;④整個(gè)極板搬運(yùn)工作站的實(shí)現(xiàn)。

2.1 極板工作站控制系統(tǒng)組成

極板搬運(yùn)工作站的控制系統(tǒng)包括：①PLC控制系統(tǒng);②機(jī)器人控制系統(tǒng);③示教器。其主要系統(tǒng)采用PLC為控制核心，機(jī)器人控制器的I/O信號(hào)模塊與PLC通信模塊可以直接或者間接通信，電池極板輸送鏈上的極板信號(hào)和極板末端執(zhí)行器信號(hào)也是通過(guò)PLC然后傳遞給機(jī)器人，進(jìn)行信號(hào)的傳遞。工作時(shí)，搬運(yùn)機(jī)器人按照人工示教好的程序正常運(yùn)行，同時(shí)受PLC的控制。

(1)機(jī)器人示教器，機(jī)器人編程有離線編程和示教編程，示教再現(xiàn)是機(jī)器人編程應(yīng)用較廣的編程方式。工作人員觀察產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝流程，然后根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作位姿、工作路徑、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，按照需要的任務(wù)要求完成機(jī)器人編程示教。整個(gè)編程過(guò)程中，機(jī)器人示教器是一個(gè)重要的編程設(shè)備，通過(guò)其對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。

(2)機(jī)器人控制器其核心是多軸運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多軸機(jī)器人的關(guān)節(jié)伺服控制，同時(shí)又相應(yīng)的機(jī)器人專用端口和機(jī)器人通用端口和PLC進(jìn)行信息傳遞，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的總線控制和以太網(wǎng)控制端口，方便與外部設(shè)備通訊。

(3)PLC控制柜，其以PLC為控制核心，將機(jī)器人控制柜、傳感系統(tǒng)、人機(jī)界面進(jìn)行集成控制，整個(gè)搬運(yùn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要依賴PLC的邏輯控制的調(diào)試與實(shí)現(xiàn)，具有非常重要的作用。

2.2 控制軟件設(shè)計(jì)

機(jī)器人工作站的控制軟件設(shè)計(jì)以PLC為中心實(shí)現(xiàn)。根據(jù)搬運(yùn)工作站的工作原理，首先采用示教器對(duì)機(jī)器人進(jìn)行軌跡路徑規(guī)劃，考慮機(jī)器人在搬運(yùn)極板時(shí)所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能，以最舒服的姿態(tài)來(lái)進(jìn)行工作。將機(jī)器人進(jìn)行軌跡示教完成以后，再根據(jù)機(jī)器人抓取執(zhí)行器極板準(zhǔn)備、極板到位、進(jìn)行抓取、機(jī)器人進(jìn)行搬運(yùn)到極板架放置，放置結(jié)束后重新循環(huán)開(kāi)始的整個(gè)過(guò)程，然后進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)初始化、手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行、信號(hào)顯示系統(tǒng)和系統(tǒng)復(fù)位。

(1)系統(tǒng)初始化：當(dāng)整個(gè)控制系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)，按一下初始化按鈕，機(jī)器人搬運(yùn)工作站所有的執(zhí)行動(dòng)作按照一定的先后順序恢復(fù)到預(yù)先的原始位置，使機(jī)器人工作站處于準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備開(kāi)始工作。

(2)手動(dòng)運(yùn)行：機(jī)器人單機(jī)示教軌跡路徑，完成路徑的最佳規(guī)劃，手動(dòng)運(yùn)行是用來(lái)對(duì)整個(gè)機(jī)器人各個(gè)功能塊進(jìn)行調(diào)試時(shí)的狀態(tài)。通過(guò)手動(dòng)運(yùn)行模塊，可以調(diào)試抓取執(zhí)行器的開(kāi)合動(dòng)作，以此來(lái)進(jìn)行極板的抓取力度調(diào)節(jié)。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)抓取后整機(jī)聯(lián)合運(yùn)行調(diào)試操作，讓機(jī)器人、末端執(zhí)行器和極板輸送架達(dá)到最佳狀態(tài)。

(3)自動(dòng)運(yùn)行：自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)是整機(jī)連續(xù)工作狀態(tài)，一旦參數(shù)都設(shè)置好后，正常情況下進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人能自動(dòng)完成電池極板的抓取，搬運(yùn)、放置循環(huán)工作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，可以通過(guò)按鈕或者觸摸屏上的啟動(dòng)開(kāi)始，接受停止指令后停止。其程序的設(shè)計(jì)可以采用步進(jìn)順序控制，按照一定的生產(chǎn)流程來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人極板的搬運(yùn)工作。

(4)信號(hào)顯示系統(tǒng)和復(fù)位系統(tǒng)：通過(guò)信號(hào)顯示可以觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情況，可以觀察其各功能狀態(tài)，通過(guò)信號(hào)顯示來(lái)判斷程序運(yùn)行的進(jìn)度、狀態(tài)以及極板的搬運(yùn)數(shù)量。同時(shí)一旦出現(xiàn)故障，可以通過(guò)報(bào)警燈來(lái)提示故障問(wèn)題，通過(guò)觸摸屏顯示系統(tǒng)快速找到故障點(diǎn)，并且可以通過(guò)相應(yīng)的復(fù)位系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

2.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，主要通過(guò)觸摸屏和組態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)和人的人機(jī)交互，通過(guò)信息的交流來(lái)實(shí)現(xiàn)人對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的控制。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的純按鍵操作平臺(tái)逐漸被觸摸屏所取代，可以克服接線繁瑣、按鈕多等諸多問(wèn)題。同時(shí)，隨著組態(tài)技術(shù)的發(fā)展，可以組建適合工業(yè)生產(chǎn)相應(yīng)的控制系統(tǒng)界面，包啟動(dòng)、停止、循環(huán)、單機(jī)及數(shù)等功能，同時(shí)可以制作相應(yīng)效果更好的系統(tǒng)界面。

本文選取昆侖通態(tài)的觸摸屏為人機(jī)交互界面，同時(shí)通過(guò)昆侖的MCGS組態(tài)軟件集成實(shí)現(xiàn)機(jī)器人工作站的控制要求，根據(jù)機(jī)器人工作站功能及控制任務(wù)的要求，配置相應(yīng)的對(duì)象定義，編輯屬性和狀態(tài)特征等，同時(shí)制作組態(tài)畫(huà)面來(lái)顯示狀態(tài)信號(hào)和一系列的人機(jī)操作等。人機(jī)界面完成控制硬件與軟件的聯(lián)系，建立了操作人員與監(jiān)控層的控制與溝通平臺(tái)，在機(jī)器人搬運(yùn)工作中方便靈活。

3 總結(jié)

本文開(kāi)發(fā)了一種鉛蓄電池的極板搬運(yùn)機(jī)器人工作站，該極板搬運(yùn)機(jī)器人工作站可以實(shí)現(xiàn)極板輸送、定位抓取、搬運(yùn)、放置等功能，同時(shí)控制系統(tǒng)采用PLC和昆侖人機(jī)界面進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)整機(jī)的運(yùn)行，其操作性高、性能穩(wěn)定，從而代替人工實(shí)現(xiàn)極板的自動(dòng)搬運(yùn)，大大提高工作效率。

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