德國(guó)Roboworker直角坐標(biāo)機(jī)器人，應(yīng)用于玻璃生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

前言：

玻璃行業(yè)是我國(guó)重要產(chǎn)業(yè)之一，近幾年，隨著市場(chǎng)的需求，玻璃的生產(chǎn)正朝向二個(gè)“極端”發(fā)展——太陽(yáng)能光伏玻璃和浮法玻璃，尤其房地產(chǎn)業(yè)的興起，大型幕墻玻璃被廣泛需求，是發(fā)展趨勢(shì)之一。因此在玻璃生產(chǎn)的冷端，對(duì)單片在200Kg以上的玻璃快速搬運(yùn)碼垛就成了企業(yè)需要解決的問(wèn)題。沈陽(yáng)萊茵機(jī)電有限公司為一些用戶設(shè)計(jì)制造了200kg~350kg載荷的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，下面就以為北方某企業(yè)設(shè)計(jì)制造的一種搬運(yùn)碼垛機(jī)器人為例來(lái)介紹。

一 項(xiàng)目要求

1、 最大玻璃規(guī)格： 3300*2400mm

2、 最小玻璃規(guī)格： 2000*1500mm

3、 玻璃厚度： 2~12mm

4、 玻璃正常工作速度：20~60m/min

5、 輥道高度： 925±50 mm

6、 輥道寬度： 4200mm

7、循環(huán)時(shí)間：大中片 10-12秒； 小片 8-10秒

8、 堆垛精度： ±2mm

9、最大抓取重量：?jiǎn)纹?40 kg（玻璃重量）

二、設(shè)計(jì)方案

根據(jù)客戶實(shí)際要求，采用德國(guó)Roboworker公司直角坐標(biāo)機(jī)器人

整個(gè)運(yùn)動(dòng)部分由下面六個(gè)主要部分組成，

1 吸盤(pán)調(diào)整角度軸，稱作A軸，

2吸盤(pán)86度轉(zhuǎn)動(dòng)軸，稱作B軸，

3吸盤(pán)上下運(yùn)動(dòng)軸，稱作Z軸，

4吸盤(pán)與跟隨玻璃運(yùn)動(dòng)軸，稱作Y軸，

5 吸盤(pán)向排放處運(yùn)動(dòng)軸，稱作X軸，

6 智能CCD相機(jī)系統(tǒng)

下面分別加以介紹

1 玻璃邊緣方向和位置檢測(cè)系統(tǒng)--線陣CCD智能相機(jī)

玻璃在傳送帶上就已經(jīng)偏了，通過(guò)線陣CCD智能相機(jī)（德國(guó)VC2000）自動(dòng)檢測(cè)玻璃邊緣的位置變化，然后給出角度偏差及位置，然后把該信號(hào)送進(jìn)機(jī)器人控制系統(tǒng)。

VC2000照片及簡(jiǎn)單介紹。

2 吸盤(pán)調(diào)偏機(jī)構(gòu)

玻璃邊緣在傳送帶上的偏差不應(yīng)太大，如果玻璃的長(zhǎng)邊為3300mm， 則邊緣偏差應(yīng)小于300mm。玻璃邊緣的位置偏差分為總體位置偏差和邊緣角度偏差?？傮w位置偏差是指邊緣中心點(diǎn)與理想位置的偏差，由機(jī)器手在計(jì)算抓取位置時(shí)考慮進(jìn)去這一偏差。邊緣角度偏差要由一頂桿機(jī)構(gòu)加以調(diào)整。

由于吸盤(pán)及玻璃總體重100公斤，所以有50公斤推力就可以改變吸盤(pán)的方向，我們計(jì)劃采用一個(gè)高速絲杠來(lái)作為頂桿，如果螺距為10mm， 采用交流伺服電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)60傳就可以運(yùn)動(dòng)300mm，有2秒鐘時(shí)間足夠了。一個(gè)4Nm的交流伺服電機(jī)就可以產(chǎn)生500公斤的推力。

3 吸盤(pán)翻轉(zhuǎn)70~85度機(jī)構(gòu)

整個(gè)吸盤(pán)在搬運(yùn)玻璃離開(kāi)傳送帶邊緣后就開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)玻璃和吸盤(pán)從水平面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)直到編程的角度。翻轉(zhuǎn)角度大約70~85度。這里采用吸盤(pán)中心為軸的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。假設(shè)吸盤(pán)及整個(gè)玻璃的重心到轉(zhuǎn)軸的距離為0.5米，理論上就需要0.5*1000=500Nm的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩來(lái)完整翻轉(zhuǎn)工作。如果我們采用一個(gè)減速比為200:1，效率為60%的減速機(jī)，理論上驅(qū)動(dòng)電機(jī)的出力為：500/0.6/200 = 4.16N。如果我們采用一個(gè)額定出力為10Nm的伺服電機(jī)就可以了。額定扭矩為10Nm的伺服電機(jī)3秒內(nèi)最大出力可達(dá)30Nm， 3秒內(nèi)有7.19倍的實(shí)際出力，完全沒(méi)有問(wèn)題。

如果吸盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)90度，那么交流伺服電機(jī)就要轉(zhuǎn)動(dòng)：200/4 = 50傳，采用交流伺服電機(jī)，有1.2秒鐘時(shí)間足夠了。

所用的減速機(jī)可以采用行星減速機(jī)，也可以采用渦輪蝸桿減速機(jī)。

4 Z軸

如圖1中上下運(yùn)動(dòng)軸，本方案采用2根立柱，4導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，齒形帶傳動(dòng)高速拉升機(jī)構(gòu)。兩根立柱排放方式與圖1中上下運(yùn)動(dòng)軸相差90度，它們的間距為1000mm。 Z軸有效行程：1米， 最高允許運(yùn)行速度：1米/秒，總負(fù)載重量：200公斤。

采用行星減速機(jī)和交流伺服驅(qū)動(dòng)。具體型號(hào)要用德國(guó)專家軟件分析。

5 Y軸

本方案中也采用如圖1所示的兩根水平運(yùn)動(dòng)軸，4個(gè)大滑塊結(jié)構(gòu)，滑塊間距大，保證運(yùn)行平穩(wěn)。圖2是Y軸滑塊部位局部圖。

采用行星減速機(jī)和大功率交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步輪傳動(dòng)，Y軸的有效行程：6米

最高允許運(yùn)行速度：2米/秒。

可以承受的總負(fù)載重量：300公斤以上

兩軸間距為1400mm。

6 X軸

采用類似上面Y軸的結(jié)構(gòu)方式，但兩X軸間距為6000mm，所以采用雙軸分別同步驅(qū)動(dòng)，這樣運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)。X軸的4滑塊比Y軸更大，也采用同步輪傳動(dòng)。

有效行程：1米

最高允許運(yùn)行速度：1.5米/秒。

總負(fù)載重量：

采用行星減速機(jī)和交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

二、控制系統(tǒng)

1 數(shù)控系統(tǒng)

采用德國(guó)Trimeta公司的5軸數(shù)控系統(tǒng)，控制6個(gè)伺服軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)。詳細(xì)資料見(jiàn)德國(guó)Trimeta公司的網(wǎng)址：www.trimeta.com

2 伺服電機(jī)

采用德國(guó)產(chǎn)交流伺服電機(jī)。具體功率要用百格拉公司的軟件來(lái)選。

3 減速機(jī)

各種軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)，采用德國(guó)Neugart公司的行星減速機(jī)。

吸盤(pán)翻轉(zhuǎn)軸可能要采用德國(guó)SEW的雙輸出軸減速機(jī)。

三、工藝動(dòng)作過(guò)程：

視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)到玻璃尺寸、位置、完整性、速度等信息

將信息傳送到主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)判斷分配到哪一臺(tái)機(jī)器人執(zhí)行

機(jī)器人移到等待位置

抓手傳感器捕捉到玻璃

等待給定時(shí)間

沿玻璃傳送方向直線同速移動(dòng)

到達(dá)玻璃吸取位置

放下吸盤(pán)，打開(kāi)真空吸取玻璃

機(jī)器人提升玻璃架，往轉(zhuǎn)盤(pán)架方向移動(dòng)

二次檢測(cè)裝置測(cè)量玻璃邊緣位置信息

到達(dá)轉(zhuǎn)臺(tái)前放置位

緩慢往玻璃集裝架移動(dòng)

放置玻璃

返回等待位置