目前,隨著自動化技術的不斷發(fā)展和應用的廣泛普及,工業(yè)機器人已在搬運、焊接、包裝、噴繪等領域替代了傳統(tǒng)的人力。這是學習啦小編為大家整理的搬運機器人技術論文，僅供參考!

搬運機器人伺服系統(tǒng)的設計研究篇一

摘 要：搬運機器人的伺服系統(tǒng)，目前普遍應用的是以級次掌控、總線訊息、交流程控、數(shù)值信息加工、內(nèi)部結構保護等為主要內(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、高效運行，而且實現(xiàn)了精準、高速、穩(wěn)定的良好性能。本文對搬運機器人伺服系統(tǒng)的技術質(zhì)量控制和級次管理進行了分析，并且全面地闡述了定位系統(tǒng)、速率環(huán)比、技術參數(shù)和設施保護等應當把握的重點內(nèi)容，對提高伺服系統(tǒng)的控制技術，具有一定的參考價值。

關鍵詞：搬運機器人;伺服系統(tǒng);設計研究

引言

搬運機器人達到精準、科學的軌跡運行是實現(xiàn)伺服技術功能目標定位的重要保障。目前在搬運機器人伺服系統(tǒng)的應用前景上分析，伴隨著機器人在各個領域、各個行業(yè)越來越廣泛的推廣應用，其所從事的工作事項越來越具有很強的技術難度，這就給伺服技術的安全、高效、穩(wěn)定、科學、動感等性能的發(fā)揮帶來了很高的要求。同時，隨著數(shù)字化信息技術普及程度的日益廣泛，特別是DSP等技術方法的不斷推陳出新，給機器人伺服技術的變革帶來了巨大的發(fā)展空間，也使得這種伺服系統(tǒng)日益探索應用了許多的新技術和新方法，比如建立交流程控、數(shù)值加工等，不僅使得機器人伺服系統(tǒng)滿足了高速、精確的目標要求，而且越來越能夠獨立承擔非常復雜的各種任務。

本文結合南方某省的搬運機器人為例，圍繞機器人的穩(wěn)定、精準、防干擾性能，科學地分析闡述了伺服技術的技術特性和研發(fā)思路，并對數(shù)字信息處理等技術方法的應用推廣和設計理念、設施保護等內(nèi)容進行了探究。

1 搬運機器人伺服系統(tǒng)的級次控制思路和技術標準

該省設計研發(fā)這種搬運機器人主要是為了適應澆筑施工環(huán)節(jié)的技術要求，并且充分考慮到這種機器人的通用效果。所以在設計的時候，將其打造為了固定變量取值為6的現(xiàn)代化機器人，并設計了包括上臂搖動、下臂搖動、腰間回環(huán)、手腕搖動、手腕回旋、下臂回環(huán)等6項內(nèi)容在內(nèi)的活動功能關節(jié)，按照澆筑施工現(xiàn)場操作的有關部署，依據(jù)一定時間控制能夠由熱爐內(nèi)舀出鋁制液體，服務于8個機器設備鑄模使用。而且在設計這種搬運機器人的時候，要使其能夠在3.5米半徑的區(qū)域內(nèi)順暢運轉，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，按照搬運機器人每個關節(jié)的誤差折算，上下不能超過0.049度。同時，要嚴格控制伺服系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性能，通過技術指標控制，避免機器人在實現(xiàn)搬運伺服功能的時候出現(xiàn)鋁制液體流出或者影響澆筑效果。

同時，在對搬運機器人進行技術參數(shù)控制的時候，運用了管理、控制、伺服等級次方法，使承擔主要控制功能的網(wǎng)絡信息系統(tǒng)得到了減負，降低了伺服技術的運行期間。利用管理的技術方法，通常是加強搬運機器人離線狀態(tài)監(jiān)控，對其運行的空間事先合理預設，使其能夠在進行澆筑環(huán)節(jié)操作的時候，發(fā)揮圖形設計、現(xiàn)場示范、糾錯調(diào)整以及現(xiàn)場施工信息數(shù)據(jù)的檢索、查詢、質(zhì)量問題的排查和定期展現(xiàn)等作用。利用控制的技術方法，一般是依據(jù)定位傳感設施提供的定位信息，在預定時間內(nèi)設置出一定的路徑，同時將測算出來的下級信息傳送給伺服技術進行處理。而伺服技術主要解決的是對搬運機器人的運動功能進行科學掌控，并依據(jù)施工標準和設計的精確系數(shù)確保機器人能夠達到預定的運動軌跡完成工作任務。

2 搬運機器人伺服系統(tǒng)的設計要求

對于搬運機器人來說，伺服系統(tǒng)主要承擔任務事項的執(zhí)行工作，因此，伺服系統(tǒng)的安全、可靠工作，對搬運機器人的總體運行有著至關重要的影響。

一是交流程控。近年來，這種程控驅動技術方法得到了快速的發(fā)展，由于本身結構不大、重量很小、能耗量低、適應性強、堅固性高、安全可靠、經(jīng)久耐用，同時在調(diào)速方面有著很好的效果，在未來的發(fā)展中很有可能會替換掉直流驅動技術。搬運機器人在各個關節(jié)的運行驅動中，全部使用了交流程控的驅動技術，在組件構成上應用的是永磁式同步無刷電機，并且通過自動控制技術確保了頻率的變換和速率的調(diào)節(jié)。

二是三環(huán)系統(tǒng)。由于搬運機器人對不利環(huán)境的適應性很強，承受重力的性能很高，在發(fā)揮伺服技術功能的時候，不僅應當妥善解決穩(wěn)定性和動態(tài)化的設計要求，而且應當注意對外界干擾的防范。本文所提到的搬運機器人就通過這種三環(huán)系統(tǒng)較好地實現(xiàn)了伺服功能(詳見圖2)。但是由于三環(huán)伺服控制技術雖然具有良好的穩(wěn)定和防干擾能力，不過從需要的頻率特性上來看，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)的反應性能。所以通常使用一種新型組件，改進內(nèi)環(huán)頻率特性，確保系統(tǒng)運行速率，提升有效的防止干擾和可靠性能。

三是伺服系統(tǒng)。構成伺服模式的主要設施包括位控板、放大器、SM電機、編碼儀和減速器等。其中SM電機應用的是進口的永磁式系統(tǒng)，可以承受的電力負荷非常高，在機器人中應用非常好。編碼儀主要是對SM旋轉速率和定位進行監(jiān)測，而且根據(jù)6個運動關節(jié)監(jiān)控機器人運行的精準情況，并運用減速器通過間接程控的方法實現(xiàn)較大的輸送力矩確保搬運機器人能夠高效做工。由于減速器在每個關節(jié)點上都進行了安裝，不僅提高了反應速度，而且不會產(chǎn)生很大的轉動慣力，運行效率非常好。放大器使用的是變頻設施，具有絕緣效果，關節(jié)運動產(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，對定位信息做出反應，測算關節(jié)運動誤差，實現(xiàn)每個關節(jié)的伺服系統(tǒng)控制目標，由于構成材料的關鍵組件是芯片系統(tǒng)，相當于計算機網(wǎng)絡設備，具有良好的信號反應和處置性能，而且由于采用了總線控制技術，確保了信息數(shù)據(jù)的安全、精準、高效地傳輸，實現(xiàn)了搬運機器人伺服系統(tǒng)的科學運轉。

四是參數(shù)系統(tǒng)。一般情況下，搬運機器人需要承受的外界應力水平和慣性具有一定的差異性，運行速率也具有一定的不同，但是由于6個關節(jié)的動作需要一定的協(xié)作性，每個關節(jié)的運動都會對搬運機器人位置檢測的精確性和動作進行的穩(wěn)定度產(chǎn)生制約，所以控制技術參數(shù)，保障伺服技術的效果是一項非常重要的工作。比如，需要考量電流的跟蹤運行軌跡，科學控制電流環(huán)的技術參數(shù)，確保提升反應速率，無需進行后期的調(diào)控，確保搬運機器人伺服系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運轉，同時，由于功率組件啟閉迅速，還要盡量改進電流設施的頻率特性，確保外環(huán)具有穩(wěn)定的運行性能。

四是保護系統(tǒng)。為了充分保證搬運機器人的安全、穩(wěn)定動作，就需要對軟件硬件設施予以保護。一方面，要妥善地保護硬件設施，一旦搬運機器人伺服系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，比如，伺服放大器設施承受的熱量過大，電源電壓超過了極限負荷，電機運行的速率超過了=極限或者電機承受的電力負荷值過大，編碼器在信息的傳輸上出現(xiàn)了誤差，電源相級缺失，就要及時切斷主電路的電源，對電力系統(tǒng)進行保護。另一方面，要妥善保護軟件設施，主要是對位控板進行保護，比如結合關節(jié)的動作，跟蹤監(jiān)測誤差情況，并及時做出糾錯調(diào)整，或者暫停關節(jié)動作，避免出現(xiàn)機械碰撞的事故，影響伺服系統(tǒng)的正常運行。

3 結束語

綜上所述，搬運機器人伺服技術基于交流程控、三環(huán)系統(tǒng)、技術參數(shù)的科學把握和對硬件軟件設施的及時防護，確保了良好的反應機制和防擾動性能，確保了機器人在承擔工作任務的時候能夠及時、快速、穩(wěn)定、高效地按照精準軌跡運行，相信應用推廣前景將非常廣闊?！?/p>

參考文獻

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基于工業(yè)機器人的極板搬運工作站的設計與實現(xiàn)篇二

【摘 要】在中國制造2050和工業(yè)4.0“機器換人”的大背景下，中國工業(yè)生產(chǎn)正由制造向智造轉型升級。本文在鉛蓄電池極板生產(chǎn)線中引入工業(yè)機器人，開發(fā)了一種極板搬運工作站，并進行了PLC控制系統(tǒng)的設計，大大提電池極板生產(chǎn)效率，實現(xiàn)自動化。

【關鍵詞】工業(yè)機器人;電池極板;搬運工作站

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成熟且安全性能好的能源，工業(yè)和生活領域的發(fā)展，如低速電動車、通訊設備儲能等都離不開鉛蓄電池，尤其是電動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)?；\作的企業(yè)主要還是依靠勞動力手工操作，特別是電池極板上下料搬運作業(yè)，其勞動工作強度大，員工搬運工作效率低下、同時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)轉型升級。

在國外，工業(yè)機器人已經(jīng)成為一種標準化的設備，形成了一些具有競爭力的著名公司，如瑞典的ABB，日本的FANUC、安川，德國的KUKA[2-3]，占領國際和國內(nèi)市場上的大部分份額。在國內(nèi)，工業(yè)機器人受制核心零部件和工藝原因，還在剛起步。目前有沈陽新松、廣州數(shù)控設備有限公司、哈爾濱博實自動化有限公司等，在系統(tǒng)集成和核心零部件進行了相關的研究和突破，都有了相應的進展。同時國內(nèi)也涌現(xiàn)了一大批以工業(yè)機器人集成技術為中心的公司，進行工業(yè)機器人的集成應用，引進國外技術結合實際生產(chǎn)，為制造業(yè)、快消行業(yè)等服務工作。

工業(yè)機器人是一種能模仿人工操作，可編程和自動控制的高端智能裝備，具有高自動化、柔性化，是中國實現(xiàn)工業(yè)4.0“機器換人”戰(zhàn)略的核心，是“中國制造2025”戰(zhàn)略的重要組成部分。在鉛蓄行業(yè)，引入工業(yè)機器人，可以代替手工操作的同時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，機器人極板搬運工作站的研究對鉛蓄行業(yè)實現(xiàn)自動化及轉型升級具有重要的現(xiàn)實意義。

1 機器人極板搬運工作站的設計

目前工業(yè)機器人在生產(chǎn)中的應用，主要以機器人人工作站和機器人工作生產(chǎn)線的形式進行整合集成應用。搬運機器人工作站，它的主要工作任務針對重物、消耗人力大且動作簡單重復的搬運和貯藏工作[5]，如機床上下料、堆料碼垛，機床柔性線等。針對電池極板的幾何特性分析和工藝要求，進行極板機器人搬運工作站的設計和實現(xiàn)。

1.1 工作站工作原理

機器人極板搬運工作站由搬運機器人、電池極板輸送機、極板架和控制系統(tǒng)等組成。機器人工作站以工業(yè)機器人為工作核心，極板輸送機和極板架都在機器人工作空間內(nèi)，工作時，電池極板由極板輸送機運送至輸送機末端定位點，然后等待機器人抓取電池極板，機器人收到相應的傳感器信號后，按照預先規(guī)劃的路徑到達極板位置，末端夾取執(zhí)行器夾手對其進行夾取，然后按照規(guī)劃軌跡搬運至極板架位置，將極板準確放置于極板架上，代替人工作業(yè)。

1.2 工作站機器人選型

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

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

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

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

(4)定位精度指標，機器人實際位置與理想位置之間的偏差，同時重復定位精度是考驗一個機器人同一環(huán)境和條件下，重復若干次其分散的偏差值，機器人多次重復到相同位置的偏差越小，機器人的重復定位值越高。

通過這幾個指標，極板搬運機器人工作站可以選擇工作空間大、承載能力強、定位精度高的6自由度工業(yè)機器人作為機器人工作的機器本體，設計相應的安裝座，以它為中心來設計整個工作站的安裝控件。同時，6自由度的機器人具有較高的靈活性，方便完成極板的抓取和實現(xiàn)復雜路徑的軌跡規(guī)劃。 　　1.3 末端執(zhí)行器的設計

工業(yè)機器人末端執(zhí)行器的設計一般是針對作用對象進行非標設計，它是機器人操作與目標對象直接接觸進行工作，是機器人的關鍵部件，它可以擴大工作空間范圍，提升工作作業(yè)能力具有非常重要的作用。有電磁式、氣動式、機械式等，其中機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驅動的平移型二指手抓對其進行抓取，采用氣動驅動具有響應動作快，靈活，動力清潔等優(yōu)點，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

電池極板輸送機由支架，輸送鏈、輸送槽、極板定位板等組成，其中輸送鏈安裝在機架的若干個鏈槽內(nèi)。工作時，三相異步電動機帶動主軸運動，然后鏈式傳送機構對放置在其上面的電池極板進行傳送。采用鏈式傳動，啟動時電池極板運行平穩(wěn)，無打滑現(xiàn)象，其適用于遠距離運輸和惡劣環(huán)境等優(yōu)點。

2 控制系統(tǒng)

機器人極板搬運工作站電氣控制系統(tǒng)主要的功能實現(xiàn)包括：①工業(yè)機器人示教、調(diào)試編程與自動運行等功能;②極板末端執(zhí)行器氣缸動作、傳感器的信號傳遞，實現(xiàn)抓取;③工業(yè)機器、PLC和人機界面交互和參數(shù)的設置;④整個極板搬運工作站的實現(xiàn)。

2.1 極板工作站控制系統(tǒng)組成

極板搬運工作站的控制系統(tǒng)包括：①PLC控制系統(tǒng);②機器人控制系統(tǒng);③示教器。其主要系統(tǒng)采用PLC為控制核心，機器人控制器的I/O信號模塊與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和極板末端執(zhí)行器信號也是通過PLC然后傳遞給機器人，進行信號的傳遞。工作時，搬運機器人按照人工示教好的程序正常運行，同時受PLC的控制。

(1)機器人示教器，機器人編程有離線編程和示教編程，示教再現(xiàn)是機器人編程應用較廣的編程方式。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)實踐，對工業(yè)機器人的動作位姿、工作路徑、運動參數(shù)和工藝參數(shù)進行調(diào)試，按照需要的任務要求完成機器人編程示教。整個編程過程中，機器人示教器是一個重要的編程設備，通過其對機器人進行控制。

(2)機器人控制器其核心是多軸運動控制平臺，實現(xiàn)對多軸機器人的關節(jié)伺服控制，同時又相應的機器人專用端口和機器人通用端口和PLC進行信息傳遞，同時設置相應的總線控制和以太網(wǎng)控制端口，方便與外部設備通訊。

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

2.2 控制軟件設計

機器人工作站的控制軟件設計以PLC為中心實現(xiàn)。根據(jù)搬運工作站的工作原理，首先采用示教器對機器人進行軌跡路徑規(guī)劃，考慮機器人在搬運極板時所需的運動學和動力學性能，以最舒服的姿態(tài)來進行工作。將機器人進行軌跡示教完成以后，再根據(jù)機器人抓取執(zhí)行器極板準備、極板到位、進行抓取、機器人進行搬運到極板架放置，放置結束后重新循環(huán)開始的整個過程，然后進行程序的設計和實現(xiàn)。整個系統(tǒng)程序的設計包括系統(tǒng)初始化、手動運行、自動運行、信號顯示系統(tǒng)和系統(tǒng)復位。

(1)系統(tǒng)初始化：當整個控制系統(tǒng)開機時，按一下初始化按鈕，機器人搬運工作站所有的執(zhí)行動作按照一定的先后順序恢復到預先的原始位置，使機器人工作站處于準備運行狀態(tài)，隨時準備開始工作。

(2)手動運行：機器人單機示教軌跡路徑，完成路徑的最佳規(guī)劃，手動運行是用來對整個機器人各個功能塊進行調(diào)試時的狀態(tài)。通過手動運行模塊，可以調(diào)試抓取執(zhí)行器的開合動作，以此來進行極板的抓取力度調(diào)節(jié)。同時也可以實現(xiàn)抓取后整機聯(lián)合運行調(diào)試操作，讓機器人、末端執(zhí)行器和極板輸送架達到最佳狀態(tài)。

(3)自動運行：自動運行狀態(tài)是整機連續(xù)工作狀態(tài)，一旦參數(shù)都設置好后，正常情況下進入自動運行狀態(tài)，搬運工業(yè)機器人能自動完成電池極板的抓取，搬運、放置循環(huán)工作，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，可以通過按鈕或者觸摸屏上的啟動開始，接受停止指令后停止。其程序的設計可以采用步進順序控制，按照一定的生產(chǎn)流程來實現(xiàn)工業(yè)機器人極板的搬運工作。

(4)信號顯示系統(tǒng)和復位系統(tǒng)：通過信號顯示可以觀察系統(tǒng)的運行情況，可以觀察其各功能狀態(tài)，通過信號顯示來判斷程序運行的進度、狀態(tài)以及極板的搬運數(shù)量。同時一旦出現(xiàn)故障，可以通過報警燈來提示故障問題，通過觸摸屏顯示系統(tǒng)快速找到故障點，并且可以通過相應的復位系統(tǒng)進行復位。

2.3 人機界面設計

人機界面的設計，主要通過觸摸屏和組態(tài)來實現(xiàn)搬運機器人控制系統(tǒng)和人的人機交互，通過信息的交流來實現(xiàn)人對搬運機器人的控制。隨著信息技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的純按鍵操作平臺逐漸被觸摸屏所取代，可以克服接線繁瑣、按鈕多等諸多問題。同時，隨著組態(tài)技術的發(fā)展，可以組建適合工業(yè)生產(chǎn)相應的控制系統(tǒng)界面，包啟動、停止、循環(huán)、單機及數(shù)等功能，同時可以制作相應效果更好的系統(tǒng)界面。

本文選取昆侖通態(tài)的觸摸屏為人機交互界面，同時通過昆侖的MCGS組態(tài)軟件集成實現(xiàn)機器人工作站的控制要求，根據(jù)機器人工作站功能及控制任務的要求，配置相應的對象定義，編輯屬性和狀態(tài)特征等，同時制作組態(tài)畫面來顯示狀態(tài)信號和一系列的人機操作等。人機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，在機器人搬運工作中方便靈活。

3 總結

本文開發(fā)了一種鉛蓄電池的極板搬運機器人工作站，該極板搬運機器人工作站可以實現(xiàn)極板輸送、定位抓取、搬運、放置等功能，同時控制系統(tǒng)采用PLC和昆侖人機界面進行控制來實現(xiàn)整機的運行，其操作性高、性能穩(wěn)定，從而代替人工實現(xiàn)極板的自動搬運，大大提高工作效率。

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