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HM-40602-W系統(tǒng)
1 前言
在發(fā)達(dá)國(guó)家，機(jī)器人己廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、科技、生活等各個(gè)領(lǐng)域。在現(xiàn)今的生活上,科技日新月異的進(jìn)展之下,機(jī)械人手臂與有人類的手臂區(qū)別就在于靈活度與耐力度。也就是機(jī)械手的優(yōu)勢(shì)可以重復(fù)的做同一動(dòng)作在機(jī)械正常情況下永遠(yuǎn)也不會(huì)覺(jué)得累！機(jī)械手臂的應(yīng)用也將會(huì)越來(lái)越廣泛,機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，工業(yè)機(jī)械手機(jī)器人的一個(gè)重要分支。
圖1
圖2
1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)
a） 經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研和大量的實(shí)例，提出以水平多關(guān)節(jié)機(jī)器HM-40602-W完成搬運(yùn)和碼垛排序。
b） 水平多關(guān)節(jié)機(jī)器HM-40602-W能夠完成左右旋轉(zhuǎn)、上下升降和手腕的360°旋轉(zhuǎn)，我們的來(lái)料在輸送鏈上呈自由擺放姿態(tài)，機(jī)械手要完成抓取和搬運(yùn)，如何實(shí)現(xiàn)？
要完成以上動(dòng)作就需要給機(jī)械手裝上“眼睛”和“大腦”，由“眼睛”來(lái)完成工件的姿態(tài)捕捉，再由“大腦”來(lái)完成邏輯的判斷和完成動(dòng)作?！把劬Α本褪俏覀兯f(shuō)的視覺(jué)系統(tǒng)，“大腦”就是機(jī)械手的控制系統(tǒng)。
c） 通過(guò)由機(jī)械手來(lái)代替人工，解放高危工種、實(shí)現(xiàn)更高的效率。
1.2 設(shè)計(jì)原則
1) 必須滿足客戶對(duì)產(chǎn)品功能和服務(wù)的要求。工程機(jī)械提供給客戶的不僅是產(chǎn)品的功能，還包括支持這些功能的售后服務(wù)。因此設(shè)計(jì)過(guò)程中既要針對(duì)產(chǎn)品的不同功能特點(diǎn)，又要使產(chǎn)品具有良好的維修方便性。
2) 符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和有關(guān)的法令、法規(guī)。
3) 堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的“三化”原則。
4) 符合社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。
5) 符合技術(shù)創(chuàng)新的規(guī)律，重視對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。
6) 從企業(yè)的實(shí)際工藝水平和生產(chǎn)能力出發(fā)，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)與工藝、生產(chǎn)相結(jié)合。
1.3 設(shè)計(jì)依據(jù)和參考標(biāo)準(zhǔn)
1) Scara 機(jī)器人是一種由三個(gè)自由度組成的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，它的主要作用是可以完成精密儀器和物體的搬運(yùn)和移動(dòng)。由于體積小，傳動(dòng)原理簡(jiǎn)單，被廣泛運(yùn)用于電子電氣業(yè)，家用電器業(yè)，精密機(jī)械業(yè)等領(lǐng)域。整個(gè)系統(tǒng)由機(jī)器手，機(jī)器臂，關(guān)節(jié)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成。通過(guò)各自由度電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，完成機(jī)器手，機(jī)器臂的位置變化。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容為：同步齒形帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)，絲杠螺母設(shè)計(jì)，各輸出軸和殼體的設(shè)計(jì),電機(jī)的選擇等。在校核滿足其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，我們對(duì)scara 機(jī)器人手爪進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2) 目前，國(guó)外已有各種專用和通用的裝配機(jī)器人在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，主要類型大致有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)型三大類。關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人又有垂直關(guān)節(jié)型(即空間關(guān)節(jié)型)和平面關(guān)節(jié)型(即SCARA型)兩種。具統(tǒng)計(jì)資料介紹，在這些裝配機(jī)器人中，平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人是應(yīng)用數(shù)量多且較為廣泛的一種裝配機(jī)器人。1991年世界上4萬(wàn)余臺(tái)在生產(chǎn)上應(yīng)用的裝配機(jī)器人中，SCARA機(jī)器人約占3/4左右。其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡娮与姎鈽I(yè)、家用電器業(yè)、精密機(jī)械業(yè)。從事印刷電路板上電子元器件的插入作業(yè)家用電器及儀器儀表的組裝作業(yè):小型電器開(kāi)關(guān)、接觸器等電器產(chǎn)品的組裝作業(yè)。可以說(shuō)，SCARA型機(jī)器人在輕型、較簡(jiǎn)單且要求機(jī)器人價(jià)格較低的裝配作業(yè)中大顯了身手。
1.3.1 適用范圍
HM-40602-W系統(tǒng)是對(duì)我們槍械子彈搬運(yùn)和碼垛設(shè)計(jì)的專機(jī)，本套系統(tǒng)只能運(yùn)用于槍械子彈的姿態(tài)尋找、姿態(tài)定位和排序碼垛。
2 系統(tǒng)概述
HM-40602-W系統(tǒng)是由四大部分組成，分別是Scara平面關(guān)節(jié)機(jī)器人、控制中樞、視覺(jué)系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和氣動(dòng)夾爪。
2.1 系統(tǒng)的主要功能
2.1.1 Scara平面關(guān)機(jī)機(jī)器人
Scara平面關(guān)節(jié)機(jī)器人負(fù)責(zé)搬運(yùn)和動(dòng)作的實(shí)施，落實(shí)槍械子彈的姿態(tài)糾正和從來(lái)料輸送鏈抓取子彈并將糾正姿態(tài)后的子彈運(yùn)送和碼垛到彈夾上。
2.1.2 控制中樞
控制中樞是負(fù)責(zé)將采集的信息進(jìn)行邏輯判斷，假如判斷不通過(guò)繼續(xù)采集信息判斷，判斷通過(guò)則進(jìn)入下一個(gè)步驟，直到完成整個(gè)動(dòng)作流程。
2.1.3 視覺(jué)系統(tǒng)
視覺(jué)系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集信號(hào)并上載信號(hào)給控制中樞，如果與控制中樞儲(chǔ)存信息不一致做出判斷，上載信號(hào)給控制中樞，控制中樞發(fā)指令給機(jī)械手做出姿態(tài)調(diào)整，達(dá)到調(diào)整完畢的姿態(tài)與控制中樞儲(chǔ)存信息一致。
2.1.4 輸送系統(tǒng)
輸送系統(tǒng)是將物料從來(lái)料源頭，將物料輸送到指定位置。
2.1.5 氣動(dòng)夾爪
選用德國(guó)著名品牌氣動(dòng)夾爪，雄克（SCHUNK）公司是德國(guó)著名的精密夾具和自動(dòng)化抓取系統(tǒng)制造商，也是靜壓膨脹式夾具系統(tǒng)生產(chǎn)廠和標(biāo)準(zhǔn)及特種卡爪生產(chǎn)廠商。選用JGP40-1二指平動(dòng)機(jī)械手配合設(shè)計(jì)槍械子彈設(shè)計(jì)專用工裝，能夠快速的抓取子彈。
圖3
圖4
圖5
3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置
3.1 系統(tǒng)總體邏輯結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)總體邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示。
系統(tǒng)總體邏輯結(jié)構(gòu)圖
3.2 技術(shù)參數(shù)
1) 機(jī)器人參數(shù)
重復(fù)定位精度：±0.02mm~±0.025mm
標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)時(shí)間：約0.2s≤~＜0.3s及0.3≤~＜0.4s
合成速度可達(dá)到：8780mm/s~±11450mm/s
可搬運(yùn)質(zhì)量：Max10kg含機(jī)械手抓
臂工作范圍：±600mm
設(shè)置方法：地面安裝或吊裝
符合標(biāo)準(zhǔn)：ANSI及CE標(biāo)準(zhǔn)
2) 系統(tǒng)參數(shù)
碼垛速度：100顆/min
4 電氣概述
4.1 電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
如上圖所示，機(jī)器人控制器，2臺(tái)視覺(jué)系統(tǒng)，PLC全部進(jìn)交換機(jī)。如果，有需要交換機(jī)可以進(jìn)PC，采集和控制機(jī)器人、視覺(jué)系統(tǒng)、PLC。同時(shí)，在本地PLC與HMI通訊。終上即可以實(shí)現(xiàn)本地控制，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)控。
4.2 HMI概述
如下圖所示，HMI初步選用臺(tái)達(dá) 高彩高分辨率寬屏人機(jī)界面 質(zhì)量可靠，性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，性價(jià)比高。支持網(wǎng)絡(luò)，串口等多種通訊方式。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)搭建的時(shí)候，方便靈活。
在程序設(shè)計(jì)和調(diào)試好以后，可以擴(kuò)展很多功能，如大容量的歷史記錄和故障記錄，動(dòng)畫(huà)功能可以更形象的展示當(dāng)前的工作狀態(tài)等。同時(shí)可連接打印機(jī)等外部設(shè)備，將每天的生產(chǎn)記錄，成品率，完成率等，以紙質(zhì)的形式歸檔。
4.3 PLC概述
PLC采用臺(tái)達(dá)高速精密定位型EH系列主機(jī)，性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，運(yùn)算速度快，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，支持多種通訊方式。
同時(shí)，增加一個(gè)EN01擴(kuò)展模塊，可以將PLC接入Ethernet網(wǎng)絡(luò)，將整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)總線控制。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。
4.4 機(jī)器人概述
機(jī)器人和控制器采用國(guó)際著名品版DENSO。同時(shí)機(jī)器人控制器還有如下特點(diǎn)：
1.通過(guò)小型化提高了設(shè)備配置的自由度，不受設(shè)置空間的限制。
2.兼具高功能與操作性，大幅提高使用便利性。
3.使規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)趨于均衡，加強(qiáng)環(huán)境對(duì)應(yīng)能力，支持全球80%的網(wǎng)絡(luò)。
4.可以邊接及控制多種設(shè)備，通過(guò)自定義功能滿足多樣化的需求。
機(jī)器人本體參數(shù)如下所示，經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算和論證，以下機(jī)器人無(wú)論是在速度、響應(yīng)性、穩(wěn)定性方面，都能完全滿足，方案的設(shè)計(jì)要求，并且預(yù)留有足夠的余量，以保證全安性和可擴(kuò)展性。
4.5 其它
為了滿足整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性，低壓元器件全部采用國(guó)際知名品牌施耐德電氣，同時(shí)視覺(jué)系統(tǒng)初步選用康耐視。
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