直角坐标机器人在铝锭码垛机上的应用
文章作者：沈阳力拓自动化控制技术有限公司 杨树彬 024-25872400
参考资料：德国BAHR公司直角坐标机器人
公司网站:http://www.lituo-robot.com
关键词：直角坐标机器人、搬运机械手、运动控制、伺服系统
前言：
随着机器人技术的发展，直角坐标机器人技术在码垛机上的使用越来越多。直角坐标机器人作为执行机构，具用控制方便，执行动作灵活，可以实现复杂的空间轨迹控制。沈阳力拓自动化控制技术有限公司在多年机器人技术应用、数控技术和产品研发基础上，依托德国BAHR公司直线定位系统性及机械手臂开发出了价比优良的系列数控搬运、码垛、装配机器人，广泛应用在金属冶金、汽车制造、食品加工、电子等行业上，是航空、汽车等行业重要的装备。
典型应用案例
在金属浇注领域，搬运机器人有着广泛的应用和需求。下面就是我们依据客户要求开发的一台在铝锭浇注生产线上工作的直角坐标机器人，其特点是负载范围大，小到几公斤，大到几吨；运行速度快，且速度可调整；动作灵活，可以完成复杂的码垛任务；可靠性高，维护简单。
典型四坐标机器人
一、任务要求：按层码垛：
运动空间为三维，四自由度运动。
行程：X方向2200mm, Y方向1500mm, Z方向1200mm, 水平旋转：+-900
能够和生产线融为一体，有良好的通讯功能。
最大负载重量为150Kg,额定负载125Kg。层与层间成90度角交叉排放。
每垛共九层，垛高1000mm。
最快码垛速度为1000mm/s，平均速度为500mm/s。
码垛精度：1mm
根据以上要求，我们设计了一台三坐标机器人。
二、机器人组成：
该机器人由安装架、机器人定位系统、伺服驱动系统、供胶系统及涂胶枪、控制系统及电控配电系统、安全防护装置等组成。
1、机器人安装架
因为该机器人码垛机的运动速度很快，起停状态对安装架有很大的冲击。安装架必须有非常好的刚性才能保证机器人运行的稳定。我们为此设计了焊接钢架结构作为支撑架。
2、机器人定位系统
机器人定位系统是整台设备的核心，为德国bahr公司产品，因运动速度快，而重复精度并不高， X,Y,Z三坐标均选择为同步齿形带传动，单坐标重复定位精度为0.1mm，最快直线运动速度：1000mm/s。其中X坐标轴为两根长度为3000mm，跨度为2200mm的定位系统ELZ100，由同步传输器保证两根定位系统运动的同步，由一台3000W伺服电机驱动。出于驱动扭矩及惯量的匹配，需要配一台行星减速机。
Y轴选用ELZ100和ELR100双定位系统，之所以选者如此大截面的定位单元，主要是因为Y轴为双端支撑，中间悬空结构，如果选择的截面不够，将不能保证机器人运动的平稳性，机器人在高速运动时将发生振颤。ELZ100为主驱动结构，ELR100位辅助结构。两根定位单元并排使用，将Z轴夹在中间，能够很好的平衡负载，这种安装方式具有非常好的稳定性。两根定位系统由一台2500W伺服电机驱动，出于驱动扭矩及惯量的匹配，需要配一台行星减速机。
Z轴选用ELSD100双滑快全包围定位系统，牢固稳定。该产品是专为同时完成物体提升和旋转两个运动而设计的。该产品一般滑块固定而定位体作伸缩式运动，驱动定位体的伺服电机驱动和滑块安装在一起。该伺服电机因需要将物体快速提升，需要克服很大的重力和加速力，需要较大的功率才可以。
实际应用中我们选择了一台4000W带抱闸的伺服电机，匹配了一台一台行星减速机。
旋转轴与Z轴是集成在一起的，通过在Z轴定位体中心添加一根贯穿的长轴实现的。长轴的最上端作为驱动端，与伺服电机安装在一起。长轴的最下端作为负载端，用于安装物体。因物体较重，转动惯量较大，不能直接安装在驱动轴，必须加一台盘式减速机才能匹配。伺服电机的动力先由长轴传输到减速机再传输到负载，就实现了旋转负载的功能。
3、伺服驱动系统
该码垛机器人的选用具有Profibus 功能的伺服电机。每个运动轴配有一台伺服电机及一台减速机，四个运动轴，共四套伺服电机和四台减速机，其中垂直运动轴为带抱闸伺服电机。
4、机器抓手
该机械手选用德国菲施托气动机械手，压力可调，配备压力缓冲阀，使夹持动作平稳
抓手上装有感应机构，能够自动感知物体，并通知控制中心进行物体抓放。
5、控制系统
控制系统由大型PLC、触摸屏组成。该系统拥有强大的Profibus通讯功能。能够将数据实时传输给以太网，能够将控制指令以总线的方式发送给伺服系统，使整个的运动相当流畅。该系统可预置多种工件的程序，更换品种时可在触摸屏上调用相应程序。
6、安全防护装置
该机具有故障提示及报警功能，并且每次出现故障时都能准确的反映出故障具体位置，便于迅速排除故障，主要包括：机器人碰撞保护功能；工件安装到位检测；光幕安全保护。