引言

科技進(jìn)步引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,社會(huì)生產(chǎn)力不斷提高,越來越多的工作環(huán)境惡劣的工種和需要高強(qiáng)度人力勞動(dòng)的工種逐漸被工業(yè)機(jī)器人代替,工業(yè)機(jī)器人正成為工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中不可缺少的一部分,并將在未來工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中占據(jù)越來越重要的地位。工業(yè)機(jī)器人具有自動(dòng)化能力,隨著通信技術(shù)的發(fā)展,其信息化和智能化能力越來越突出。在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合下,生產(chǎn)設(shè)備使用機(jī)器人進(jìn)行物料搬運(yùn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用,基于此,針對(duì)某智能化鋅電解設(shè)備,將工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)過程運(yùn)動(dòng)軌跡的偏移功能,通過信息化的手段與伺服驅(qū)動(dòng)＋激光傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)建立聯(lián)系,能夠在面對(duì)復(fù)雜工況時(shí),以高性價(jià)比方式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)所取物料位置的準(zhǔn)確判斷,準(zhǔn)確抓取,完成智能化生產(chǎn)。

1庫卡機(jī)器人的坐標(biāo)偏移功能

庫卡是世界知名品牌,其機(jī)器人工業(yè)應(yīng)用非常廣泛,如圖2所示,庫卡機(jī)器人主要由①控制柜、②機(jī)器人本體、③示教器組成。庫卡機(jī)器人的直角坐標(biāo)系的位置會(huì)用到FRAME/P0S/E3P0S/E6P0S類型的數(shù)據(jù),其中X、Y、Z表示直角坐標(biāo)系直線坐標(biāo),A、B、C表示直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)S、T表示機(jī)器人的狀態(tài)與轉(zhuǎn)角,E₁～E₆表示外部軸的角度。

庫卡機(jī)器人的歐拉角Euler-A-B-C對(duì)應(yīng)的是Z→Y→X,其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換遵循的準(zhǔn)則為第一步:X、Y、Z變換(順序無關(guān)）:第二步:A、B、C變換(先A,再B,最后C）。

2伺服驅(qū)動(dòng)+激光測(cè)距傳感器

本項(xiàng)目使用了西門子V90伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件移動(dòng),機(jī)械部件上左右各安裝了2個(gè)IFM激光測(cè)距傳感器02D200,該傳感器采用漫反射檢測(cè),可作用于物體和液體表面反射,光斑很小,有如下功能:

(2）可測(cè)量介于0.2～20m的距離:

(2）具有10～29m的背景抑制功能:

(3）在20段顯示屏中顯示測(cè)量值:

(4）可根據(jù)設(shè)定的輸出功能產(chǎn)生4～20mA信號(hào)接入PLC系統(tǒng)模擬量輸入模塊:

(5）遲滯功能:如果測(cè)量值在感應(yīng)范圍左右變動(dòng),則遲滯功能可保持輸出信號(hào)的穩(wěn)定,此功能對(duì)于保證數(shù)據(jù)的可靠性很重要。

傳感器移動(dòng)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),具有位置閉環(huán)可控、控制精度高等特點(diǎn)。西門子V90伺服電機(jī)帶絕對(duì)值編碼器,伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)激光測(cè)距儀前進(jìn),其距離通過電機(jī)編碼器數(shù)值轉(zhuǎn)換而來,可以精確到毫米級(jí)。

3工業(yè)機(jī)器人偏移功能及伺服驅(qū)動(dòng)+激光檢測(cè)技術(shù)的組合應(yīng)用流程

3.1TLC和伺服驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和工作原理

從圖2可看出,本項(xiàng)目PLC選用西門子S7-1500控制系統(tǒng),機(jī)器人、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和操作觸摸屏通過PR0FINET網(wǎng)絡(luò)與PLC控制器通信,激光傳感器發(fā)送4～20mA信號(hào)到PLC模擬量輸入模塊。

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)激光測(cè)距傳感器前進(jìn),PLC根據(jù)伺服電機(jī)編碼器數(shù)值得到的移動(dòng)距離和雙激光傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出機(jī)器人夾具抓取物料的偏移數(shù)值后,通過通信將偏移值發(fā)送到機(jī)器人控制器內(nèi),控制機(jī)器人完成相應(yīng)的偏移抓取極板功能。在觸摸屏上可對(duì)系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行、故障等信息進(jìn)行監(jiān)控,并有參數(shù)設(shè)置功能,可設(shè)置必要的控制參數(shù)。

3.2鋅電解車間槽面陰陽極板放置情況

機(jī)器人夾具要能夠準(zhǔn)確抓取極板,則控制系統(tǒng)需要知道極板相對(duì)機(jī)器人的準(zhǔn)確坐標(biāo)位置,如果極板在槽內(nèi)的放置位置固定且工整,則確定好基準(zhǔn)后,機(jī)器人按照固定的偏移量偏移后夾具抓取極板即可。但從圖3可以看出,極板在槽內(nèi)實(shí)際上擺放很不工整,極板可能有變形、傾斜,則需要對(duì)每塊極板的放置狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

圖2控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖3電解槽極板實(shí)際位置

3.3機(jī)器人偏移量計(jì)算

如圖4所示,基準(zhǔn)位置對(duì)應(yīng)了伺服電機(jī)編碼器的起始數(shù)值,同時(shí)也對(duì)應(yīng)了機(jī)器人的基準(zhǔn)點(diǎn),伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件帶動(dòng)左右雙激光傳感器前進(jìn),傳感器激光點(diǎn)照射到電解液上或極板耳部位置,有不同的實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)值進(jìn)入PLC,當(dāng)激光數(shù)值大時(shí)表示照射到電解液上,激光數(shù)值小時(shí)表示照射到極板耳部,當(dāng)左激光數(shù)值從大到小跳變時(shí),表示隨著伺服電機(jī)前進(jìn),左激光照射到極板耳部,根據(jù)伺服電機(jī)編碼器數(shù)值和基準(zhǔn)位置比較得到左激光前進(jìn)了amm,同理得到右激光前進(jìn)了bmm,c=a-bmm。由于機(jī)器人夾具抓取極板找準(zhǔn)的位置是極板中心點(diǎn),所以x=?cmm,極板耳部厚度已知為dmm,得到y(tǒng)=a-x＋?d=a-?（a-b）＋?d=?（a＋b）＋?d=?（a＋b＋d）mm,即得到機(jī)器人所需偏移量y=?（a＋b＋d）mm,PLC將偏移量發(fā)送到機(jī)器人控制器內(nèi)。

3.4庫卡機(jī)器人夾具極板抓取程序

機(jī)器人夾具從電解槽內(nèi)抓取極板時(shí),其程序根據(jù)計(jì)算所得偏移量y=?（a＋b＋d）mm執(zhí)行,得到了很好的不工整極板位置定位,能夠順利抓取極板,完成生產(chǎn)。程序執(zhí)行過程詳見程序及注釋如下:

4結(jié)語

在采用機(jī)器人進(jìn)行物料搬運(yùn)的應(yīng)用中,充分利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精確性、激光測(cè)距數(shù)據(jù)的可靠性,使用各種自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化手段采集所需數(shù)據(jù)進(jìn)行控制,合理的組合應(yīng)用方案可以得到理想的具有高性價(jià)比的工業(yè)應(yīng)用效果。