引言

科技進步引領經(jīng)濟發(fā)展,社會生產力不斷提高,越來越多的工作環(huán)境惡劣的工種和需要高強度人力勞動的工種逐漸被工業(yè)機器人代替,工業(yè)機器人正成為工業(yè)發(fā)展進程中不可缺少的一部分,并將在未來工業(yè)生產活動中占據(jù)越來越重要的地位。工業(yè)機器人具有自動化能力,隨著通信技術的發(fā)展,其信息化和智能化能力越來越突出。在工業(yè)應用場合下,生產設備使用機器人進行物料搬運得到了越來越廣泛的應用,基于此,針對某智能化鋅電解設備,將工業(yè)機器人搬運過程運動軌跡的偏移功能,通過信息化的手段與伺服驅動＋激光傳感器檢測數(shù)據(jù)建立聯(lián)系,能夠在面對復雜工況時,以高性價比方式實現(xiàn)機器人對所取物料位置的準確判斷,準確抓取,完成智能化生產。

1庫卡機器人的坐標偏移功能

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

庫卡機器人的歐拉角Euler-A-B-C對應的是Z→Y→X,其坐標轉換遵循的準則為第一步:X、Y、Z變換(順序無關）:第二步:A、B、C變換(先A,再B,最后C）。

2伺服驅動+激光測距傳感器

本項目使用了西門子V90伺服電機驅動機械部件移動,機械部件上左右各安裝了2個IFM激光測距傳感器02D200,該傳感器采用漫反射檢測,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段顯示屏中顯示測量值:

(4）可根據(jù)設定的輸出功能產生4～20mA信號接入PLC系統(tǒng)模擬量輸入模塊:

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

傳感器移動采用伺服電機驅動,具有位置閉環(huán)可控、控制精度高等特點。西門子V90伺服電機帶絕對值編碼器,伺服電機驅動激光測距儀前進,其距離通過電機編碼器數(shù)值轉換而來,可以精確到毫米級。

3工業(yè)機器人偏移功能及伺服驅動+激光檢測技術的組合應用流程

3.1TLC和伺服驅動器、機器人的網(wǎng)絡結構和工作原理

從圖2可看出,本項目PLC選用西門子S7-1500控制系統(tǒng),機器人、伺服電機驅動器和操作觸摸屏通過PR0FINET網(wǎng)絡與PLC控制器通信,激光傳感器發(fā)送4～20mA信號到PLC模擬量輸入模塊。

伺服電機驅動激光測距傳感器前進,PLC根據(jù)伺服電機編碼器數(shù)值得到的移動距離和雙激光傳感器檢測數(shù)據(jù)計算出機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)送到機器人控制器內,控制機器人完成相應的偏移抓取極板功能。在觸摸屏上可對系統(tǒng)相關運行、故障等信息進行監(jiān)控,并有參數(shù)設置功能,可設置必要的控制參數(shù)。

3.2鋅電解車間槽面陰陽極板放置情況

機器人夾具要能夠準確抓取極板,則控制系統(tǒng)需要知道極板相對機器人的準確坐標位置,如果極板在槽內的放置位置固定且工整,則確定好基準后,機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,極板在槽內實際上擺放很不工整,極板可能有變形、傾斜,則需要對每塊極板的放置狀況進行實時檢測。

圖2控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖

圖3電解槽極板實際位置

3.3機器人偏移量計算

如圖4所示,基準位置對應了伺服電機編碼器的起始數(shù)值,同時也對應了機器人的基準點,伺服電機驅動機械部件帶動左右雙激光傳感器前進,傳感器激光點照射到電解液上或極板耳部位置,有不同的實時檢測數(shù)值進入PLC,當激光數(shù)值大時表示照射到電解液上,激光數(shù)值小時表示照射到極板耳部,當左激光數(shù)值從大到小跳變時,表示隨著伺服電機前進,左激光照射到極板耳部,根據(jù)伺服電機編碼器數(shù)值和基準位置比較得到左激光前進了amm,同理得到右激光前進了bmm,c=a-bmm。由于機器人夾具抓取極板找準的位置是極板中心點,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,即得到機器人所需偏移量y=?（a＋b＋d）mm,PLC將偏移量發(fā)送到機器人控制器內。

3.4庫卡機器人夾具極板抓取程序

機器人夾具從電解槽內抓取極板時,其程序根據(jù)計算所得偏移量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。程序執(zhí)行過程詳見程序及注釋如下:

4結語

在采用機器人進行物料搬運的應用中,充分利用伺服電機驅動的精確性、激光測距數(shù)據(jù)的可靠性,使用各種自動化、網(wǎng)絡化手段采集所需數(shù)據(jù)進行控制,合理的組合應用方案可以得到理想的具有高性價比的工業(yè)應用效果。