基于工業(yè)機(jī)器人的極板搬運(yùn)工作站的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊明

摘要：隨著我國(guó)工業(yè)的高速發(fā)展，各種先進(jìn)的工業(yè)制造技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用不斷增加。為了進(jìn)一步提升工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，將員工從高強(qiáng)度的勞動(dòng)環(huán)境中解放出來，有必要將工業(yè)機(jī)器人用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，建設(shè)各種機(jī)器人搬運(yùn)站。為此，我將要在本文中對(duì)基于工業(yè)機(jī)器人的極板搬運(yùn)工作站的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹，希望對(duì)促進(jìn)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，可以起到有利的作用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;極板搬運(yùn);工作站

一、前言

隨著我國(guó)能源危機(jī)的不斷加劇，國(guó)家在新能源建設(shè)上投入了非常大的力量。蓄電池作為一種成熟的新技術(shù)，在工業(yè)和生活領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷增加。在電池極板的生產(chǎn)過程中，通常采用的人工搬運(yùn)的方式，不僅工作效率低下，鉛粉污染還會(huì)對(duì)人們的生命健康造成非常嚴(yán)重的影響。為了有效解決這個(gè)問題，企業(yè)決定進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)站建設(shè)利用機(jī)器人對(duì)各種極板進(jìn)行搬運(yùn)，這對(duì)實(shí)現(xiàn)蓄電池行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，可以發(fā)揮非常好的作用。

二、機(jī)器人搬運(yùn)站的設(shè)計(jì)

當(dāng)前機(jī)器人在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的過程中，其經(jīng)常會(huì)采用機(jī)器人工作站和機(jī)器人生產(chǎn)線整合集成應(yīng)用的方式。通過機(jī)器人搬運(yùn)站的使用，能夠有效代替人力來進(jìn)行貨物的搬運(yùn)工作，有效提高對(duì)極板的搬運(yùn)效率和質(zhì)量[1]。

機(jī)器人極板搬運(yùn)站主要是由機(jī)器人、電池極板運(yùn)輸機(jī)、極板架和控制系統(tǒng)所組成。機(jī)器人在運(yùn)輸站中發(fā)揮著核心的作用，其負(fù)責(zé)對(duì)極板的搬運(yùn)工作，輸送機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)極板的輸送，然后由機(jī)器人負(fù)責(zé)對(duì)極板的抓取，將這些極板放置到指定的地點(diǎn)。機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行的過程呢過中，會(huì)首先采用傳感器來接受各種信號(hào)，然后按照規(guī)劃的路徑，將極板輸送到合適的位置，末端執(zhí)行器負(fù)責(zé)對(duì)極板進(jìn)行夾取，然后按照一定的軌跡，將極板運(yùn)輸?shù)街付ǖ奈恢谩?/p>

工作站機(jī)器人的選型工作。在工作站實(shí)際選型的過程中，其應(yīng)該考慮如下的幾個(gè)指標(biāo)：1.自由度指標(biāo)。通過該指標(biāo)，能夠有效反映機(jī)器人的靈活程度，自由度越多，機(jī)器人的動(dòng)作執(zhí)行也就更靈活，但機(jī)器人的價(jià)格也就越貴，需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要來進(jìn)行選擇。2.工作空間指標(biāo)。其主要指的是機(jī)器人的工作范圍，機(jī)器人末端執(zhí)行器可以達(dá)到的最大范圍，其工作空間越大，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍也就越大。在對(duì)機(jī)器人的實(shí)際選擇過程中，應(yīng)該認(rèn)真考慮機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的極限位置。3.機(jī)器人的承載能力。機(jī)器人的承載能力指的是其最大可以承受的負(fù)荷，這取決于負(fù)載的質(zhì)量、速度和加速度等，在實(shí)際選擇的過程中，需要根據(jù)機(jī)器人抓取物品的指廊進(jìn)行選擇[2]。4.機(jī)器人的定位精度。其主要是指機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中的實(shí)際位置和理想位置之前的偏差，重復(fù)定位精度時(shí)考量一個(gè)機(jī)器人工作效果的重要方式，機(jī)器人重復(fù)到相同位置的偏差越小，其重復(fù)定位精度也就越高。

末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)。由于機(jī)器人抓取物品的形狀經(jīng)常差異很大，對(duì)機(jī)器人末端設(shè)計(jì)經(jīng)常會(huì)采用非標(biāo)設(shè)計(jì)的形式。末端執(zhí)行器是機(jī)器人的關(guān)鍵部件，其對(duì)提升機(jī)器人的工作能力，可以起到非常有利的作用，其可以分為電磁式、氣動(dòng)式、機(jī)械式等，機(jī)械式主要分為回轉(zhuǎn)式和平移式。根據(jù)極板形狀和質(zhì)量的特點(diǎn)，我們最終選擇使用氣驅(qū)平移式的二指抓取機(jī)構(gòu)，其動(dòng)作響應(yīng)非常靈活，可以抓取極板進(jìn)行大范圍橫向運(yùn)動(dòng)。

電池極板運(yùn)輸機(jī)。電池極板運(yùn)輸機(jī)主要是由支架、輸送鏈、輸送槽、極板定位板等組成。在其實(shí)際工作的過程中，需要由三相異步電機(jī)帶動(dòng)主軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，然后采用鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)電池極板進(jìn)行運(yùn)輸。

三、控制系統(tǒng)

機(jī)器人極板搬運(yùn)熊的電氣控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下的幾個(gè)功能;1.對(duì)機(jī)器人進(jìn)行試教編程，讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。2.末端執(zhí)行器通過傳感器信號(hào)的反饋，控制系統(tǒng)在對(duì)這些反饋信號(hào)記性處理之后，就可以驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器件，完成對(duì)極板的抓取。3.工業(yè)機(jī)器人通過PLC和人機(jī)界面，來完成各種參數(shù)的設(shè)置。4.對(duì)極板的搬運(yùn)由工作站來完成。

極板搬運(yùn)工作站的控制系統(tǒng)主要是由以下的部分所組成的：1.機(jī)器人的示教器、工作人員在對(duì)機(jī)器人的工作工藝流程進(jìn)行詳細(xì)的查看之后，就可以對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作位姿、工作路徑、工作路徑、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，按照相關(guān)任務(wù)的要求完成對(duì)機(jī)器人的編程示教工作。在整個(gè)程序的編制過程中，需要工作人員熟練操作機(jī)器人示教器，通過示教器的使用，來完成相關(guān)的編程工作。2.在機(jī)器人的控制系統(tǒng)當(dāng)中，最為核心的是機(jī)器人多軸控制平臺(tái)，其可以優(yōu)先實(shí)現(xiàn)對(duì)多軸機(jī)器人關(guān)節(jié)的伺服控制，使用專門的運(yùn)動(dòng)控制算法，保證機(jī)器人能夠按照預(yù)定軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還設(shè)置了專門的總線控制和以太網(wǎng)控制端口，方便和外界進(jìn)行有效的通信[3]。3.PLC控制柜是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。其負(fù)責(zé)對(duì)各種傳感器信號(hào)的接受工作，然后通過PLC核心的微處理器對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)常相關(guān)算法的處理，得到運(yùn)動(dòng)決策，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。在機(jī)器人的軟件控制當(dāng)中，都是圍繞PLC來開展的。根據(jù)搬運(yùn)工作站的實(shí)際需要，采用示教器對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行有效的規(guī)劃，然后考慮機(jī)器人在搬運(yùn)極板所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能，以最舒服的姿勢(shì)來進(jìn)行工作。在對(duì)機(jī)器人軌跡示教完成之后，可以根據(jù)機(jī)器人抓取執(zhí)行極板準(zhǔn)備、極板到位、進(jìn)行抓取、機(jī)器人搬運(yùn)極板到指定位置進(jìn)行放置，然后重復(fù)以上過程，不斷完成極板搬運(yùn)作業(yè)。

在整個(gè)系統(tǒng)開機(jī)之后，就需要按動(dòng)初始化按鈕，讓搬運(yùn)工作站按照先后的順序恢復(fù)到初始的位置，讓機(jī)器人處于準(zhǔn)備工作的狀態(tài)。通過機(jī)器人示教功能的應(yīng)用，對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，并最終完成運(yùn)動(dòng)軌跡的編程。

自動(dòng)運(yùn)行。在按照操作界面的自動(dòng)運(yùn)行按鈕之后，機(jī)器人就可以按照設(shè)定的程度，自動(dòng)循環(huán)完成對(duì)極板的搬運(yùn)作業(yè)。監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)對(duì)整個(gè)搬運(yùn)過程進(jìn)行監(jiān)視，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并及時(shí)進(jìn)行處理。

四、結(jié)語

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，對(duì)工業(yè)發(fā)展提出了更高的要求，應(yīng)該積極將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到極板的搬運(yùn)生產(chǎn)過程中，有效取代工作效率較低的人力操作，還能進(jìn)一步確保搬運(yùn)工作質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海霞，李志宏，吳清鋒.工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展[J].機(jī)電工程技術(shù)，2015（10）：22-23.

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[3]王田苗，陶永.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014（09）：55-56.