工業(yè)機(jī)器人偏移功能及伺服驅(qū)動+激光檢測技術(shù)的組合應(yīng)用

謝建榮

摘 要：隨著科技發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，從而簡化了大型生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，提升了工作效率。現(xiàn)從庫卡機(jī)器人在鋅智能電解大型設(shè)備工業(yè)應(yīng)用上的偏移功能入手，結(jié)合伺服電機(jī)編碼器數(shù)值換算驅(qū)動行程的功能以及激光傳感器對物料邊沿檢測的可靠性，以高性價比的方式實現(xiàn)了機(jī)器人夾具對非工整物料的準(zhǔn)確抓取，這種多技術(shù)組合應(yīng)用的方式在類似自動化、智能化應(yīng)用上為技術(shù)人員提供了參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人偏移功能;伺服驅(qū)動技術(shù);激光檢測技術(shù);PLC

0 引言

科技進(jìn)步引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會生產(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)活動中占據(jù)越來越重要的地位。工業(yè)機(jī)器人具有自動化能力，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)用場合下，生產(chǎn)設(shè)備使用機(jī)器人進(jìn)行物料搬運得到了越來越廣泛的應(yīng)用，基于此，針對某智能化鋅電解設(shè)備，將工業(yè)機(jī)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(qū)動+激光傳感器檢測數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，能夠在面對復(fù)雜工況時，以高性價比方式實現(xiàn)機(jī)器人對所取物料位置的準(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1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)系的位置會用到FRAME/POS/E3POS/E6POS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+激光測距傳感器

本項目使用了西門子V90伺服電機(jī)驅(qū)動機(jī)械部件移動，機(jī)械部件上左右各安裝了1個IFM激光測距傳感器O1D100，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：

（1）可測量介于0.2～10 m的距離;

（2）具有10～19 m的背景抑制功能;

（3）在10段顯示屏中顯示測量值;

（4）可根據(jù)設(shè)定的輸出功能產(chǎn)生4～20 mA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(yīng)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(jī)驅(qū)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(jī)帶絕對值編碼器，伺服電機(jī)驅(qū)動激光測距儀前進(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。

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

3.1? ? PLC和伺服驅(qū)動器、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)動器和操作觸摸屏通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)與PLC控制器通信，激光傳感器發(fā)送4～20 mA信號到PLC模擬量輸入模塊。

伺服電機(jī)驅(qū)動激光測距傳感器前進(jìn)，PLC根據(jù)伺服電機(jī)編碼器數(shù)值得到的移動距離和雙激光傳感器檢測數(shù)據(jù)計算出機(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。在觸摸屏上可對系統(tǒng)相關(guān)運行、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(jìn)行實時檢測。

3.3? ? 機(jī)器人偏移量計算

如圖4所示，基準(zhǔn)位置對應(yīng)了伺服電機(jī)編碼器的起始數(shù)值，同時也對應(yīng)了機(jī)器人的基準(zhǔn)點，伺服電機(jī)驅(qū)動機(jī)械部件帶動左右雙激光傳感器前進(jìn)，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(jìn)入PLC，當(dāng)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(dāng)左激光數(shù)值從大到小跳變時，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a mm，同理得到右激光前進(jìn)了b mm，c=a-b mm。由于機(jī)器人夾具抓取極板找準(zhǔn)的位置是極板中心點，所以x=c mm，極板耳部厚度已知為d mm，得到y(tǒng)=a-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，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(chǎn)。程序執(zhí)行過程詳見程序及注釋如下：

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