碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(編輯修改稿)
2025-02-13 03:09 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0KUKA 40 100 180FANUC 40 160 300 450 700YASKAWA 50 160KAWASAKI 130 250 在包裝行業(yè)，對(duì)于碼垛機(jī)器人的需求主要集中在100～300 kg負(fù)載總質(zhì)量范圍內(nèi)。而在這一區(qū)間里，各品牌一般擁有大小兩種規(guī)格的機(jī)型，且采用統(tǒng)一的外形尺寸與機(jī)械結(jié)構(gòu)，只需替換伺服電機(jī)與減速器，即可實(shí)現(xiàn)型號(hào)間互換。如ABB的IRB660—180和IRB 660—250、KUKA的KR 100—2 PA和KR180—2PA、FUANC的M一410iB／160M一410iB／30OKAWASAKI的ZD130S和ZD250S等。 工作空間工作空間指機(jī)器人末端可在空間到達(dá)的最大范圍。圖2是ABB的IRB660—180、KUKA的KR 180—2PA和KAWASAKI的ZD130S工作空間的疊加圖。可以看出，各款機(jī)器人的工作空間基本重合，大致反映了市場(chǎng)的實(shí)際需求(托盤尺寸、垛堆高度等)。表2將各品牌碼垛機(jī)器人對(duì)應(yīng)型號(hào)的性能指標(biāo)進(jìn)行了橫向比較，從中可以發(fā)現(xiàn)碼垛機(jī)器人性能指標(biāo)的共性 ；表3則以KUKA為例，將碼垛機(jī)型KR180—2PA與其對(duì)應(yīng)的通用機(jī)型KBl80—2進(jìn)行了縱向比較 ，凸顯了碼垛機(jī)器人不同于通用型機(jī)器人的性能特點(diǎn)。表2中，數(shù)款機(jī)器人的最遠(yuǎn)到達(dá)距離，都約為3 200 mm，而最大搬運(yùn)高度約為3 000 mm。 運(yùn)動(dòng)性能為了適應(yīng)前端包裝工段的生產(chǎn)速度，碼垛作業(yè)往往對(duì)節(jié)拍要求高。目前，世界上碼垛速度最快的機(jī)器人，可達(dá)2 000回／h以上。當(dāng)然，最直接的運(yùn)行性能參數(shù)，還是各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)速度。表2列出了幾款機(jī)器人各個(gè)軸的最大運(yùn)動(dòng)速度，可作為本體設(shè)計(jì)的參考指標(biāo)；表3中，各個(gè)軸逐一對(duì)比，KUKA的碼垛機(jī)型KR180—2PA比通用機(jī)型KR180—2的運(yùn)動(dòng)速度都要快，顯示了碼垛機(jī)器人本體設(shè)計(jì)里運(yùn)動(dòng)性能的重要性。 重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度，指機(jī)器人在相同的運(yùn)動(dòng)指令下，連續(xù)重復(fù)運(yùn)動(dòng)若干次，其位置之間的誤差度量，是機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)之一。碼垛機(jī)器人主要用于實(shí)現(xiàn)大尺寸物料的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)，對(duì)精度要求并不高。從表2可看出，其重復(fù)定位精度能控制在177。0．5 mm以內(nèi)即可；在表3里，碼垛機(jī)型KR180—2PA比通用機(jī)型KR180—2的重復(fù)定位精度明顯低了一個(gè)檔次?；趯?duì)碼垛機(jī)器現(xiàn)狀的研究選取ABB碼垛機(jī)器人進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)和分析。第 2 章 碼垛機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)和電氣控制 機(jī)械設(shè)計(jì)此碼垛機(jī)器人由底座、轉(zhuǎn)盤、驅(qū)動(dòng)平行四邊形、兩組從動(dòng)平行四邊形、以及抓手組成。如圖3機(jī)器人：圖 3 機(jī)器人 主要技術(shù)參數(shù)如表4荷重 110 kg到達(dá)距離 m軸數(shù) 4防護(hù)等級(jí) IP67安裝形式 落地物理性質(zhì)機(jī)器人底座尺寸 1007720 mm機(jī)器人重量 925 kg性能（根據(jù) ISO 9283 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定）重復(fù)定位精度（RP） mm重復(fù)循環(huán)精度（RT） mm 結(jié)構(gòu)組成 底座為了到達(dá)很好的穩(wěn)定性由鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，主要起到支撐機(jī)械臂的作用。如圖41底座：圖 41 底座轉(zhuǎn)盤為機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)核心，有兩組伺服電機(jī)通過(guò)減速機(jī)齒輪驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)四邊形，一組伺服電機(jī)通過(guò)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)。如圖42轉(zhuǎn)盤： 圖 42 轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)平行四邊形下端短臂400為驅(qū)動(dòng)臂，其余均為從動(dòng)臂，且上端長(zhǎng)臂1425其中400為驅(qū)動(dòng)四邊形的短臂，1025部分為從動(dòng)平行四邊形的驅(qū)動(dòng)臂。如圖5驅(qū)動(dòng)四邊形機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，圖6驅(qū)動(dòng)四邊形。 圖 5 驅(qū)動(dòng)四邊形機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖 6 驅(qū)動(dòng)平行四邊形 兩組從動(dòng)平行四邊形,一組由驅(qū)動(dòng)四邊形的短臂1425作為驅(qū)動(dòng)臂，如圖7從動(dòng)四邊形機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖A，圖8從動(dòng)四邊形A。圖 7 從動(dòng)四邊形機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 A 圖 8 從動(dòng)四邊形 A 另一組從動(dòng)四邊B是由驅(qū)動(dòng)四邊形的長(zhǎng)臂作為驅(qū)動(dòng)臂，如圖9從動(dòng)四邊形機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖B,圖10從動(dòng)四邊形B。 圖 9 從動(dòng)四邊形機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 B 圖 10 從動(dòng)四邊形 B 抓手由一個(gè)伺服減速電機(jī)通過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)抓手旋轉(zhuǎn)，抓手通過(guò)一組伸縮氣缸實(shí)現(xiàn)夾緊，從而實(shí)現(xiàn)抓取物體的目的。如圖11抓手:圖 11 抓手 電氣控制系統(tǒng) 硬件控制系統(tǒng)硬件控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖11所示。由圖11可看出，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了模塊化的形式，且總體結(jié)構(gòu)采用了分布式控制結(jié)構(gòu) 。上位機(jī)采用普通工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，主要處理系統(tǒng)的監(jiān)控和作業(yè)管理，如示教盒控制、顯示服務(wù)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、I／O控制等，根據(jù)使用者的命令和動(dòng)作程序語(yǔ)句的要求進(jìn)行軌跡規(guī)劃、插補(bǔ)運(yùn)算及坐標(biāo)變換，計(jì)算出各軸電機(jī)的位置，然后向下一級(jí)各關(guān)節(jié)位置伺服系統(tǒng)傳送一次與設(shè)定點(diǎn)相應(yīng)的位置更新值，實(shí)現(xiàn)對(duì)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)和控制作用。下位機(jī)采用DSP控制器和PLC，DSP控制器即為所采用的PMAC104運(yùn)動(dòng)控制卡，主要是執(zhí)行實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、軌跡規(guī)劃、插補(bǔ)計(jì)算、伺服控制等，不斷地讀取各軸編碼器的脈沖量，計(jì)算機(jī)器人的現(xiàn)行位置。 圖 11 硬件控制系統(tǒng) 軟件控制系統(tǒng)開(kāi)放式通用機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件應(yīng)在
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