上下料机器人设计(5)

不复杂。MSComm封装了2O多个与通讯有关的属性，其中比较常用的有如下几个：CommPort属性：设置并返回通信端口号；Se~ings属性：以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位；PolOpen属性：设置并返回通信端El的状态，也可以打开和关闭端El；Input属性：返回并删除接收缓冲区的数据流；Output属性：向传输缓冲区写一个数据串；CommEvent属性：用于反映通讯中出现的事件或错误的类型。同时MSComm控件还有一个事件OnComm，当通讯中出现事件或错误时会触发该事件。利用以上的属性和事件，可以很方便地编写出根据USS协议与变频器通讯，从而控制变频器运行的程序来。 3 PLc的底层控制

在系统中PLC主要负责底层控制，它通过l／O 口与光电传感器，编码器，击出器，图像采集子系统等相连，通过图像采集子系统控制CCD摄像机的拍摄以及直接控制击出器的动作。同时PLC通过485总线与工控机连接，接收工控机传来的控制信 息和系统参数等。在检测机器人运行过程中，PLC负责准确地通知图像采集子系统启动CCD摄像机，抓拍处于拍摄位置的空瓶。为了达到这一目的，需要使用光电传感器来检测空瓶的位置。在系统中使用了反射式光电传感器，这种光电传感器在没有接收到从反光板反射回来的光束时，就会输出触发信号。将光电传感器安装到CCD摄像机拍摄位置旁，安装高度为瓶颈高度，把输出接到PLC 的l／O输人El上。当没有空瓶经过时，光电传感器可以接收到反射光束，没有输出信号，而当有空瓶经过时，瓶颈挡住了光束，光电传感器无法接收到返回的光束，于是输出触发信号。PLC从输人El接收到此信号后，即可判定空瓶已到达拍摄位置，从l／O输出El输出启动信号给CCD摄像机，摄像机及时进行拍摄，获取被检空瓶的图像。在专门的信息处理模块对获取的图像信息进行分析处理后，得出空瓶质量是否合格的结论。如果不合格，主控的工控机就会通过485总线发出控制命令，要求PLc控制击出器击出该空瓶。PLC在接到击出命令后，需要标定不合格空瓶，

并追踪其位置，当不合格空瓶到达击出器所在位置时控制击器动作，击出空瓶。在空瓶检测机器人中使用一个编码器与驱动传送带的电机相连，当电机转动时，编码器相应发出脉冲。计算脉冲的数目，即可知道传送带运动的距离。这样一来，如果能测出不合格空瓶要

运动多长距离才到达击出位置就能准确击出空瓶。可以在事先把编码器的脉冲输出与PLC的I／O输入El相连。然后在传送带上放一空瓶，让其依次经过检测位置和击出位置，PLC使用计数器记下此过程中脉冲的数目，这一数值d即对应着检测位置和击出位置之间的距离。PLC控制击出器的程序流程图如图2。其中使用多个计数器是考虑到：在不合格空瓶从检测位置移动到击出位置这段时间中，有可能又检测出其他不合格空瓶。计数器的数量应为从检测位置到击出位置间最多可能存在的空瓶数。其中距离计数器的计数值D为事先测好的值d减去移动半个瓶身时编码器输出的脉冲数d。。而窗口计数器的计数值K．则为移动整个瓶身时编码器 输出的脉冲数。这样做是因为空瓶在传送带运动过程中，可能在传送带上发生一些相对位移，导致实际移动的距离和传送带移动的距离并不相同。当在窗口计数器计数过程中，有空瓶经过击出器旁的光电传感器，光电传感器发出触发信号时，PLC就可以认为不合格空瓶已达到击出位置，发出击出器动作命令

其他机器人的基本设计

型材上下料机器人主体结构的设计原理

根据型材加工设备加工范围和技术特征，型材上下料机器人应满足下述主要技术指标：

① 操作型钢范围：球扁钢、扁钢、等边角钢、不等边角钢、T型钢； ② 操作型钢最大长度：12m； ③ 操作型钢线形：直线、曲线}

④ 活动工作空间X×Y×Z(长×宽×高)：60m X 6m × (0．7～ 2)m ；

⑤ 搬运最大尺寸的型钢计算重量：约600kg(以12m 长T 型材为例：上10mm×400mm／20mm × 125mm)：

⑥ 定位精度；±lmm。上述技术指标具有如下所述的几个技术特征： ① 机器人工作的三维空间大，运动距离长，跨度大； ② 搬运物体质重、型长；

③ 加工型材的机械加工面为一平面，机械手可平面定位，但非直线； ④ 定位精度要求不高。

综合上述特征，作者在最广泛使用的工业机器人的几种坐标系(直角坐标系、圆柱坐标系、球面坐标系、关节坐标系)中，选用直角坐标系作为构造型材上下料机器人主体结构的理论依据。其优点为： ① 结构简单； ② 编程容易；

⑧ 若采用直线滚动导轨，速度高、定位精度高；

④ 在X、y和Z三个坐标轴方向上的运动没有耦合作用，较容易控制； ⑤ 活动范围大。

直角坐标系机器人至少有三个自由度。为了搬运曲线型材，其机械手的手指定位需增加一个绕Z轴旋转的自由度，因而设计为四个自由度。考虑到型材弯曲机、切割机和焊接机自动上下料机器人(见图1，图2，图3)操作的对象是重型超长型材，为使型材搬运在立体空间平稳地平移，运行轨迹光顺平滑，使型材在长度方向的各个质点均受到电磁力的约束，避免产生振荡，故其设计应由下述部分组成： ① 双固定导轨1(本例设为X轴，长为60m，见图1)；

② 多门架(本例设为四门架：2A，2B，2C，2D，见图1)，跨度为6m，跨度方向设为y轴；

③ 行走传动机构7(由于定位精度要求不高，采用齿轮齿条传动，见图2)； ④ 提升机械手：3A，3B，3C，3D，见图1(本例提升高度设为6m，提升方向设为z轴)；

⑤ 具有光学视觉定位功能的电脑装置8，见图2。

图1 型材上下料机器人的俯视图型材上下料机器人搬运的有效面积接近船体车间行车的工作区域，所以它能很好地利用车间的空间。它可根据操作对象的长短确定采用多至四门架(一主动2A，三从动2B，2C，2D)，少到一

门架(一主动2A)。门架与门架由左右侧推拉杠4A1，4A2，4B1，4B2)联动，门架与推拉杠连接靠电磁离合器(5A，5B，5C)离合，因而它们之间相对间距可调。挂在每个门架上的提升机械手3可随门架横梁2在直角坐标系里作三维运动，机械手三个手指(12，15，13)中每个手指的末端连接一电磁铁吸附块(11，10，14)，第一手指12与第三手指13可绕Z轴旋转，满足型材弯曲机9加工成型后的曲

线零件6搬运要求。具有光学视觉(8)定位功能的电脑装置，可根据型材自动搬运、装配、进料工艺文件转换的输入输出定位指令来进行离线处理。在线根据鼠标点 击操作台显示器上的车间电子地图上型材的源方位坐标和目的方位坐标移动，当被搬运的型材进入机器人视觉范围时，机械手手指具体定位坐标可由视觉感知。

型材上下料机器人搬运的有效面积接近船体车间行车的工作区域，所以它能很好地利用车间的空间。它可根据操作对象的长短确定采用多至四门架(一主动2A，三从动2B，2C，2D)，少到一门架(一主动2A)。门架与门架由左右侧推拉杠

(4A1，4A2，4B1，4B2)联动，门架与推拉杠连接靠电磁离合器(5A，5B，5C)离合，因而它们之间相对间距可调。挂在每个门架上的提升机械手3可随门架横

梁2在直角坐标系里作三维运动，机械手三个手指(12，15，13)中每个手指的末端连接一电磁铁吸附块(11，10，14)，第一手指12与第三手指13可绕Z轴旋转，满足型材弯曲机9加工成型后的曲线零件6搬运要求。具有光学视觉(8)定位功能的电脑装置，可根据型材自动搬运、装配、进料工艺文件转换的输入输出定位指令来进行离线处理。在线根据鼠标点击操作台显示器上的车间电子地图上型材的源方位坐标和目的方位坐标移动，当被搬运的型材进入机器人视觉范围时，机械手手指具体定位坐标可由视觉感知。

3 多机械手搬运着力位置与型材挠度的分析

由于型材实现自动上料到型材弯曲机加工位，有一定的定位精度要求，在搬运过程中其型材挠度≤ 士0．1mm。在多机械手的磁吸附力一定、运行速度不高时，型材的挠度主要取决于机械手着力位置。根据搬运不同长度型材，可确定采用多至四个少到一个机械手。除进料首端由于冷弯机特殊要求至少留出距机械手着力中心点1．5m 外，其余机械手按等问隔抓举型材。每只机械手有三个手指，每个手指的磁吸附块长0．3m，两手指间隙0．15m，总长1．2m(见图4)

作者将被搬运型材留出端部的型材视为承受均布载荷的悬臂梁，而两只机械手之间的型材视为两端固定梁，据此来计算型材的挠度。依据材料力学中梁挠度的计算公式，可求得悬臂梁端点挠度Y 为

，

机器人的设计主要的几大系统：

(1)操作机：通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。

(2)控制器：控制器的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。

(3)传感装置：激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功

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