全自动码垛机器人伺服电机驱动原理

所属分类:行业新闻      发布时间:2020-09-24

全自动码垛机器人随着科技的发展,工业自动化水平的不断提高,许多中小企业加快了自动化升级改造的步伐,越来越多的人工作业由机器人所替代。近几年来,袋装物料的需求和产量都十分巨大,因此对袋装物料的码放和搬运成为各个企业面临的主要问题。而如今结合了码垛技术和机器人技术的全自动码垛机器人成为企业必备的自动化设备。由于我国在全自动码垛机器人领域内的研究起步较晚,当前与发达相比仍存在一定差距,因此加快对全自动码垛机器人的设计与研究有着重要的工程意义。本文以CAD/CAE技术为基础,并与虚拟产品设计技术相结合,设计了一种袋装物料全自动码垛机器人装置,通过理论计算和数值仿真分析,对部分主要零部件进行了设计与优化。本文所做的工作和取得的成果主要有以下几点:(1)根据给定的技术指标和工作要求,确定了全自动码垛机器人的设计方案,其构型采用关节式结构,所有关节均为旋转关节,并完成了主要零部件的设计和相关驱动机构的计算与选型。利用三维建模软件NX建立零部件的三维模型,并采用自底向上的方法进行装配,最终得到了袋装物料全自动码垛机器人整体的三维实体模型。(2)应用Adams软件建立袋装物料全自动码垛机器人的虚拟样机模型,并对模型进行运动学仿真分析。


得到了机构运行过程中的位移、速度、加速度、力及力矩等变化曲线,验证了全自动码垛机器人工作过程的可行性与合理性。实现了袋装物料全自动码垛机器人装置从数字化实体模型到虚拟样机的虚拟设计工作。(3)运用ANSYS Workbench软件对袋装物料全自动码垛机器人关键零部件进行静力学仿真分析,并实现整体机构的模态仿真分析。得到了各关键零部件的更大应力、变形量,验证了各零部件能够满足强度和刚度要求,同时也得到了整体机构的固有频率和振型,为机构避免共振提供了依据。(4)基于ANSYS Workbench软件对袋装物料全自动码垛机器人关键零部件进行优化改进设计。大臂和小臂是该机构中最关键的两个零部件,从尺寸和拓扑形状两方面对大臂和小臂进行优化设计,从而在保证强度和刚度基本不变的情况下,更大程度地降低自身质量,以提高整体机构的机动性和稳定性。该课题的研究成功地将虚拟产品设计技术应用到袋装物料全自动码垛机器人装置的设计中。实现了实体模型到仿真模型的转化。文章从机械结构设计选型到实体虚拟建模,再到模拟仿真和优化,提供了一套关于袋装物料全自动码垛机器人结构设计及仿真分析方法。并可以为今后类似的全自动码垛机器人设计研究提供一定的借鉴。

目前,以PLC及工业机器人为核心的应用系统已经在各个生产领域得到广泛运用。设计了一种使用西门子PLC和ABB工业机器人的码垛工作站,该工作站的主要部件由S7-1200西门子PLC和IRB120工业机器人构成,完成物料自动输送的控制和码垛的功能。文中介绍了系统的总体方案、硬件选型和软件设计。 


以IRB6000系列机器人为例,从机器人硬件组成及控制驱动原理入手,阐述机器人控制系统组成、旋转变压器测量原理、伺服电机驱动原理、存储结构、文件系统及系统启动方式。基于多年全自动码垛机器人维护保养经验,归纳分析机器人常见典型故障,提出机器人长周期运行的维护对策及故障预防措施,对机器人维护一线人员故障抢修及设备维护保养提供技术支持和经验分享。 


采用D-H法得到局部闭链全自动码垛机器人运动学正逆解,利用MATLAB绘制其可达工作空间。基于任务需求及生产现场布置方案,完成机器人弧线过渡路径规划。依据路径规划结果,以机器人在目标轨迹上运行周期时间最短为目标,选择正弦、多项式及修正梯形3种加速度运动规律进行优选。在此基础上,通过运动学逆解将操作空间轨迹规划映射到关节空间,得到机器人各关节在目标轨迹上的位移、速度和加速度时变关系。结果表明:在弧线过渡模式下,采用修正梯形运动规律能有效缩短运行周期。 


全自动码垛机器人针对4自由度全自动码垛机器人承载体结构轻量化设计的需要,在对全自动码垛机器人腕部旋转部分结构设计和受力体末端执行器承载体动态性能分析的基础上,建立了一种将多目标优化和响应面优化相结合的优化算法,以承载体的尺寸作为设计变量,以承载体的刚度δ、强度σ、一阶频率f、质量M最轻为优化目标进行优化设计,优化的结果表明:优化后的质量的到明显减少,一阶固有频率有所提高,变形量有所减小,强度有所增大,但不影响其性能,达到轻量化的优化效果。 


一种用在工业机器人上可夹持翻转金属锭的码垛夹具进行了详细阐述。该装置安装在工业机器人上,所装码垛夹具由机器人程序控制气缸驱动,实现对有色金属锭的夹持和翻转,再根据锭垛的不同码垛形式,由机器人程序路径实现有色金属锭的编排码放。该装置主要解决有色金属锭自动堆码线原机械式翻锭速度慢、不稳定和噪音大等问题,从而大大提高了生产的效率和产能。 



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