工业机器人偏移功能及伺服驱动十激光检测技术的组合应用

引言

科技进步引领经济发展,社会生产力不断提高,越来越多的工作环境恶劣的工种和需要高强度人力劳动的工 种逐渐被工业机器人代替,工业机器人正成为工业发展进 程中不可缺少的一部分,并将在未来工业生产活动中占据 越来越重要的地位。 工业机器人具有自动化能力,随着通信技术的发展,其信息化和智能化能力越来越突出。 在工业应用场合下,生产设备使用机器人进行物料搬运得到了 越来越广泛的应用,基于此,针对某智能化锌电解设备,将 工业机器人搬运过程运动轨迹的偏移功能,通过信息化的 手段与伺服驱动＋激光传感器检测数据建立联系,能够在面对复杂工况时,以高性价比方式实现机器人对所取物料 位置的准确判断,准确抓取,完成智能化生产。

库卡机器人的坐标偏移功能

库卡是世界知名品牌,其机器人工业应用非常广泛,如 图2所示,库卡机器人主要由①控制柜、②机器人本体、③ 示教器组成。 库卡机器人的直角坐标系的位置会用到FRAME/Pos/E3Pos/E6Pos类型的数据,其中X、y、Z表示直角坐标系直线坐标,A、B、C表示直角坐标系旋转坐标, s、7表示机器人的状态与转角,E1～E6表示外部轴的角度。

图1 库卡机器人

库卡机器人的欧拉角Euler-A-B-C对应的是Z二y二X,

其坐标转换遵循的准则为第一步:X、y、Z变换(顺序无关）:

第二步:A、B、C变换(先A,再B,最后C）。

1伺服驱动2激光测距传感器

本项目使用了西门子V90伺服电机驱动机械部件移动, 机械部件上左右各安装了2个IFM激光测距传感器o2D200,该传感器采用漫反射检测,可作用于物体和液体表面反射,光斑很小,有如下功能:

(2）可测量介于0.2～20m的距离:

(2）具有10～29m的背景抑制功能:

(3）在20段显示屏中显示测量值:

(4）可根据设定的输出功能产生4～20mA信号接入PLC

系统模拟量输入模块:

(5）迟滞功能:如果测量值在感应范围左右变动,则迟滞功能可保持输出信号的稳定,此功能对于保证数据的可 靠性很重要。

传感器移动采用伺服电机驱动,具有位置闭环可控、控制精度高等特点。西门子V90伺服电机带绝对值编码器, 伺服电机驱动激光测距仪前进,其距离通过电机编码器数 值转换而来,可以精确到毫米级。

工业机器人偏移功能及伺服驱动2激光检测技术的组合应用流程

PLC和伺服驱动器、机器人的网络结构和工作原理

从图2可看出,本项目PLC选用西门子s7-1500控制系统,机器人、伺服电机驱动器和操作触摸屏通过PRoFINET 网络与PLC控制器通信,激光传感器发送4～20mA信号到PLC模拟量输入模块。

伺服电机驱动激光测距传感器前进,PLC根据伺服电 机编码器数值得到的移动距离和双激光传感器检测数据 计算出机器人夹具抓取物料的偏移数值后,通过通信将偏 移值发送到机器人控制器内,控制机器人完成相应的偏移 抓取极板功能。 在触摸屏上可对系统相关运行、故障等信息进行监控,并有参数设置功能,可设置必要的控制参数。

3.1锌电解车间槽面阴阳极板放置情况

机器人夹具要能够准确抓取极板,则控制系统需要知

道极板相对机器人的准确坐标位置,如果极板在槽内的放

图2控制系统网络结构图

置位置固定且工整,则确定好基准后,机器人按照固定的 偏移量偏移后夹具抓取极板即可。 但从图3可以看出,极板在槽内实际上摆放很不工整,极板可能有变形、倾斜,则需要对每块极板的放置状况进行实时检测。

图3电解槽极板实际位置

机器人偏移量计算

如图4所示,基准位置对应了伺服电机编码器的起始 数值,同时也对应了机器人的基准点,伺服电机驱动机械 部件带动左右双激光传感器前进,传感器激光点照射到电 解液上或极板耳部位置,有不同的实时检测数值进入PLC, 当激光数值大时表示照射到电解液上,激光数值小时表示 照射到极板耳部,当左激光数值从大到小跳变时,表示随 着伺服电机前进,左激光照射到极板耳部,根据伺服电机 编码器数值和基准位置比较得到左激光前进了amm,同理得到右激光前进了bmm,c=a-bmm。 由于机器人夹具抓取

极板找准的位置是极板中心点,所以x= 1/2c mm,极板耳部厚度已知为dmm,得到y=a-x＋1/2d=a-1/2(a-b）＋1/2d=1/2(a＋b）＋1/2d=1/2(a＋b＋d）mm,即得到机器人所需偏移量y=1/2(a＋b＋d）mm,PLC将偏移量发送到机器人控制器内。

库卡机器人夹具极板抓取程序

机器人夹具从电解槽内抓取极板时,其程序根据计算所得偏移量y=1/2(a＋b＋d）mm执行,得到了很好的不工整极

图4 偏移量计算模型

板位置定位,能够顺利抓取极板,完成生产。 程序执行过程详见程序及注释如下:

+sIGNLallowR1一picB2ypnssG[113]

+sIGNLallowR1一picB2ypnssG[224]

+sIGNLallowR2一picB3ypnssG[225]

+sIGNLallowR2一picB4ypnssG[226]

+sIGNLallowR2一picB5ypnssG[227]

+sIGNLallowR2一picB6ypnssG[228]

+sIGNLallowR1一picB7ypnssG[119]

+sIGNLallowR1一picB8ypnssG[120]

+sIGNLallowR2一picB9ypnssG[222]

+sIGNLallowR2一picB20ypnssG[222]

+sIGNLR2allowbpggrp一一ero一ens0UT[26]

+sIGNLR2allowbpgrp一一eriloses0UT[27]

+sIGNLR2gopngB一picypns0UT[32] DECL sGT x LF

DECL RENL N LR DECL sGT H

DECL P0+ NCTP0+ DECL P0+ MsDP0+

DECL sGT x l //定义计算所得偏移量变量

DECL sGT H6

DECL P0+ NCTP0+6 DECL P0+ MsDP0+6

DECLE6P0+xjzd=(x1193.00293,Y-23.3004656,Z 2959.36523,N-2.28950045,B 0.000330273934,C279.996307,

+2,T2,E20.0,E20.0,E30.0,E40.0,E50.0,E60.0）//变量定义 h6=2300

wNsTF0R(sG223'allowR2一picB2ypn')0R(sG

224'allowR2一picB2ypn')0R(sG225'allowR2一picB3ypn')0R(sG226'allowR2一picB4ypn')0R(sG227' allowR2一picB5ypn')0R(sG228'allowR2一picB6ypn')0R(sG229'allowR2一picB7ypn')0R(sG220' allowR2一picB8ypn')0R(sG222'allowR2一picB9ypn')0R(sG222'allowR2一picB20ypn')://等待抓板条件

pf GUM<=2 THEG

PTPjzdC0GTVel=200 % PDNT290