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臺達10MC在機械手堆垛機上的應用

時間：2014-11-03 16:09:44來源：何緣

導語：?工業機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化生產設備。

摘要：機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力。

關鍵詞：機器人，可編程，專用機械手，伺服驅動，檢測傳感

1前言

工業機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用情況，是一個國家工業自動化水平的重要標志。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業以及非產業界的重要生產和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業生產中應用的機械手被稱為“工業機械手”。生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平和勞動生產率：可以減輕勞動強度、保證產品質量、實現安全生產；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業、交通運輸業等方面得到越來越廣泛的引用[1]。機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業技術的發展，制成了能夠獨立的按程序控制實現重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產品種的中小批量生產中獲得廣泛的引用。

2系統控制框圖及說明

2.1設備框圖

圖1設備框圖

2.2系統構建說明

(1)系統采用PLC(臺灣產)控制，可以同時控制4個伺服軸實現聯動；

(2)PLC和各個伺服軸之間采用MODBUS通訊，實時讀取伺服狀態和脈沖反饋值，與給定值之間進行比較運算；

(3)四個伺服軸采用伺服電機，自轉軸和第二回轉軸為400kW/2000rpm，第一回轉軸為3kW/1500rpm，提升軸為3kW/1500rpm；

(4)夾緊和移位氣缸采用電磁閥控制；

(5)每個伺服軸都有3個接近開關，分別的作用為：正向極限，方向極限和零位；提升電機高位和低位放置機械限位傳感器；

(6)排列區的箱子位置檢測對射式光電開關，檢測距離4米，當排列區箱子放到5個時，對射光被遮沒，光電開關發出信號給PLC，機械臂可以下降抓取箱子；

(7)在五個夾緊抓具下方裝五個萬向檢測限位，當箱子與限位開關在任意方向接觸時，限位開關發出信號時，表明抓具已把箱子抓緊，機械臂可以提升；

(8)系統人機界面采用7寸彩色觸摸屏，在觸摸屏上設置至少3個權限等級，用于系統參數，工藝參數和運行參數的設置與修改。

3機械手碼垛機電控系統及運行步驟說明

(1)主驅動方式：全伺服電機帶減速機驅動；(三旋轉電機、一提升電機)；

(2)夾緊及移位驅動：氣缸控制移位(14套)其中，8套夾緊氣缸，4套移位氣缸；

(3)位移傳感器，壓力調節閥(手動)，是否抓到產品判定。

3.1運動邏輯關系圖

在放置第四次和第五次時，自轉馬達轉動180度，然后在一次放置，位置如圖2所示。

圖2運動邏輯關系圖

3.2手動調節模式

(1)參照運行邏輯關系圖，每一步都需要手動調節。但是只需要第一層和第二層，程序設定完成后，只需要按點動即可；

(2)零位的確定。

3.3自動運行模式

參數設置后，按啟動按鈕就可以自動抓取產品。自動修正累計誤差，每次抓取完成后，自動校隊零位。

3.4觸摸屏參數設置

3.4.1設置參數

(1)位置參數：零位設置，抓取位置設置，放置位置設置；

(2)放置參數：自由設置抓取數量及排列關系，層高及層數；

(3)運行參數：運行頻率可調節(10-30秒/次)。

3.4.2顯示參數

(1)每小時產量，累計產量，日期，品種等參數；

(2)當前實時坐標，當前碼垛位置及層數。

3.5防護及安全

(1)位置限位傳感器(機械及電子雙重)；

(2)電機過載保護(負載過重或卡死)；

(3)保養提示(潤滑，緊固，泄露等)；

(4)參數設置超限提示，參數設置完成，自檢程序，空走檢測。

4配置方案選型及程序

4.1配置方案選型

該設備一共有六顆伺服，且各個伺服間都有對應的位置關系，因此控制器選用臺達10MC總線運動控制器，如圖3所示。

圖3臺達10MC總線運動控制器

DVP10MC11T是臺達自主研發的基于CANopen現場總線的多軸運動控制器，它遵循CANopenDS301基本通訊協議和DSP402運動控制協議，同時還支持大部分國際組織所定義的運動控制標準指令庫，極大方便使用者快速入門，迅速的進行項目開發。

DVP10MC11T是一個多功能控制器，其內部包含標準PLC模塊和MC運動控制模塊兩大功能模塊(如圖4所示)。PLC模塊與臺達其它DVP系列PLC功能相似，使用方法也相同，通過WPLSoft或ISPSoft編程軟件，可以編寫梯形圖，順序功能圖，指令表等臺達標準的PLC邏輯程序。PLC模塊同時還支持左側和右側兩個擴展接口，左側為高速并行擴展口，可以連接最多7臺現場總線主站模塊(DeviceNet，CANopen主站等)、以太網模塊及高速模擬量模塊等，右側用來連接原DVP-S系列PLC的擴展模塊(如低速模擬量及數字量模塊)。MC運動控制模塊主要通過CANopen總線，對伺服驅動器進行精密的控制，以完成用戶所期望的速度控制、位置控制等功能。MC運動控制模塊采用CANopenBuilder軟件進行運動控制編程，來實現各種復雜的運動控制任務，運動控制語言以圖形化的方式提供用戶編寫運動控制功能，使用簡潔，易于學習理解。同時，CANopeBuilder軟件也提供用戶方便的G代碼編輯、預覽、電子凸輪編輯等界面，方便用戶規劃更有特色的運動控制需求。由于采用高可靠性的CAN總線為主線的通訊系統，DVP10MC11T只需為客戶提供簡單配線，因具有高速可靠的運動控制系統，可廣泛應用在包裝、印刷、封裝、切割、數控機床、自動化倉儲等各種自動化控制領域中。