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1、職業(yè)教育機電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫企業(yè)解決方案名稱：桁架機器人控制系統(tǒng)編制人：_ 錢曉忠_由E箱: __電 話：0510-81838856編制時間：2014.12.282編制單位：無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院3桁架機器人控制系統(tǒng)解決方案桁架機器人也叫龍門式機器人，屬于直角坐標(biāo)機器人。以伺服電機、步進電機為驅(qū) 動的單軸機械臂為基本工作單元，以滾珠絲桿、同步皮帶、齒輪齒條為常用的傳動方式 所架構(gòu)起來的機器人系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、基于空間X X、Y Y、Z Z 直角坐標(biāo)系、可重復(fù)編程的、多自由度的、相互間直角運動、多功能的、多用途的機器人。它能夠搬運物 體、操作工具，以完成各種作業(yè)。本套桁架機器人系統(tǒng)采用臺灣
2、新代 SYNTESYNTE 控制器、伺服驅(qū)動器產(chǎn)品作為主控器件， 以齒輪齒條作為 X X、Y Y、Z Z 三軸傳動結(jié)構(gòu)，配合根據(jù)搬運的工件而專門設(shè)計的機械手爪實 現(xiàn)工件的自動上下料。該桁架系統(tǒng)已經(jīng)在很多生產(chǎn)制造企業(yè)中大量使用，是成熟的電控 系統(tǒng)解決方案。4目錄桁架機器人主體機械結(jié)構(gòu). 0404桁架機器人非標(biāo)設(shè)計手爪. 0505控制原理. 0505控制系統(tǒng)的解決方案和優(yōu)勢. 0606總結(jié). 08085桁架機器人控制系統(tǒng)解決方案桁架機器人主體機械結(jié)構(gòu)桁架機器人主體機械結(jié)構(gòu)如圖2 2 所示，圖為 X X、丫兩軸桁架系統(tǒng)K他育顰Fiuppl rb*mJXI5ml axndl：Qn cjtriI落涸;t
3、t旳瓦誑既紡護苫Holler guidLubcation wipe/MO) 陽ni 血Ftfcrdrf，dgd利備靈境何畝Lubncdlron iyslemEru“g# supply thmnVtrtiEJl awCible Uay信號可選signal tower(GpliBn)6以追求國外品牌。綜上只是簡單的對桁架機械手的組成，有一個大概的輪廓，但是一套質(zhì)量過硬的設(shè)備，還有許多其他的因素決定。比如零部件的設(shè)計加工，安裝精度，調(diào)試精度，特別是 公司的專業(yè)性上將有著不可以忽視的潛在因素。桁架機器人非標(biāo)設(shè)計手爪顧名思義，機器人手爪是可以實現(xiàn)類似人手功能的部件。機器人手爪是用來握持工件或工具的部件，
4、是重要的執(zhí)行機構(gòu)之一。根據(jù)手爪所握持的工件形狀不同，可分 為多種類型，主要可分為三類：機械手爪，又稱為機械夾鉗，包括 2 2 指、3 3 指和變形指; 包括磁吸盤、焊槍等的特殊手爪；通用手爪，包括 2 2 指到 5 5 指。桁架機器人的手爪設(shè)計不同也桁架本身，因為手爪的功能是要夾持工件。而生產(chǎn) 過程中的工件往往是不同的，甚至差異很大，無論是在外形還是尺寸上。所以，桁架 機器人的手爪設(shè)計一般都是非標(biāo)設(shè)計。圖 3 3 所示為本桁架機器人系統(tǒng)中所設(shè)計的兩個機械手爪圖 3 3 桁架機器人非標(biāo)設(shè)計手爪機械手爪根據(jù)夾持工件的外形和部位采用不同的結(jié)構(gòu)，使用亞德客的氣缸作為驅(qū) 動，同時為了保證機械手爪的可靠性
5、，在手爪上安裝了若干傳感器。控制原理桁架機器人的控制原理圖如圖 4 4 所示。7圖 4 4 桁架機器人控制原理圖如圖是桁架機器人的電氣原理示意圖，控制系統(tǒng)主要包括伺服運動控制和外圍1010邏輯控制。根據(jù)自動線體的要求，控制系統(tǒng)發(fā)出取料或是放料的命令。控制系統(tǒng)根據(jù)外 部傳感器和伺服電機編碼器的反饋信號控制電機 X X、Y Y、Z Z 方向上單動或是聯(lián)動，精準(zhǔn)快 速的到達目的地，通過控制電磁閥的打開關(guān)閉來夾持或者釋放工件。系統(tǒng)配有人機交互界面，實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控，比如狀態(tài)查看，參數(shù)的修改、 下發(fā)，報警監(jiān)視等?？刂平鉀Q方案及優(yōu)勢控制系統(tǒng)是桁架機器人系統(tǒng)的大腦，根據(jù)要求的不同，控制系統(tǒng)的選擇也不
6、同，通 常選擇作為控制系統(tǒng)的產(chǎn)品有：PLCPLC 程序控制器；工業(yè)運動控制卡(motionmotion cardcard )數(shù)字控制系統(tǒng)(CNC)(CNC)專業(yè)控制器本次桁架機器人采用的是 SYNTECSYNTEC 勺 eHMCeHMC 乍為控制系統(tǒng)，SYNTESYNTE 是臺灣一家 PCPC basedbased CNCCNC 控制器研發(fā)、制造、銷售、服務(wù)的專業(yè)公司。其產(chǎn)品主要應(yīng)用與數(shù)控車、銑、 加工中心等設(shè)備，其功能完成能勝任桁架機器人的一般位置控制。8圖 5 5 桁架機器人控制方案控制器核心程序的載體，控制各執(zhí)行機構(gòu)的運轉(zhuǎn)與協(xié)調(diào)。根據(jù)伺服機構(gòu)的機械傳動比、伺 服驅(qū)動器的電子齒輪比、伺服電
7、機編碼器的線數(shù)以及輸出軸的周長，控制系統(tǒng)計算出伺 服驅(qū)動器接收一定數(shù)量的脈沖，伺服電機通過傳動裝置驅(qū)動機械手爪進行X X、Y Y、Z Z 方向上單動或者聯(lián)動，精準(zhǔn)達到運動范圍內(nèi)的任意區(qū)域。優(yōu)勢：本方案選用新代 eHMeHM（系列的 HC10A-KHC10A-K 作為控制器，如圖 6 6 所示，其結(jié)合 PLGPLG 人機界面、DirectDirect 1010 于一 體，擺脫了傳統(tǒng)的配線困 擾。伺服軸向（或串列軸 向）提供多軸直線、圓弧 差補功能，搭配圖形對話式、G G codecode、McodeMcode 使用、 檔案管理功能，可方便編 輯運動指令。同時，支持 網(wǎng)絡(luò)遠端監(jiān)控功能，可以 實現(xiàn)生
8、產(chǎn)過程和報警的遠 程杳看。伺服由驅(qū)動器、伺服電機構(gòu)成，作為主要運動機構(gòu)，主要圖 6 6 桁架機器人控制系統(tǒng)界面9任務(wù)是完成定位精度的控制，嚴格執(zhí)行來自 PLCPLC 的脈沖指令控制，同時，保證在頻繁啟動負載下自身運動的平穩(wěn)性與 快速響應(yīng)性。伺服性能直接反映了桁架機器人的整機性能與質(zhì)量。優(yōu)勢：在本方案里選用安川伺服控制器，具有定位時間短，定位精度高的特點。伺 服控制器可以通過數(shù)據(jù)線與新代的控制系統(tǒng)相連， 可實現(xiàn)參數(shù)的快速設(shè)置以及伺服運行 時性能的實時監(jiān)控，幫助客戶在故障產(chǎn)生時快速準(zhǔn)確地找到問題所在。寬調(diào)速比，恒轉(zhuǎn) 矩輸出，三倍過載能力，額定轉(zhuǎn)速 3000rpm,3000rpm,配置 25002500 線編碼器?？偨Y(jié)作為一種成本低廉、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的自動化機器人系統(tǒng)解決方案，桁架機器人可以 被應(yīng)用于點膠、滴塑、噴涂、碼垛、分揀、包裝、焊接、金屬加工、搬運、上下料、裝 配、印刷等常見的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，在替代人工，提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量等方面都 具備顯著的應(yīng)用價值。針對不同的應(yīng)用場合，對桁架機器人有不同的設(shè)計要求，比如根據(jù)對精度、速度的 要求選擇不同的傳動方式， 根據(jù)特定的工藝要求為末端工作頭選擇不同的夾持設(shè)備 （夾 具、 爪手、 安裝架等），以及對于示教編程，坐標(biāo)定位、視覺識別等工作模式的設(shè)計選 擇等，從而使之能滿足于不同領(lǐng)域、不同工況的應(yīng)用要求。
030000S09-桁架機器人.
