工業(yè)機(jī)器人抓取與放置系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u6987工業(yè)機(jī)器人抓取與放置系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例 145181.1工業(yè)機(jī)器人型號(hào)的選擇 1176611.2工業(yè)機(jī)器人參數(shù)設(shè)置 2153481.3工業(yè)機(jī)器人上下料運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì) 3265121.4工業(yè)機(jī)器人上下料程序設(shè)計(jì) 3104691.5真空吸附回路設(shè)計(jì) 51.1工業(yè)機(jī)器人型號(hào)的選擇隨著智能制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)現(xiàn)場惡劣的工作環(huán)境以及缺乏勞動(dòng)人力等問題，再加上產(chǎn)品批量少、多品種的特點(diǎn)以及生產(chǎn)線的頻繁變換，需要智能化、工作效率高、工作可靠穩(wěn)定，根據(jù)市場需求進(jìn)行調(diào)整的制造產(chǎn)線，本視覺檢測(cè)系統(tǒng)選用的工業(yè)機(jī)器人的型號(hào)為臺(tái)達(dá)的SCARA機(jī)器人如圖1.1所示，圖1.2為SCARA機(jī)器人的整體三維模型。它具有三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和一個(gè)移動(dòng)自由度，J1、J2、J4軸為旋轉(zhuǎn)自由度，J3軸為上下移動(dòng)自由度,具有較高的平面定位精度[15]。同時(shí)具備較快的運(yùn)動(dòng)速度、重復(fù)定位精度高、運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性能好、垂直度性能以及價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì)，再配合上機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)隨機(jī)位姿的產(chǎn)品零件做精準(zhǔn)定位并夾取放置到指定區(qū)域。因此，采用該SCARA機(jī)器人作為定位抓取項(xiàng)目的執(zhí)行部分，可以滿足本次視覺檢測(cè)系統(tǒng)的工作要求。圖1.1SCARA機(jī)器人圖1.2SCARA機(jī)器人的整體三維模型SCARA機(jī)器人的控制器型號(hào)為DCS，該控制器帶有較多的高速接口，如Gige、串口、USB等，能夠滿足對(duì)信號(hào)的高速處理，并且該控制器為驅(qū)動(dòng)、控制一體式的設(shè)計(jì)，可以使用DRAStudio軟件或用示教器對(duì)其進(jìn)行編程，使用方便。它的編程語言為LUA語言，這種語言的通用性能強(qiáng)，機(jī)器人的功能指令庫里面建有完善的機(jī)器人指令集，操作簡便通俗易懂容易上手。1.2工業(yè)機(jī)器人參數(shù)設(shè)置為了保證SCARA機(jī)器人能夠平穩(wěn)的運(yùn)行，需要對(duì)機(jī)器人的PID參數(shù)進(jìn)行修改調(diào)整?？梢允褂门c機(jī)器人配套的DRAStudio軟件中的增益調(diào)整功能進(jìn)行PID參數(shù)優(yōu)化。圖1.3為未進(jìn)行增益調(diào)整的機(jī)器人轉(zhuǎn)矩波形，其中CH1表示J1軸的平均馬達(dá)轉(zhuǎn)矩波形；CH2表示J2軸的平均馬達(dá)轉(zhuǎn)矩波形；CH3為J3軸的平均馬達(dá)轉(zhuǎn)矩波形；CH4為J4軸的平均馬達(dá)轉(zhuǎn)矩波形?？v軸轉(zhuǎn)矩單位為0.01%，橫軸時(shí)間單位為s。該圖上各軸的轉(zhuǎn)矩變化劇烈，特別是J3的轉(zhuǎn)矩超過了額定轉(zhuǎn)矩的60%，極大地影響了電機(jī)的到位精度。圖1.3未進(jìn)行增益調(diào)整的轉(zhuǎn)矩波形圖使用DRAStudio軟件中的增益調(diào)整模塊，選用增益估測(cè)功能，將會(huì)得到完成增益調(diào)整的各軸轉(zhuǎn)矩波形圖，如圖1.4所示，由波形圖可知，此時(shí)各軸的轉(zhuǎn)矩波形趨于正常，執(zhí)行周期性運(yùn)動(dòng)時(shí)，各軸的轉(zhuǎn)矩值波動(dòng)極小，SCARA機(jī)器人的運(yùn)行穩(wěn)定性好，增加了機(jī)械臂的使用壽命，也能滿足取料時(shí)的到位精度要求。圖1.4完成增益調(diào)整的各軸轉(zhuǎn)矩波形圖1.3工業(yè)機(jī)器人上下料運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人的吸嘴在吸取銀觸頭時(shí)，為了避免物料與物料以及供料盤之間產(chǎn)生碰撞，末端機(jī)構(gòu)的上升方向必須與供料盤的平面保持垂直；當(dāng)擺放銀觸頭時(shí)，末端機(jī)構(gòu)的下降方向也必須與放料盤的平面保持垂直，即采用拱門型直線運(yùn)動(dòng)，做點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的拱門運(yùn)動(dòng)，如圖1.5所示。因此，工業(yè)機(jī)器人在完成一次上料、放料過程中，除抓取點(diǎn)和放料點(diǎn)外，還必須建立預(yù)抓取點(diǎn)和預(yù)放料點(diǎn)。工業(yè)機(jī)器人從預(yù)抓取點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到抓取點(diǎn)以及預(yù)放料點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到放料點(diǎn)的過程中，J3軸的伺服電機(jī)做連續(xù)減速度驅(qū)動(dòng)；工業(yè)機(jī)器人從抓取點(diǎn)回到預(yù)抓取點(diǎn)以及放料點(diǎn)回到預(yù)放料點(diǎn)的過程中，J3軸的伺服電機(jī)做連續(xù)加速度驅(qū)動(dòng)。保證了工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。圖1.5拱門型運(yùn)動(dòng)軌跡圖1.4工業(yè)機(jī)器人上下料程序設(shè)計(jì)根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的工作要求，可以將其基本動(dòng)作分解為：取料→抓料→送料→放料→回零→循環(huán)。圖1.6是工業(yè)機(jī)器人取料放料程序流程圖。機(jī)器人控制器接收算法平臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)并保存到Mudbus存儲(chǔ)單元，如圖1.7所示。0×1000、0×1001、0×1002分別對(duì)應(yīng)算法軟件處理過的x、y、a數(shù)據(jù)；0×1003、0×1004、0×1005分別對(duì)應(yīng)x、y、a的數(shù)值符號(hào)。取料位置是隨機(jī)的，需要靠機(jī)器視覺來傳輸；而放料位置是固定的，需要對(duì)其示教，設(shè)定好域點(diǎn)位。圖1.6工業(yè)機(jī)器人取料放料程序流程圖1.7Mudbus存儲(chǔ)單元1.5真空吸附回路設(shè)計(jì)通過真空發(fā)生器抽取吸嘴內(nèi)部的氣體，從而使吸嘴內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，在大氣壓作用下，真空吸嘴吸附銀觸頭，實(shí)現(xiàn)抓取動(dòng)作。使用真空吸嘴完成對(duì)銀觸頭的抓取，由于產(chǎn)品體積小、質(zhì)量輕，只用一個(gè)吸嘴便可將銀觸頭吸附。圖1.8為三位三通換向閥控制的真空回路，當(dāng)換向閥5的A端電磁鐵得電處于上位時(shí)，吸嘴8與真空發(fā)生器2接通，吸嘴8將工件吸起，當(dāng)真空度到達(dá)設(shè)定值時(shí)，發(fā)出信號(hào)，工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行后續(xù)的工作。當(dāng)換向閥5不通電時(shí)，保持真空吸附狀態(tài)。當(dāng)換向閥5的B端電磁鐵得電處于下位時(shí)，壓縮空氣進(jìn)入吸嘴8，造成真空被破壞，吹力使吸嘴與銀觸頭脫離，吹力的大小由減壓閥3設(shè)定，流量由節(jié)流