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HM-40602-W系統
1 前言
在發(fā)達國家，機器人己廣泛地應用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個領域。在現今的生活上,科技日新月異的進展之下,機械人手臂與有人類的手臂區(qū)別就在于靈活度與耐力度。也就是機械手的優(yōu)勢可以重復的做同一動作在機械正常情況下永遠也不會覺得累！機械手臂的應用也將會越來越廣泛,機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產設備，作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，工業(yè)機械手機器人的一個重要分支。
圖1
圖2
1.1 設計目標
a） 經過市場調研和大量的實例，提出以水平多關節(jié)機器HM-40602-W完成搬運和碼垛排序。
b） 水平多關節(jié)機器HM-40602-W能夠完成左右旋轉、上下升降和手腕的360°旋轉，我們的來料在輸送鏈上呈自由擺放姿態(tài)，機械手要完成抓取和搬運，如何實現？
要完成以上動作就需要給機械手裝上“眼睛”和“大腦”，由“眼睛”來完成工件的姿態(tài)捕捉，再由“大腦”來完成邏輯的判斷和完成動作?！把劬Α本褪俏覀兯f的視覺系統，“大腦”就是機械手的控制系統。
c） 通過由機械手來代替人工，解放高危工種、實現更高的效率。
1.2 設計原則
1) 必須滿足客戶對產品功能和服務的要求。工程機械提供給客戶的不僅是產品的功能，還包括支持這些功能的售后服務。因此設計過程中既要針對產品的不同功能特點，又要使產品具有良好的維修方便性。
2) 符合國家的產業(yè)發(fā)展政策和有關的法令、法規(guī)。
3) 堅持標準化、通用化、系列化的“三化”原則。
4) 符合社會對環(huán)境保護的要求。
5) 符合技術創(chuàng)新的規(guī)律，重視對知識產權的保護。
6) 從企業(yè)的實際工藝水平和生產能力出發(fā)，強調設計與工藝、生產相結合。
1.3 設計依據和參考標準
1) Scara 機器人是一種由三個自由度組成的平面關節(jié)型機器人，它的主要作用是可以完成精密儀器和物體的搬運和移動。由于體積小，傳動原理簡單，被廣泛運用于電子電氣業(yè)，家用電器業(yè)，精密機械業(yè)等領域。整個系統由機器手，機器臂，關節(jié)，電機驅動系統等組成。通過各自由度電機的驅動，完成機器手，機器臂的位置變化。具體設計內容為：同步齒形帶傳動設計，絲杠螺母設計，各輸出軸和殼體的設計,電機的選擇等。在校核滿足其結構強度的基礎上，我們對scara 機器人手爪進行設計。
2) 目前，國外已有各種專用和通用的裝配機器人在生產中得到應用，主要類型大致有直角坐標型、圓柱坐標型和關節(jié)型三大類。關節(jié)型裝配機器人又有垂直關節(jié)型(即空間關節(jié)型)和平面關節(jié)型(即SCARA型)兩種。具統計資料介紹，在這些裝配機器人中，平面關節(jié)型裝配機器人是應用數量多且較為廣泛的一種裝配機器人。1991年世界上4萬余臺在生產上應用的裝配機器人中，SCARA機器人約占3/4左右。其主要應用領域為電子電氣業(yè)、家用電器業(yè)、精密機械業(yè)。從事印刷電路板上電子元器件的插入作業(yè)家用電器及儀器儀表的組裝作業(yè):小型電器開關、接觸器等電器產品的組裝作業(yè)。可以說，SCARA型機器人在輕型、較簡單且要求機器人價格較低的裝配作業(yè)中大顯了身手。
1.3.1 適用范圍
HM-40602-W系統是對我們槍械子彈搬運和碼垛設計的專機，本套系統只能運用于槍械子彈的姿態(tài)尋找、姿態(tài)定位和排序碼垛。
2 系統概述
HM-40602-W系統是由四大部分組成，分別是Scara平面關節(jié)機器人、控制中樞、視覺系統、輸送系統和氣動夾爪。
2.1 系統的主要功能
2.1.1 Scara平面關機機器人
Scara平面關節(jié)機器人負責搬運和動作的實施，落實槍械子彈的姿態(tài)糾正和從來料輸送鏈抓取子彈并將糾正姿態(tài)后的子彈運送和碼垛到彈夾上。
2.1.2 控制中樞
控制中樞是負責將采集的信息進行邏輯判斷，假如判斷不通過繼續(xù)采集信息判斷，判斷通過則進入下一個步驟，直到完成整個動作流程。
2.1.3 視覺系統
視覺系統負責采集信號并上載信號給控制中樞，如果與控制中樞儲存信息不一致做出判斷，上載信號給控制中樞，控制中樞發(fā)指令給機械手做出姿態(tài)調整，達到調整完畢的姿態(tài)與控制中樞儲存信息一致。
2.1.4 輸送系統
輸送系統是將物料從來料源頭，將物料輸送到指定位置。
2.1.5 氣動夾爪
選用德國著名品牌氣動夾爪，雄克（SCHUNK）公司是德國著名的精密夾具和自動化抓取系統制造商，也是靜壓膨脹式夾具系統生產廠和標準及特種卡爪生產廠商。選用JGP40-1二指平動機械手配合設計槍械子彈設計專用工裝，能夠快速的抓取子彈。
圖3
圖4
圖5
3 系統結構和配置
3.1 系統總體邏輯結構
系統總體邏輯結構如圖所示。
系統總體邏輯結構圖
3.2 技術參數
1) 機器人參數
重復定位精度：±0.02mm~±0.025mm
標準循環(huán)時間：約0.2s≤~＜0.3s及0.3≤~＜0.4s
合成速度可達到：8780mm/s~±11450mm/s
可搬運質量：Max10kg含機械手抓
臂工作范圍：±600mm
設置方法：地面安裝或吊裝
符合標準：ANSI及CE標準
2) 系統參數
碼垛速度：100顆/min
4 電氣概述
4.1 電氣拓撲結構
如上圖所示，機器人控制器，2臺視覺系統，PLC全部進交換機。如果，有需要交換機可以進PC，采集和控制機器人、視覺系統、PLC。同時，在本地PLC與HMI通訊。終上即可以實現本地控制，也可以實現遠程控制與監(jiān)控。
4.2 HMI概述
如下圖所示，HMI初步選用臺達 高彩高分辨率寬屏人機界面 質量可靠，性能穩(wěn)定，功能強大，性價比高。支持網絡，串口等多種通訊方式。在整個網絡搭建的時候，方便靈活。
在程序設計和調試好以后，可以擴展很多功能，如大容量的歷史記錄和故障記錄，動畫功能可以更形象的展示當前的工作狀態(tài)等。同時可連接打印機等外部設備，將每天的生產記錄，成品率，完成率等，以紙質的形式歸檔。
4.3 PLC概述
PLC采用臺達高速精密定位型EH系列主機，性能穩(wěn)定，功能強大，運算速度快，程序和數據存儲量大，支持多種通訊方式。
同時，增加一個EN01擴展模塊，可以將PLC接入Ethernet網絡，將整個系統，實現總線控制。結構簡單，功能強大。
4.4 機器人概述
機器人和控制器采用國際著名品版DENSO。同時機器人控制器還有如下特點：
1.通過小型化提高了設備配置的自由度，不受設置空間的限制。
2.兼具高功能與操作性，大幅提高使用便利性。
3.使規(guī)格和標準趨于均衡，加強環(huán)境對應能力，支持全球80%的網絡。
4.可以邊接及控制多種設備，通過自定義功能滿足多樣化的需求。
機器人本體參數如下所示，經過精確的計算和論證，以下機器人無論是在速度、響應性、穩(wěn)定性方面，都能完全滿足，方案的設計要求，并且預留有足夠的余量，以保證全安性和可擴展性。
4.5 其它
為了滿足整個設備系統的快速性和穩(wěn)定性，低壓元器件全部采用國際知名品牌施耐德電氣，同時視覺系統初步選用康耐視。
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