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基于目标最优的上下料机器人系统设计方案

基于目标最优的上下料机器人系统设计方案

提出一种基于目标最优的上下料机器人系统,并对系统的硬件组成与软件功能进行了详细的设计。基于目标约束理论,通过分析瓶颈资源,优化机床的利用率,得到一拖二上下料工业机器人方案。通过PC+固高运动控制卡的硬件平台体系结构的搭建,以及机器人示教再现软件设计,该系统有效地实现了机床上下料的自动化,提高了上下料精度和稳定性,缩短了机床的辅助时间,从而提高了生产效率。

由于劳动强度较高、上下料精度不好控制和作业时间的不连续性,传统人工操作机床完成工件的上下料影响了产品质量和产量的稳定性。工厂生产效率的提高,主要靠缩短机床辅助时间来实现,机床配备机器人可实现上下料的自动化。在多个工件的加工过程中,如何采用1台机器人在不同的时间段给多台机床上下料,最优化机床利用率和机器人利用率成为关键。

作为瓶颈资源,机床的利用率成为目标约束。如何最优化目标,是本文重点探讨的问题。基于目标约束理论(TOC理论),通过分析瓶颈资源,优化机床的利用率,得到了一拖二工业机器人方案。通过Pc+固高运动控制卡的硬件平台体系的搭建,以及人机交互软件设计,该系统有效地实现了机床上下料的自动化。

目前,产品化的常用工业机器人主要有3种——直角坐标型,空间多关节型,平面关节型。空间多关节型机器人结构紧凑,机动性好,效率高;但结构强度及刚度较差,且制造工艺复杂,不便于产品化。平面关节20机电一体化l2013.3型机器人分为垂直平面关节型和水平平面关节型两种:垂直平面关节型与空间多关节型的特点差不多;水平平面关节型是移动式与关节式结构的组合,受力条件差,效率低,制造工艺复杂,性价比低,但结构紧凑,占用空间最小。直角坐标型机器人的特点是结构强度及刚度好,效率高,制造加工工艺简单,安装调试及维护方便,便于产品化;缺点是占用空间较大。对于工厂加工现场要求及工作空间分析,此处最适合采用直角坐标型机器人。

基于目标最优的上下料机器人系统设计,并对硬件平台体系结构的搭建以及机器人示教再现软件设计做了具体说明。本文提到的机器人可为两台机床实现上下料。通过为不同工件定制的托盘和手爪的设计,机器人能可靠抓取工件,在与机床进行通信得到上下料请求后,实现机床的上下料自动化。通过人机交互面板触摸屏,工人可以监控系统状态,控制系统的启停,示教机器人以及修改路径参数。该机器人手抓负载大于10kg,重复定位精度优于0.2mm,腰部回转角度3000,上下活动范围1000mm,工作半径1600mm,能实现上述6个工位的自由搬运工件。该系统已经在工厂生产中获得了示范应用,一定程度上提高了设备生产效率和机床利用率。