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四自由度码垛机器人性能优化方法

发布时间:2018-11-22 10:15:52作者:来源:点击:字号:

码垛机器人是自动化车间最常用的工业机器人之一。通常装配于生产线末端,将产品由生产线搬运到码垛托盘,按照既定的要求对产品进行堆垛。

码垛机器人空间布置如图 1所示。包括基座旋转、水平移动、垂直移动和端拾器旋转四个自由度。机器人空间运动范围构成一圆柱形空间,在此将基座旋转轴定义为轴 B,水平移动轴定义为轴 X,垂直移动轴定义为轴 Y,端拾器旋转轴定义为轴 P。机器人水平与垂直移动通过连杆机构传递到机器人前端的端拾器,且确保端拾器始终保持水平。故四自由度码垛机器人坐标可以用 M(r,θ,z,α)形式表示,其中 r代表 X轴的位移量,θ代表 B轴旋转角度,z代表 Y轴位移量,α代表 P轴旋转角度。

码垛机器人现场布置得到合理规划才可以使机器人运行接近额定性能参数。现就选取垂直方向的布置方案进行一下分析,如图 2所示。

图中 H代表输送线高度,x为托盘高度,h为垛层高度,假如 H取x的值作为输送线高度,则 Y轴的单步运行高度的最大值取值即为 h,如果按照如图所示布置方案即输送线高度处于货物垛层(不包括托盘)的中心高度即:

H=x+h/2

如果设 H高度为柱面坐标系 Y轴零点,则

+z=h/2

-z=-h/2

+z-(-z)=h

|+z|=|-z|=h/2

(+z为 Y轴正向最大值,-z为负向最大值)

由此可看出图示布置方案可使 Y轴的单步最大运动路程最小,从而在相同速度下 Y轴单步运行所需时间最短。其他各轴布置方案亦是如此,在此不再赘述。

如果想进一步提高此码垛机器人性能只需将电机转速控制在电机额定转速附近即可。下面通过优化控制逻辑来提高电机转速,使每台电机转速尽量接近额定转速,从而进一步提高码垛机器人性能。

码垛机器人一个重要指标是单位时间的产量即 N次/小时。交流伺服电机为恒转矩输出,即在其额定转速(一般为2000r/min或3000r/min)以内,都能输出恒定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。所以合理选择控制逻辑可以使伺服电机工作于额定转速附近。

码垛机器人配置可达到 800次/小时的生产效率时,有两种控制逻辑可供选择,即基于平均时间和基于平均速度。

本文对提高四自由度码垛机器人性能的优化方法进行了分析,此优化方法已经在四自由度码垛机器人上得到了应用,不仅改善了四自由度码垛机器人的运行性能,提高了生产效率,同时在相同生产要求下还降低了机器人成本,进而大幅度降低了能源消耗。


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