重型玻璃的冷端搬运机器人

前言：
    玻璃行业是我国重要产业之一，近几年，随着市场的需求，玻璃的生产正朝向二个“极端”发展——太阳能光伏玻璃和浮法玻璃，尤其房地产业的兴起，大型幕墙玻璃被广泛需求，是发展趋势之一。因此在玻璃生产的冷端，对单片在200Kg以上的玻璃快速搬运码垛就成了企业需要解决的问题。沈阳莱茵机电有限公司为一些用户设计制造了200kg~350kg载荷的搬运码垛机器人，下面就以为北方某企业设计制造的一种搬运码垛机器人为例来介绍。

      一 项目要求
1、 最大玻璃规格： 3300*2400mm
2、 最小玻璃规格： 2000*1500mm
3、 玻璃厚度: 2~12mm
4、 玻璃正常工作速度：20~60m/min
5、 辊道高度： 925±50 mm
6、 辊道宽度： 4200mm
7、循环时间：大中片 10-12秒； 小片 8-10秒
8、 堆垛精度： ±2mm
9、最大抓取重量：单片240 kg（玻璃重量）

         二、设计方案
         根据客户实际要求，采用德国Roboworker公司直角坐标机器人
 整个运动部分由下面六个主要部分组成，
1 吸盘调整角度轴，称作A轴，
2吸盘86度转动轴，称作B轴，
3吸盘上下运动轴，称作Z轴，
4吸盘与跟随玻璃运动轴，称作Y轴，
5 吸盘向排放处运动轴，称作X轴，
6 智能CCD相机系统
下面分别加以介绍

        1 、玻璃边缘方向和位置检测系统－－线阵CCD智能相机
玻璃在传送带上就已经偏了，通过线阵CCD智能相机（德国VC2000）自动检测玻璃边缘的位置变化，然后给出角度偏差及位置，然后把该信号送进机器人控制系统。

        2、 吸盘调偏机构
玻璃边缘在传送带上的偏差不应太大，如果玻璃的长边为3300mm, 则边缘偏差应小于300mm。玻璃边缘的位置偏差分为总体位置偏差和边缘角度偏差。总体位置偏差是指边缘中心点与理想位置的偏差，由机器手在计算抓取位置时考虑进去这一偏差。边缘角度偏差要由一顶杆机构加以调整。 
 

      由于吸盘及玻璃总体重100公斤，所以有50公斤推力就可以改变吸盘的方向，我们计划采用一个高速丝杠来作为顶杆，如果螺距为10mm, 采用交流伺服电机，转动60传就可以运动300mm，有2秒钟时间足够了。一个4Nm的交流伺服电机就可以产生500公斤的推力。

3、 吸盘翻转70~85度机构
整个吸盘在搬运玻璃离开传送带边缘后就开始转动，整个玻璃和吸盘从水平面开始转动直到编程的角度。翻转角度大约70~85度。这里采用吸盘中心为轴的翻转机构。假设吸盘及整个玻璃的重心到转轴的距离为0.5米，理论上就需要0.5*1000=500Nm的转动扭矩来完整翻转工作。如果我们采用一个减速比为200:1，效率为60%的减速机，理论上驱动电机的出力为：500/0.6/200 = 4.16N。如果我们采用一个额定出力为10Nm的伺服电机就可以了。额定扭矩为10Nm的伺服电机3秒内最大出力可达30Nm, 3秒内有7.19倍的实际出力，完全没有问题。

如果吸盘转动90度，那么交流伺服电机就要转动：200/4 = 50传，采用交流伺服电机，有1.2秒钟时间足够了。

所用的减速机可以采用行星减速机，也可以采用涡轮蜗杆减速机。 
 

        4 、Z轴
如图1中上下运动轴，本方案采用2根立柱，4导向机构，齿形带传动高速拉升机构。两根立柱排放方式与图1中上下运动轴相差90度，它们的间距为1000mm。 Z轴有效行程：1米， 最高允许运行速度：1米/秒，总负载重量：200公斤。

采用行星减速机和交流伺服驱动。具体型号要用德国专家软件分析。

        5 、Y轴
本方案中也采用如图1所示的两根水平运动轴，4个大滑块结构，滑块间距大，保证运行平稳。图2是Y轴滑块部位局部图。
采用行星减速机和大功率交流伺服电机驱动同步轮传动，Y轴的有效行程：6米
最高允许运行速度：2米/秒。
可以承受的总负载重量：300公斤以上
两轴间距为1400mm。 
          6 、X轴
采用类似上面Y轴的结构方式，但两X轴间距为6000mm，所以采用双轴分别同步驱动，这样运动更平稳。X轴的4滑块比Y轴更大，也采用同步轮传动。
有效行程：1米
最高允许运行速度：1.5米/秒。
总负载重量： 500kg以上

采用行星减速机和交流伺服电机驱动。

          二、控制系统
         1 数控系统
          采用德国Trimeta公司的5轴数控系统，控制6个伺服轴同时运动。详细资料见德国Trimeta公司的网址：(暂不可见)

         2 伺服电机
         采用德国产交流伺服电机。具体功率要用百格拉公司的软件来选。

         3 减速机
         各种轴驱动电机，采用德国Neugart公司的行星减速机。

           吸盘翻转轴可能要采用德国SEW的双输出轴减速机。

          三、工艺动作过程：
         视觉系统检测到玻璃尺寸、位置、完整性、速度等信息

         将信息传送到主控系统

           主控系统判断分配到哪一台机器人执行

         机器人移到等待位置

        抓手传感器捕捉到玻璃

        等待给定时间

        沿玻璃传送方向直线同速移动

         到达玻璃吸取位置

           放下吸盘，打开真空吸取玻璃

         机器人提升玻璃架，往转盘架方向移动
        二次检测装置测量玻璃边缘位置信息

        到达转台前放置位

        缓慢往玻璃集装架移动

           放置玻璃

          返回等待位置
沈阳莱茵
陈绍博
13940002980

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