码垛机器人本体设计方案[码垛机器人机械结构与控制系统设计]

重载坐标式码垛机器人

　　重载坐标式码垛机器人是基于传统经纬码垛工作周期长、结构庞大等缺点，研发的新型基于PLC模块控制的重载全回转智能码垛机器人系统，有效解决了经纬码垛机的不足之处，整个系统按其执行原理及功能分为：主体中心360°回转，快速的对重质量平衡提升，360°回转的快速夹持系统、液压系统、PLC模块化电气自动控制。其具有如下特点：

　　a）主体中心360°回转原理：根据工作状况系统设置原点，PLC控制的伺服驱动高精度、高承载稳定的回转支撑机构，实现主体机构的360°自由回转，工作过程中通过电子传感器及照相可视系统反馈信号PLC及时纠正，保证码爪至理论位置在可控误差之内。

　　b）快速的对重质量平衡提升原理：要实现较重载的快速升降需消耗较大的功率，本机构在技术原理上采取如下几点将有效重载荷弱化：①通过两阶倍率机构实现载荷比例减半；②在主体型腔内配置特殊材料的对重平衡部分载荷；③采取直线滑动轴承减小摩擦阻力；同时选用驱动动力特制的重载电磁刹车装置，以其达到升降启停的迅捷平稳、无冲击。

　　c）360°回转的快速夹持系统：①在码爪上配置动力驱动回转支撑，实现码爪的360°自由回转，且码爪在主体回转时逆向自回转，避免了主体回转的惯量叠加，保证设备运作安全；②快速夹持爪选用液压作动驱动源，利用液压油的理论上不可压缩性，实现夹爪收放的准确性，且夹持力可调；通过调整信号位，既可拓宽夹持标的物范围；同时在有限狭小的空间里巧妙集成设置有四向齿轮齿条差动倍率机构及双向同步机构，有效的实现夹爪的双向同步快速伸缩。

　　d）液压原理：所有控制组件集中设备在液压站上成为独立单元，便于控制、调试和维修，系统设计了由计算机控制的电液比例溢流阀，在整个工作循环中可视码坯标的物工作制式设定不同的工作压力，同时通过电子传感器伺服反馈或手动设置系统保护压力；同时系统中的电加热器及风冷系统可将环境温度对工作的影响降到最低限度。

　　e）PLC控制原理：PLC模块控制、伺服、反馈、计算、参数设置、程序指令、控制原理图等详见三.1.3.2）。

两台重载坐标式码垛机器人应用于双机并列全自动生产线

重载坐标式码垛机器人国内外研究开发现状

　　经过对国内外市场调研和文献资料的检索查新，目前在国内外的坐标机器人中，还没有查询到就引擎电驱动方面含有“对重质量平衡”系统及电磁刹车装置的相关记录；在电力驱动机械式机器手类型机械方面还没有能够使机器人腕所承受在400公斤的重载指标（包含气动与液压式机器手重量）。

　　随着我国劳动力价值的升高，企业对技术进步的需求非常强烈，市场对码垛机器人的需求量和品种将逐年大幅度增加。目前，我国同国际市场需求趋势基本一致，即以机器人化的生产系统取代单台机器人，这是因为工业生产所用的机器人大多数是在生产线上使用，组成机器人化的生产系统，单台机器人很少使用。一般企业都不具备将机器人集成到生产系统的能力，因此对机器人的需求也就转化为对机器人及其自动化成套装备的需求。

　　我国机器人自动化生产线装备的市场刚刚起步，正处于由传统装备向先进制造装备转型的时期，市场潜力巨大，发展前景广阔。在建材行业，大型砖瓦生产线上主要采用德国、瑞典、日本的码坯机器人，中国属于空白，在非烧结的砌块（砖）行业，本公司率先将自主研发的重载坐标式码垛机器人应用于全自动砌块生产线上，立即得到市场的积极响应。中试样机在新疆喀交会上成为媒体的焦点。

重载坐标式码垛机器人主要研究开发内容及创新点

　　1.项目主要研究开发内容：

　　本项目涉及的重载坐标式码垛机器人属于建材生产装备领域，用一种先进、高效智能化的砌块（砖）生产线上的码垛设备来取代结构复杂、体积庞大、效率低的传统经纬式砌块（砖）生产线码垛设备。本码垛机器人由旋转装置、升降装置、机械手、液压系统、控制系统等组成。主要研发内容包括：

　　1）、重载坐标式码垛机器人总体，结构设计

　　2）、关键部件的研制

　　3）、程序控制软件设计

　　4）、电器系统设计

两台重载坐标式码垛机器人应用于双机并列全自动生产线

　　2.涉及的关键技术：

　　机器人主体双自由度水平回转系统、对重质量平衡系统、升降系统、全回转电子机械手、电磁刹车系统、液压系统、PLC电器控制系统。

　　该项目的关键技术：

　　1）、重载坐标码垛机器人总体结构及360°回转平衡稳定性技术，由于作业载荷大、且要达到较大的提升行程，同时码坯转运位置随机变化范围较大，整机主体结构处于高速回转状况，从而将会生成较大的转动惯量，要求整机主体结构的刚度、强度要能够达到作业状况的技术要求，我们在研发设计中通过计算机软件，模拟动态作业工况，采用了有限元强度的技术仿真设计（计算机辅助设计）以保证工作的稳定性及安全性，机座的回转支撑机构除满足旋转主体的稳定支撑，回差通过伺服控制技术也应控制在一定的误差范围内（最大工作行程时码垛外廓尺寸误差±2㎜）。此为关键技术之一。

　　2）、具备高速升降的重载荷的质量对重平衡技术，处于作业状况的重载荷在快速垂直上下移动，瞬时启停，移动加速度附加的载荷突变冲击的能量吸收，通过质量对重平衡系统及电磁制动刹车能予以有效的对冲和缓解，采用能量回收平衡装置，可以比常规提升2倍多的动力引擎；提升驱动功率能耗非常的小，足以达到快速启停完成重载荷的作业要求。此为关键技术二。

　　3）、码垛机器人逆回转及快速同步夹持技术，整个码垛系统为悬臂结构，为消除码垛机器人在工作中为主体带来的巨大惯量，码垛机器人的“手腕”回转时采用逆回转。在手腕逆回转技术中，更增加了（水平回转平面上）回转偏距，使在水平方面回转中，突破了码垛机器人在水平运动可以完成有效行程的直线运动轨迹。此为关键技术三。

　　4）、关键技术之四为电气系统的最佳匹配，即可以采用PLC集散型控制系统，也可以采用码垛机器人专用高级计算机控制系统，例如采用：德国、美国的KU.、KEM.、AFDX系统的高等级控制程序控制软件技术。

重载坐标式码垛机器人应用于全自动生产线

　　3.主要解决的关键问题：

　　本研发项目主要解决重载荷标的物的快速码垛，研发过程中的关键问题集中在结构及电气控制程序包两个方面：

　　1）、在结构上体现在一下几点：

　　a.底座回转支撑结构的使用，通过计算机3D技术，模拟数据量化分析，在底座连接处选用集成的高精度、高性能的回转支撑结构；

　　b.重载大偏距的升降支撑臂结构，采取理论计算及计算机3D技术分析，设计成强力直线传动导轨副滑块镶嵌式框架结构；

　　c.对重质量平衡系统装置重量体的位移自由平衡定向问题，确保质量平衡装置无障碍、对中自由升降；

　　d.机器人电子机械手双向快速同步收放，采用齿轮齿条差动倍率机构及同步机构。

　　e.为典型的笛卡尔坐标码垛机器人在水平回转方面，形成两个转动自由度，进而定量的建立起；水平直线运动轨迹的模型。

　　2）、银马公司目前采用了一种新的计算机控制的技术软件包，无需任何编程知识，就可对码垛机器人的工作过程进行编程。

　　重载坐标码垛机器人在砖厂码坯等工艺过程中发挥着广泛的作用，并能很好地完成工作。但对新砖厂而言，需要对新码垛机器人进行编程工作。该软件通过对在线码坯的真实3D演示，可以轻松完成对码垛机器人的编程工作。通过在示教器的真彩界面上，模拟演示可以看到砖是怎样被码放到出坯传输链板输送机上的。我们将在控制界面的触摸屏上预置，可以完成模拟程序，用3D图像演示码垛机器人工作循环过程。

文章来源：https://www.ymzn88.com银马智能

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