工业码垛机器人属于典型的机电一体化高科技产品,对企业提高生产效率、增长经济效益、保证产品质量、改善劳动条件、优化作业布局贡献巨大,其应用的数量和质量标志着企业生产自动化的先进水平。控制系统是工业码垛机器人最为重要的组成部分,对机器人码垛功能的实现及作业性能的保障起着至关重要的作用,直接决定着机器人的运动精度及工作效果。

　　通过调查发现,目前在用的工业码垛机器人多采用“运动控制器+PC”构架形式的控制系统。这种控制系统以PC为硬件平台,依靠运动控制卡实现运动轴的实时控制。虽然上下位关系清晰,但系统稳定性差、可靠性低、可扩展能力弱,且功能冗余,性价比很低。笔者所在科研团队设计的工业码垛机器人控制系统,以PLC为主控装置,使PLC与相关器件的功能融合达到理想的程度,所构建的机器人控制系统结构精简,节能降耗,具有很好的稳定性及可扩展性,尤其可贵的是,该控制系统性价比很高,适于工业现场应用。

　　工业码垛机器人采用图1所示平衡吊机构形式,具有结构简单、使用方便、维护节省的优点。在该机构中,构件5和6是两个原动件,由于机构有两个自由度,所以该机构的运动是确定的。杆系核心部分是一个平行四连杆机构,由ABD、DEF、BC、CE四杆组成,在B、C、D、E、F处用铰链连接,其中BC∥=DE和BD∥=CE。

　　该机器人主体机构的优点在于,无论机器人空载,还是负载,在工作范围内的任何位置都可以随意停下并保持静止不动,即达到随遇平衡状态。机器人机械结构的三维仿真设计效果如图2所示。由于机器人具有相互独立的四个自由度,相应的机械结构也可分为四个部分:(1)底座旋转部分及其驱动装置7;(2)水平移动部分及其驱动装置5;(3)垂直移动部分及其驱动装置6;(4)手爪旋转部分及其驱动装置8。各自由度均采用交流伺服电机驱动。机器人水平方向的运动由电机经丝杠旋转带动构件5做水平直线运动来实现;机器人垂直方向的运动由电机经丝杠旋转带动构件6做垂直方向的直线运动来实现。底座及手爪部分有两个旋转自由度。通过这四个自由度,实现码垛机器人抓手在空间内的灵活移动,完成码垛作业。