一種Delta型并聯(lián)機器人設計_實習報告范本

1、 .畢業(yè)實習報告 學 院： 機械工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班 級： 機自XXX班 學 號： 1108030454 學生姓名： XXXXXX 指導教師： XXXXXX 2015年 5月 25日 .頁腳. 目 錄一、實習目的及意義1二、實習時間和地點1三、實習內(nèi)容13.1 Delta型并聯(lián)機器人簡介13.2 并聯(lián)機器人公司及產(chǎn)品23.3 Delta型并聯(lián)機器人工作原理83.4 Delta型并聯(lián)機器人組成93.4.1硬件結構93.4.2驅動控制系統(tǒng)103.4.3視覺識別系統(tǒng)113.4.4軟件控制系統(tǒng)12四、實習體會與總結13一、實習目的及意義 本次實習在畢業(yè)設計過程中進行，目的是為了

2、更加進一步的了解Delta型并聯(lián)機器人，以便對本次設計有更多的了解，幫助解決設計遇到的一些方案、結構設計上的一些問題。本次實習的意義是對并聯(lián)機構有了足夠的認識，了解到了當前Delta型并聯(lián)機器人技術的發(fā)展狀況，機器人的應用領域及其給工業(yè)上帶來的益處。通過這些了解使我對機器人技術更加癡迷，愿意研究該型機器人的一些相關技術使該技術更加成熟能夠更廣泛應用于生產(chǎn)實踐當中。二、實習時間和地點 因為本次實習條件的限制，本地區(qū)內(nèi)無Delta型并聯(lián)機器人實物可供實習，故本次實習的地點可選擇為網(wǎng)上調(diào)研的形式，一方面通過大量查閱相關機器人公司的產(chǎn)品簡介和說明書了解機器人的研究狀況；另外，通過觀看Delta型并聯(lián)機

3、器人的工作視頻，深入了解其工作原理。最終選擇了以下十家公司的產(chǎn)品進行了解。 本次實習時間不限定，具體的時間從3月初至四月月底。實習進度隨設計進度而定。三、實習內(nèi)容3.1Delta型并聯(lián)機器人簡介 Delta型并聯(lián)機器人在1985年誕生在瑞士的洛桑聯(lián)邦理工學院，是由R.clavel提出的，因其基座平臺和運動平臺都呈現(xiàn)三角形形狀而得名。當時工業(yè)生產(chǎn)中迫切需要一種小型機器人，用于實現(xiàn)對輕小物件的快速抓取和放置。直到1999年，ABB 開始推廣自己的Delta型并聯(lián)機器人FlexPicker。近些年來，日本Fanuc公司亦在推廣其Delta高速并聯(lián)機器人M-3iA。 Delta機器人是一種高速、輕載的

4、并聯(lián)機器人，通常具有34個自由度，可以實現(xiàn)工作空間的XYZ方向的平移以及繞Z軸的旋轉運動。該機器人具有重量輕、體積小、運動速度快、定位精確、成本低、效率高等特點，加之配置視覺后能夠智能識別、檢測物體的優(yōu)勢，主要應用于食品、藥品和電子產(chǎn)品等快速分揀、抓取、裝配等。3.2 并聯(lián)機器人公司及產(chǎn)品 （1） 發(fā)那科公司發(fā)那科于2009年推出其第一代并聯(lián)機器人M-1iA，被譽為“發(fā)那科拳頭機器人1號”，其自重只有12kg到20kg，雖然負載只有0.5kg到1kg，但重復定位精度能達到0.02mm到0.03mm，而且1分鐘能完成200個25-200-25(mm)的搬送動作，緊湊、靈活、高速、輕巧的

5、優(yōu)異性能使其能滿足3C電子裝配要求。隨后的2010年和2013年，發(fā)那科又推出了M-3iA和M-2iA，將最大負載提高到了12kg，采用完全密封的構造以達到防塵防水性能，并且提供符合食品衛(wèi)生要求的材料和潤滑油，使其能夠應用到食品生產(chǎn)中。另外，發(fā)那科并聯(lián)機器人都內(nèi)置自己的視覺，使得系統(tǒng)運行的兼容性和穩(wěn)定性更好，調(diào)試也更容易、快捷。在中國市場上，發(fā)那科并聯(lián)機器人憑借其強大的技術服務團隊和市場開拓能力已經(jīng)運用到食品、藥品、化妝品、3C電子等行業(yè)，其中M-3iA和M-2iA在乳制品和醫(yī)藥生產(chǎn)線上應用較多，而M-1iA主要在3C電子行業(yè)發(fā)揮較多用途。（2） 愛德普愛德普是美國最大的工業(yè)機器人企

6、業(yè)之一，從2009年開始推出4軸結構的并聯(lián)機器人Quattro系列，是針對高速包裝和物料輸送的需求而特別設計的。目前，愛德普Quattro并聯(lián)機器人是唯一獲得美國農(nóng)業(yè)協(xié)會(USDA)認證的可用于肉類及家禽類處理的并聯(lián)機器人。Quattro系列有5種型號，重復定位精度多為0.1mm，最大負載6kg等，負載1kg時每分鐘能完成25/305/25mm動作160多個，負載6kg時每分鐘能完成25/305/25mm動作130多個。在同類國際品牌中，愛德普并聯(lián)機器人運行速度是公認最快的。在中國并聯(lián)機器人市場上，愛德普Quattro是最早一批的開拓者。2010年愛德普的Quattro并聯(lián)機器人成功應用于利樂

7、枕裝箱生產(chǎn)線上，為并聯(lián)機器人在乳制品行業(yè)的推廣樹立了榜樣。另外，愛德普并聯(lián)機器人無旋轉時最大負載可達15kg，并能保持較快的速度，是競爭對手無法比擬的，這點使其在我國民用炸藥搬運領域占有絕對市場份額。（3）  ABB作為全球最早實現(xiàn)并聯(lián)機器人產(chǎn)業(yè)化的領軍者，ABB早在1998年就發(fā)布了專門用于拾料和包裝行業(yè)的三角式機器人FlexPicker，經(jīng)過完善形成了目前的FlexPicker家族，即IRB 360系列并聯(lián)機器人。IRB 360系列現(xiàn)包括負載為1 kg、3 kg、6 kg和8 kg以及橫向活動范圍為800 mm、1130 mm和1600 mm等幾個型號，重復定位精度都在0.1mm

8、。其中，負載3kg的IRB 360-3做25/305/25 (mm)標準動作時能達到每分鐘140多次，負載8kg的IRB 360-8做90/400/90 (mm)標準動作時能達到每分鐘65次。另外，IRB 360易于清潔和消毒的不銹鋼設計，使其非常適合應用在肉類和奶制品生產(chǎn)線上。雖然其并聯(lián)機器人在全球專利權于2012年到期，但并不代表ABB并聯(lián)機器人因此而失去了優(yōu)勢。因為過去15年中，F(xiàn)lexPicker在拾料和包裝方面一直處于領先地位，不僅是在歐洲，在中國也是如此。接下來，ABB的FlexPicker在快速增長的中國市場上仍將領跑于同類產(chǎn)品，雖然單臺裸機售價高達30萬元。（4）  

9、新松新松公司自主研發(fā)的SRBD系列Delta機器人共7個型號，機械本體結構分碳纖維、鋁合金和不銹鋼三種系列，全系列機器人均可選配視覺及旋轉功能。其中SRBD1600并聯(lián)機器人，最大負載可達15kg，并且拾放節(jié)拍達到每分鐘170次，達到國際領先水平。新松首次公開亮相并聯(lián)機器人是在2013年5月底的廣州國際食品加工、包裝機械及配套器材展上。其實在此之前，其就已經(jīng)完成了多個食品生產(chǎn)企業(yè)的交鑰匙工程。截至目前，憑借強大的研發(fā)、生產(chǎn)、系統(tǒng)集成與工程應用團隊，新松公司的并聯(lián)機器人產(chǎn)品得到了食品加工行業(yè)用戶的一致好評，產(chǎn)品先后投入到冷飲裝箱生產(chǎn)線、餅干裝箱生產(chǎn)線、海鮮食品處理機包裝系統(tǒng)、面包生產(chǎn)線、人造鉆石

10、生產(chǎn)線等。與施耐德聯(lián)手打造出的既適用于中國市場又符合世界標準的并聯(lián)機器人，或許將是國產(chǎn)機器人在食品生產(chǎn)領域的高端市場上與國外同類產(chǎn)品PK的開始，國內(nèi)食品出口企業(yè)在新建或升級生產(chǎn)線時不再局限于國外并聯(lián)機器人。（5）  華盛控深圳華盛控從2011年向市場推出其首款并聯(lián)機器人，目前其并聯(lián)機器人已經(jīng)有3款了。重復定位精度都為0.2mm，工作行程從600mm-1200mm，最大負載為1kg到2kg，滿負載時每分鐘能實際完成100次標準動作(25/305/25mm)。目前，華盛控并聯(lián)機器人憑借其性價比優(yōu)勢，在各種分揀定位工作中非常有競爭力，已經(jīng)廣泛用在食品、藥品等行業(yè)的分揀、包裝生產(chǎn)線上。在經(jīng)過

11、了3年的市場檢驗后，華盛控并聯(lián)機器人銷量開始翻倍增長。（6）  泰勃德國TreiBoost(泰勃)雖然沒有親自來中國，但其并聯(lián)機器人經(jīng)由上海的中國合作伙伴已經(jīng)在中國市場上耕耘3年多了，而且每年都會參加上海的機器人展。泰勃并聯(lián)機器人有2軸和4軸兩種。4軸并聯(lián)機器人重復定位精度都為0.1mm，最大有效負載多為1kg，滿負載時每分鐘能完成約60個標準動作(25/305/25mm)。2軸并聯(lián)機器人重復定位精度為0.1mm，最大有效負載達30kg，負載25kg時每分鐘能完成約20次200/ 500 /300mm動作。國內(nèi)組裝的負載3kg的泰勃并聯(lián)機器人單臺裸機售價15萬元，在同類國際品牌中具有

12、很強的性價比優(yōu)勢。目前泰勃機器人在食品、包裝、建材行業(yè)已經(jīng)積累了很多成熟案例，如國內(nèi)知名的乳品、方便面、巧克力、冷凍產(chǎn)品、紙巾等企業(yè)的生產(chǎn)線都有泰勃并聯(lián)機器人的身影。（7）  廣州數(shù)控廣州數(shù)控從2011年開始推出自主研發(fā)的并聯(lián)機器人C3-1100，目前其并聯(lián)機器人已經(jīng)有3個型號C3-1100、C4-800和C4-1000，最大負載都為3kg，重復定位精度0.1mm，負載1Kg時每分鐘能完成150多次標準動作(25/305/25mm)。單臺裸機售價在18萬左右，目標市場是電子、輕功、食品以及醫(yī)藥行業(yè)的高速分揀、包裝工作。目前廣州數(shù)控并聯(lián)機器人在醫(yī)藥、包裝等行業(yè)積累了豐富經(jīng)驗，能夠為多個

13、行業(yè)客戶提供交鑰匙工程。為了讓用戶不僅省心而且用得放心，廣州數(shù)控對其并聯(lián)機器人穩(wěn)定性方面作出承諾，負載1kg無故障運行50000小時。 圖3.1 廣州數(shù)控 圖3.2 BR-2-Delta-R400（8）博美德深圳博美德于2012年推出其首款并聯(lián)機器人，目前其并聯(lián)機器人主要有R400和R800兩款。R400最大負載1kg，重復定位精度0.1mm，滿負載時每分鐘能完成200多個25/400/25mm動作，自重只有34kg。R800最大負載2kg，重復定位精度0.5mm，滿負載時每分鐘能完成80個25/400/25mm動作。博美德并聯(lián)機器人設計采用了CANOPEN、ETHERCAT通信技術，通過總線

14、控制各個軸的運動，并且具有安全防范和故障保護機制等功能。憑借其超高的性價比和貼心的集成服務，博美德并聯(lián)機器人在食品、印刷、電子等行業(yè)已經(jīng)積累了成熟經(jīng)驗。（9）翼菲濟南翼菲自動化是國內(nèi)專門研究生產(chǎn)并聯(lián)機器人的企業(yè)，從2013年正式推出訊翼牌并聯(lián)機器人以來，目前訊翼家族一共有三個型號：迅翼-360，迅翼-1100和迅翼-1700，重復定位精度都為0.1mm，實際有效負載最大可以達到5kg，在負載3kg情況下每分鐘能完成120個標準動作( 25-305-25mm)。其中迅翼-1700是目前市場上工作直徑最大的并聯(lián)機器人。迅翼機器人結構都采用模塊化設計，自主研發(fā)的視覺系統(tǒng)與機器本體無縫集成，安裝調(diào)試非

15、常簡便快捷，并且方便后期維護和生產(chǎn)線調(diào)整。 自進入市場以來，迅翼機器人已經(jīng)在藥品、食品、乳制品、電子等行業(yè)積累了十多個成熟案例，產(chǎn)品穩(wěn)定性接受了市場檢驗，實際工作表現(xiàn)能夠與國際巨頭同類產(chǎn)品相媲美。2014年翼菲自動化成立了深圳分公司，以開拓華南市場。（10）川崎重工川崎重工的揀貨機器人picKstar家族目前只有YF03N和YS02N兩個成員。 YF03N于2011年8月推出，自重145kg，重復定位精度0.1mm，最大負載3kg，滿載時每分鐘能夠完成130個標準動作(25/305/25mm)，只負載1kg時每分鐘能完成220次標準動作。YS02N于2012年底推出，最大負載2kg，滿載時每分

16、鐘能完成160個標準動作，不僅將重復定位精度提升為0.04mm，并且將自身重量減輕到了60kg。在設計上，不僅能夠使用一般酸堿溶劑沖洗，而且所采用的潤滑油也達到食品級要求，因此非常適合用于食品、藥品的生產(chǎn)，當然在電器、電子、食品、化妝品等生產(chǎn)線上也有應用。川崎并聯(lián)機器人登陸中國市場的時間與日本市場同步，目標為食品和藥品生產(chǎn)線。目前YS02N和YF03N裸機單臺售價都在30萬元左右。3-1 YS002N的規(guī)格參數(shù)YS002N的規(guī)格應用裝配, 物料搬運類型并行鏈路類型最大負載 (kg)2自由度 (軸)標準4選項-運動范圍 (mm)ø600 × H200循環(huán)時間*1 (負載)0.

17、3 s (0.5 kg) 0.36 s (2 kg)位置重復性*2 (mm)± 0.04角度定位精度 (°)± 0.1質量 (kg)60機身顏色孟塞爾10GY9/1當量安裝懸掛環(huán)境條件環(huán)境溫度(°C)0 - 40相對濕度(%)35-85 (無結露)電源要量 *3 (kVA)3.0保護等級標準IP 65選項-控制柜型號 面向北美E97型號 面向歐洲E91型號 面向日本 & 亞洲E941: 動作方式（上升25mm， 水平運動305mm，下降25mm的往復運動）2: 以ISO9283為基準。3: 因負載重量及動作方式而不同。 圖3.3 川崎 YS002

18、N機器人 圖3.4 ABB RB3603.3 Delta型并聯(lián)機器人工作原理 以上公司的產(chǎn)品具有相似的硬件結構和相同工作原理，以川崎YS002N型Delta并聯(lián)機器人為例，如圖3.3所示，該機器人具有4個自由度，主要由靜平臺、動平臺、3根主動桿、3組平行四邊形從動支鏈和動平臺末端旋轉執(zhí)行器組成。從上圖可以看出，靜平臺的3組驅動單元通過3條相同的運動鏈分別與運動平臺的3條邊鉸接。每條運動鏈中有1個由4個虎克鉸與桿件組成的平行四邊形閉環(huán)，此閉環(huán)再與1個帶轉動關節(jié)的驅動臂相串聯(lián)，驅動臂的一端固定在靜平臺上，在電動機的驅動下做一定角度的擺動，經(jīng)過機械傳動控制動平臺的遠動。這3條運動鏈決定了運動平臺的運

19、動特性，運動平臺不能繞任何軸線旋轉，但可以在直角坐標空間沿X、Y、Z三個方向平移運動，到達機械結構運動空間范圍內(nèi)任意坐標點，末端旋轉執(zhí)行器安裝于動平臺下，執(zhí)行器可實現(xiàn)360度旋轉。加入視覺模塊時，其工作原理如下圖所示。視覺控制器起核心作用，一方面采集CCD相機反饋的信息，一方面將處理的信號傳輸?shù)綑C器人控制器上，使其到達指定位置。圖3.5 Delta型并聯(lián)機器人工作原理圖3.4 Delta型并聯(lián)機器人組成完整Delta機器人的系統(tǒng)主要包括硬件機構，驅動控制系統(tǒng)，視覺識別系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)組成。而有的機器人本身不自帶視覺系統(tǒng)，需另外裝載該模塊?，F(xiàn)對完整系統(tǒng)各部分分別做介紹：3.4.1硬件結構Del

20、ta型并聯(lián)機器人結構包括動平臺，靜平臺，主動臂和從動臂四大主要部分組成。靜平臺一般設計成圓筒形狀，內(nèi)裝有電機，驅動器和一些連接線路。主動臂采用三獨立驅動臂設計，簡化了設計。主動臂在電機的驅動下轉動，而轉角和轉速通過上位機控制。連接關節(jié)考慮到關節(jié)的活動性和可靠性大多選擇了球鉸鏈作為連接件，同時附加彈簧鉤保證了球副連接的緊密性。動平臺在三運動鏈的并聯(lián)控制下運動。關節(jié)樣式具體如圖3.6，圖3.7所示：3.6 主動臂與從動臂關節(jié)3.7 從動臂與動平臺3.4.2驅動控制系統(tǒng)常用的電機的控制方式有單片機、PLC、DSP、計算機+控制卡等，單片機、DSP控制程序編寫比較復雜，開發(fā)者需掌握大量的編程知識和電路

21、知識，需對單片機和DSP 芯片有較好的掌握。對簡單的編程開發(fā)時間適中，但對于復雜程序的編寫則開發(fā)難度較大，周期較長。相比前兩者，PLC具有適應環(huán)境能較強，編程難度適中，適合于簡單運動的控制。計算機+控制卡的控制方式具有開放、柔性的特點。大部分Delta型機器人選擇涌動控制卡作為控制核心，也有少部分公司選擇PLC作為該型機器人的控制核心。不同的控制器選擇，對控制的效果不一樣。一般考慮加入視覺系統(tǒng)的機器人都會選擇NI運動控制卡作為控制核心，利用NI公司提供豐富的軟件和硬件的組合，提高了產(chǎn)品的開發(fā)速度，增加產(chǎn)品的功能增加效益?，F(xiàn)以一款Delta型并聯(lián)機器人的控制硬件系統(tǒng)做介紹：圖3.8 控制硬件圖

22、一般硬件驅動控制系統(tǒng)是由PC機連接基于PCI總線的數(shù)字式伺服電機運動控制卡，再通過運動控制卡連接三個交流伺服馬達的驅動器，運動控制卡將控制指令轉換為相應的脈沖信號，然后由驅動器輸出信號控制三個主動桿馬達；每個伺服馬達后面都裝有增量式旋轉編碼器，實時測出三個馬達的轉動位置，傳回控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)。相比于部分串聯(lián)機器人的開環(huán)控制系統(tǒng)，該閉環(huán)控制系統(tǒng)通過旋轉編碼器測出馬達轉動角度，通過PID參數(shù)調(diào)節(jié)，可以更準確控制各軸的轉動角度，實現(xiàn)精確定位。如圖所示，該系統(tǒng)選擇了PCI-7358運動控制卡和PCI-1426圖像采集卡，運動控制卡連接驅動器到伺服電機。圖像采集卡連接CCD相機。所有的信號由運動控制卡

23、收集反饋給PC機，信號經(jīng)PC機處理后發(fā)送到下位機，完成整個控制反饋過程。 3.4.3視覺識別系統(tǒng) 視覺識別系統(tǒng)使用非接觸式光學傳感器自動獲取和解釋某真實場景的圖像，以達到獲取信息和控制機器及生產(chǎn)流程的目的。系統(tǒng)首先抓取一幅質量較好的圖像，提取物體的特征，然后在具體應用所采集的圖像中，搜索具有相似特征的區(qū)域，進行圖像配比，以一個相似度的閾值來判定物體是否存在。過程中使用如圖像分割(閾值分割，邊緣分割)和特征提取(灰度特征，區(qū)域特征，輪廓特征)等技術。其具體執(zhí)行過程為，當物品進入攝像機視野時，由觸發(fā)信號驅動攝像機動作，攝取當前流水線的快照并送入上位機。根據(jù)當前的分揀策略，上位機在攝像機拍攝的快照中捕捉感興趣物體的特征，如果找到具有對應特征的物體，則根據(jù)相應的算法對圖像進行解碼，確定出物體的空間位置坐標，然后將該物體的位置坐標信息送入Delta系統(tǒng)的控制器，控制器根據(jù)接收的目的坐標地址，形成位置指令代碼，傳送到系統(tǒng)內(nèi)部的速度規(guī)劃模組，模組根據(jù)控制要求進行直線或非線性快速運動的路徑規(guī)劃，然后將規(guī)劃的路徑按中斷時間來確定每個周期的U、V、W三個馬達的轉動量，各轉動量送給相應的馬達驅動器，驅動控制馬達轉動，馬達轉