一種鋰電池生產(chǎn)中應(yīng)用的機器人研究

　　摘要：在鋰電池生產(chǎn)中的生產(chǎn)過程中，要把成品從生產(chǎn)線上自動取下來，送到檢測處通過智能圖像處理系統(tǒng)進行外觀檢驗，然后把合格產(chǎn)品送入特定的包裝容器內(nèi)，把不合格的產(chǎn)品送入另一容器內(nèi)。這是歐洲最大的電池生產(chǎn)廠家Sonnenschein在電池生產(chǎn)中包裝前的最后一個環(huán)節(jié)，而在整個電池生產(chǎn)過程中有部分工位應(yīng)用的是百格拉的碼垛機器人。盡管這些機器人所完成的功能不完全一樣，但采用相同的拖盤，便于不同工位產(chǎn)品的流通和通用。本文就以最后外觀檢測所用機器人和視覺系統(tǒng)為例進行簡單的介紹。

　　一 供料機構(gòu)的組成及工作過程

　　圖1給出了一個標(biāo)準(zhǔn)的批量供貨機構(gòu)原來圖，它由拖盤摞升降部分，拖盤水平運動部分和一個二維XZ機器手組成。

　　圖 1: 原理性結(jié)構(gòu)示意圖

　　圖1的例子中拖盤摞升降部分共有八個拖盤，實際上一摞有14個小拖盤。由直線運動單元帶動上下任意精確運動。工作時把最頂部第一個拖盤升高到比水平運動軸高出一定高度后停止，然后水平軸向第一個托盤運動，使所帶的拖板處于第一個拖盤下面。然后升降軸下降使第一個拖盤處于水平軸的拖板上。然后升降軸升高10mm, 接著水平軸向回運動把該托盤帶到二維XZ機器手前面。XZ二維機器手先逐個搬運第一排的零件，搬運后處理完再放回原處。當(dāng)一排零件被處理完后，水平運動軸再向前運動使第二排的零件處于機器手可以抓取的位置上。如此類推直到處理完最后一排的零件后，水平運動軸再把該托盤送回到升降軸的原來位置。然后處理下一個托盤的零件，如此進行下去，直到處理完最后一個托盤上的全部零件。

　　二 機器人型號及參數(shù)

　　圖 2所示的供料系統(tǒng)一次最多有14個托盤。每個托盤的尺寸是320*250*35mm,裝有100個電池，每個電池的重量為10克。采用一次抓5個電池的吸盤手爪，平均每5秒完成一次五個零件的搬運，檢測和放回托盤內(nèi)。每交換一次托盤用時4秒，每個運動部分的重服定位精度為0.1mm.

　　圖2: 為Sonnenschein制做的零件檢測機器人

　　升降軸采用兩根PAS42BB組成的龍門式結(jié)構(gòu)，最大負(fù)重可達80公斤。水平運動軸采用兩根PAS41BR,最大負(fù)重可達20公斤。XZ二維機器人的X軸采用PAS42BB,而Z軸采用LM-A41BB.運動速度高達60米/分鐘。手爪為吸盤，一次抓住五個零件。

　　三 視覺系統(tǒng)簡介

　　視覺檢測系統(tǒng)采用德國VC公司的智能相機VC4466C彩色智能相機，配CCD傳感器，分辨率是1024*768像素，逐行掃描輸出信號，每秒輸出20幀圖像。曝光時間從5us到20s,可以軟件設(shè)置。采用TI公司DSP,每秒可以執(zhí)行的操作為8000MIPS（=每秒百萬次操作）。配4MB閃存和64MB 數(shù)據(jù)儲存器。帶有4路可編程輸入口和4路可編程輸出口，1個RS232接口，帶有SXGA視頻輸出和可選以太網(wǎng)輸出接口。其整體體積為 110*50*35mm,整體重量250克，24VDC供電。

　　采用模板匹配算法來快速檢驗電池的下面數(shù)據(jù)：

　　1、表面顏色一致性否，

　　2、圖案有無不清楚，不完整的地方，

　　3、文字有無錯誤。

　　采用示教方法把表面合格的電池攝取下來作為標(biāo)準(zhǔn)模板，然后每次把所照到電池的圖像進行對比，從而實現(xiàn)上面的檢測功能。VC4466C彩色智能相機的優(yōu)點是在相機曝光讀取一幅新圖像時不占用DSP資源，DSP可以用來完成模板匹配處理工作。采集一幅圖像的時間為50ms,而完成一次模板匹配的時間是 100ms.所有一個智能相機系統(tǒng)就可以完成5個電池的檢測工作。有關(guān)VC智能相機及處理軟件方面的詳細(xì)資料請與李剛聯(lián)系（shenyangligang@163.com）。

　　四 控制系統(tǒng)及減速機

　　整個機器人系統(tǒng)采用百格拉公司TLCC CAN總線控制系統(tǒng)，通過CANBus控制各個軸的運動。TLCC根據(jù)來自VC4466C智能相機的檢測結(jié)果來把電池放回原處，或放到不合格產(chǎn)品箱內(nèi)。各種運動軸全部采用TLC5系列智能驅(qū)動器，它接收來自TLCC的運動命令。各個軸所配的行星減速機是德國Neugart公司的PLE系列精密行星減速機。整個系統(tǒng)采用4個PLE系列精密行星減速機和4個可編程，帶運動控制功能的智能伺服驅(qū)動器系統(tǒng)TLC534.

　　五 結(jié)束語

　　本文介紹了對大批量供料機器人的結(jié)構(gòu)及工作過程。由直角坐標(biāo)機器人組成的上料下料，搬運機器人適用于很多種應(yīng)用，而且比其它結(jié)構(gòu)的機器人成本低，效率高，在歐洲被廣泛應(yīng)用于化妝品、食品、手機、傳感器、玩具、儀表等生產(chǎn)中。上面僅為一種結(jié)構(gòu)形式的上料下料機器人，我們還有10多種其他結(jié)構(gòu)的上料下料機器人，百格拉公司二十年來生產(chǎn)了數(shù)千臺套類似的機器人。