鋰電池生產(chǎn)中的機(jī)器人應(yīng)用方案

　　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(dòng)取下來，送到檢測(cè)處通過智能圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，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(gè)環(huán)節(jié)，而在整個(gè)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(jī)器人。盡管這些機(jī)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(cè)所用機(jī)器人和視覺系統(tǒng)為例進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

　　一 供料機(jī)構(gòu)的組成及工作過程

　　圖1給出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的批量供貨機(jī)構(gòu)原來圖，它由拖盤摞升降部分，拖盤水平運(yùn)動(dòng)部分和一個(gè)二維XZ機(jī)器手組成。圖1的例子中拖盤摞升降部分共有八個(gè)拖盤，實(shí)際上一摞有14個(gè)小拖盤。由直線運(yùn)動(dòng)單元帶動(dòng)上下任意精確運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)把最頂部第一個(gè)拖盤升高到比水平運(yùn)動(dòng)軸高出一定高度后停止，然后水平軸向第一個(gè)托盤運(yùn)動(dòng)，使所帶的拖板處于第一個(gè)拖盤下面。然后升降軸下降使第一個(gè)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(yùn)動(dòng)把該托盤帶到二維XZ機(jī)器手前面。XZ二維機(jī)器手先逐個(gè)搬運(yùn)第一排的零件，搬運(yùn)后處理完再放回原處。當(dāng)一排零件被處理完后，水平運(yùn)動(dòng)軸再向前運(yùn)動(dòng)使第二排的零件處于機(jī)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(yùn)動(dòng)軸再把該托盤送回到升降軸的原來位置。然后處理下一個(gè)托盤的零件，如此進(jìn)行下去，直到處理完最后一個(gè)托盤上的全部零件。

圖 1： 原理性結(jié)構(gòu)示意圖

零件檢測(cè)機(jī)器人" src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20140213/230996_1_1.jpg" />

圖2： 為Sonnenschein制做的零件檢測(cè)機(jī)器人

　　二 機(jī)器人型號(hào)及參數(shù)

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

　　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(dá)80公斤。水平運(yùn)動(dòng)軸采用兩根PAS41BR，最大負(fù)重可達(dá)20公斤。XZ二維機(jī)器人的X軸采用PAS42BB，而Z軸采用LM-A41BB。運(yùn)動(dòng)速度高達(dá)60米/分鐘。手爪為吸盤，一次抓住五個(gè)零件。

　　三 視覺系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　視覺檢測(cè)系統(tǒng)采用德國(guó)VC公司的智能相機(jī)VC4466C彩色智能相機(jī)，配CCD傳感器，分辨率是1024*768像素，逐行掃描輸出信號(hào)，每秒輸出20幀圖像。曝光時(shí)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(chǔ)存器。帶有4路可編程輸入口和4路可編程輸出口，1個(gè)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(yàn)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(cuò)誤。

　　采用示教方法把表面合格的電池?cái)z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(jìn)行對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)上面的檢測(cè)功能。VC4466C彩色智能相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是在相機(jī)曝光讀取一幅新圖像時(shí)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(shí)間為50ms,而完成一次模板匹配的時(shí)間是 100ms。所有一個(gè)智能相機(jī)系統(tǒng)就可以完成5個(gè)電池的檢測(cè)工作。有關(guān)VC智能相機(jī)及處理軟件方面的詳細(xì)資料請(qǐng)與李剛聯(lián)系（shenyangligang@163.com）。

　　四 控制系統(tǒng)及減速機(jī)

　　整個(gè)機(jī)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(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。TLCC根據(jù)來自VC4466C智能相機(jī)的檢測(cè)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(yùn)動(dòng)軸全部采用TLC5系列智能驅(qū)動(dòng)器，它接收來自TLCC的運(yùn)動(dòng)命令。各個(gè)軸所配的行星減速機(jī)是德國(guó)Neugart公司的PLE系列精密行星減速機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)采用4個(gè)PLE系列精密行星減速機(jī)和4個(gè)可編程，帶運(yùn)動(dòng)控制功能的智能伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)TLC534。

　　五 結(jié)束語(yǔ)

　　本文介紹了對(duì)大批量供料機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及工作過程。由直角坐標(biāo)機(jī)器人組成的上料下料，搬運(yùn)機(jī)器人適用于很多種應(yīng)用，而且比其它結(jié)構(gòu)的機(jī)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(jī)、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(jī)器人，我們還有10多種其他結(jié)構(gòu)的上料下料機(jī)器人，百格拉公司二十年來生產(chǎn)了數(shù)千臺(tái)套類似的機(jī)器人。