SX-815L型设备机器人的机械手定位不准确原理分析、故障检修与解决方法
SX-815L型设备机器人的机械手
定位不准确原理分析、故障检修与解决方法
湛江市技师学院 王小红
摘要：本文针对学生在应用SX-815L型设备机器人的机械手定位时，存在难于准确定好位置的问题，通过对机器人单元、环形传送带单元、恒速转台单元、工件装配单元和仓库单元设备分析，同时指导学生对逐个问题仔细研究，反复操作调试，从而解决了相关的问题。
关键词：SX-815L 机器手 搬运 调试 解决
一、引言
如图（1）所示是我校引进SX-815L型机电一体化综合实训设备。该设备是依据维修电工高技能人才培训要求，维修电工技师、高级技师考核鉴定标准开发设计的，整套系统集机、电、气为一体。我们在培训学生过程中，发现机器人搬运货物时，机械手定位不准确，每次都会存在着一些偏差，给我们的训练带来比较大的麻烦，学生总是束手无策。针对这一问题，我与我校教师团队一道深入钻研有关专业知识，指导学生观察机器人搬运货物情况，分析系统原理，探讨机械手定位不准原因，反复调试，寻找其解决的办法。
图（1）SX-815L型整体图
二、设备分析
该设备实训平台由上料单元、环形传输分拣单元、机器人搬运单元、恒速加工转台单元、工件装配单元、立体仓库单元、触摸屏监控单元以及故障设置单元等部分组成，是PLC控制技术、交流变频技术、步进驱动技术、交流伺服技术、气动控制技术、传感器检测技术、双闭环直流调速技术、触摸屏监控技术、通信网络技术以及机械装调技术等机电一体化高新技术的综合应用。
对设备进行分析：整个设备的工作过程如图（2）所示。利用机器人搬运货物时，一定要处理好机器人单元（图3）与环形传送带单元、恒速转台单元、工件装配单元和仓库单元之间的关系，如图（4）所示。这些执行单元由控制模块进行驱动与控制，该套设备配置的控制模块具有不同的功能，每种功能模块都特定控制某执行机构。环形传送带电机为三相异步电动机，可由变频器驱动，即该执行单元选择带有变频器的控制模块；恒速转台加工单元为带电压、速度反馈的直流电机，选择双闭环直流调速模块进行控制；机器人搬动单元由步进电机和气动元件构成，需要选择带步进驱动器的模块对其控制；仓库存储单元为双轴伺服电机带动，需要含伺服放大器的控制模块与之相配。机器人在工作时，通过两个步进电机来实现定位停靠位置，要设置旋转步进电机脉冲数和直行步进电机脉冲数来确定机器人各个工作位置，每个停靠点是由两个坐标参数确定，直线位置和选择角度，设置参数如表一所示，旋转步进脉冲数增加，机器人右转角度增大，直行步进脉冲数增加，机器人右移距离增大。
表一 旋转电机和直行电机的设置参数
图（2）整个设备工作流程图
三、故障分析和解决方法
机器人手臂旋转步进电机决定着机器人工作方向，要求机器人手臂电机根据控制要求手动和自动运行。手动运行要求：触发一次正转信号，机器人手臂沿顺时针方向旋转300，每触发一次反转信号，则逆时针旋转300，感应到相关限位后立即停止该方向运行；自动运行要求：按启动信号后，机器人手臂转回原点，然后顺时针运行900，停止2秒后，逆时针旋转450并停止，机器人手臂在自动运行过程中采用逐渐加减速的启停控制形式。
指导学生分析调试：
1．机器人无法水平移动或旋转
存在问题：在机器人移动过程中，常见到机器人无法水平移动或旋转的现象。
解决方法：①观察PLC输出端口指示灯，如果有变化检查步进驱动器电源和接线，如果无变化检测程序是否正确下载。②观察机器人是否运行到原点，如果只能单方向运行，则检查驱动器输入接线情况。③手臂旋转时，是否听到异响，有异响说明电机在旋转，防卡装置在工作，要及时停止电机，清除阻挡障碍。
2.环形传送带分拣单元与机器人单元调试
环形传送带分拣单元的参数设计时，需要设计从出料检测位开始计数，到减速点和送料位的传送电机编码器的脉冲数两个参数，位置如图（5）所示。参数输入的方法可以在操作面板上进行设计：①按“参数设置”按钮，进入参数设计画面；②分别在减速点和输入框中输入相应参数；③按“确定输入”按钮，将数据传送到PLC中。在这个过程中，我们可以事先输入出料检测位的减速点和出料检测位（送料位）与机器人单元之间的配合关系，检测能否取到货物，如取不到，可以重新设计参数，直到满意为止。
存在问题：当环形传送带把货物输送到要传送的地点，同时，机器人也走过来准确把货物取走。环形传送带把货物输送到要传送的准确地点靠安装在传送带旁边的传感器配合旋转编码器控制停止，而机器人走过来是靠步进电机控制。所以步进电机的脉冲数一定要设计准确，否则，机器人将取不到货物。
解决方法：该单元需要设置从出料检测位开始计数，到减速点和送料位的传送电机编码器的脉冲数两个参数，参数调整原则：
①减速点。传送带减速偏离时，上面的物料偏离减速点，就需要增大或减小减速点脉冲数。
②送料位。当送料气缸推出时，物料没有运行到送料位，就要增加送料位的脉冲数，当送料气缸推出时，物料超过送料位就要减小送料位的脉冲数。
③传送电机编码器脉冲数参考值：
出料检测位（减速点）：4500
出料检测位（送料位）：7800
图（5）环形传送带结构
3.恒速转台加工单元与机器人单元调试
恒速转台加工单元主要由旋转编码器、直流电动机、电磁离合器、四工位转台、转台定位传感器、物料到料传感器、钻头升降气缸等组成。
存在问题：机器人取到货物，后退一段距离，这时恒速转台转到接货位置，机器人把货物放到它的上面，加工后再将货物送回，机器人再次把货物取走。要求恒速转台将转速调整到1200r/min，如果这时机器人的步数和转台转速设计不好时，就会出现机器人不能取走货物现象。
解决方法：具体转速调节如表二所示。
表二 恒速转台调节
4.工件装配单元与机器人单元调试
工件装配单元主要由电磁阀组、推料气缸、工件选择气缸、吸盘、装配气缸、物料台传感器等组成。
存在问题：当机器人返回到工件装配单元时，机器手把工件放到转盘上，然后进行加工，这时机器人和工件装置的位置不对。
解决方法：
（1）装配吸盘吸附料块失败：①如果是高度偏差，则适当调整装配旋转气缸座高度；②如果是左右偏差，则通过旋转气缸连接母件调整料台左右位置；③如果是前后偏差，则通过调整配件推料气缸节流阀来调整料块推出位置。
（2）机器人停靠装配单元时，手臂放下碰撞装配台。
①调整装配台高度，降低装配台。
②转盘定位不准，停止时放料盘偏离加工电机。
5.仓库单元与机器人单元调试
仓库单元的结构比较复杂，由X轴伺服电机、Z轴伺服电机、上限传感器、下限传感器、入库气缸、堆垛机械手、入库台传感器等组成。
存在问题：这是整个系统的最后一步，要注意检查电机编码器或驱动的连接情况；检查伺服参数的设置情况；检查是否已经运行到限位传感器处，断电后可用手动旋转至中间位置。
解决方法：
（1）机器人停靠仓库单元，手臂放下碰撞入口平台时，调整入库台的高度，降低入库台。
（2）入仓检测传感器不能正确判断装配结果合格与否。
①调整反射板高度。
②在不修改程序的情况下微调Z轴原点传感器，从而调整堆垛在入仓台取料时的高度。
整套设备涉及的内容比较多，它融合了PLC控制技术、PLC定位功能模块应用技术、电子应用技术、双闭环直流调速技术和触摸屏监控技术。学生要掌握全部的知识相当困难。在培训的过程中，我们发现每个环节都会出现一些问题，通过指导学生对逐个问题的仔细研究，反复操作调试，每个问题都得到圆满的解决。
四、结束语
通过对设备故障分析和指导学生操作调试，使学生在使用机械手抓取物品过程中，能按照题目的要求，处理好机械手与环形传送带单元、恒速转台单元、工件装配单元和仓库单元之间的关系。机械手定位过程中可靠性高，教学效果好，学生反映强烈。
参考文献：
［１］岳庆来：《变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术》，机械工业出版社2009年出版。
［２］三菱产品说明书：《FX1s、FX1n、FX2n、FX2nc编程手册》，2001年出版。
［３］三菱产品说明书：《SX-815L用户指南》。
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