CN101920846B - 一种桁架机器人分箱控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种桁架机器人分箱控制系统及方法，包括人机控制面板、输送系统、抓取系统、推箱系统；所述人机控制面板与输送系统，人机控制面板依次通过PLC、伺服控制器后与抓取系统连接，人机控制面板通过PLC与推箱系统连接；所述输送系统包括G轴伺服电机，所述G伺服轴电机与人机控制面板连接，人机控制面板控制G伺服轴电机转速。通过人机控制面板控制X、Y、Z、R、G轴伺服电机同时协同工作，使箱子能够一次性被分拣到指定位置且根据需要完成转箱，不需要更多的分拣设备，结构简单，且能够提高生产效率。

Description

一种桁架机器人分箱控制系统及方法

技术领域

本发明涉及桁架机器人，尤其是用于将输送带上的箱子分拣开来的系统及方法。 

背景技术

由于瓶装水的需求量比较大，现有的瓶装水的生产一般采用标准自动化生产，生产规模效率高，且生产规模大。标准自动化生产瓶装水的过程中，瓶装水的排列以及分拣对瓶装水的生产效率有重大影响。瓶装水的生产工艺一般包括：空瓶的消毒、空瓶灌水、对每一瓶瓶装水包装密封、将多个瓶装水打包成箱、将箱子码垛起来、存储运输。现有技术中的“将箱子码垛起来”包括转箱、箱子编组、码垛这几个步骤，前面两个工序是为码垛做准备，是这样进行的：一般有两条以上的输送带作用输送箱子用，输送带之间平行设置，每条输送带上设有编组机构，对箱子的位置调整后使其变成大致呈一字排开并且聚集在输送带末端的推箱平台上，有几条输送带就会在推箱平台形成几排的箱子，实际生产中，为了节省成本和占地面积，一般只有两条输送带，也就是说输送带的一次运输，只能输送两排的箱子，为了提高生产效率，需要多排的箱子才进行码垛，所以现有技术中，推箱机构会先将到达的两排箱子推开，然后等待下一次的两排箱子，当箱子积累到足够多之后，推箱机构会将所有排列好的箱子一起推导码垛机处进行整体搬运。该种生产方式效率低，且在推箱机构与箱子之间的碰撞比较大，容易发生爆瓶；转箱、编组设备体积庞大、结构复杂、成本昂贵。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种桁架机器人分箱控制系统，能够提高生产效率，且解决了传统转箱、编组设备体积庞大、结构复杂、成本昂贵的问题。 

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种桁架机器人分箱控制方法，控制简单，操作简便，解决了传统转箱、编组设备体积庞大、结构复杂、成本昂贵的问题。 

为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案是：一种桁架机器人分箱控制系统，包括人机控制面板、输送系统、抓取系统、推箱系统； 

所述人机控制面板与输送系统连接，人机控制面板依次通过PLC、伺服控制器后与抓取系统连接，人机控制面板通过PLC与推箱系统连接；

所述输送系统包括G轴伺服控制器、G轴伺服电机，所述G伺服轴电机与人机控制面板连接，人机控制面板控制G伺服轴电机转速；

所述抓取系统包括X轴伺服控制器、X轴伺服电机、X轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过X轴伺服电机、X轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第一闭环控制系统；

所述抓取系统包括Y轴伺服控制器、Y轴伺服电机、Y轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过Y轴伺服电机、Y轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第二闭环控制系统；

所述抓取系统包括Z轴伺服控制器、Z轴伺服电机、Z轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过Z轴伺服电机、Z轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第三闭环控制系统；

所述抓取系统包括R轴伺服控制器、R轴伺服电机、R轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过R轴伺服电机、R轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第四闭环控制系统；

所述抓取系统包括抓手、编组气缸、编组磁性开关，所述抓手与编组气缸连接，所述编组气缸与PLC连接，所述编组磁性开关与编组气缸连接；

所述推箱系统包括变频器、推箱电机、推箱接近开关、光电开关，所述光电开关感应输送系统上的箱子，并将信号传递至推箱电机，所述推箱电机与人机控制面板连接；

所述G轴伺服电机用来控制箱子输送方向运动，所述X轴电机用来控制抓手与箱子输送方向垂直的左右平移方向动作，所述Y轴电机用来控制与输送方向平行的前后运动方向动作，所述Z轴电机用来控制抓手升降运动，所述R轴电机用来控制抓手旋转运动。

作为改进，所述抓手包括左右夹子，所述编组气缸包括左右编组气缸，所述编组磁性开关包括左右编组磁性开关；所述左右编组气缸控制左右夹子运动。 

作为改进，所述X、Y、Z、R、G轴伺服电机上均设有限位开关，当伺服电机的运动碰到限位开关，伺服会自动停止，并报警，防止撞坏设备。 

作为改进，所述人机控制面板包括触摸屏、控制模块、参数设置模块、监控模块、报警模块、影像模块，所述控制模块与PLC连接，所述参数设置模块与PLC连接，所述监控模块分别与所述X、Y、Z、R、G轴伺服电机、推箱电机连接。通过人机控制面板手动控制各个电机和气缸；通过参数设置模块设置伺服及箱型参数；通过监测模块查看输入、输出及设备运行的状态信息；通过报警模块显示报警信息；通过影像模块显示设备运行动画场景。 

作为改进，设有远程控制中心，所述远程控制中心通过无线网络与PLC连接。远程控制中心通过无线网络获取PLC信息，可以对PLC进行故障处理。 

为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案是：一种桁架机器人分箱控制方法，包括人机控制面板、输送系统、抓取系统、推箱系统； 

所述人机控制面板与输送系统连接，人机控制面板依次通过PLC、伺服控制器后与抓取系统连接，人机控制面板通过PLC与推箱系统连接；

所述输送系统包括G轴伺服控制器、G轴伺服电机，所述G伺服轴电机与人机控制面板连接，人机控制面板控制G伺服轴电机转速；

所述抓取系统包括X轴伺服控制器、X轴伺服电机、X轴编码器、Y轴伺服控制器、Y轴伺服电机、Y轴编码器、Z轴伺服控制器、Z轴伺服电机、Z轴编码器、R轴伺服控制器、R轴伺服电机、R轴编码器、抓手、编组气缸、编组磁性开关；

所述推箱系统包括变频器、推箱电机、推箱接近开关、光电开关。

控制方法如下： 

101)          通过人机控制面板初始化系统；

102)          监测是否有箱子运到，有则判断抓手是否在原位；是则进入下一步，否则向人机控制面板发出报警信息；

103)          Y轴伺服电机前进，切入同步，同时Z轴伺服电机下降；

104)          由Z轴编码器判断Z轴伺服电机是否到位，是则进入下一步，否则返回上一步；

105)          编组气缸控制抓手抓箱子；

106)          由编组磁性开关判断抓手是否抓到位，是则进入下一步，否则返回上一步；

107)          X轴伺服电机平移、Y轴伺服电机前进、同时R轴伺服电机旋转共同使抓手运动；

108)          判断所有伺服电机到位，是则进入下一步，否则返回；

109)          编组气缸控制抓手松开，延时后，Z轴伺服电机带动抓手上升；

110)          判断是否上升到位，是则进入下一步，否则返回上一步；

111)          X、Y、R伺服电机同时复位。

作为改进，所述抓手包括左右夹子，所述编组气缸包括左右编组气缸，所述编组磁性开关包括左右编组磁性开关；所述左右编组气缸控制左右夹子运动。 

作为改进，所述X、Y、Z、R、G轴伺服电机上均设有限位开关，当伺服电机的运动碰到限位开关，伺服会自动停止，并报警，防止撞坏设备。 

作为改进，所述人机控制面板包括触摸屏、控制模块、参数设置模块、监控模块、报警模块、影像模块，所述控制模块与PLC连接，所述参数设置模块与PLC连接，所述监控模块分别与所述X、Y、Z、R、G轴伺服电机、推箱电机连接。通过人机控制面板手动控制各个电机和气缸；通过参数设置模块设置伺服及箱型参数；通过监测模块查看输入、输出及设备运行的状态信息；通过报警模块显示报警信息；通过影像模块显示设备运行动画场景。 

作为改进，设有远程控制中心，所述远程控制中心通过无线网络与PLC连接。远程控制中心通过无线网络获取PLC信息，可以对PLC进行故障处理。 

本发明与现有技术相比所带来的有益效果是： 

通过人机控制面板控制X、Y、Z、R、G轴伺服电机同时协同工作，使箱子能够一次性被分拣到指定位置且完成转箱，不需要更多的分拣设备，结构简单，且能够提高生产效率；

各种编码器和限位开关的设置，可以有效的防止电机动作过度而产生的爆瓶、位置偏差等不良影响；

设有远程控制中心，可以对PLC进行故障处理。

附图说明

图1为本发明控制系统框架图。 

图2为电机状态流程图。 

图3为本发明控制方法流程图。 

图4为本发明机械结构示意图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。 

如图1所示，一种桁架机器人分箱控制系统，包括人机控制面板、输送系统、抓取系统、推箱系统。所述人机控制面板与输送系统连接，人机控制面板依次通过PLC、伺服控制器后与抓取系统连接，人机控制面板通过PLC与推箱系统连接。 

如图1、4所示，所述输送系统包括G轴伺服控制器、G轴伺服电机5，所述G伺服轴电机与人机控制面板连接，人机控制面板控制G伺服轴电机转速。 

所述抓取系统包括X轴伺服控制器、X轴伺服电机1、X轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过X轴伺服电机1、X轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第一闭环控制系统； 

所述抓取系统包括Y轴伺服控制器、Y轴伺服电机2、Y轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过Y轴伺服电机2、Y轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第二闭环控制系统；

所述抓取系统包括Z轴伺服控制器、Z轴伺服电机3、Z轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过Z轴伺服电机3、Z轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第三闭环控制系统；

所述抓取系统包括R轴伺服控制器、R轴伺服电机4、R轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过R轴伺服电机4、R轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第四闭环控制系统。

所述抓取系统包括抓手7、编组气缸、编组磁性开关，所述抓手与编组气缸连接，所述编组气缸与PLC连接，所述编组磁性开关与编组气缸连接；所述抓手包括左右夹子，所述编组气缸包括左右编组气缸，所述编组磁性开关包括左右编组磁性开关；所述左右编组气缸控制左右夹子运动。 

所述推箱系统包括变频器、推箱电机6、推箱接近开关，光电开关，所述光电开关感应输送系统上的箱子，并将信号传递至推箱电机6，所述推箱电机6与人机控制面板连接。 

所述伺服控制器接收PLC的控制信号后，控制伺服电机动作，同时通过接收电机上编码器反馈的信号进行位置校正，构成闭环控制系统，可以实现伺服电机的快速运动与精确定位，具体包括下面几个伺服控制器： 

X轴伺服控制器：用来控制与输送方向垂直的左右平移方向动作的，对每一箱来说，它在X轴方向的位置可能都不一样，这个是参数设置里的码箱方式决定的。

Y轴伺服控制器：用来控制与输送方向平行的前后运动方向动作的。 

Z轴伺服控制器：用来控制抓手升降运动的，它有两个停止位置，一个 

是在上面，等待位，一个是在下面，抓箱位。

R轴伺服控制器：用来控制抓手旋转运动的，它有两个停止位置，一个 

是原位位置，一个是旋转90度后的位置，是否需要旋转是由参数设置里

的码箱方式决定的。

G轴伺服控制器：即抓手下的输送带，这个电机决定整机的速度，当它的速度提高时，其他伺服电机的动作速度也根据一定的比例关系同时提高。 

所述G轴伺服电机5用来控制箱子输送方向运动，所述X轴伺服电机1用来控制抓手与箱子输送方向垂直的左右平移方向动作，所述Y轴伺服电机2用来控制与输送方向平行的前后运动方向动作，所述Z轴伺服电机3用来控制抓手升降运动，所述R轴伺服电机4用来控制抓手旋转运动。 

PLC接收来自人机控制面板或远程控制中心的输入信号，通过内部CPU的运算，产生输出，控制编组气缸、推箱电机6、各个方向运动的伺服电机等执行机构的动作。所述X、Y、Z、R、G轴伺服电机1、2、3、4、5上均设有限位开关，当伺服电机的运动碰到限位开关，伺服会自动停止，并报警，防止撞坏设备。所述人机控制面板包括触摸屏、控制模块、参数设置模块、监控模块、报警模块、影像模块，所述控制模块与PLC连接，所述参数设置模块与PLC连接，所述监控模块分别与所述X、Y、Z、R、G轴伺服电机1、2、3、4、5、推箱电机6连接；通过人机控制面板手动控制各个电机和气缸；通过参数设置模块设置伺服及箱型参数；通过监测模块查看输入、输出及设备运行的状态信息；通过报警模块显示报警信息；通过影像模块显示设备运行动画场景。编组磁性开关是安装在编组气缸上的，用来检测编组气缸的动作有没有到位，每一组气缸都有两个磁性开关，分别检测是否夹到位和是否松到位。由于推箱电机6是非伺服的，没有编码器反馈位置信息，所以就用这些接近开关来反馈推箱的几个特定位置，共有4个接近开关，分别检测前进到位、前进减速、后退减速和后退到位。 

如图2、3所示，本发明桁架机器人分箱控制系统的具体控制方法如下： 

101)          通过人机控制面板初始化系统；

102)          监测是否有箱子运到，有则判断抓手是否在原位；是则进入下一步，否则向人机控制面板发出报警信息；

103)          Y轴伺服电机2前进，切入并与箱子同步，同时Z轴伺服电机3下降；

104)          由Z轴编码器判断Z轴伺服电机3是否到位，是则进入下一步，否则返回上一步；

105)          编组气缸控制抓手抓箱子；

106)          由编组磁性开关判断抓手是否抓到位，是则进入下一步，否则返回上一步；

107)          X轴伺服电机1平移、Y轴伺服电机2前进、同时R轴伺服电机4旋转共同使抓手运动；

108)          判断X、Y、R轴伺服电机1、2、4到位，是则进入下一步，否则返回上一步；

109)          编组气缸控制抓手松开，延时200毫秒后，Z轴伺服电机3带动抓手上升；

110)          判断是否上升到位，是则进入下一步，否则返回上一步；

111)          X、Y、R伺服电机1、2、4同时复位。

通过人机控制面板控制X、Y、Z、R、G轴伺服电机1、2、3、4、5同时协同工作，使箱子能够一次性被分拣到指定位置，不需要更多的分拣设备，结构简单，且能够提高生产效率。 

Claims (10)

1.一种桁架机器人分箱控制系统，其特征在于：包括人机控制面板、输送系统、抓取系统、推箱系统；

所述人机控制面板与输送系统连接，人机控制面板通过PLC与抓取系统的伺服控制器连接，人机控制面板通过PLC与推箱系统连接；

所述输送系统包括G轴伺服控制器、G轴伺服电机，所述G伺服轴电机与人机控制面板连接，人机控制面板控制G伺服轴电机转速；

所述抓取系统包括X轴伺服控制器、X轴伺服电机、X轴编码器，X轴伺服控制器信号依次通过X轴伺服电机、X轴编码器后回馈到X轴伺服控制器中，形成第一闭环控制系统；

所述抓取系统包括Y轴伺服控制器、Y轴伺服电机、Y轴编码器，Y轴伺服控制器信号依次通过Y轴伺服电机、Y轴编码器后回馈到Y轴伺服控制器中，形成第二闭环控制系统；

所述抓取系统包括Z轴伺服控制器、Z轴伺服电机、Z轴编码器，Z轴伺服控制器信号依次通过Z轴伺服电机、Z轴编码器后回馈到Z轴伺服控制器中，形成第三闭环控制系统；

所述抓取系统包括R轴伺服控制器、R轴伺服电机、R轴编码器，R轴伺服控制器信号依次通过R轴伺服电机、R轴编码器后回馈到R轴伺服控制器中，形成第四闭环控制系统；

所述抓取系统包括抓手、编组气缸、编组磁性开关，所述抓手与编组气缸连接，所述编组气缸与PLC连接，所述编组磁性开关与编组气缸连接；

所述推箱系统包括推箱电机、推箱接近开关，光电开关，所述光电开关感应输送系统上的箱子，并将信号传递至推箱电机，所述推箱电机与人机控制面板连接；

所述G轴伺服电机用来控制箱子在输送方向上的运动；所述X轴伺服电机用来控制抓手与箱子，控制这两个部件在与输送方向垂直的左右平移方向上的动作；所述Y轴伺服电机用来控制抓手与箱子，控制这两个部件在与输送方向平行的前后运动方向上的动作；所述Z轴伺服电机用来控制抓手升降运动，所述R轴伺服电机用来控制抓手旋转运动。

2.根据权利要求1所述的一种桁架机器人分箱控制系统，其特征在于：所述抓手包括左、右夹子，所述编组气缸包括左、右编组气缸，所述编组磁性开关包括左、右编组磁性开关；所述左、右编组气缸控制左、右夹子运动。

3.根据权利要求1所述的一种桁架机器人分箱控制系统，其特征在于：所述X、Y、Z、R、G轴伺服电机上均设有限位开关。

4.根据权利要求1所述的一种桁架机器人分箱控制系统，其特征在于：所述人机控制面板包括触摸屏、控制模块、参数设置模块、监控模块、报警模块、影像模块，所述控制模块与PLC连接，所述参数设置模块与PLC连接，所述监控模块分别与所述X、Y、Z、R、G轴伺服电机、推箱电机连接。

5.根据权利要求1所述的一种桁架机器人分箱控制系统，其特征在于：设有远程控制中心，所述远程控制中心通过无线网络与PLC连接。

6.一种桁架机器人分箱控制方法，其特征在于：包括人机控制面板、输送系统、抓取系统、推箱系统；

所述人机控制面板与输送系统连接，人机控制面板通过PLC与抓取系统的伺服控制器连接，人机控制面板通过PLC与推箱系统连接；

所述输送系统包括G轴伺服控制器、G轴伺服电机，所述G伺服轴电机与人机控制面板连接，人机控制面板控制G伺服轴电机转速；

所述抓取系统包括X轴伺服控制器、X轴伺服电机、X轴编码器、Y轴伺服控制器、Y轴伺服电机、Y轴编码器、Z轴伺服控制器、Z轴伺服电机、Z轴编码器、R轴伺服控制器、R轴伺服电机、R轴编码器、抓手、编组气缸、编组磁性开关；

控制方法如下：

通过人机控制面板初始化系统；

监测是否有箱子运到，有则判断抓手是否在原位；是则进入下一步，否则向人机控制面板发出报警信息；

Y轴伺服电机前进，切入并与箱子同步，同时Z轴伺服电机下降；

由Z轴编码器判断Z轴伺服电机是否到位，是则进入下一步，否则返回上一步；

编组气缸控制抓手抓箱子；

由编组磁性开关判断抓手是否抓到位，是则进入下一步，否则返回上一步；

X轴伺服电机平移、Y轴伺服电机前进、同时R轴伺服电机旋转共同使抓手运动；

判断X、Y、R轴伺服电机到位，是则进入下一步，否则返回上一步；

编组气缸控制抓手松开，延时后，Z轴伺服电机带动抓手上升；

判断是否上升到位，是则进入下一步，否则返回上一步；

X、Y、R轴伺服电机同时复位。

7.根据权利要求6所述的一种桁架机器人分箱控制方法，其特征在于：所述X、Y、Z、R、G轴伺服电机上均设有限位开关。

8.根据权利要求6所述的一种桁架机器人分箱控制方法，其特征在于：所述抓手包括左、右夹子，所述编组气缸包括左、右编组气缸，所述编组磁性开关包括左、右编组磁性开关；所述左、右编组气缸控制左、右夹子运动。

9.根据权利要求6所述的一种桁架机器人分箱控制方法，其特征在于：所述人机控制面板包括触摸屏、控制模块、参数设置模块、监控模块、报警模块、影像模块，所述控制模块与PLC连接，所述参数设置模块与PLC连接，所述监控模块分别与所述X、Y、Z、R、G轴伺服电机、推箱电机连接。

10.根据权利要求6所述的一种桁架机器人分箱控制方法，其特征在于：设有远程控制中心，所述远程控制中心通过无线网络与PLC连接。

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