CN102642331B - 压力机上下料机械手控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明压力机上下料机械手控制系统是基于PID控制算法的压力机上下料机械手的控制系统，可实现4轴交流伺服电机的同步控制和8通道的模拟量输入控制，并根据冲压工艺流程，控制机械手和送料转盘运动及协调，以完成对产品的上下料工作，对未放置到位的待冲压产品进行检测及处理，保障机械设备安全，设置使用灵活，稳定可靠且控制反应灵敏，程序维护成本低，适用于其他同类产品的冲压工艺要求。

Description

压力机上下料机械手控制系统

技术领域

本发明属于压力机机械手领域，具体涉及一种基于PID控制算法的压力机上下料机械手的控制系统。

背景技术

压力机机械手是为冲压自动化专门配备的机械，它可以在减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产，能够通过自动控制实现高速、高效的上下料

工作，在提高压力机的生产效率、稳定产品质量、降低废品率、降低生产成本、增强企业的竞争力等方面起到极其重要的作用。

现有技术的机械手在控制方面存在的缺陷是：机械手一般是用单片机作为主要控制单元，由于单片机的编程工作比较复杂，其内部程序固化单独，一旦出现故障或者机械手工作任务改变需要修改程序的情况，则需要由专业人员对

单片机的内部程序进行重新编写，利用单片机对机械手进行控制的操作灵活性和通用性差、成本高、程序复杂开发难度大，且控制精度和效率不高。目前国内也有进口配套昂贵机械手配置数控伺服电机等系统，机械手主要由定位、夹紧、翻转三部分组成，但其设备售价高，使用成本高，不能满足不同几何形状工件的加工需要，且整体结构复杂，联动性低，体积大，维修困难，回转角度及灵活性有待提高。因此，研究出操作方便、实用、安全性能好、生产效率高及生产成本低的机械手控制系统成为一种需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种实用灵活、

高效准确、生产成本低、基于PID控制算法的压力机上下料机械手控制系统。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

压力机上下料机械手控制系统，其特征在于：包括三相干式变压器、伺服放大器、电源适配器、工控机、开关电源、空气压缩机、交流伺服电机、端子板、数据传输模块、气动三元件、导轨、第一接近开关、第二接近开关、吸盘传感器、第一光纤传感器、第二光纤传感器、第三光纤传感器、第四光纤传感器、接近开关、集成真空发生器、微型光电开关、真空吸盘；所述三相干式变压器分别与伺服放大器、电源适配器、工控机、开关电源、空气压缩机连接；所述伺服放大器与交流伺服电机连接；所述电源适配器与端子板连接，所述端子板分别与导轨、第一接近开关连接，所述导轨与微型光电开光连接；所述工控机分别与端子板、数据传输模块连接，所述数据传输模块分别与吸盘传感器、第一光纤传感器、第二光纤传感器、第三光纤传感器、第四光纤传感器、第二接近开关连接；所述开关电源分别与数据传输模块、端子板连接；所述空气压缩机与气动三元件连接，所述气动三元件与集成真空发生器连接，所述集成真空发生器与真空吸盘连接。

所述压力机上下料机械手控制系统连接有触摸屏，触摸屏上的控制界面可直接对机械手的多个关键参数进行设置，可实时查看操作进度、参数统计、调节工作速度等。

所述触摸屏连接于电源适配器与端子板之间。

所述三相干式变压器还连接有风扇。

所述数据传输模块由ADAM-4051模块和ADAM-4068模块组成，ADAM-4051模块、ADAM-4068模块分别与工控机连接，ADAM-4051模块、ADAM-4068模块分别与开关电源连接。

所述压力机上下料机械手控制系统还连接有送料转盘、送料推杆及机械手，所述工控机分别与送料转盘、送料推杆连接，所述交流伺服电机与机械手连接；所述第一光纤传感器固定于送料推杆上，所述第二光纤传感器、第三光纤传感器固定于机械手左端，所述第四光纤传感器固定于机械手右端。

所述机械手两端与真空吸盘连接。

一种压力机上下料机械手控制系统的控制方法，包括以下步骤：

（1）工控机基于PID控制，第一光纤传感器检测送料推杆上是否有待加工产品，如果是，工控机控制送料推杆向上移把待加工产品推至某一位置并进入步骤（2）；如果否，工控机则控制送料推杆下降并进入到步骤（8）；

（2）工控机控制机械手移动至待加工产品上方指定位置，并向下移动，机械手右端的第四光纤传感器检测下模内的已加工产品是否到达吸盘吸附位置，或机械手右端真空发生器是否产生成功吸取信号，如果其中任意为是，则进入步骤（3），如果否，则系统报警，操作人员排除故障重新启动；

（3）工控机控制送料推杆继续上移，第二光纤传感器检测送料推杆上的待加工产品是否到达吸盘吸附位置，或机械手左端真空发生器是否产生成功吸取信号，如果其中任意为是，则机械手上移，机械手左端与待加工产品进入到步骤（4）；如果否，则系统报警，操作人员排除故障重新启动；

（4）工控机控制机械手右移再下移，到达指定位置时，机械手右端真空发生器是否产生成功吸取信号，如果是，则进入步骤（5），如果否，则系统报警，操作人员排除故障后重新启动；

（5）工控机控制机械手释放两端真空吸盘的吸取的产品，待加工产品被释放到冲床下模，已完成产品被释放到指定篮筐中，并进入步骤（6）；

（6）第三光纤传感器检测待加工产品是否放置水平，如果是，工控机控制机械手回到中点等待冲压，如果否，则系统报警，操作人员排除故障后重新启动；

（7）工控机接收到冲压完成的信号后，控制机械手左移再上移回到步骤（2）循环工作；

（8）工控机控制送料推杆下移至下极限，并使送料转盘旋转90°移至下一工位，第一光纤传感器检测送料推杆上是否有待加工产品，如果是，则进入步骤（2），如果否，则继续循环步骤（8）。

本发明的控制原理：光纤传感器获得信号后通过数据传输模块反馈给工控机，工控机根据检测信号控制伺服放大器、交流伺服电机、空气压缩机的运作来控制送料转盘、送料推杆、机械手和真空吸盘的操作，同时，各传感器将检测到的信号反馈给工控机，以达到一个循环调节控制的过程。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明是基于PID控制算法的压力机上下料机械手的控制系统，可实现4轴交流伺服电机的同步控制和8通道的模拟量输入控制，并根据冲压工艺流程，控制机械手和送料转盘运动及协调，以完成对产品的上下料工作，对未放置到位的待冲压产品进行检测及处理，保障机械设备安全。本发明可以简单有效地控制机械手进行运动，设置使用灵活，稳定可靠且控制反应灵敏，程序维护成本低，适用于其他同类产品的冲压工艺要求。

附图说明

图1是本发明压力机上下料机械手控制系统的电气原理图。

图2是本发明压力机上下料机械手控制系统的程序流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，压力机上下料机械手控制系统，其特征在于：包括三相干式变压器、伺服放大器、电源适配器、工控机、开关电源、空气压缩机、交流伺服电机、端子板、数据传输模块、气动三元件、导轨、第一接近开关、第二接近开关、吸盘传感器、第一光纤传感器、第二光纤传感器、第三光纤传感器、第四光纤传感器、接近开关、集成真空发生器、微型光电开关、真空吸盘。

所述三相干式变压器分别与伺服放大器、电源适配器、工控机、开关电源、空气压缩机连接；所述伺服放大器与交流伺服电机连接；所述电源适配器与端子板连接，所述端子板分别与导轨、第一接近开关连接，所述导轨与微型光电开光连接；所述工控机分别与端子板、数据传输模块连接，所述数据传输模块分别与吸盘传感器、第一光纤传感器、第二光纤传感器、第三光纤传感器、第四光纤传感器、第二接近开关连接；所述开关电源分别与数据传输模块、端子板连接；所述空气压缩机与气动三元件连接，所述气动三元件与集成真空发生器连接，所述集成真空发生器与真空吸盘连接。

所述压力机上下料机械手控制系统连接有触摸屏，触摸屏上的控制界面可直接对机械手的多个关键参数进行设置，可实时查看操作进度、参数统计、调节工作速度等。

所述触摸屏连接于电源适配器与端子板之间。

所述数据传输模块由ADAM-4051模块和ADAM-4068模块组成，ADAM-4051模块、ADAM-4068模块分别与工控机连接，ADAM-4051模块、ADAM-4068模块分别与开关电源连接。

所述三相干式变压器还连接有风扇。

所述压力机上下料机械手控制系统还连接有送料转盘、送料推杆及机械手，所述工控机分别与送料转盘、送料推杆连接，所述交流伺服电机与机械手连接；所述第一光纤传感器固定于送料推杆上，所述第二光纤传感器、第三光纤传感器固定于机械手左端，所述第四光纤传感器固定于机械手右端，第一光纤传感器用于检测送料推杆上是否有待加工产品，第二光纤传感器用于检测待加工产品是否水平，第三光纤传感器用于检测机械手左端与待加工产品距离，以控制适当位置，第四光纤传感器用于检测机械手右端下方是否有产品。

所述机械手两端与真空吸盘连接。

本发明的控制原理：光纤传感器获得信号后通过数据传输模块反馈给工控机，工控机根据检测信号控制伺服放大器、交流伺服电机、空气压缩机的运作来控制送料转盘、送料推杆、机械手和真空吸盘的操作，同时，各传感器将检测到的信号反馈给工控机，以达到一个循环调节控制的过程。

如图2所示，一种压力机上下料机械手控制系统的控制方法，包括以下步骤：

（1）工控机基于PID控制，第一光纤传感器检测送料推杆上是否有待加工产品，如果是，工控机控制送料推杆向上移把待加工产品推至某一位置并进入步骤（2）；如果否，工控机则控制送料推杆下降并进入到步骤（8）；

（2）工控机控制机械手移动至待加工产品上方指定位置，并向下移动，机械手右端的第四光纤传感器检测下模内的已加工产品是否到达吸盘吸附位置，或机械手右端真空发生器是否产生成功吸取信号，如果其中任意为是，则进入步骤（3），如果否，则系统报警，操作人员排除故障重新启动；

（3）工控机控制送料推杆继续上移，第二光纤传感器检测送料推杆上的待加工产品是否到达吸盘吸附位置，或机械手左端真空发生器是否产生成功吸取信号，如果其中任意为是，则机械手上移，机械手左端与待加工产品进入到步骤（4）；如果否，则系统报警，操作人员排除故障重新启动；

（4）工控机控制机械手右移再下移，到达指定位置时，机械手右端真空发生器是否产生成功吸取信号，如果是，则进入步骤（5），如果否，则系统报警，操作人员排除故障后重新启动；

（5）工控机控制机械手释放两端真空吸盘的吸取的产品，待加工产品被释放到冲床下模，已完成产品被释放到指定篮筐中，并进入步骤（6）；

（6）第三光纤传感器检测待加工产品是否放置水平，如果是，工控机控制机械手回到中点等待冲压，如果否，则系统报警，操作人员排除故障后重新启动；

（7）工控机接收到冲压完成的信号后，控制机械手左移再上移回到步骤（2）循环工作；

（8）工控机控制送料推杆下移至下极限，并使送料转盘旋转90°移至下一工位，第一光纤传感器检测送料推杆上是否有待加工产品，如果是，则进入步骤（2），如果否，则继续循环步骤（8）。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.压力机上下料机械手控制系统，其特征在于：压力机上下料机械手控制系统基于PID控制算法，包括三相干式变压器、伺服放大器、电源适配器、工控机、开关电源、空气压缩机、交流伺服电机、端子板、数据传输模块、气动三元件、导轨、第一接近开关、第二接近开关、吸盘传感器、第一光纤传感器、第二光纤传感器、第三光纤传感器、第四光纤传感器、接近开关、集成真空发生器、微型光电开关、真空吸盘；

所述三相干式变压器分别与伺服放大器、电源适配器、工控机、开关电源、空气压缩机连接；

所述伺服放大器与交流伺服电机连接；

所述电源适配器与端子板连接，所述端子板分别与导轨、第一接近开关连接，所述导轨与微型光电开光连接；

所述工控机分别与端子板、数据传输模块连接，所述数据传输模块分别与吸盘传感器、第一光纤传感器、第二光纤传感器、第三光纤传感器、第四光纤传感器、第二接近开关连接；

所述开关电源分别与数据传输模块、端子板连接；所述空气压缩机与气动三元件连接，所述气动三元件与集成真空发生器连接，所述集成真空发生器与真空吸盘连接。

2.根据权利要求1所述的压力机上下料机械手控制系统，其特征在于：所述压力机上下料机械手控制系统连接有触摸屏，触摸屏上的控制界面可直接对机械手的多个关键参数进行设置。

3.根据权利要求2所述的压力机上下料机械手控制系统，其特征在于：所述触摸屏连接于电源适配器与端子板之间。

4.根据权利要求1所述的压力机上下料机械手控制系统，其特征在于：所述数据传输模块由ADAM-4051模块和ADAM-4068模块组成，ADAM-4051模块、ADAM-4068模块分别与工控机连接，ADAM-4051模块、ADAM-4068模块分别与开关电源连接。

5.根据权利要求1所述的压力机上下料机械手控制系统，其特征在于：所述三相干式变压器还连接有风扇。

6.根据权利要求1所述的压力机上下料机械手控制系统，其特征在于：所述压力机上下料机械手控制系统还连接有送料转盘、送料推杆及机械手；工控机分别与送料转盘、送料推杆连接；交流伺服电机与机械手连接；第一光纤传感器固定于送料推杆上；所述第二光纤传感器、第三光纤传感器固定于机械手左端；第四光纤传感器固定于机械手右端。

7.根据权利要求5所述的压力机上下料机械手控制系统，其特征在于：所述机械手两端与真空吸盘连接。

8.一种根据权利要求7所述的压力机上下料机械手控制系统的控制方法，包括以下步骤：

（1）工控机基于PID控制，第一光纤传感器检测送料推杆上是否有待加工产品，如果是，工控机控制送料推杆向上移把待加工产品推至某一位置并进入步骤（2）；如果否，工控机则控制送料推杆下降并进入到步骤（8）；

（2）工控机控制机械手移动至待加工产品上方指定位置，并向下移动，机械手右端的第四光纤传感器检测下模内的已加工产品是否到达吸盘吸附位置，或机械手右端真空发生器是否产生成功吸取信号，如果其中任意为是，则进入步骤（3），如果否，则系统报警，操作人员排除故障重新启动；

（3）工控机控制送料推杆继续上移，第二光纤传感器检测送料推杆上的待加工产品是否到达吸盘吸附位置，或机械手左端真空发生器是否产生成功吸取信号，如果其中任意为是，则机械手上移，机械手左端与待加工产品进入到步骤（4）；如果否，则系统报警，操作人员排除故障重新启动；

（4）工控机控制机械手右移再下移，到达指定位置时，机械手右端真空发生器是否产生成功吸取信号，如果是，则进入步骤（5），如果否，则系统报警，操作人员排除故障后重新启动；

（5）工控机控制机械手释放两端真空吸盘的吸取的产品，待加工产品被释放到冲床下模，已完成产品被释放到指定篮筐中，并进入步骤（6）；

（6）第三光纤传感器检测待加工产品是否放置水平，如果是，工控机控制机械手回到中点等待冲压，如果否，则系统报警，操作人员排除故障后重新启动；

（7）工控机接收到冲压完成的信号后，控制机械手左移再上移回到步骤（2）循环工作；

（8）工控机控制送料推杆下移至下极限，并使送料转盘旋转90°移至下一工位，第一光纤传感器检测送料推杆上是否有待加工产品，如果是，则进入步骤（2），如果否，则继续循环步骤（8）。

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