CN102794768A - 一种物料搬运机器人及其工业过程控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及搬运机器人领域，公开了一种物料搬运机器人及其工业过程控制方法；本发明的物料搬运机器人具有方便控制和操作的硬件系统，该物料搬运机器人的工业过程控制方法简化了操作步骤，可以针对不同工业现场设定不同的工作模式。本物料搬运机器人的控制硬件包括控制柜，控制柜内安装单片机控制器，包括单片机，以及安装于单片机输入输出信号前端的光电耦合器；控制柜上设置用于实现与本物料搬运机器人实现交互控制的触摸屏；本发明的工业过程控制方法，提供了多种工作模式，适用于复杂的工业现场，能方便灵活的进行不同模式的控制，让机器人针对不同的工作时间、工作地点或工作阶段进行最合适的工作过程，使得机器人搬运工作及时高效。

Description

一种物料搬运机器人及其工业过程控制方法

技术领域

本发明涉及搬运机器人领域，具体应用于工业现场搬运工件。

背景技术

用于工业现场的搬运机器人，主要适用于替代人力进行一些危险工件的搬运，比如热模锻搬运机器人一般用于在锻造生产和铸件落砂等工作条件恶劣的场合，改善工人的劳动强度，该机器人能完成取料、提升、摆动、下降、卸料工业过程，包括回转工作台，直线滑台以及升降装置；

但是工业现场复杂多样，一成不变的机器人工作循环无法满足机器人需要针对不同的工业环境或工业过程进行加减速以及适时调整运动位置的需求；然而一些机器人通过增加部件或增加控制器件来增加一些机器人的调整功能，这些机器人操作起来非常麻烦，对操作者的要求比较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中存在的不足提供一种物料搬运机器人及其工业过程控制方法，其中，物料搬运机器人具有方便控制和操作的硬件系统，该物料搬运机器人的工业过程控制方法应能简化操作步骤，可以针对不同工业现场设定不同的工作模式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种物料搬运机器人，其能完成取料、提升、摆动、下降、卸料工业过程，包括主体支架，用于实现摆动过程的回转工作台，用于实现取料和卸料过程的直线滑台以及用于实现提升和下降过程的升降装置；回转工作台上设置驱动回转工作台转动的回转电机，直线滑台上设置用于驱动直线滑台伸缩的滑台电机，直线滑台的前端安装机械手爪，机械手爪的端部安装用于驱动机械手爪伸缩的伸缩气缸；上述的升降装置的下方安装用于驱动升降装置升降的升降气缸；

还包括用于整个机器人工业过程控制的控制柜，控制柜内安装单片机控制器，包括单片机，以及安装于单片机输入输出信号前端的光电耦合器；控制柜上设置用于实现与本物料搬运机器人实现交互控制的触摸屏；

上述的滑台电机和回转电机为伺服电机；滑台电机、回转电机、升降气缸和伸缩气缸的信号线连接至单片机控制器中。

进一步的是：上述回转工作台和直线滑台的动作机构上均安装有限位监测装置；所述的升降装置和机械手爪上分别设置控制其运行停止位置的位置监测开关。

优选的是：上述单片机控制器中控制滑台电机和回转电机的输出信号线上设置的光电耦合器为高速光电耦合器。

进一步的是：上述升降气缸和伸缩气缸的气路中安装有可编程电磁阀，可编程电磁阀的信号线连接至单片机控制器中。

进一步的是：上述控制柜上设置能切断单片机控制器所有输出信号的急停开关，该急停开关的信号线连接至单片机控制器上；与此同时，在触摸屏的操作界面中设置能切断单片机控制器所有输出信号的急停按钮，该急停按钮通过软件编程实现。

上述任何一种物料搬运机器人的工业过程控制方法，在开始整个工业过程后，具有：

是否手动设定的步骤；

执行是后进入模式选择步骤，模式选择步骤中包括用于手动调整机械手爪状态的手动模式，用于以默认参数自动运行的自动模式，用于定量旋转或前进的增量模式以及用于验证程序对与错的单段模式；

参数设定步骤，针对不同的模式进行填表式的参数输入；

执行工业过程的步骤；

上述的是否手动设定的步骤中，执行否或无响应时，默认执行自动模式，该自动模式以默认参数执行工业过程。

进一步的，在上述是否手动设定的步骤中，无响应的时间为2秒-5秒，经过该时间后执行无响应的步骤。

进一步的，上述整个工业过程控制的人工操作步骤在触摸屏13上操作。

本发明的有益效果是：

对于物料搬运机器人来说：

1、通过单片机、触摸屏、伺服电机等组成的可控制硬件系统，使得本物料搬运机器人可交互能力增强，能用于复杂的工业环境；

2、设置限位装置有利于机器人在控制时能更加精准，并且保证了运动的可靠性；

3、在输入输出信号上设置光电耦合器，增加了本机器人的抗干扰能力，提高了整个控制硬件系统的可靠性；

4、设置气缸上设置的电磁阀，不仅具有气缸的开关控制功能，而且能实现气缸运动速度的可控性；

5、双急停功能的设置，进一步增加了机器人的可靠性，确保出线问题时及时停止。

对于上述物料搬运机器人的工业过程控制方法来说：

1、具有多模式工作模式，适用于复杂的工业环境；

2、填表式参数设置，简化了操作者的操作难度，只需要通过触摸屏的设置即可实现整个搬运机器人的控制过程；

3、在模式选择之前设置无响应执行自动模式的功能，使得整个机器人不会因为无人工操作陷入停滞状态，提高了工作效率，非常人性化。

综上所述，本发明整体上适用于复杂的工业现场，能方便灵活的进行不同模式的控制，让机器人针对不同的工作时间、工作地点或工作阶段进行最合适的工作过程，使得机器人搬运工作及时高效。同时本发明的机器人可靠性高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明单片机控制器的控制结构示意图；

图3为本发明工业过程控制流程图。

附图标记说明：

1-机械手爪，2-伸缩气缸，3-直线滑台，4-滑台电机，5-柱体支架，6-升降装置，7-升降气缸，8-回转电机，9-信号线，10-光电耦合器，11-控制柜，12-单片机，13-触摸屏，14-回转工作台。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

如图1、图2和图3所示，其示出了本发明的一个实施例，本实施例的物料搬运机器人能完成取料、提升、摆动、下降、卸料工业过程，包括主体支架5，用于实现摆动过程的回转工作台14，用于实现取料和卸料过程的直线滑台3以及用于实现提升和下降过程的升降装置6；其中，回转工作台14安装于主体支架5的底部，回转工作台14底部设置万向轮，主体支架5两侧安装升降气缸7，升降气缸7的活塞输出轴上安装升降装置6，升降装置6滑动安装在主体支架5上，升降装置6顶部连接直线滑台3，直线滑台3固定安装在主体支架5上，其水平设置，直线滑台3的前端安装机械手爪1；

回转工作台14上设置驱动回转工作台14转动的回转电机8，直线滑台3上设置用于驱动直线滑台伸缩的滑台电机4，直线滑台3的前端安装机械手爪1，机械手爪1的端部安装用于驱动机械手爪1伸缩的伸缩气缸2；上述的升降装置6的下方安装用于驱动升降装置6升降的升降气缸7；

上述的物流搬运机器人还包括能实现整个机器人工业过程控制的控制柜11，控制柜11内安装单片机控制器，包括单片机12，单片机12安装在PCB(印刷线路板)上，PCB上还安装其他用于实现单片机12控制功能的元器件，其中单片机12的所有输入输出信号线前端均安装光电耦合器10；控制柜11上设置用于实现与本物料搬运机器人实现交互控制的触摸屏13；

为了实现上述单片机12通过触摸屏13对整个物料搬运机器人交互控制的功能，上述的滑台电机4和回转电机8为伺服电机，滑台电机4、回转电机8、升降气缸7和伸缩气缸2的信号线9连接至单片机控制器中。

为了在物料搬运机器人在执行工业过程中能精确运行，上述回转工作台14和直线滑台3的动作机构上均安装有限位监测装置；所述的升降装置6和机械手爪1上分别设置控制其运行停止位置的位置监测开关。

为了进一步增加单片机控制时的抗干扰能力，上述单片机控制器中控制滑台电机4和回转电机8的输出信号线上设置的光电耦合器为高速光电耦合器。

上述的升降气缸7和伸缩气缸2的气路中安装有可编程电磁阀，可编程电磁阀的信号线连接至单片机控制器中，如此一来，单片机在控制气缸时不仅能控制气缸的运动和停止，同时能控制气缸的运动速度，通过控制电磁阀的开度来实现。

为了保证整个搬运机器人遇到意外时能即时停止，在控制柜11上设置能切断单片机控制器所有输出信号的急停开关，该急停开关的信号线连接至单片机控制器上；与此同时，在触摸屏13的操作界面中设置能切断单片机控制器所有输出信号的急停按钮，该急停按钮通过软件编程实现。双保险，保证了急停功能的可靠性。

本发明还包括上述的物料搬运机器人的工业过程控制方法，当开始整个工业过程后，具有：

是否手动设定的步骤；

执行是后进入模式选择步骤，模式选择步骤中包括用于手动调整机械手爪状态的手动模式，用于以默认参数自动运行的自动模式，用于定量旋转或前进的增量模式以及用于验证程序对与错的单段模式；

参数设定步骤，针对不同的模式进行填表式的参数输入；

执行工业过程的步骤；

上述的是否手动设定的步骤中，执行否或无响应时，默认执行自动模式，该自动模式以默认参数执行工业过程。

设定四种工作模式，主要是针对工业现场的复杂环境，不同的工业现场环境需要本物料搬运机器人能灵敏的进行加减速控制，并且需要更改不同的动作顺序，以高效的工作模式适用每一个工业现场。

手动模式下可以进行急停、复位、回零、倍率、增量、设置、编程等操作，手动模式适用于需要进行手动调整机械手的状态以及测试各个基本动作，设置此模式是为了方便调试与操作机械手，可以点击触摸屏上“手动”进入此模式。

增量模式下可以进行定量的旋转或者是前进。适用于定量调整机械手的直线行程与旋转角度，设置此模式是为了方便调试与操作机械手，可以点击触摸屏上“增量”。

自动模式下机械手可以自动循环用户程序以达到功能要求，设置此模式为了让所需要的动作自动运行，可以点击触摸屏上“自动”进入此模式。

单段模式下可以验证程序的对与错，设置此模式为了让所需要的动作能够在调试模式下运行，可以点击触摸屏上“单段”进入此模式。

上述的是否手动设定的步骤中，无响应的时间为2秒-5秒，经过该时间后执行无响应的步骤。当始终进行自动模式默认执行时，可以将无响应时间设定为2秒，如此可以提高效率。

上述整个工业过程控制的人工操作步骤在触摸屏13上操作。所述的人工操作步骤是指除了上述工业过程控制方法中的执行步骤以外的步骤；具体的主要是涉及参数设定步骤中填表式参数输入，所述填表式参数输入是指，在触摸屏的界面中设置对应每一个步骤的菜单，该菜单的界面为表格，只需要在表格内输入参数即可。下面给出一个参数设定表格：

上述的表格中，X轴为直线滑台3的水平方向，Z轴为垂直于直线滑台3的垂直方向，在人工进行填表式参数输入时，只需要在上表中的计量单位前方输入数值即可。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (8)

1.一种物料搬运机器人，其能完成取料、提升、摆动、下降、卸料工业过程，包括主体支架(5)，用于实现摆动过程的回转工作台(14)，用于实现取料和卸料过程的直线滑台(3)以及用于实现提升和下降过程的升降装置(6)；回转工作台(14)上设置驱动回转工作台(14)转动的回转电机(8)，直线滑台(3)上设置用于驱动直线滑台伸缩的滑台电机(4)，直线滑台(3)的前端安装机械手爪(1)，机械手爪(1)的端部安装用于驱动机械手爪(1)伸缩的伸缩气缸(2)；上述的升降装置(6)的下方安装用于驱动升降装置(6)升降的升降气缸(7)；其特征在于：

还包括用于整个机器人工业过程控制的控制柜(11)，控制柜(11)内安装单片机控制器，包括单片机(12)，以及安装于单片机(12)输入输出信号前端的光电耦合器(10)；控制柜(11)上设置用于实现与本物料搬运机器人实现交互控制的触摸屏(13)；

上述的滑台电机(4)和回转电机(8)为伺服电机；滑台电机(4)、回转电机(8)、升降气缸(7)和伸缩气缸(2)的信号线(9)连接至单片机控制器中。

2.如权利要求1所述的一种物料搬运机器人，其特征在于：所述回转工作台(14)和直线滑台(3)的动作机构上均安装有限位监测装置；所述的升降装置(6)和机械手爪(1)上分别设置控制其运行停止位置的位置监测开关。

3.如权利要求1或2所述的一种物料搬运机器人，其特征在于：单片机控制器中控制滑台电机(4)和回转电机(8)的输出信号线上设置的光电耦合器为高速光电耦合器。

4.如权利要求1所述的一种物料搬运机器人，其特征在于：升降气缸(7)和伸缩气缸(2)的气路中安装有可编程电磁阀，可编程电磁阀的信号线连接至单片机控制器中。

5.如权利要求1所述的一种物料搬运机器人，其特征在于：在控制柜(11)上设置能切断单片机控制器所有输出信号的急停开关，该急停开关的信号线连接至单片机控制器上；与此同时，在触摸屏(13)的操作界面中设置能切断单片机控制器所有输出信号的急停按钮，该急停按钮通过软件编程实现。

6.如权利要求1-5所述的任何一种物料搬运机器人的工业过程控制方法，其特征在于：在开始整个工业过程后，具有：

是否手动设定的步骤；

执行是后进入模式选择步骤，模式选择步骤中包括用于手动调整机械手爪状态的手动模式，用于以默认参数自动运行的自动模式，用于定量旋转或前进的增量模式以及用于验证程序对与错的单段模式；

参数设定步骤，针对不同的模式进行填表式的参数输入；

执行工业过程的步骤；

上述的是否手动设定的步骤中，执行否或无响应时，默认执行自动模式，该自动模式以默认参数执行工业过程。

7.如权利要求6所述的一种物料搬运机器人的工业过程控制方法，其特征在于：是否手动设定的步骤中，无响应的时间为2秒-5秒，经过该时间后执行无响应的步骤。

8.如权利要求6或7所述的一种物料搬运机器人的工业过程控制方法，其特征在于：整个工业过程控制的人工操作步骤在触摸屏(13)上操作。

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