CN103213127A - 一种压机-机器人同步运动动作协调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压机-机器人同步运动动作协调方法，自动调整机器人R_i放下零件后离开压机P_i到R_i准备入压机P_i-1抓取零件的等待点之间的空载段轨迹倍速；自动调整机器人R_i抓取零件后离开压机P_i-1到R_i准备入压机P_i放下零件的等待点之间的负载段轨迹倍速；下料机器人R_i+1在滑块尚未到达360°时就提前入模，即压机P_i曲柄转角进入β时刻，机器人R_i+1已等在模具旁。本发明依据同步运动控制算法自动调整机器人空载行程段负载行程段速度来增加压机-机器人动作协调性，实现压机与机器人同步功能，最大化机器人上下料运动与压机运动之间的重合度，达到平稳切换机器人速度来提高生产节拍和提高正线生产效率的目的。

Description

一种压机-机器人同步运动动作协调方法

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种压机机器人同步运动动作协调方法，主要应用在机器人自动化冲压线中，用来冲压与搬运大型汽车覆盖件。 

背景技术

传统的冲压自动化生产过程中，压机始终采用“单次”运行模式，下料手（下料机械手/机器人）需等到压机完成整个冲压循环滑块回到上死点停止后才开始动作，上料手（上料机械手/机器人）需等下料手退出压机工作区域后开始启动，而压机滑块又需等下料手完全退出压机工作区域后再开始下行，每个循环周期较长，从而直接影响整线生产节拍。 

机器人冲压自动化生产线适用于大批量的生产，因而，优化生产流程，缩短生产节拍对提高生产效率有重要的意义。在生产过程中，机器人运动路径、运行速度及压机滑块运动速度等对生产节拍均有很大的影响，如何评价这些因素对生产的影响，如何实现压机机器人之间的动作协调，使生产达到最优的状态，是本技术要研究的问题。目前的机器人冲压自动化线中，压力机的速度通常是不会变更的，压机较慢，跟不上机器人速度，而机器人运动速度调整的柔性非常大，通过本技术前期研究发现：在机器人倍加速相同，速度不同时，机器人轨迹基本重合；在机器人倍加速不同，速度相同时，机器人轨迹不重合。冲压线的控制关键在于实现压力机与机器人的互锁控制和动作协调，确保压力机和机器人之间不发生干涉。 

从国内来看，尽管我国的冲压自动化行业发展迅速、对机械制造业和国民经济的发展起着重要作用，但几乎所有的中高档机器人及所使用的同步运动控制都是进口的，实际上大多是在国内推广国外生产的运动控制产品, 真正进行自主开发的公司较少，我国冲压自动化行业的发展一直受着西方国家的制约，有些特殊用途（如军事用途）的冲压自动化更是如此。 

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种压机机器人同步运动动作协调方法，通过一种同步运动控制算法实现机器人空载行程段、负载行程段轨迹倍速自动调整，使得机器人运行速度与生产线节拍变化自动匹配，达到提高机器人冲压线生产节拍的目的。 

本发明是通过如下技术方案实现的： 

一种压机-机器人同步运动动作协调方法，其特征在于：通过同步运动控制算法，计算机器人空载行程段、负载行程段所需时间后，根据速度公式与现场测试的机器人实验数据表自动调整机器人R_i空载行程段轨迹倍速，使机器人R_i准备入压机P_i-1抓取零件时无需等待就可直接进模取件，自动调整机器人R_i负载行程段轨迹倍速，使机器人R_i+1刚一出模，机器人R_i无需等待就进入模腔放料；并计算压机P_i启动冲压时刻及压机曲柄进入β角时刻，减少压机P_i为了上下料需要停机的时间，使得下料机器人R_i+1在滑块尚未到达360°时就提前入模，即压机P_i 曲柄转角进入β时刻，机器人R_i+1已在模具旁，从而减少压机停机时间。

依据一种同步运动控制算法，在整条机器人自动化冲压生产线上，以机器人R _i 首次到达压机P _i 放下零件点的时刻为起点，依次计算各个压力机单元中压机启动时刻、下料机器人准备入压机抓取零件点的时刻、上料机器人再次准备入压机放下零件的等待点时刻，最终自动调整上下料机器人空载搬运行程、负载搬运行程段倍速。 

所述同步运动控制算法如下所示：     

① 在一个压力机单元中，以机器人R _i  到达压机P _i  放下零件点的时刻为起点，计算压机P_i启动时刻：

P _i  启动时刻=R _i  入P _i 放下零件的时刻（可知）+R _i  自放下零件点到离开P _i  所用时间（已知）                                                      

即ClockP _i Start = ClockR _i AtPntUnload + TR _i UnLoad2UnLoadOutPress

② 当机器人R_i行至放下零件后离开压机点的时刻，触发压机P_i启动运行，压机P_i启动时刻，计算允许机器人R_i+1准备入压机P _i  抓取零件的等待点时刻，即P _i 运行至Beta角度时钟时刻，以及允许机器人R_i再次准备入压机P_i放下零件的等待点时刻，同时计算机器人R_i返回上台压机P_i-1空载调整段需用时间；当压机P_i运行至β角度时刻，机器人R_i+1启动运行，当压机P_i滑块运行至顶端时，曲柄停转，等待R _i 再次放入零件；

R _i+1 准备入P _i  抓取零件的时刻=R _i  入P _i 放下零件的时刻（可知）+ R _i  自放下零件点到离开P _i  所用时间（已知）+ P _i  从上止点运行至β角所需时间（已知）

R _i 再次准备入P _i 放下零件的等待点时刻= R _i  入P _i 放下零件的时刻（可知）+ R _i  自放下零件点到离开P _i  所用时间（已知）+P _i  从上止点运行至β角所需时间（已知）+R _i+1 自准备入P _i 的等待点到抓取零件所用时间（已知）+R _i+1 自抓取零件点到离开P _i 所用时间（已知）

R _i  空载调整段需用时间=R _i  再次准备入P _i-1  抓取零件的时刻（可知）-R _i  入P _i 放下零件的时刻（可知）-R _i  自放下零件点到离开P _i  所用时间（已知）；

即ClockR _i+1 AtPntWaitInForLoad = ClockR _i AtPntUnload+TR _i UnLoad2UnLoadOutPress+TP _i  Top2β；

ClockR _i NextAtPntWaitInForUnload =ClockR _i AtPntUnload+TR _i UnLoad2UnLoadOutPress+ 

TP _i  Top2β+TR _i+1 WaitInForLoad2Load+ TR _i+1 Load2LoadOutPress；

TR _i UnloadOutPress2WaitInForLoad = ClockR _i AtPntWaitInForLoad -ClockR _i AtPntUnLoad –

TR _i UnLoad2UnLoadOutPress；

③在机器人R_i再次到达压机P_i-1抓取零件的时刻，计算机器人R_i负载调整段所需时间：

R _i 负载调整段需用时间=R _i  下次准备入P _i  放下零件的等待点时刻（已求）-R _i  入P _i-1  抓取零件的时刻（可知）-R _i  自抓取零件点到离开P _i-1  所用时间（已知）；

即TR _i LoadOutPress2WaitInForUnload = 

ClockR _i AtPntWaitInForUnload – ClockR _i AtPntLoad –TLoad2LoadOutPress

一种同步运动控制算法计算机器人R_i空载行程、负载行程段倍速，在机器人倍加速相同，速度不同时，机器人轨迹基本重合；由于轨迹基本不变，通过算法计算空载行程、负载行程所需时间，根据速度公式与现场测试机器人实验数据表，即可自动调整机器人R_i空载调整段倍速和负载调整段倍速。上述机器人工作流程段的时间根据机器人、压机型号可查实验数据表，是已知的。

压机-机器人同步基本逻辑实现流程如下： 

①在第i个压力机单元中，上料机器人R_i运行至放下零件后离开压机点时刻，压机P_i启动；②压机P_i曲柄转角运行至Beta角度时钟时刻，下料机器人R_i+1进入压机P_i抓取零件， R_i+1取走零件后，上料机器人R_i方可进入压机P_i，因此，R_i+1调整R_i速度。③压机P_i完成一循环后，停在上止点，直至上料机器人R_i放下零件后离开压机P_i，再进行冲压动作。

在冲压生产线上，由若干个压力机单元组成，每台压机的动作都与其前、后两台机器人的动作相关；同时压力机间的每台机器人，都要在前后两台压机间往复运动搬运工件，其动作必须和这两台压机协调配合。每个压力机单元互相牵扯、相互配合。该同步运动控制算法，不仅把冲压生产线上的压力机、机器人组成一个统一的、有着相互有机联系的可控制的系统、而且还优化了压机-机器人间的动作协调，提高了生产节拍，使机器人节拍时间约可缩短5%-8%。 

本发明结合同步技术原理，根据生产实际模拟冲压线，机器人采用“连续”运行模式，通过速度公式与现场测试机器人实验数据表，让下料机器人端拾器和压机滑块“同步”启动，下料机器人端拾器在滑块回程上行到一定角度（回到上死点前）后便开始取件 ，同时调整机器人空载及负载段倍速，使机器人不停歇工作，消除等待时间，在保证整个过程不出现干涉的情况下完成取送件动作。为了保证下料机器人端拾器在完成取件后有足够的时间将工件送入下道工序，相邻两台压机滑块运动过程中始终保持合理的相位差，从而让上下料机器人端拾器可以工作的周期相对加长。尤其对于大批量大型覆盖件冲压生产而言，高速冲压自动线同步技术比包括单滑块多工位在内的其他方式有更为明显的优势。本发明在不增加冲压线机械机构与分析机器人运动轨迹特征的基础上，依据一种同步运动控制算法，自动调整机器人空载行程段、负载行程段速度来增加压机-机器人动作协调性，实现压机与机器人同步功能，最大化机器人上下料运动与压机运动之间的重合度，达到平稳切换机器人速度来提高生产节拍的目的。 

本发明的有益效果为： 

1）优化节拍时间：机器人始终在最佳时机就位，绝不会在压机前方停顿等待。这一改进能直接提高正线生产效率。

2）自动匹配：机器人运行速度与生产线节拍变化自动匹配。 

3）建立了完整的冲压生产线压机机器人动作协调技术，使在生产制造工件前期就能直观简单的完成节拍优化，消除碰撞干涉问题，提高生产节拍。 

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。 

图1为本发明的压机-机器人同步基本逻辑流程框图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1为压机-机器人同步基本逻辑流程框图原理说明:目前的机器人冲压自动化线中，压力机的速度通常是不会变更的，压机较慢，跟不上机器人速度，而机器人运动速度调整的柔性非常大，因而冲压线通过采用同步运动控制技术，调整机器人速度来减少等待时间。 

在一个压力机单元中，以机器人R_i到达压机P_i 放下零件点的时刻为起点，计算压机P_i启动时刻。机器人R_i运行至放下零件后离开压机，压机P_i启动；计算P_i运行至Beta角度时钟时刻T（即允许R_i+1进入压机P_i时刻）；同时计算允许机器人R_i再次准备入压机P_i放下零件的等待点时刻，据此计算机器人R_i返回上台压机P_i-1空载调整段需用时间；在机器人R_i再次到达压机P_i-1抓取零件点的时刻，计算机器人R_i负载调整段所需时间。 

正常运行时，在R_i到达压机P_i放下零件点处，以此刻为起点，根据同步运动控制算法，计算压机P_i启动时刻。同时判断压机P_i-1中是否有零件，如有，计算压机P_i-1进入β角度时间，即R_i再次准备入压机P_i-1抓取零件的时刻，以此计算出R_i空载行程段所需时间，进而调整R_i空载段倍速；如无，计算机器人R_i-1位置，并进一步计算R_i再次准备入压机P_i-1抓取零件的时刻。当机器人R_i行至放下零件后离开压机点的时刻，触发压机P_i启动运行；当压机P_i运行至β角度时刻，机器人R_i+1启动运行，当压机P_i滑块在运行至顶端时，曲柄停转。 

在机器人R_i再次到达压机P_i-1抓取零件点的时刻，计算机器人R_i负载调整段所需时间；同时判断压机P_i中是否有零件，如有，计算R_i+1位置，据R_i+1位置调整R_i负载行程段倍速：①若R_i+1在抓取零件点前，即负载，行往P_i+1，则R_i等待至R_i+1至放下零件点处消息；②若R_i+1在抓取零件点后，即已卸载，行往P_i，则根据R_i+1在放下零件点处已发信息计算调整段倍速；如无，调整段100%倍速行进。 

Claims (4)

1.一种压机-机器人同步运动动作协调方法，其特征在于：自动调整机器人R_i空载行程段轨迹倍速，使机器人R_i准备入压机P_i-1抓取零件时无需等待就可直接进模取件，自动调整机器人R_i负载行程段轨迹倍速，使机器人R_i+1刚一出模，机器人R_i无需等待就进入模腔放料；并计算压机P_i启动冲压时刻及压机曲柄进入β角时刻，减少压机P_i为了上下料需要停机的时间，使得下料机器人R_i+1在滑块尚未到达360°时就提前入模，即压机P_i 曲柄转角进入β时刻，机器人R_i+1已在模具旁，从而减少压机停机时间。

2.根据权利要求1所述的一种压机-机器人同步运动动作协调方法，其特征在于：依据同步运动控制算法，在整条机器人自动化冲压生产线上，以机器人Ri首次到达压机Pi放下零件点的时刻为起点，依次计算各个压力机单元中压机启动时刻、下料机器人准备入压机抓取零件点的时刻、上料机器人再次准备入压机放下零件的等待点时刻，最终自动调整上下料机器人空载搬运行程、负载搬运行程段倍速。

3.根据权利要求2的一种压机-机器人同步运动动作协调方法，其特征在于所述同步运动控制算法如下所示：     

① 在一个压力机单元中，以机器人R _i  到达压机P _i  放下零件点的时刻为起点，计算压机P_i启动时刻：P _i  启动时刻=R _i  入P _i 放下零件的时刻+R _i  自放下零件点到离开P _i  所用时间；                                                     

② 当机器人R_i行至放下零件后离开压机点的时刻，触发压机P_i启动运行，压机P_i启动时刻，计算允许机器人R_i+1准备入压机P _i  抓取零件的等待点时刻，即P _i 运行至Beta角度时钟时刻，以及允许机器人R_i再次准备入压机P_i放下零件的等待点时刻，同时计算机器人R_i返回上台压机P_i-1空载调整段需用时间；当压机P_i运行至β角度时刻，机器人R_i+1启动运行，当压机P_i滑块运行至顶端时，曲柄停转，等待R _i 再次放入零件；

R _i+1 准备入P _i  抓取零件的时刻=R _i  入P _i 放下零件的时刻+ R _i  自放下零件点到离开P _i  所用时间+ P _i  从上止点运行至β角所需时间；

R _i 再次准备入P _i 放下零件的等待点时刻= R _i  入P _i 放下零件的时刻+ R _i  自放下零件点到离开P _i  所用时间+P _i  从上止点运行至β角所需时间+R _i+1 自准备入P _i 的等待点到抓取零件所用时间+R _i+1 自抓取零件点到离开P _i 所用时间；

R _i  空载调整段需用时间=R _i  再次准备入P _i-1  抓取零件的时刻-R _i  入P _i 放下零件的时刻-R _i  自放下零件点到离开P _i  所用时间；

③在机器人R_i再次到达压机P_i-1抓取零件的时刻，计算机器人R_i负载调整段所需时间：

R _i 负载调整段需用时间=R _i  下次准备入P _i  放下零件的等待点时刻-R _i  入P _i-1  抓取零件的时刻-R _i  自抓取零件点到离开P _i-1  所用时间。

4.根据权利要求3所述的一种压机-机器人同步运动动作协调方法，其特征在于：所述同步运动控制算法计算机器人R_i空载行程、负载行程段倍速，在机器人倍加速相同，速度不同时，机器人轨迹基本重合；由于轨迹基本不变，通过算法计算空载行程、负载行程所需时间，根据速度公式与现场测试机器人实验数据表，即可自动调整机器人R_i空载调整段倍速和负载调整段倍速。