CN103894583B - 压铸六轴机械手的控制方法及压铸六轴机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压铸六轴机械手的控制方法，其包括机械手臂，该机械手臂上设有横行部、引拔部、正臂部及副臂部，正臂部上设有取件夹爪，并设置压铸六轴机械手控制系统，该控制系统包括机械手臂运动控制装置及伺服控制喷雾回收装置，其包括以下步骤：（1）设置机械手臂运动状态控制装置；（2）设置机械手臂伺服驱动装置；（3）设置伺服控制喷雾回收装置；（4）启动压铸六轴机械手控制系统与压铸机，数据采集单元采集机械手臂的实时运动数据，输送到电脑绘制运动轨迹，得到校正信息，反馈到伺服控制单片机，纠正机械手臂的动作，实现准确控制机械手臂在动态时的空间动作及精度。本发明还公开了一种压铸六轴机械手。

Description

压铸六轴机械手的控制方法及压铸六轴机械手

技术领域

本发明涉及机械自动化控制的技术领域，具体涉及一种压铸六轴机械手的控制方法，及实施该控制方法的压铸六轴机械手。

背景技术

传统的压铸机械手和喷雾机是独立分开，取件的机械手占用了地面的大部分空间，喷雾需要独立的喷雾机，喷雾机只能有单截的结构，对厂房的要求高度极高。夹爪抓取不同的产品需要更换夹爪，无发提供镶件的功能，没有堆叠的功能，使用操作无法独立的编程。

现车间的丝杆磨床设备加工滚轴丝杆过程中，产生大量的油雾和有毒有害废气。车间内大量的油雾和有毒有害废气再经过空调机组直接排放在车间里。车间内大量烟雾和有毒有害废气，不仅给车间工人的健康造成伤害，又直接影响到空调机组的正常工作，甚至损坏中央空调表冷机组。

因此必须采取先进的环保工艺，有效治理恒温精密加工车间的工业油雾废气。

发明内容

本项发明是针对现行技术不足，提供一种压铸六轴机械手的控制方法，将取件、镶件、喷雾集成在一体的压铸六轴机械手，并设置机械手臂运动控制装置精确地控制机械手臂的运动，设置伺服控制喷雾回收装置，集喷雾和回收多余喷雾的功能于副臂部上。

本发明还提供一种用来实施该控制方法的压铸六轴机械手臂。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种压铸六轴机械手的控制方法，其包括机械手臂，该机械手臂上设有横行部、引拔部、正臂部及副臂部，正臂部及副臂部设置在引拔部上，引拔部设置在横行部上，正臂部上设有取件夹爪，其特征在于，设置压铸六轴机械手控制系统，该控制系统包括机械手臂运动控制装置及伺服控制喷雾回收装置，其包括以下步骤：

（1）设置机械手臂运动控制装置，该机械手臂运动控制装置包括机械手臂运动状态控制装置，该机械手臂运动状态控制装置包括高精度三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁强计组成的数据采集单元和一处理器，并运用四元数法来解算机械手臂的实时运动状态，记录机械手臂的运动轨迹；

（2）机械手臂运动控制装置还包括机械手臂伺服驱动装置，该机械手臂伺服驱动装置包括设置在机械手臂内的多个伺服电机及伺服控制单片机；

（3）设置伺服控制喷雾回收装置，该伺服控制喷雾回收装置包括设置在副臂部的喷雾装置及油雾回收装置，该喷雾装置包括多个并排设置的伺服喷嘴；所述油雾回收装置包括油雾回收器，该油雾回收器设置在伺服喷嘴的上方；

（4）启动压铸六轴机械手控制系统与压铸机，取件夹爪伸入压铸机的模具内，抓取产品并取出，随后上行；引拔臂带动副臂部运动到模具中心处上方，副臂部下行至模具的中心，喷雾装置启动并上下喷雾，同时横行部带动喷雾装置左右喷雾，使脱模剂均匀覆盖整个模具，喷涂完毕，油雾回收装置启动，将没有覆盖到模具表面而悬浮在模具周围空气中的喷雾收集并回收再用，引拔臂缩回到原点处，正臂部回到放置产品的位置，正臂部快速下行，放置好产品到指定位置，正臂部快速上升至原点，横行，回到待机位置，一套动作完成，进行下一轮循环；

机械手臂运动的过程中，数据采集单元进行稳压输入，并采集机械手臂的实时运动数据，在单片机上进行计算后通过串口将数据输送到电脑，电脑绘制成机械手臂的运动轨迹，与预设的机械手臂运动轨迹对比，得到校正信息，并将该校正信息反馈到伺服控制单片机，由伺服控制单片机控制伺服电机动作，纠正机械手臂的动作，实现准确控制机械手臂在动态时的空间动作及精度。

步骤（1）所述的数据采集单元设置在引拔部、正臂部及副臂部内，数据采集单元的高精度三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁强计分别测出加速度、角速度和磁场大小。

所述步骤（1）中所述高精度三轴加速度传感器将采集到的机械手臂运动数据送入三轴陀螺仪，在三轴陀螺仪内部进行数据的六轴融合后输出一输出值，处理器将三轴磁强计的方位值与三轴陀螺仪的输出值进行融合之后，得到九轴数据输出值，输送到电脑，由电脑绘制机械手臂的运动轨迹。

所述三轴加速度传感器测量的加速度值和三轴陀螺仪测量的角速度值为在载体坐标系中的量，将其转换到地理坐标系中，再运用四元数法来解算机械手臂的位置和姿态。

所述机械手臂运动控制装置的运行具体包括以下步骤：

（11）处理器初始化；

（12）进行中断配置；

（13）数据采集单元初始化及校正；

（14）通信设置；

（15）检测数据采集；

（16）9轴数据融合；

（17）发送数据到处理器；

（18）电脑绘制机械手臂运动轨迹并校正与预设机械手臂运动轨迹比较，得到校正信息，并将该校正信息反馈到伺服控制单片机，由伺服控制单片机控制伺服电机动作，纠正机械手臂的动作。

步骤（3）所述的喷雾装置可进行多段喷雾和定点喷涂；

所述的油雾回收装置包括油雾收集器及油雾过滤器，经喷雾装置向模具喷雾后，油雾收集器将没有覆盖到模具表面而悬浮在模具周围空气中的喷雾收集，经油雾过滤器过滤后储存再利用。

一种实施上述控制方法的压铸六轴机械手臂，其包括机械手臂及控制装置，该控制装置包括机械手臂运动控制装置及伺服控制喷雾回收装置，该机械手臂运动控制装置包括设置在引拔部、正臂部及副臂部内的数据采集单元和处理器，该数据采集单元由高精度三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁强计组成；

所述伺服控制喷雾回收装置包括在副臂部的头部设置喷雾装置及油雾回收装置，该喷雾装置包括多个并排设置的伺服喷嘴，分别布置在副臂部的头部的两面，所述油雾回收装置包括油雾回收器，该油雾回收器设置在伺服喷嘴的上方。

所述的压铸六轴机械手臂，其还包括机械手臂伺服驱动装置，该机械手臂伺服驱动装置包括设置在机械手臂内的多个伺服电机及伺服控制单片机。

所述正臂部头部设有控制角度为360度的取件夹爪，该取件夹爪由两个伺服电机控制取件夹爪水平及竖直旋转，该取件夹爪由夹爪气缸控制夹爪的张合。

所述副臂部设有伺服电机、齿轮齿条传动机构及倍速皮带机构。

本发明的有益效果：本发明通过设置机械手臂运动控制装置，机械手臂运动的过程中，数据采集单元采集机械手臂的实时运动数据，电脑绘制成机械手臂的运动轨迹，与预设的机械手臂运动轨迹对比，得到校正信息，并将该校正信息反馈到伺服控制单片机，由伺服控制单片机控制伺服电机动作，纠正机械手臂的动作，实现准确控制机械手臂在动态时的空间动作及精度；

通过设置伺服控制喷雾回收装置，高效精确地对压铸模具进行脱模剂的均匀喷涂，并将多余的悬浮在空中的喷雾回收再用，节省消耗并达到清洁空气的目的。

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明。

附图说明

图1为本实施例的压铸六轴机械手的整体结构示意图；

图2为本实施例的机械手臂运动状态控制装置结构图；

图3为本实施例的机械手臂运动控制装置的流程图；

图4为本实施例的压铸六轴机械手取件夹爪的结构示意图；

图5为本实施例的压铸六轴机械手的副臂部结构示意图。

图中：1.机械手臂，2.横行部，3.引拔部，4.正臂部，41.取件夹爪，42.伺服电机，43.夹爪气缸，5.副臂部，51.喷雾装置，52.伺服喷嘴，54.齿轮齿条传动机构，55.倍速皮带机构，6.压铸机。

具体实施方式

实施例，参见图2，本实施例提供压铸六轴机械手的控制方法，其包括机械手臂1，该机械手臂1上设有横行部2、引拔部3、正臂部4及副臂部5，正臂部4及副臂部5设置在引拔部3上，引拔部3设置在横行部2上，正臂部4上设有取件夹爪41，设置压铸六轴机械手控制系统，该控制系统包括机械手臂运动控制装置及伺服控制喷雾回收装置，其包括以下步骤：

（1）设置机械手臂运动控制装置，该机械手臂运动控制装置包括机械手臂运动状态控制装置，该机械手臂运动状态控制装置包括高精度三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁强计组成的数据采集单元和一处理器，所述三轴加速度传感器测量的加速度值和三轴陀螺仪测量的角速度值为在载体坐标系中的量，将其转换到地理坐标系中，再运用四元数法解算机械手臂的位置和姿态，记录机械手臂的运动轨迹；

3个数据采集单元分别设置在引拔部3、正臂部4及副臂部5内，数据采集单元的高精度三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁强计分别测出加速度、角速度和磁场大小；所述高精度三轴加速度传感器将采集到的引拔部3、正臂部4及副臂部5运动数据送入三轴陀螺仪，在三轴陀螺仪内部进行数据的六轴融合后输出一输出值，处理器将三轴磁强计的方位值与三轴陀螺仪的输出值进行融合之后，得到九轴数据输出值，输送到电脑，由电脑绘制机械手臂的运动轨迹；

（2）机械手臂运动控制装置还包括机械手臂伺服驱动装置，该机械手臂伺服驱动装置包括设置在机械手臂内的多个伺服电机42及伺服控制单片机，由伺服控制单片机控制伺服电机42的动作，该伺服控制单片机连接电脑；

（3）设置伺服控制喷雾回收装置，该伺服控制喷雾回收装置包括设置在副臂部5的喷雾装置51及油雾回收装置，该喷雾装置51包括多个并排设置的伺服喷嘴52；所述油雾回收装置包括油雾回收器，该油雾回收器设置在伺服喷嘴52的上方；所述的喷雾装置51可进行多段喷雾和定点喷涂；所述的油雾回收装置包括油雾收集器及油雾过滤器，经喷雾装置51向模具喷雾后，油雾收集器将没有覆盖到模具表面而悬浮在模具周围空气中的喷雾收集，经油雾过滤器过滤后储存再利用；油雾回收装置未在图中标示；

（4）启动压铸六轴机械手控制系统与压铸机6，取件夹爪41伸入压铸机6的模具内，抓取产品并取出，随后上行；引拔臂带动副臂部5运动到模具中心处上方，副臂部5下行至模具的中心，喷雾装置51启动并上下喷雾，同时横行部2带动喷雾装置51左右喷雾，使脱模剂均匀覆盖整个模具，喷涂完毕，油雾回收装置启动，将没有覆盖到模具表面而悬浮在模具周围空气中的喷雾收集并回收再用，引拔臂缩回到原点处，正臂部4回到放置产品的位置，正臂部4快速下行，放置好产品到指定位置，正臂部4快速上升至原点，横行，回到待机位置，一套动作完成，进行下一轮循环；

机械手臂运动的过程中，数据采集单元进行稳压输入，并采集机械手臂的实时运动数据，在单片机上进行计算后通过串口将数据输送到电脑，电脑绘制成机械手臂的运动轨迹，与预设的机械手臂运动轨迹对比，得到校正信息，并将该校正信息反馈到伺服控制单片机，由伺服控制单片机控制伺服电机42动作，纠正机械手臂1的动作，若机械手臂1的横行部2上的引拔部3或者正臂部4、或者副臂部5实际运行的轨迹与预设的轨迹不一致，将不一致的情况经电脑处理，调整伺服电机42的动作，伺服电机42将在下一轮循环动作时做出相应的调整，增加行程或者缩短行程，实现准确控制机械手臂在动态时的空间动作及精度，位置公差达到正负0.05毫米，移动速度最快可达1.5米，从而把时间降到最少，产量增加。

参见图3，所述机械手臂运动控制装置的运行具体包括以下步骤：

（11）处理器初始化；

（12）进行中断配置；

（13）数据采集单元初始化及校正；

（14）通信设置；

（15）检测数据采集；

（16）9轴数据融合；

（17）发送数据到处理器；

（18）电脑绘制机械手臂运动轨迹并校正与预设机械手臂运动轨迹比较，得到校正信息，并将该校正信息反馈到伺服控制单片机，由伺服控制单片机控制伺服电机42动作，纠正机械手臂的动作。

参见图1、图4与图5，本实施例提供的压铸六轴机械手臂，其包括机械手臂及控制装置，该控制装置包括机械手臂运动控制装置及伺服控制喷雾回收装置，该机械手臂运动控制装置包括设置在引拔部3、正臂部4及副臂部5内的数据采集单元，该机械手臂运动控制装置还包括一处理器，该数据采集单元由高精度三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁强计组成；

所述伺服控制喷雾回收装置包括在副臂部5的头部设置喷雾装置51及油雾回收装置，该喷雾装置51包括多个并排设置的伺服喷嘴52，分别布置在副臂部5的头部的两面，所述油雾回收装置包括油雾回收器，该油雾回收器设置在伺服喷嘴52的上方。

所述的压铸六轴机械手臂，其还包括机械手臂伺服驱动装置，该机械手臂伺服驱动装置包括设置在机械手臂内的多个伺服电机42及伺服控制单片机。

所述正臂部4头部设有控制角度为360度的取件夹爪41，该取件夹爪41由两个伺服电机42控制取件夹爪41水平及竖直旋转，该取件夹爪41由夹爪气缸43控制夹爪的张合。

所述副臂部5设有伺服电机42、齿轮齿条传动机构54及倍速皮带机构55。

本实施例通过设置机械手臂运动控制装置，机械手臂运动的过程中，数据采集单元采集机械手臂的实时运动数据，电脑绘制成机械手臂的运动轨迹，与预设的机械手臂运动轨迹对比，得到校正信息，并将该校正信息反馈到伺服控制单片机，由伺服控制单片机控制伺服电机42动作，纠正机械手臂的动作，实现准确控制机械手臂在动态时的空间动作及精度；通过设置伺服控制喷雾回收装置，高效精确地对压铸模具进行脱模剂的均匀喷涂，并将多余的悬浮在空中的喷雾回收再用，节省消耗并达到清洁空气的目的。

全新压铸六轴机械手，可以完成多自由度的取件，镶件，喷雾的任务，专门针对压铸恶劣环境设计，具有防水，防尘，防高温，防腐蚀，防金属碎屑的功能，机械手的防护等级为IP65。

取件时活动范围大，生产过程中不需开压铸机6安全门，防止脱模剂和金属碎屑飞溅污染环境，由于其在密闭状态下工作，也提高了安全性，和环保性。

取件夹爪41，取件夹爪41由两个伺服电机42控制不受空间条件限制，可以自由的控制角度360度，可以取出和镶进不同的产品，标配机型可适用多个不同尺寸产品的抓取，解决了传统夹爪面对不同尺寸产品时需要经常更换夹爪部件的繁琐工序的同时也节约了成本，提高的效率。

本压铸六轴机械手通过全伺服电机42驱动，配合压铸六轴机械手控制系统，实现承载能力强，高速运转的功能，适合中大型压铸机6使用。精密的性能实现多种高要求产品的喷雾，取件，镶件，冷却的需要。

电脑为带有显示器的上位机，能够处理由处理器传输来的九轴数据输出值，并利用相关程序，绘制机械手臂的运行轨迹。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似方法或装置，而得到的其他压铸六轴机械手的控制方法及压铸六轴机械手臂，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压铸六轴机械手的控制方法，其包括机械手臂，该机械手臂上设有横行部、引拔部、正臂部及副臂部，正臂部及副臂部设置在引拔部上，引拔部设置在横行部上，正臂部上设有取件夹爪，其特征在于，设置压铸六轴机械手控制系统，该控制系统包括机械手臂运动控制装置及伺服控制喷雾回收装置，其包括以下步骤：

(1)设置机械手臂运动控制装置，该机械手臂运动控制装置包括机械手臂运动状态控制装置，该机械手臂运动状态控制装置包括高精度三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁强计组成的数据采集单元和一处理器，并运用四元数法来解算机械手臂的实时运动状态，记录机械手臂的运动轨迹；

(2)机械手臂运动控制装置还包括机械手臂伺服驱动装置，该机械手臂伺服驱动装置包括设置在机械手臂内的多个伺服电机及伺服控制单片机；

(3)设置伺服控制喷雾回收装置，该伺服控制喷雾回收装置包括设置在副臂部的喷雾装置及油雾回收装置，该喷雾装置包括多个并排设置的伺服喷嘴；所述油雾回收装置包括油雾回收器，该油雾回收器设置在伺服喷嘴的上方；

(4)启动压铸六轴机械手控制系统与压铸机，取件夹爪伸入压铸机的模具内，抓取产品并取出，随后上行；引拔臂带动副臂部运动到模具中心处上方，副臂部下行至模具的中心，喷雾装置启动并上下喷雾，同时横行部带动喷雾装置左右喷雾，使脱模剂均匀覆盖整个模具，喷涂完毕，油雾回收装置启动，将没有覆盖到模具表面而悬浮在模具周围空气中的喷雾收集并回收再用，引拔臂缩回到原点处，正臂部回到放置产品的位置，正臂部快速下行，放置好产品到指定位置，正臂部快速上升至原点，横行，回到待机位置，一套动作完成，进行下一轮循环；

机械手臂运动的过程中，数据采集单元进行稳压输入，并采集机械手臂的实时运动数据，在单片机上进行计算后通过串口将数据输送到电脑，电脑绘制成机械手臂的运动轨迹，与预设的机械手臂运动轨迹对比，得到校正信息，并将该校正信息反馈到伺服控制单片机，由伺服控制单片机控制伺服电机动作，纠正机械手臂的动作，实现准确控制机械手臂在动态时的空间动作及精度。

2.根据权利要求1所述的压铸六轴机械手的控制方法，其特征在于，步骤(1)所述的数据采集单元设置在引拔部、正臂部及副臂部内，数据采集单元的高精度三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁强计分别测出加速度、角速度和磁场大小。

3.根据权利要求2所述的压铸六轴机械手的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述高精度三轴加速度传感器将采集到的机械手臂运动数据送入三轴陀螺仪，在三轴陀螺仪内部进行数据的六轴融合后输出一输出值，处理器将三轴磁强计的方位值与三轴陀螺仪的输出值进行融合之后，得到九轴数据输出值，输送到电脑，由电脑绘制机械手臂的运动轨迹。

4.根据权利要求3所述的压铸六轴机械手的控制方法，其特征在于，所述三轴加速度传感器测量的加速度值和三轴陀螺仪测量的角速度值为在载体坐标系中的量，将其转换到地理坐标系中，再运用四元数法解算机械手臂的位置和姿态。

5.根据权利要求4所述的压铸六轴机械手的控制方法，其特征在于，所述机械手臂运动控制装置的运行包括以下步骤：

(11)处理器初始化；

(12)进行中断配置；

(13)数据采集单元初始化及校正；

(14)通信设置；

(15)检测数据采集；

(16)九轴数据融合；

(17)发送数据到处理器；

(18)电脑绘制机械手臂运动轨迹并校正与预设机械手臂运动轨迹比较，得到校正信息，并将该校正信息反馈到伺服控制单片机，由伺服控制单片机控制伺服电机动作，纠正机械手臂的动作。

6.根据权利要求1所述的压铸六轴机械手的控制方法，其特征在于，步骤(3)所述的喷雾装置可进行多段喷雾和定点喷涂；

所述的油雾回收装置包括油雾收集器及油雾过滤器，经喷雾装置向模具喷雾后，油雾收集器将没有覆盖到模具表面而悬浮在模具周围空气中的喷雾收集，经油雾过滤器过滤后储存再利用。

7.一种实施权利要求1至6之一所述控制方法的压铸六轴机械手臂，其特征在于，其包括机械手臂及控制装置，该控制装置包括机械手臂运动控制装置及伺服控制喷雾回收装置，该机械手臂运动控制装置包括设置在引拔部、正臂部及副臂部内的数据采集单元和处理器，该数据采集单元由高精度三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和三轴磁强计组成；

所述伺服控制喷雾回收装置包括在副臂部的头部设置喷雾装置及油雾回收装置，该喷雾装置包括多个并排设置的伺服喷嘴，分别布置在副臂部的头部的两面，所述油雾回收装置包括油雾回收器，该油雾回收器设置在伺服喷嘴的上方。

8.根据权利要求7所述的压铸六轴机械手臂，其特征在于，其还包括机械手臂伺服驱动装置，该机械手臂伺服驱动装置包括设置在机械手臂内的多个伺服电机及伺服控制单片机。

9.根据权利要求7所述的压铸六轴机械手臂，其特征在于，所述正臂部头部设有控制角度为360度的取件夹爪，该取件夹爪由两个伺服电机控制取件夹爪水平及竖直旋转，该取件夹爪由夹爪气缸控制夹爪的张合。

10.根据权利要求7所述的压铸六轴机械手臂，其特征在于，所述副臂部设有伺服电机、齿轮齿条传动机构及倍速皮带机构。