CN104786089B - 一种机械手臂的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手臂的控制系统及控制方法，该系统包括：送料机构、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、伺服电机、第五电磁阀以及控制器，所述控制器分别电性连接于送料机构、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、伺服电机以及第五电磁阀。实施本发明的有益效果是，通过串入电脑车床的启动程序，该控制系统可广泛应用于数控机床及加工中心，实现电脑车床和机械手臂的无缝对接，实现全自动的无人化加工。

Description

一种机械手臂的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及机械手臂应用技术领域，尤其涉及一种机械手臂的控制系统及控制方法。

背景技术

数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

数控机床的机械手臂能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全。

目前已有技术均为数控车床或加工中心的制定的专用机械手臂其主要缺点为控制电路成本高，操作工的能力有要求，而且不易修改其动作程式。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机械手臂的控制系统及控制方法，旨在解决现有技术中控制电路成本高，操作工的能力有要求，而且不易修改其动作程式的技术问题。

本发明的技术方案实现如下：

提供一种机械手臂的控制系统，包括：

用于提供工件的送料机构；

用于驱动滑台气缸牵引送料夹具及取料夹具沿第一方向移动预设行程的第一电磁阀；

用于驱动推料气缸将所述工件推入所述送料夹具的第二电磁阀；

用于驱动所述送料夹具夹紧所述工件并沿第二方向移动预设行程的第三电磁阀；

用于驱动摆台气缸带动所述滑台气缸旋转的第四电磁阀；

用于带动所述滑台气缸沿第三方向移动预设行程的伺服电机；

用于驱动取料夹具取出并夹紧所述工件以将其放至输送带的预设位置的第五电磁阀；以及

用于控制所述送料机构、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀、所述伺服电机以及所述第五电磁阀工作的控制器，其分别电性连接于所述送料机构、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀、所述伺服电机以及所述第五电磁阀。

在本发明所述的控制系统中，还包括：

用于控制所述第一电磁阀开关的第一继电器，所述第一继电器包括第一开关及第一线圈，所述第一开关电性连接于所述第一电磁阀与所述控制器之间，所述第一线圈电性连接于所述控制器；

用于控制所述第二电磁阀开关的第二继电器，所述第二继电器包括第二开关及第二线圈，所述第二开关电性连接于所述第二电磁阀与所述控制器之间，所述第二线圈电性连接于所述控制器；

用于控制所述第三电磁阀开关的第三继电器，所述第三继电器包括第三开关及第三线圈，所述第三开关电性连接于所述第三电磁阀与所述控制器之间，所述第三线圈电性连接于所述控制器；

用于控制所述第四电磁阀开关以驱动所述摆台气缸逆时针旋转的第四继电器，所述第四继电器包括第四开关及第四线圈，所述第四开关电性连接于所述第四电磁阀与所述控制器之间，所述第四线圈电性连接于所述控制器；

用于控制伺服电机开关的第五继电器，其电性连接于所述控制器；

用于控制所述第五电磁阀开关的第六继电器，所述第六继电器包括第六开关及第六线圈，所述第六开关电性连接于所述第五电磁阀与所述控制器之间，所述第六线圈电性连接于所述控制器；

用于控制所述第四电磁阀开关以驱动所述摆台气缸顺时针旋转的第七继电器，所述第七继电器包括第七开关及第七线圈，所述第七开关电性连接于所述第四电磁阀与所述控制器之间，所述第七线圈电性连接于所述控制器。

在本发明所述的控制系统中，还包括：

用于控制安全门关闭及加工程序开关的第八继电器，其电性连接于所述控制器。

在本发明所述的控制系统中，还包括：

用于开启所述安全门并反馈信号至所述控制器的感应开关，其电性连接于所述控制器。

在本发明所述的控制系统中，还包括：

用于启动所述控制系统的启动开关，其连接于外部交流电源并电性连接于所述控制器。

另一方面，提供一种机械手臂的控制方法，提供上述控制系统，包括以下步骤：

S1、送料机构提供工件；

S2、第一电磁阀驱动滑台气缸牵引送料夹具及取料夹具沿第一方向移动预设行程；

S3、第二电磁阀驱动推料气缸将所述工件推入所述送料夹具；

S4、第三电磁阀驱动所述送料夹具夹紧所述工件并沿第二方向移动预设行程；

S5、第四电磁阀驱动摆台气缸带动所述滑台气缸旋转；

S6、伺服电机带动所述滑台气缸沿第三方向移动预设行程；

S7、第五电磁阀驱动取料夹具取出并夹紧所述工件以将其放至输送带的预设位置。

在本发明所述的控制方法中，所述步骤S4还包括：所述送料夹具夹紧所述工件到达预设行程后，控制器控制所述第一电磁阀及所述第二电磁阀停止工作，从而使所述滑台气缸及所述推料气缸回归原位。

在本发明所述的控制方法中，所述步骤S6包括中：

所述控制器控制伺服电机转动，从而带动所述滑台气缸沿第三方向移动预设行程。

在本发明所述的控制方法中，所述步骤S7包括以下子步骤：

S701、所述控制器控制所述第一电磁阀工作，从而使所述滑台气缸向所述第一方向移动预设行程；

S702、所述控制器控制所述伺服电机的主轴夹具松开所述工件；

S703、所述第五电磁阀驱动取料夹具取出并夹紧所述工件；

S704、所述控制器控制所述第一电磁阀停止工作，所述滑台气缸回归原位；

S705、所述第四电磁阀驱动摆台气缸带动所述滑台气缸旋转；

S706、所述第一电磁阀驱动滑台气缸牵引送料夹具及取料夹具沿第一方向移动预设行程；

S707、所述控制器控制所述伺服电机的主轴夹具夹紧所述工件；

S708、所述控制器控制所述第三电磁阀停止工作，从而使所述送料夹具松开所述工件；

S709、所述控制器控制所述第一电磁阀停止工作，所述滑台气缸回归原位；

S710、所述伺服电机带动所述滑台气缸沿第三方向移动回原点；

S711、所述控制器控制第八继电器以使安全门关闭并启动加工程序；

S712、所述控制器控制所述第五电磁阀停止工作，从而使所述取料夹具松开所述工件以将其放至输送带的预设位置。

在本发明所述的控制方法中，所述步骤S7还包括：

S713、在所述步骤S712之后，当所述工件依据加工程序加工完成后，开启所述安全门并反馈信号至所述控制器；

S714、所述控制器判断所述工件加工完成，转至步骤S1。

因此，本发明的有益效果是，通过串入电脑车床的启动程序，该控制系统可广泛应用于数控机床及加工中心，实现电脑车床和机械手臂的无缝对接，实现全自动的无人化加工。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明提供的一种机械手臂的控制系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种机械手臂的控制方法的流程图；

图3为本发明提供的机器人的机构示意图；

图4为本发明提供的车窗侧面安装示意图；

图5为本发明提供的加工中心侧面安装示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下将对照附图详细说明本发明的具体实施方式。应当理解，以下说明仅为本发明实施例的具体阐述，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提供一种机械手臂的控制系统100及控制方法，其目的在于，在数控机床等场合的机械臂的应用中，设计简单、重复、固定的机械动作代替人工，通过采用简单的控制系统100及低成本电子元件进行技术优化实现其易用性及经济性，其主要控制的是伺服电机106的工作程序，例如前进后退和自动送取工件。故在本发明中，机器人也特指该机械手臂的控制系统100。

参见图1，图1为本发明提供的一种机械手臂的控制系统100的结构示意图，该机械手臂的控制系统100包括：

用于提供工件的送料机构101；送料机构101一般包括振动盘1，振动盘1内部设置有振动盘1马达，通过控制器108电性连接至振动盘1马达，从而将处于振动盘1处的工件送入料槽2。

用于驱动滑台气缸8牵引送料夹具6及取料夹具5沿第一方向移动预设行程的第一电磁阀102；送料夹具6及取料夹具5由夹具座4固定于滑台气缸8，并设置于所述夹具座4的两端。滑台气缸8设置于工作主台16的一侧，可相对于工作主台16水平运动。

用于驱动推料气缸3将所述工件推入所述送料夹具6的第二电磁阀103；

用于驱动所述送料夹具6夹紧所述工件并沿第二方向移动预设行程的第三电磁阀104；

用于驱动摆台气缸7带动所述滑台气缸8旋转的第四电磁阀105；摆台气缸7设置于滑台气缸8及夹具座4之间，可于水平面的垂直方向上做旋转运动。

用于带动所述滑台气缸8沿第三方向移动预设行程的伺服电机106；伺服电机106设置于工作主台16表面，可通过其内部的伺服马达驱动向振动盘1方向运动。

用于驱动取料夹具5取出并夹紧所述工件以将其放至输送带的预设位置的第五电磁阀107；以及

用于控制所述送料机构101、所述第一电磁阀102、所述第二电磁阀103、所述第三电磁阀104、所述第四电磁阀105、所述伺服电机106以及所述第五电磁阀107工作的控制器108，其分别电性连接于所述送料机构101、所述第一电磁阀102、所述第二电磁阀103、所述第三电磁阀104、所述第四电磁阀105、所述伺服电机106以及所述第五电磁阀107。控制器108也为程序控制器108。控制器108是触屏形式的，可以外接电脑编程，也可独立编程。

此外，所述的控制系统100还包括：

用于控制所述第一电磁阀102开关的第一继电器，所述第一继电器包括第一开关1091及第一线圈1092，所述第一开关1091电性连接于所述第一电磁阀102与所述控制器108之间，所述第一线圈1092电性连接于所述控制器108；

用于控制所述第二电磁阀103开关的第二继电器，所述第二继电器包括第二开关1101及第二线圈1102，所述第二开关1101电性连接于所述第二电磁阀103与所述控制器108之间，所述第二线圈1102电性连接于所述控制器108；

用于控制所述第三电磁阀104开关的第三继电器，所述第三继电器包括第三开关1111及第三线圈1112，所述第三开关1111电性连接于所述第三电磁阀104与所述控制器108之间，所述第三线圈1112电性连接于所述控制器108；

用于控制所述第四电磁阀105开关以驱动所述摆台气缸7逆时针旋转的第四继电器，所述第四继电器包括第四开关1121及第四线圈1122，所述第四开关1121电性连接于所述第四电磁阀105与所述控制器108之间，所述第四线圈1122电性连接于所述控制器108；

用于控制伺服电机106开关的第五继电器113，其电性连接于所述控制器108；

用于控制所述第五电磁阀107开关的第六继电器，所述第六继电器包括第六开关1141及第六线圈1142，所述第六开关1141电性连接于所述第五电磁阀与所述控制器108之间，所述第六线圈1142电性连接于所述控制器108；

用于控制所述第四电磁阀105开关以驱动所述摆台气缸7顺时针旋转的第七继电器，所述第七继电器包括第七开关1151及第七线圈1152，所述第七开关1151电性连接于所述第四电磁阀与所述控制器108之间，所述第七线圈1152电性连接于所述控制器108。

用于控制安全门关闭及加工程序开关的第八继电器116，其电性连接于所述控制器108。

用于开启所述安全门并反馈信号至所述控制器108的感应开关9，其电性连接于所述控制器108。

用于启动所述控制系统100的启动开关117，其连接于外部交流电源并电性连接于所述控制器108。

参见图2，图2为本发明提供的一种机械手臂的控制方法的流程图，该机械手臂的控制方法，该方法上述控制系统100，包括以下步骤：

S1、送料机构101提供工件；例如，按下启动开关117时，送料机马达启动，自动送料启动。

S2、第一电磁阀102驱动滑台气缸8牵引送料夹具6及取料夹具5沿第一方向移动预设行程；例如，启动电脑车床，车床安全门打开，再点击触程序控制器108(触摸式)上的开关，其控制系统100启动，程序控制器108输出信号给KM1线圈(即第一线圈1092)，KM1(即第一开关1091)常开吸合，使滑台汽缸启动并向自动送料机料槽2方向(参见图3，图3为本发明提供的机器人的机构示意图)运动；

S3、第二电磁阀103驱动推料气缸3将所述工件推入所述送料夹具6；滑台汽缸到达设定的位置后，程序控制器108输出信号给KM2线圈(即第二线圈1102)，KM2(即第二开关1101)常开闭合，推料汽缸启动将工件推入送料夹具6内，到推料汽缸设定行程后。

S4、第三电磁阀104驱动所述送料夹具6夹紧所述工件并沿第二方向移动预设行程；所述送料夹具6夹紧所述工件到达预设行程后，控制器108控制所述第一电磁阀102及所述第二电磁阀103停止工作，从而使所述滑台气缸8及所述推料气缸3回归原位。程序控制器108输出信号给KM3线圈(即第三线圈1112)，KM3(即第三开关1111)常开闭合，使送料夹具6夹紧工件。随后，送料夹具6夹紧工件达到设定行程后，程序控制器108断开KM1和KM2线圈信号，KM1和KM2常开断开，滑台汽缸和推料汽缸因断电(因断电同时失去空压或液压)而回原位。

S5、第四电磁阀105驱动摆台气缸7带动所述滑台气缸8旋转；例如，程序控制器108输出信号到KM4线圈(即第四线圈1122)，KM4(即第四开关1121)常开闭合，三位摆台汽缸逆时针旋转180度。

S6、伺服电机106带动所述滑台气缸8沿第三方向移动预设行程；所述控制器108控制伺服电机106转动，从而带动所述滑台气缸8沿第三方向移动预设行程。例如，夹具座4旋转到设定行程时，程序控制器108输出脉冲信号到电机控制器108，伺服电机106正转，带滑台汽缸及送料夹具6向前(安全门方向)移动。

S7、第五电磁阀107驱动取料夹具5取出并夹紧所述工件以将其放至输送带的预设位置。其中，所述步骤S7包括以下子步骤：

S701、所述控制器108控制所述第一电磁阀102工作，从而使所述滑台气缸8向所述第一方向移动预设行程；例如，伺服电机106由程序控制向前移动至设定位置时，程序控制器108输出信号到KM1线圈，KM1常开闭合，滑台汽缸向电脑车床夹头方向移动。

S702、所述控制器108控制所述伺服电机106的主轴夹具松开所述工件；移动到设定位置后，程序控制器108输出信号给KM5(即第五继电器113)，KM5闭合时给讯号电脑车床，电脑车床主轴夹具松开。

S703、所述第五电磁阀107驱动取料夹具5取出并夹紧所述工件；程序控制器108输出信号到KM6线圈(即第六线圈1142)，KM6(即第六开关1141)常开闭合，取料夹具5夹紧工件。

S704、所述控制器108控制所述第一电磁阀102停止工作，所述滑台气缸8回归原位；即程序控制器108输出信号给KM1线圈断电，KM1常开断开，滑台汽缸退回。

S705、所述第四电磁阀105驱动摆台气缸7带动所述滑台气缸8旋转；例如，程序控制器108输出信号到KM7线圈(即第七线圈1152)，KM7(即第七开关1151)常开闭合，三位摆台汽缸顺时针旋转180度。

S706、所述第一电磁阀102驱动滑台气缸8牵引送料夹具6及取料夹具5沿第一方向移动预设行程；程序控制器108输出信号到KM1线圈，KM1常开闭合，滑台汽缸向电脑车床主轴夹头方向移动。

S707、所述控制器108控制所述伺服电机106的主轴夹具夹紧所述工件；滑台汽缸移动至设定行程后，程序控制器108断开KM5线圈，KM5常开断开，传递信号到电脑车床控制程序，夹头夹紧。

S708、所述控制器108控制所述第三电磁阀104停止工作，从而使所述送料夹具6松开所述工件；程序控制器108给信号KM3线圈断开，KM3常开断开，送料夹具6松开。

S709、所述控制器108控制所述第一电磁阀102停止工作，所述滑台气缸8回归原位；程序控制器108断开KM1线圈，KM1常开断开，滑台汽缸退回。

S710、所述伺服电机106带动所述滑台气缸8沿第三方向移动回原点；随后程序控制器108输出脉冲信号到电机控制器108，伺服电机106反转并回到原点。

S711、所述控制器108控制第八继电器116以使安全门关闭并启动加工程序；程序控制器108输出信号到KM8线圈，KM8常开闭合，电脑车床安全门关闭，电脑车床主程序通电启动加工程序。通常，第八继电器116包括KM8线圈及KM8。

S712、所述控制器108控制所述第五电磁阀107停止工作，从而使所述取料夹具5松开所述工件以将其放至输送带的预设位置。断开KM6线圈电源，KM6常开断开，取料夹具5松开(加工好的产品落入设定的输送带位置)。

S713、在所述步骤S712之后，当所述工件依据加工程序加工完成后，开启所述安全门并反馈信号至所述控制器108；当电脑车床上的产品依其程式加工完产品后，安全门打开，其打开到设定位置后，其感应开关9接通，并给讯号到机械手臂。

S714、所述控制器108判断所述工件加工完成，转至步骤S1。机械手臂接通重新启动一个新的周期程序，并重复运作。

参见图3，该机械手臂还包括：感应接触器10、马达支座11、齿条12、机械臂13、减速机14、伺服马达15、升降柱17、升降座18、底座19、滑动轮20以及支撑脚21。

此外，该机械手臂的控制系统100及控制方法可应用于数控机床(参见图4，图4为本发明提供的车窗侧面安装示意图)以及加工中心(参见图5，图5为本发明提供的加工中心侧面安装示意图)。其中，图4包括了数控机床300、机器人(即机械手臂的控制系统100)以及输送带200，图5包括了加工中心400、机器人(即机械手臂的控制系统100)以及输送带200。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种机械手臂的控制方法，提供机械手臂的控制系统，该机械手臂的控制系统包括：

用于提供工件的送料机构；

用于驱动滑台气缸牵引送料夹具及取料夹具沿第一方向移动预设行程的第一电磁阀；

用于驱动推料气缸将所述工件推入所述送料夹具的第二电磁阀；

用于驱动所述送料夹具夹紧所述工件并沿第二方向移动预设行程的第三电磁阀；

用于驱动摆台气缸带动所述滑台气缸旋转的第四电磁阀；

用于带动所述滑台气缸沿第三方向移动预设行程的伺服电机；

用于驱动取料夹具取出并夹紧所述工件以将其放至输送带的预设位置的第五电磁阀；以及

用于控制所述送料机构、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀、所述伺服电机以及所述第五电磁阀工作的控制器，其分别电性连接于所述送料机构、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀、所述伺服电机以及所述第五电磁阀；

其特征在于，包括以下步骤：

S1、送料机构提供工件；

S2、第一电磁阀驱动滑台气缸牵引送料夹具及取料夹具沿第一方向移动预设行程；

S3、第二电磁阀驱动推料气缸将所述工件推入所述送料夹具；

S4、第三电磁阀驱动所述送料夹具夹紧所述工件并沿第二方向移动预设行程；

S5、第四电磁阀驱动摆台气缸带动所述滑台气缸旋转；

S6、伺服电机带动所述滑台气缸沿第三方向移动预设行程；

S7、第五电磁阀驱动取料夹具取出并夹紧所述工件以将其放至输送带的预设位置。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：所述送料夹具夹紧所述工件到达预设行程后，控制器控制所述第一电磁阀及所述第二电磁阀停止工作，从而使所述滑台气缸及所述推料气缸回归原位。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S6包括中：

所述控制器控制伺服电机转动，从而带动所述滑台气缸沿第三方向移动预设行程。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S7包括以下子步骤：

S701、所述控制器控制所述第一电磁阀工作，从而使所述滑台气缸向所述第一方向移动预设行程；

S702、所述控制器控制所述伺服电机的主轴夹具松开所述工件；

S703、所述第五电磁阀驱动取料夹具取出并夹紧所述工件；

S704、所述控制器控制所述第一电磁阀停止工作，所述滑台气缸回归原位；

S705、所述第四电磁阀驱动摆台气缸带动所述滑台气缸旋转；

S706、所述第一电磁阀驱动滑台气缸牵引送料夹具及取料夹具沿第一方向移动预设行程；

S707、所述控制器控制所述伺服电机的主轴夹具夹紧所述工件；

S708、所述控制器控制所述第三电磁阀停止工作，从而使所述送料夹具松开所述工件；

S709、所述控制器控制所述第一电磁阀停止工作，所述滑台气缸回归原位；

S710、所述伺服电机带动所述滑台气缸沿第三方向移动回原点；

S711、所述控制器控制第八继电器以使安全门关闭并启动加工程序；

S712、所述控制器控制所述第五电磁阀停止工作，从而使所述取料夹具松开所述工件以将其放至输送带的预设位置。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S7还包括：

S713、在所述步骤S712之后，当所述工件依据加工程序加工完成后，开启所述安全门并反馈信号至所述控制器；

S714、所述控制器判断所述工件加工完成，转至步骤S1。