CN1051493C - 操纵方法和利用该方法的机械手 - Google Patents

Abstract

一种操纵机械手的方法，包含：工件搜索步骤，令悬臂按高速接近叠放基座，然后按低速直到检测到工件，中止和存储步骤，当检测到工件时，中止悬臂并存储工件的位置作为工件高度，以及夹持工件；以及当悬臂再次接近叠放基座时令悬臂按高速接近一由将一预定值加到存储的工件高度定义的减速开始位置，令悬臂低速按所存储的工件高度接近工件；检测工件；以及令手部持住工件的步骤；以及当没有检测到工件时校正工件高度的数值，并再次令悬臂按低速接近工件，由于悬臂按低速移动的范围被减少，缩短了周期时间。

Description

操纵方法和利用该方法的机械手

本发明涉及一种操纵方法和用于该方法的机械手，更具体地说涉及这样一种操纵方法和用于该方法的机械手，其中叠放在一叠放基座上的各工件逐一地提供到加工机床例如冲床或压力弯板成形机或者包装机例如捆扎机，或者将经机加工的工件一个接一个地叠放在叠放基座上。

通常，如图10所示，这种类型的机械手配置在加工机床50的周围并设有多个利用旋转连轴节51连接起来的悬臂52。安装在最前部悬臂52上的手部53受控以便跟踪一些预先规定的位置点。手部53装有一吸持元件例如真空杯54以及传感器56，当手部53降低时该传感器56检测与真空杯54接触的工件55。为了将工件55装到加工机床50上，要进行工件搜索操作，其中首先将手部53移动到在叠放在片材叠放基座57上的工件55正上方一预定距离处。然后将手部53缓慢下降，直到传感器56检测到真空杯54与工件55相接触，然后中止手部53的下降。当通过检测到工件55而使悬臂52的下降操作中止时，由下一个操作例如将工件55转移到加工机床50继续操作。另一方面，倘若加工后的工件58要一个接一个叠放在一产品叠放基座59上，上述操作基本上按照相同的方式但为相反的模式进行。即，传感器检测到由真空杯54吸持的工件58与产品叠放基座59相接触，消除或释开真空杯54的吸力因此使真空杯54行进将下一个工件58转移到产品叠放基座。在图10中，标号60代表一控制盘。

按照上述方法，悬臂52从高于最上面的叠放工件的最高位置缓慢地下降。因此，倘若叠放在该叠放基座57、59上的工件55、58数量很少，则会浪费时间，使周期时间延长。本发明的任务主要在于在采用上述常规装置和方法时使周期时间缩短。

根据本发明的操纵方法是一种使持住工件的手部接近叠放基座和已叠放在叠放基座上的各工件以便提起或叠放工件的方法，其特征在于，该方法包含的步骤有：(a)将手部定位在叠放基座上方预定距离处的步骤，(b)令手部按高速接近一比在存储器中存储的各工件高度高一预定距离的起始减速的位置处的步骤，(c)由该开始减速位置使手部按低速接近存储器中存储的各工件高度的步骤，以及(d)将手部停在存储器中存储的各工件高度处并持住或松开被持住的工件。

根据本发明的操纵方法的另外的模式包含(a)工件搜索步骤，将手部定位在叠放基座上方的一预定距离位置处并令悬臂按低速接近叠放基座，直到检测到设置在手部下方的工件或叠放基座，以及当工件或叠放基座被检测到时中止该手部，(b)存储步骤，将各工件高度存储为检测位置，(c)持住步骤，在手部停止位置持住工件或松开被持住的工件，(d)中间步骤，用于行进到下一步，(e)高速接近步骤，再次将手部定位在叠放基座上方的预定距离的位置处并令手部高速下降到一稍高于各工件存储的叠放高度的开始减速的位置处，(f)低速接近步骤，令手部下降到各工件的存储的叠放高度，(g)重新持住步骤，持住工件或松开已持住的工件，以及(h)重复步骤，重复上述步骤(d)到(g)。

在上述步骤(b)中，通过对在工件搜索步骤(a)中得到的关于手部高度的数据加或减单件工件的厚度可以计算工件高度的数据。此外，在低速接近步骤(f)中，可以检测是否存在工件，以及如果检测到没有工件，首先进行校正计算加或减一预期的数值，并在此之后，将手部低速下降到由校正的数据确定的高度。再有，在低速接近步骤(f)中，悬臂可以降低直到检测到工件以及在检测到工件之时根据工件装料高度进行数据校正。

根据本发明的操纵机械手是这样一种类型的机械手，其按照每次持住单件工件并向或从基座转移的方式重复地转移工件。该操纵机械手包含一持住工件的手部，装上该手部的悬臂、用于升降悬臂的机构、用于检测悬臂高度的检测装置、控制装置，其控制悬臂的高度和至少按两级降速；以及工件检测装置，用于检测手部与工件的接触。该控制装置包含：一数字计算和存储组件，其根据与先前的工件高度相关的数据计算工件的实时叠放高度；一指令组件，其根据关于工件高度的实时数据，将悬臂高速降低到按该数据代表的工件高度，接着低速降低悬臂直到工件检测装置检测到工件。在这种机械手中，该手部是一相对悬臂沿向上和向下方向可自由旋转的平板，并且利用悬臂保持在该旋转位置上。机械手最好装有弹簧装置，其将手部相对悬臂沿向下方向偏置。在这种情况下，这样构成工件检测装置，即使得检测装置可以检测相对悬臂处于提升位置的手部。

根据本发明的基本方法，在控制装置中存储工件高度，以及悬臂按照高速接近一根据存储的工件高度计算出的开始减速的位置，以及在其余距离上按照低速接近工件。利用正向传送控制方式来控制悬臂向开始减速位置的高速移动以及悬臂向要中止的位置的低速移动。因此，总的周期时间可以缩短。

根据本发明的第二方法，对第一次进行的持住工件的第一持住操作中，在搜索工件时缓慢降低该手部。即对工件位置进行反馈控制以及通过这种控制检测工件装料高度并存储。在以后的持住操作中，正像在该基本方法一样进行正向传送控制，因此进行这些持住操作的周期时间也可以降低。在这种正向传送控制中，进行计算即对工件高度加减单件工件的厚度。如果检测是否存在工件的操作在低速接近步骤(f)中进行则在没有检测到工件的情况下进行加减预定值的校正计算，在几个持住操作中仅进行一次这种正向传送控制就足够了。

正向传送控制可以每次进行，以便检测工件高度和每次更新工件高度的数据。即使在这样的情况下，也可缩短低速接近时间，从而与常规的方法相比可以缩短周期时间。

提供根据本发明的机械手是为了实现上述操纵方法。按照这种机械手，该手部相对悬臂沿向上和向下的方向自由地移动并保持就位。如果该机械手装有弹簧，沿向下的方向相对悬臂偏置手部，在手部相对悬臂的竖直移动的范围内产生的误差可以由弹簧吸收，使得能按照预期要求实现上述方法。此外，如果根据手部的竖直移动来进行对工件的检测，工件检测操作的精度可以提高。

图1是表示根据本发明的操纵方法的一个实施例的示意流程图。

图2a是表示该操纵方法中的各步骤的示意图。

图2b是表示该操纵方法中的各步骤的另一示意图。

图3是图1中所示操纵方法细节的流程图的第一部分。

图4是图1中所示操纵方法细节的流程图的第二部分。

图5是表示根据本发明的操纵方法的另一实施例的局部流程图。

图6是表示根据本发明的操纵方法的一种应用的示意流程图。

图7是表示根据本发明的操纵方法中用于装料的步骤的示意图。

图8是表示根据本发明的操纵方法的另一实施例中用于拾取的步骤的流程图。

图9是表示根据本发明的机械手中的手部的一种改进方案的示意图。

图10是表示常规的机械手及其外围设备的示意图。

下面参照附图解释根据本发明的实施例的方法和机械手。

在附图中，图1是表示根据本发明的操纵方法的一个实施例的示意流程图，图2a和2b是表示该操纵方法中的各步骤的示意图，图3和图4构成表示图1中所示操纵方法细节的流程图，图5是表示根据本发明的操纵方法的另一实施例的局部流程图，图6是表示根据本发明的操纵方法的一种应用的示意流程图，图7是表示根据本发明的操纵方法用于叠放的步骤的局部示意图，图8是表示根据本发明的操纵方法的另一实施例中的用于拾取的步骤的示意图，以及图9是表示根据本发明的机械手中的手部的改进方案的示意图。

图1是表示根据本发明的操纵方法的基本流程的流程图，其中该流程不仅适用于如在图2中所示的从叠放基座逐一地吸持板材(工件)2的操作，而且还适用于如在图5中所示的在叠放基座3上逐一地叠放产品的操作。首先根据图1和图2解释从叠放基座3逐一地吸持板材2的操作方式。

(结合工件搜索的吸持步骤)

图1中的左侧步骤路线(I)和图2a中的示意图表示一个步骤，其中倘若叠放在叠放基座1上的板材的工件高度SY是不精确知道的，搜索最上面的板材2，然后吸持该工件。步骤(I)由如下步骤组成。

步骤S1：朝叠放基座上方的位置移动手部5。中止位置(水平位置)和中止高度YP是预先规定的。

步骤S2：高速降低手部5到一开始搜索位置YC。关于开始搜索位置YC和降低速度的数据是预先规定的。步骤S1和步骤S2可以合并成单一的步骤。

步骤S3：由该开始搜索位置YC按低速降低手部5。即由于关于工作度高的精确数据是不能得到的，手部5缓慢降低以便能瞬时中止手部5移动，因此防止损伤手部以及该片。降低速度是预先规定的。安装在手动5上的工件检测传感器检测最上面的板材2。手部5降低直到由工件检测传感器检测到板材2为止。

步骤S4：在工件检测传感器检测到最上面的板材2时，手部5中止降低，手部5利用其真空杯6吸持板材2。同时，通过由手部5的其时的高度HY减去单层板材2的厚度DY得到的数值存储作为工作度高的数据以及将这一数据用于后续的吸持步骤。

步骤S5：将被吸持的板材2提高到一预期的高度，以防止干扰妨碍其余叠放的板材2，然后进行其它的处理步骤例如将该板材送到加工机床及叠放该板材。

(根据存储的数据的吸持步骤)

接着参照右侧步骤路线II和图2b，解释所谓的“正向传送吸持步骤”，倘若在叠放基座1上的工件高度SY是几近精确知道的，执行这一步骤。虽然在这一实施例中，采用在吸持步骤I中的步骤S4通过工件搜索得到并存储的工件高度HY的数据，也可以采用利用其它方法(其中工件高度HY是人工或自动测量的)预先得到和存储的工件高度HY的数据。提出权利要求1就是准备还覆盖这些情况。

步骤S6：在已执行步骤S5中所有其它处理步骤后，将手部5再次移动到该叠放基座的上方的位置。

步骤S7：接着，手部5按高速降低到一根据检测的或存储的工件高度计算的开始减速位置。该开始减速位置是一高度，它是通过将一预期的值Ya(例如20-50毫米)增加到例如在步骤S4中检测或存储的工件高度得到的。

步骤S8：手部5按低速降低到工件高度SY的位置。

步骤S9：在这一位置，使真空杯，进行抽吸操作，吸持板材2。同时，从当前的工件高度SY再次减去板材2的厚度，得到和存储下一个要吸持的板材的工件高度(SY＝SY-DY)。

步骤S10：步骤进行到下一步，正像在前述步骤S5中的情况一样。

重复上述步骤S6-S10，以便吸持下一个板材2。

接着，参阅图3和图4，解释把带有工件搜索的吸持步骤I和基于存储数据的吸持步骤II作为一系统或整体流程的流程图。

图3中所示的步骤S11判别是否应当进行工件搜索。例如，根据在这一步骤判别的结果，仅在操纵控制的开始进行一次工件搜索或者每当重复进行预期数量的工件转移时进行一次工件搜索。倘若在这一步骤中进行工件搜索，在下一步骤S12设立工件搜索标识位(C1＝1)。倘若不进行工件搜索，工件搜索标识位C1维持0。

接着，倘若操作进行到上述吸持步骤I、II中的步骤S1或步骤S6，在步骤S13进行判别，在带有工件搜索的吸持步骤I和根据存储的数据进行的吸持步骤II之间，根据取为1或0的工件搜索标识位的设定值，决定应当选取哪一条路线。根据判别结果，操作行进到步骤I的路线或步骤II的路线。

在步骤I的路线中，虽然，如前所述操作由步骤S2进行到S3，在这一实施例中，插入步骤S14，其中例如另一个传感器检测见否没有检测到工件时手部5仍降低到预期的位置以及根据检测的结果判别是否应当中止工件搜索操作(见图5)。如果判别应当中止工件搜索操作，中止整个操作(步骤14a)并对故障进行处理(步骤14b)。倘若工件搜索操作未中止，即只要工件搜索中止检测传感器未检测到有故障，继续工件搜索操作。

如前所述，在步骤S3，如果检测到工件，操作进行到步骤S4。然而，在这一操作中，步骤S4又分为3个步骤，即降低中止步骤S4a，工件叠放量(SY)计算步骤S4b和工件吸持步骤S4c。在这些步骤中插入步骤S15，将在步骤S2中先前设立的工件搜索标识位S1复位到0(见图4)。

此外，根据这一实施例，在根据存储数据进行的吸持步骤II中(见图3中的步骤S7和由步骤S7继续进行的各步骤)，在手部5按低速接近工件的步骤S8之中插入检测工件是否存在的步骤S16。如果没有检测到工件，即如果手部没有达到最上面的工件，进行校正计算，其中，例如由叠放的工件的总量SY减去单层板材的数值DY，以便更新工件高度(步骤S17)以及手部5按低速再次降低(步骤S8)。另一方面，如果检测到工件，不再更新工件高度，并且操作返回到工件吸持步骤的主程序(步骤S9c，见图4)。

在图6所示的实施例中，在图4所示的悬臂提升步骤(步骤S5a)之后，判别工件是否被吸持(步骤S18)。假如工件未被吸持，即手部未能吸持工件或在吸持之后在提升的中途工件掉下，判别故障计数值(步骤S19)，对该数值或故障进行计数(步骤S23)，以及对工件叠放量进行校正计算(步骤S20)，并使手部接近经校正的工件高度(步骤S21)。然后，直到检测到工件(步骤22)之前，重复校正工作叠放高度以及悬臂接近。当检测到工件时，操作返回到工件吸持步骤(步骤S4c，S9c)。然后，再次或者当吸持故障重复预定次数时，在步骤S19判别故障计数值，其中将故障计数值与预定值Co相比较，如达到，中止后续的步骤，以便对故障进行处理。在图3中用虚线表示的故障计数值清零(EC＝0)步骤S24，是用于在图6中所示对故障计数之前使计数值返回到零。

虽然，上述实施例全都是解释从叠放基座逐一地拾取各作为工件的板材，如图7中所示，几乎按与上述流程图(图1、图3和图4)可以顺序地进行在叠放基座3上叠放产品4。在这种情况下，代替工件吸持操作的是松开工件。当更新工件高度时，顺序地增加与一个产品厚度对应的高度。此外，在图6中所示的工件吸持操作的检查变得是不必要的。

图8是利用一个实际的机械手例如图10中所示的机械手进行的混合操作的流程图，这一混合操作是由上述板材拾取操作和产品叠放操作组成的。即如图2中所示从板材叠放基座15拾取一张板材2(步骤S30)，送到加工机床(步骤S31)、板材2的一部分或者通常是板材2的几个部分由加工机床夹住的同时被加工(步骤S32)。在完成加工操作时，由加工机床取出板材2，以及将该板材2叠放在产品叠放基座3上，如图7所示(步骤S34)。然后，机械手再次接近板材叠放基座1以便拾取作为工件的板材2。利用按照这样一种循环对产品进行加工的机械手，根据本发明的上述操纵方法可以适用于吸持工件的步骤S30和叠放产品的步骤S34。

在图9中，表示根据本发明的机械手中的优选的手部部分的一个实施例。在图9中，标号11代表悬臂，标号12代表手部。手部12包含安装在悬臂11上可升降的轴部分13、安装在轴部分13的下部末端的真空或空吸杯6，以及用于将轴部分13相对悬臂11向下偏置的弹簧14。

铁磁元件15安装在轴部分13的上部末端，用作工件检测器的磁传感器17附着在一安装在悬臂11上的支架16上，这一磁传感器17检测轴部分13的提升，这一提升是当真空杯6与叠放在板材叠放基座1上的板材2相接触时才形成的。在磁传感器17上方与之隔开一预期间隔有一第二磁传感器18，其安装在支架16上用于检测工件搜索的中止。这一第二磁传感器18的装设用于当用于检测工件的磁传感器17由于任何可能的原因而不能工作时，瞬间中止机械手的操作。第二磁传感器18的输出用于图5中的工件搜索中止检测步骤S14中的判别。此外，悬臂11装有真空传感器19，用于检测真空杯6的吸持故障。真空杯6借助真空传感器19与真空源例如真空泵或文丘里型吸气泵相连接。上述磁传感器可以由其它类型的传感器构成，只要它们用于检测各种位置。例如可以用光电传感器来代替磁传感器。

机械手的主体及其控制装置可以由在图10中所示的常规的机械手中所用的相应部分构成。这种类型的机械手包含：由固定安装在基础上的支柱62构成的主体、顺序的支承在支柱62上的以及利用一些旋转连轴节51、51使得可彼此相对旋转的各悬臂52、52、52；用于旋转驱动各悬臂52、52、52的一些电动机M1、M2、M3；用于检测各个电动机或悬臂之类的旋转角度的一些位置检测器；以及控制装置，其主要由微计算机构成，该微机按照预期的程序根据检测的数据和规定的数据，产生用于驱动一组驱动用电动机M1、M2、M3的控制信号，并将这些驱动信号输送到驱动电动机M1、M2、M3。

可用在根据本发明的方法和机械手的工件高度检测元件可以包含：角度检测元件例如安装在旋转连轴节上的编码器，以及将检测的角度变换为高度坐标的控制器组件。虽然在上述实施例中持住式手部是由真空杯型构成的，但该持住式手部可以由电磁空吸型或抓指型构成。本发明的方法不仅可以用于吸持板材而且还可以叠放产品如在图8中的实施例所示，在其中一个操作中可以采用常规的方法，或者采用一可升降的叠放基座，以及可以将根据本发明的方法仅用于板材吸持操作或者产品叠放操作。

工业应用

根据本发明的操纵方法接近工件需较少时间使得操作周期时间与常规方法比较可以明显缩短。

Claims (8)

1一种操纵方法，用于使持住工件的手部朝叠放基座和已叠放在叠放基座上的各工件接近以便取起或叠放工件，包含：

(a)定位步骤，将手部定位在叠放基座上方的预定距离处，

(b)高速接近步骤，令手部按高速接近一比在存储器中存储的工件高度高出预定距离的开始减速位置，

(c)低速接近步骤，令手部由该开始减速位置按低速接近在存储器中存储的各工件高度，以及

(d)中止步骤，在存储器中存储的各工件高度处中止手部，并持住工件或松开被持住的工件。

2一种操纵方法，用于使持住工件的手部朝叠放基座和已叠放在叠放基座上的各工件接近以便取起或叠放工件，包含：

(a)工件搜索步骤，将手部定位在叠放基座上方一预定距离的位置处并令手部按低速接近叠放基座直到检测到位于手部的下方的工件或叠放基座，并且当检测到工件或叠放基座时中止该手部，

(b)存储步骤，将检测的位置存储作为工件高度，

(c)持住步骤，在手部中止位置持住工件或松开持住的工件，

(d)中间步骤，用于行进到下一步，

(e)高速接近步骤，使手部再次定位在叠放基座上方的一预定距离的位置处并令手部按高速降低到稍高于存储的工件高度的一开始减速位置处，

(f)低速接近步骤，令手部降低到存储的工件高度，

(g)再持住步骤，持住工件或松开已持住的工件，以及

(h)重复步骤，重复上述步骤(d)到(g)。

3根据权利要求2所述的操纵方法，其中在步骤(b)，按这样一种方式进行计算，即对在工件搜索步骤(a)中得到的手部高度的数据加或减一张板材或一件工件的厚度，因此得到关于工件高度的数据。

4根据权利要求2所述的操纵方法，其中在低速接近步骤(f)，进行检测是否存在工件的操作，以及如未检测到工件，进行校正计算，再加或减一预期值，以及再次将悬臂按低速降低到经校正的数据确定的高度。

5如权利要求2所述的操纵方法，其中，在低速接近步骤(f)，降低悬臂直到检测到工件，以及根据检测时的工件叠放高度校正该数据。

6一种重复转移工件类型的操纵机械手，操纵方式为持住一张板材或一件工件并每次由或向基座转移工件，包含：持住工件的手部，支承该手部的各悬臂、用于升降悬臂的机构、用于检测悬臂高度的检测装置，控制悬臂高度和至少按两级降低速度的控制装置，以及用于检测该手部与工件的接触情况的工件检测装置，其中控制装置还包含：数字计算和存储组件，其根据与工件的先前的叠放高度相关的数据计算在叠放基座上的实时工件高度，一指令组件，其根据关于工件高度的实时数据按高速降低悬臂到一稍高于由该数据确定的工件高度的位置处，接着按低速降低悬臂直到工件检测装置检测到工件。

7根据权利要求6所述的机械手，其中的手部由悬臂以可沿向上和向下的方向转动的方式支承，并设有一弹簧，用于将手部偏置朝向悬臂。

8根据权利要求7所述的机械手，其中装有工件检测装置，用于检测相对悬臂提升的手部。

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