CN105234941A - 一种具备交叉换位功能的机械控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备交叉换位功能的机械控制装置，包括控制器、多台冲床、多台机械手和翻转台，冲床的输入输出信号控制端与所述控制器的I/O接口电连接，机械手的输入输出信号控制端通过M/II总线与所述控制器电性连接。多台冲床设为一排，多台机械手设为一排，相向而设，且机械手设于两冲床间的对面，用于将物理位置上一冲床取走。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的一种具备交叉换位功能的机械控制装置及其控制方法，基于一个控制器的多个机械手、冲床,通过简单的站号设置，控制器即可对不同的设备实施独立的控制，基于M/II高速总线的脉冲发送，可使机械手达到8秒/次左右的动作节拍，满足产品质量和稳定性需求。

Description

一种具备交叉换位功能的机械控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及冲压控制装置，尤其涉及的是一种具备交叉换位功能的机械控制装置及其控制方法。

背景技术

非连续冲压生产主要以人工上下料和操作机床为主，存在自动化程度低、安全事故多、工作环境噪音大、质量稳定性欠佳等问题。受劳动力成本的不断攀升影响，客观上也需要取代人工的自动化先进装备。当前国内人力成本不断攀升，年轻的劳动者一般不愿意从事这类工作，劳动密集型冲压生产正面临越来越严重的用工荒。采用机器人取代人，对传统冲压生产工艺进行改进，是解决用工难和提升传统冲压行业技术水平的一种重要途径。具有通用性好的六自由度机器人，因价格高、体积较大、运动能力富余、末端执行器需要二次开发等原因，难以应用于冲压生产的物料搬运。相反，针对冲压产品工艺特点设计的，具有四自由度或五自由度的简易机械手，因成本低、直接使用等优点而受到青睐。

现有的整体式冲压移动自动生产线，存在变更生产线困难，设备成本高等问题，难以满足多品种，小批量冲压生产的需要。多自由度冲压搬运机器人可取代人，完成上下料工作。研发与产品冲压工艺相适应的多自由度机器人以及由此配合冲床等设备构建的冲压自动生产线，可最大限度地提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量稳定性、改善冲压生产环境，改进冲压生产工艺，提升冲压生产水平具有重要意义。

采用机器人辅助的全自动生产流水线已被广泛应用于大批量生产中，如汽车车架焊接，在这些系统中，常采用分布式控制模式，各个对象具有自己独立的控制器，能完成各自规定的动作。对象之间通过某种通信方式组成网络，由上位机和各对象之间进行信息传递，实现多机械手、工装设备之间的协作。这种模式在实时性要求高、动态多变环境的系统中具有优势，系统组建快速简单，但成本相对较高，协作难度大。

但工器具在冲压过程中，目前亟待开发一种具备交叉换位功能的机械控制装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种具备交叉换位功能的机械控制装置及其控制方法，整体运行节拍可达到8秒/次。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种具备交叉换位功能的机械控制装置，包括控制器、多台冲床和多台机械手，所述冲床的输入输出信号控制端与所述控制器的I/O接口电连接，所述机械手的输入输出信号控制端通过M/II总线与所述控制器电性连接，多台冲床设为一排，多台机械手设为一排，相向而设，且机械手设于两冲床间的对面，用于将物理位置的上一冲床取走，并放入下一冲床上；

所述机械手包括支架、下板、上板、真空泵、底部旋转机构、机身上下移动机构、大臂水平移动机构、小臂转动机构和手抓机构，所述下板设于所述支架的下方，所述上板设于下板上，所述底部旋转机构设于所述上板并与所述上板配合连接固定，所述机身上下移动机构设于所述底部旋转机构上方并与底部旋转机构配合连接固定，所述大臂水平移动机构与所述机身上下移动机构的侧面配合固定连接，所述小臂转动机构与所述大臂水平移动机构配合固定连接，所述手抓机构设于所述小臂转动机构上，

所述底部旋转机构控制机身上下移动机构旋转，以带动大臂水平移动机构和小臂转动机构旋转，所述机身上下移动机构控制大臂水平移动机构上下移动，以带动手抓机构相对上下移动，所示大臂水平移动机构和小臂转动机构控制手抓机构水平移动，所述手抓机构用于抓取物件。

作为上述方案的进一步优化，所述底部旋转机构包括底座旋转伺服电机、底座减速机、底座电机架、感应环、底座联轴器、定位套、密封套、第一毛毡油圈、密封套、第一底座轴承、固定架、第二底座轴承、第三底座轴承、缓冲套、第一毛毡油圈和底座轴。

作为上述方案的进一步优化，所述机身上下移动机构包括机身伺服电机、机身电、机板、机身连接板、机身联轴器、机身丝杠固定侧支撑座、机身丝杠、机身上板、机身导轨板、机身丝杠螺母、机身螺母板、机身支撑条、机身缓冲套、机身导轨、机身丝杠支持侧支撑座、机身侧板、机身下板和机身止转板。

作为上述方案的进一步优化，所述大臂水平移动机构包括大臂安装板、大臂连接板、大臂电机板、大臂主动轮、大臂同步带、大臂从动轮、大臂伺服电机、大臂丝杠固定侧支撑座、大臂缓冲垫、大臂转动丝杠、大臂丝杠螺母、大臂螺母板、大臂底板、大臂丝杠支持侧支撑座、大臂滑块架和大臂加强板。

作为上述方案的进一步优化，所述小臂转动机构包括:小臂底板、小臂连接架、小臂电机板、小臂感应套、第一小臂同步轮、小臂减速机、小臂伺服电机、小臂同步带、小臂导轨、小臂滑块板和第二小臂同步轮。

作为上述方案的进一步优化，所述手抓机构包括手抓风琴吸盘、手抓吸盘座、手抓支臂、手爪轴、手爪轴承座、手抓定位套、手爪支臂板、手爪轴承和手爪轴用卡环。

作为上述方案的进一步优化，所述控制器为MP2300控制器，内置基本伺服模块、扩展伺服模块、I/O接口电路和以太网接口电路。

作为上述方案的进一步优化，还包括显示模块、交换机和PC机，所述显示模块和PC机通过所述交换机与所述控制器电连接。

一种具备交叉换位功能的机械控制装置的控制方法，包括如下步骤：

S1、初始化检查，对控制装置进行系统初始化和状态检查，查看是否存在异常，存在异常，进入报警程序，不存在异常，进入步骤S2；

S2、选择工作模式，选择手动控制模式或自动控制模式，完成零点复归；

S3、选择手动控制模式，选择点动操作、定长运动操作或单轴手动回零点操作；

S4、选择自动控制模式，控制装置自动判断是否零点复归，若没有完成，则执行零点复归，若完成，系统选择单机单步、单机单周期、单机连续或整线连续，并执行对应操作。

作为上述方案的进一步优化，一种具备交叉换位功能的机械控制装置的控制方法，包括如下步骤：

D1、初始化检查，对控制装置进行系统初始化和状态检查，检查初位置、负压、冲床、翻转台和机械手的初始状态是否正常；

D2、判断是否从第一工位开始，若从第一工位开始，进入步骤D3，若没有，设置开始工位序号；

D3、启动该工位，进入下一步；

D4、自动检查当前工位运行条件是否满足运行需求，若不满足，系统自动进入等待状态并自检，若满足运行需求，进入下一步；

D5、执行该工位操作，完成后，自动启动下一工位；

D6、自动检查判断工件是否异常落下，若没有，返回步骤D1，继续进入下一周期操作；若存在工件异常落下，进入暂停步骤D7；

D7、暂停后，人工检查工件是否正常？若不正常，产品废弃，并设置产品废弃状态信息；若正常，人工将工件放入下一工位，并设置工件放入正常，结束暂停，返回步骤D1，进行下一周期操作。

与已有技术相比，本发明的一种具备交叉换位功能的机械控制装置及其控制方法的有益效果体现在：

（1）本发明的一种具备交叉换位功能的机械控制装置及其控制方法，基于一个控制器的多个机械手、冲床、翻转台的集中式控制。通过简单的站号设置，控制器即可对不同的设备实施独立的控制，基于M/II高速（10Mbps/s）总线的脉冲发送，可使机械手达到8秒/次左右的动作节拍，满足产品质量和稳定性需求。

（2）本发明的一种具备交叉换位功能的机械控制装置及其控制方法，包括机械手，机械手可根据需要将物件从上一冲床上取走，并放入下一冲床上继续冲压，本发明提供的机械手可旋转、左右移动，上下移动，满足冲床生产线收取冲压物件的需求，且机械手处理速度能控制在8秒/次左右的动作节拍。

（3）本发明的一种具备交叉换位功能的机械控制装置及其控制方法，控制器内置以太网接口电路，通过网络通信方式，便于本发明的一种用于冲压冰箱压缩机支撑板融入更广泛的柔性制造系统和物联网系统，实现远程操控。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的机械手的结构示意图。

图2是本发明的机械手的侧视图。

图3是本发明的机械手的底座旋转机构的结构示意图。

图4是本发明的机械手的机身上下移动机构的结构示意图。

图5是本发明的机械手的机身上下移动机构的俯视图。

图6是本发明的机械手的机身上下移动机构的侧视图。

图7是本发明的机械手的大臂水平移动机构的结构示意图。

图8是本发明的机械手的大臂水平移动机构的侧视图。

图9是本发明的机械手的大臂水平移动机构的俯视图。

图10是本发明的机械手的小臂转动部件的结构示意图。

图11是本发明的机械手的小臂转动部件的俯视图。

图12是本发明的机械手的手抓机构的结构示意图。

图13是本发明的机械手的手抓机构的结构俯视图。

图14是是本发明的一种具备交叉换位功能的机械控制装置的控制方法的控制流程图。

图15是是本发明的一种具备交叉换位功能的机械控制装置的连续运行控制的控制方法的控制流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种具备交叉换位功能的机械控制装置，包括控制器、多台冲床和多台机械手，冲床的输入输出信号控制端与所述控制器的I/O接口电连接，机械手的输入输出信号控制端通过M/II总线与控制器电性连接，多台冲床设为一排，多台机械手设为一排，相向而设，且机械手设于两冲床间的对面，用于将物理位置的上一冲床取走，并放入下一冲床上。

如图1、2所示，机械手包括支架3、下板2、上板4、真空泵4、底部旋转机构6、机身上下移动机构7、大臂水平移动机构8、小臂转动机构9和手抓机构10，下板2设于所述支架3的下方，上板4设于下板2上，底部旋转机构6设于上板4并与上板4配合连接固定，机身上下移动机构7设于底部旋转机构6上方并与底部旋转机构6配合连接固定，大臂水平移动机构8与机身上下移动机构7的侧面配合固定连接，小臂转动机构9与大臂水平移动机构8配合固定连接，手抓机构10设于小臂转动机构9上。其中，支架3下方设有重型脚杯1，用于支撑支架3。

如图3所示，底部旋转机构6控制机身上下移动机构7旋转，以带动大臂水平移动机构8和小臂转动机构9旋转，机身上下移动机构7控制大臂水平移动机构8上下移动，以带动手抓机构10相对上下移动，大臂水平移动机构8和小臂转动机构9控制手抓机构10水平移动，手抓机构10用于抓取物件。

底部旋转机构6包括底座旋转伺服电机11、底座减速机12、底座电机架13、感应环14、底座联轴器15、定位套16、密封套17、第一毛毡油圈18、密封套19、第一底座轴承20、固定架21、第二底座轴承22、第三底座轴承23、缓冲套24、第一毛毡油圈25和底座轴26。底座电机架13上设有底座旋转伺服电机11和底座减速机12，底座旋转伺服电机11和底座减速机12通过感应环14与底座联轴器15传动连接，底座联轴器15通过第一底座轴承20与固定架21的下端连接，固定架21的下端一次设有第二底座轴承22、第三底座轴承23，第三底座轴承23上设有底座轴26。

如图4、5、6所示，机身上下移动机构7包括机身伺服电机27、机身电机板28、机身连接板29、机身联轴器30、机身丝杠固定侧支撑座31、机身丝杠32、机身上板33、机身导轨板34、机身丝杠螺母35、机身螺母板36、机身支撑条、37、机身缓冲套38、机身导轨39、机身丝杠支持侧支撑座40、机身侧板41、机身下板42和机身止转板43。

如图7、8、9所示，大臂水平移动机构8包括大臂安装板44、大臂连接板45、大臂电机板46、大臂主动轮47、大臂同步带48、大臂从动轮49、大臂伺服电机50、大臂丝杠固定侧支撑座51、大臂缓冲垫52、大臂转动丝杠53、大臂丝杠螺母54、大臂螺母板55、大臂底板56、大臂丝杠支持侧支撑座57、大臂滑块架58和大臂加强板59。

大臂水平移动机构8通过大臂安装板44与机身上下移动机构7固定连接，大臂安装板44通过大臂连接板45与大臂底板56固定连接，大臂主动轮47、大臂同步带48和大臂从动轮49传动连接，大臂底板56上设有大臂丝杠固定侧支撑座51和大臂丝杠支持侧支撑座57，大臂丝杠固定侧支撑座51和大臂丝杠支持侧支撑座57间固定大臂转动丝杠53，大臂丝杠固定侧支撑座51通过大臂缓冲垫52和大臂丝杠螺母54固定大臂转动丝杠53的一端，大臂丝杠螺母54上设有大臂螺母板55。大臂底板56上还通过大臂加强板59滑动连接大臂滑块架58。大臂伺服电机50通过控制大臂主动轮47、大臂同步带48和大臂从动轮49控制大臂转动丝杠53相对移动。

如图10、11所示，小臂转动机构9包括小臂底板60、小臂连接架61、小臂电机板62、小臂感应套63、第一小臂同步轮64、小臂减速机65、小臂伺服电机66、小臂同步带67、小臂导轨68、小臂滑块板69和第二小臂同步轮70。小臂底板60上设有小臂导轨68，小臂转动机构9通过小臂连接架61与大臂水平移动机构8相对固定连接，小臂电机板62上设有小臂减速机65和小臂伺服电机66。第一小臂同步轮64、小臂同步带67和第二小臂同步轮70传动连接，小臂减速机65和小臂伺服电机66通过第一小臂同步轮64、小臂同步带67、第二小臂同步轮70控制小臂滑块板69在小臂导轨68上滑动。

如图12、13所示，手抓机构10包括手抓风琴吸盘71、手抓吸盘座72、手抓支臂73、手爪轴74、手爪轴承座75、手抓定位套76、手爪支臂板77、手爪轴承78和手爪轴用卡环79。手抓机构10设于小臂转动机构9上，并通过手爪轴74与小臂转动机构9固定连接，手爪轴74下方设有手爪轴承座75，并通过手爪轴用卡环79、手爪轴承座75与手爪轴承78传动连接，手爪轴承78通过手抓定位套76与手抓支臂73固定连接，手抓支臂的下地面设有手爪支臂板77，加强固定连接。手抓支臂73的两端分别设有一个风琴吸盘71，并通过手抓吸盘座72将风琴吸盘71固定在手抓支臂73上。

一种具备交叉换位功能的机械控制装置，控制器为MP2300控制器，内置基本伺服模块、扩展伺服模块、I/O接口电路和以太网接口电路。一种具备交叉换位功能的机械控制装置，还包括显示模块、交换机和PC机，显示模块和PC机通过交换机与控制器电连接。

参见图14，一种具备交叉换位功能的机械控制装置的控制方法，包括如下步骤：

S1、初始化检查，对控制装置进行系统初始化和状态检查，查看是否存在异常，存在异常，进入报警程序，不存在异常，进入步骤S2；

S2、选择工作模式，选择手动控制模式或自动控制模式，完成零点复归；

S3、选择手动控制模式，选择点动操作、定长运动操作或单轴手动回零点操作；

S4、选择自动控制模式，控制装置自动判断是否零点复归，若没有完成，则执行零点复归，若完成，系统选择单机单步、单机单周期、单机连续或整线连续，并执行对应操作。

参见图15，图15是是本发明的一种具备交叉换位功能的机械控制装置的连续运行控制的控制方法的控制流程图。一种具备交叉换位功能的机械控制装置的控制方法，包括如下步骤：

D1、初始化检查，对控制装置进行系统初始化和状态检查，检查初位置、负压、冲床、翻转台和机械手的初始状态是否正常；

D2、判断是否从第一工位开始，若从第一工位开始，进入步骤D3，若没有，设置开始工位序号；

D3、启动该工位，进入下一步；

D4、自动检查当前工位运行条件是否满足运行需求，若不满足，系统自动进入等待状态并自检，若满足运行需求，进入下一步；

D5、执行该工位操作，完成后，自动启动下一工位；

D6、自动检查判断工件是否异常落下，若没有，返回步骤D1，继续进入下一周期操作；若存在工件异常落下，进入暂停步骤D7；

D7、暂停后，人工检查工件是否正常？若不正常，产品废弃，并设置产品废弃状态信息；若正常，人工将工件放入下一工位，并设置工件放入正常，结束暂停，返回步骤D1，进行下一周期操作。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种具备交叉换位功能的机械控制装置，其特征是，包括控制器、多台冲床和多台机械手，所述冲床的输入输出信号控制端与所述控制器的I/O接口电连接，所述机械手的输入输出信号控制端通过M/II总线与所述控制器电连接，多台冲床设为一排，多台机械手设为一排，相向而设，且机械手设于两冲床间的对面，用于将物理位置的上一冲床取走，并放入下一冲床上；

所述机械手包括支架（3）、下板（2）、上板（4）、真空泵（4）、底部旋转机构（6）、机身上下移动机构（7）、大臂水平移动机构（8）、小臂转动机构（9）和手抓机构（10），所述下板（2）设于所述支架（3）的下方，所述上板（4）设于下板（2）上，所述底部旋转机构（6）设于所述上板（4）并与所述上板（4）配合连接固定，所述机身上下移动机构（7）设于所述底部旋转机构（6）上方并与底部旋转机构（6）配合连接固定，所述大臂水平移动机构（8）与所述机身上下移动机构（7）的侧面配合固定连接，所述小臂转动机构（9）与所述大臂水平移动机构（8）配合固定连接，所述手抓机构（10）设于所述小臂转动机构（9）上；

所述底部旋转机构（6）控制机身上下移动机构（7）旋转，以带动大臂水平移动机构（8）和小臂转动机构（9）旋转，所述机身上下移动机构（7）控制大臂水平移动机构（8）上下移动，以带动手抓机构（10）相对上下移动，所述大臂水平移动机构（8）和小臂转动机构（9）控制手抓机构（10）水平移动，所述手抓机构（10）用于抓取物件。

2.根据权利要求1所述的一种具备交叉换位功能的机械控制装置，其特征在于：所述底部旋转机构（6）包括底座旋转伺服电机（11）、底座减速机（12）、底座电机架（13）、感应环（14）、底座联轴器（15）、定位套（16）、密封套（17）、第一毛毡油圈（18）、密封套（19）、第一底座轴承（20）、固定架（21）、第二底座轴承（22）、第三底座轴承（23）、缓冲套（24）、第一毛毡油圈（25）和底座轴（26）。

3.根据权利要求1所述的一种具备交叉换位功能的机械控制装置，其特征在于：所述机身上下移动机构（7）包括机身伺服电机（27）、机身电、机板（28）、机身连接板（29）、机身联轴器（30）、机身丝杠固定侧支撑座（31）、机身丝杠（32）、机身上板（33）、机身导轨板（34）、机身丝杠螺母（35）、机身螺母板（36）、机身支撑条（37）、机身缓冲套（38）、机身导轨（39）、机身丝杠支持侧支撑座（40）、机身侧板（41）、机身下板（42）和机身止转板（43）。

4.根据权利要求1所述的一种具备交叉换位功能的机械控制装置，其特征在于：所述大臂水平移动机构（8）包括大臂安装板（44）、大臂连接板（45）、大臂电机板（46）、大臂主动轮（47）、大臂同步带（48）、大臂从动轮（49）、大臂伺服电机（50）、大臂丝杠固定侧支撑座（51）、大臂缓冲垫（52）、大臂转动丝杠（53）、大臂丝杠螺母（54）、大臂螺母板（55）、大臂底板（56）、大臂丝杠支持侧支撑座（57）、大臂滑块架（58）和大臂加强板（59）。

5.根据权利要求1所述的具备交叉换位功能的机械控制装置，其特征是，根据权利要求1所述的一种具备交叉换位功能的机械控制装置，其特征在于：所述小臂转动机构（9）包括:小臂底板（60）、小臂连接架（61）、小臂电机板（62）、小臂感应套（63）、第一小臂同步轮（64）、小臂减速机（65）、小臂伺服电机（66）、小臂同步带（67）、小臂导轨（68）、小臂滑块板（69）和第二小臂同步轮（70）。

6.根据权利要求1所述的一种具备交叉换位功能的机械控制装置，其特征在于：所述手抓机构（10）包括手抓风琴吸盘（71）、手抓吸盘座（72）、手抓支臂（73）、手爪轴（74）、手爪轴承座（75）、手抓定位套（76）、手爪支臂板（77）、手爪轴承（78）和手爪轴用卡环（79）。

7.根据权利要求1所述的一种具备交叉换位功能的机械控制装置，其特征在于：所述控制器为MP2300控制器，内置基本伺服模块、扩展伺服模块、I/O接口电路和以太网接口电路。

8.根据权利要求1所述的一种具备交叉换位功能的机械控制装置，其特征在于：还包括显示模块、交换机和PC机，所述显示模块和PC机通过所述交换机与所述控制器电连接。

9.如权利1-8任意所述的一种具备交叉换位功能的机械控制装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、初始化检查，对控制装置进行系统初始化和状态检查，查看是否存在异常，存在异常，进入报警程序，不存在异常，进入步骤S2；

S2、选择工作模式，选择手动控制模式或自动控制模式，完成零点复归；

S3、选择手动控制模式，选择点动操作、定长运动操作或单轴手动回零点操作；

S4、选择自动控制模式，控制装置自动判断是否零点复归，若没有完成，则执行零点复归，若完成，系统选择单机单步、单机单周期、单机连续或整线连续，并执行对应操作。

10.如权利1-8任意所述的一种具备交叉换位功能的机械控制装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

D1、初始化检查，对控制装置进行系统初始化和状态检查，检查初位置、负压、冲床、翻转台和机械手的初始状态是否正常；

D2、判断是否从第一工位开始，若从第一工位开始，进入步骤D3，若没有，设置开始工位序号；

D3、启动该工位，进入下一步；

D4、自动检查当前工位运行条件是否满足运行需求，若不满足，系统自动进入等待状态并自检，若满足运行需求，进入下一步；

D5、执行该工位操作，完成后，自动启动下一工位；

D6、自动检查判断工件是否异常落下，若没有，返回步骤D1，继续进入下一周期操作；若存在工件异常落下，进入暂停步骤D7；

D7、暂停后，人工检查工件是否正常？若不正常，产品废弃，并设置产品已废弃状态信息；若正常，人工将工件放入下一工位，并设置工件放入正常，结束暂停，返回步骤D1，进行下一周期操作。