CN107932497A - 一种内定心结构纸盘取放机械手及其控制系统、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内定心结构纸盘取放机械手及其控制系统、控制方法，包括卡爪机构、翻转机构和退料机构，所述的卡爪机构包括多个卡爪、连杆，所述的卡爪分别固定在连杆上，所述连杆绕固定轴心转动，其中一个连杆连接有卡爪气缸，通过卡爪气缸驱动连杆转动；所述的翻转机构包括固定条、连接轴、驱动气缸和驱动连杆；所述的退料机构包括退料气缸、顶板、退料板和底板，所述退料气缸两端分别固定在顶板、底板上，所述的退料气缸的气缸轴上安装有退料板。本发明的机械手采用涨开式卡爪抓取纸盘的内芯塑料环，机构占用的空间很小，保证了机构运动的灵活性；机械手抓取的是纸盘的内芯塑料环，使得本机械手作业时只与内芯塑料环有关，避免了对纸盘外径的要求。

Description

一种内定心结构纸盘取放机械手及其控制系统、控制方法

技术领域

本发明涉及一种内定心结构的纸盘取放机械手，具体而言，涉及一种用于窄条纸带接合机（下称接纸机）更换纸盘时抓取原料纸盘并放入接纸机待装盘工位的机械装置及其控制系统和控制方法。

背景技术

柔性棒料成型过程中，外面需要窄条纸带加以包裹，持续提供窄条纸带的换盘接纸机目前采用的是单垛纸盘自动更换技术，现有接纸机上所采用的自动抓放纸盘的机械手是一种外抓取结构，是用一个和纸盘直径相当的夹紧圆环，从外部夹取纸盘，而后通过半径达纸盘直径的翻转传送链，实现纸盘从水平抓取后转换为竖直放置的过程。这种机械结构一方面对纸盘的直径要求比较高，只有特定直径的纸盘才能够被抓紧；另一方面，翻转传送链结构比较复杂，占用空间较大，对机械装置所需要产生的力矩要求比较高，不易控制。

单垛纸盘自动更换中纸盘的换盘频率较快，纸盘垛也需频繁更换，为了减少纸盘垛的频繁更换，一个改进是采用四垛纸盘供纸盘机构，即将从纸盘生产厂家采购的四垛纸盘在一个底盘上的纸盘架，利用车间AGV车一次性送入换盘工位，这样不再可能利用外抓取机构抓取纸盘。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中外抓取结构体积大，结构复杂等缺点，提供一种内定心结构纸盘取放机械手及其控制系统、控制方法。

技术方案：本发明所述的一种内定心结构纸盘取放机械手，包括卡爪机构、翻转机构和退料机构，所述的卡爪机构包括多个卡爪、连杆，所述的卡爪分别固定在连杆上，所述连杆绕固定轴心转动，其中一个连杆连接有卡爪气缸，通过卡爪气缸驱动连杆转动，并带动卡爪涨缩，与卡爪气缸连接的连杆与其余连杆通过连接柱连接实现联动，实现多个卡爪同时自定心涨缩；

所述的翻转机构包括固定条、连接轴、驱动气缸和驱动连杆，顶板通过固定条和连接轴与机械手Z轴移动机构铰接，所述连接轴两端部分别通过驱动连杆连接有驱动气缸，通过所述驱动气缸驱动驱动连杆带动连接轴转动，实现卡爪机构的转动；

所述的退料机构包括退料气缸、顶板、退料板和底板，所述退料气缸两端分别固定在顶板、底板上，所述的退料气缸的气缸轴上安装有退料板，通过退料气缸的动作实现退料板的伸缩驱动。

进一步的，所述卡爪的长度为纸盘厚度的三分之二。

进一步的，所述卡爪机构设置于顶板与底板之间。

进一步的，所述固定轴心固定于底板上，卡爪气缸固定于顶板上。

进一步的，所述卡爪机构的转动范围为0-90°。

进一步的，还包括抓取控制系统，包括显示系统、PLC控制系统、运动控制驱动系统，所述PLC控制系统输入端与显示系统电连接，所述PLC控制系统输出端与运动控制驱动系统电连接，所述运动控制驱动系统与卡爪气缸、驱动气缸、退料气缸连接，所述PLC控制系统的输入端还连接有DSP处理器的输出端。

本发明还公开了上述一种内定心结构纸盘取放机械手的抓取控制方法，包括如下步骤：

（1）基于纸盘门架的俯视角，设定一定点坐标T，机械手在其中一个纸盘的内圆中，张开夹爪，使纸盘内壁和夹爪契合；

（2）机械手提升一定的高度，并且PLC控制伺服电机，伺服电机驱动机械手移动至T点所在的坐标点位置；

（3）机械手在驱动气缸的驱动下，带动连接轴旋转90°，此时被机械手夹取的纸盘也旋转90°变为竖直状态；

（4）伺服电机控制机械手保持Y坐标不变，X轴向移动至纸盘初步套入接纸机上待上料纸盘夹头上大约纸盘厚度的三分之一处，机械手夹爪收回，固定在顶板和底板的退料气缸同时动作，驱动退料板伸出，使纸盘完全进入待上料纸盘夹头上；

（5）机械手退回至T点，退料气缸动作，驱动退料板收回，同时驱动气缸动作，带动连接轴旋转-90°，准备下个纸盘的抓取；

（6）重复上述步骤（1）-（5），实现其余纸盘的夹取和放置。

8．根据权利要求1所述的一种内定心结构纸盘取放机械手的抓取控制方法，其特征在于：步骤（2）中所述机械手提升2/3个纸盘直径的高度。

有益效果：本发明的有益效果如下：

（1）该内定芯的纸盘取放机械手使用涨开式卡爪代替了原先的外抓取结构的大直径圆环，结构简单，合理；

（2）机械手抓取的是纸盘的内芯塑料环，使得本机械手作业时只与内芯塑料环有关，避免了对纸盘外径的要求；

（3）机械手采用涨开式卡爪抓取纸盘的内芯塑料环，机构占用的空间很小，保证了机构运动的灵活性。

附图说明

图1为本发明的翻转机构结构示意图；

图2为本发明的卡爪机构结构示意图；

图3为本发明的退料机构结构示意图；

图4为本发明的抓取控制系统的系统控制框图；

图5是出厂纸盘随机堆垛示意图；

图6是内定芯纸盘取放机械手运动过程控制流程框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

本发明所述的一种内定心结构纸盘取放机械手，包括卡爪机构、翻转机构和退料机构。

如图2所示，所述的卡爪机构包括三个卡爪：第一卡爪12、第二卡爪18和第三卡爪20，卡爪的长度为纸盘厚度的三分之二。以及三个连杆：第一连杆9、第二连杆19和第三连杆14，所述的第一卡爪12、第二卡爪18和第三卡爪20分别固定在第一连杆9、第二连杆19和第三连杆14上，三个连杆绕固定轴心转动，其中第一连杆9连接有卡爪气缸15，通过卡爪气缸15驱动第一连杆9转动，并带动第一卡爪12涨缩，与卡爪气缸15连接的第一连杆9与其余的第二连杆19、第三连杆14通过第一连接柱17、第二连接柱13连接实现联动，实现三个卡爪同时自定心涨缩。该卡爪机构设置于顶板与底板之间（图3所示），所述固定轴心固定于底板上，卡爪气缸固定于顶板上。

如图1所示，所述的翻转机构包括固定条6、连接轴3、驱动气缸和驱动连杆，顶板7通过固定条6和连接轴3与机械手Z轴移动机构铰接，机械手Z轴移动机构实现机械手的升降操作。所述连接轴3两端部分别通过第一驱动连杆2、第二驱动连杆5分别连接有第一驱动气缸1、第二驱动气缸4，通过所述驱动气缸驱动驱动连杆带动连接轴转动，实现卡爪机构的转动，卡爪机构的转动角度为0-90°，图中角度为垂直状态。

如图2和3所示，所述的退料机构包括三个退料气缸：第一退料气缸11、第二退料气缸16、第三退料气缸21，顶板7、退料板8和底板10，各个退料气缸两端分别固定在顶板7、底板10上，退料气缸的气缸轴上安装有退料板8，通过退料气缸的动作实现退料板的伸缩驱动。

如图4所示，抓取控制系统包括显示系统、PLC控制系统、运动控制驱动系统，所述PLC控制系统输入端与显示系统电连接，所述PLC控制系统输出端与运动控制驱动系统电连接，所述运动控制驱动系统与卡爪气缸、驱动气缸、退料气缸连接，所述PLC控制系统的输入端还连接有DSP处理器的输出端。

本实施例中，以三菱公司的FX5U系列的PLC加运动控制模块为核心控制器， 整个系统包括PLC、运动控制模块、纸盘抓取、上料三轴运动控制系统（含伺服放大器、伺服电机），气动系统等；机器视觉系统及位置检测装置是其精确定位的前导系统。PLC接受控制按钮命令，位置传感器信号以及其他开关量信号，控制整个抓取、上料动作的逻辑步序，同时接受机器视觉系统通过RS485通信传送的位置信息，通过运动控制模块驱动机械手运动，运动控制模块与伺服系统采用运动控制专用高速光纤通信总线，实现并保证了运动控制的实时性。

如图5所示，对于随机纸盘堆垛情况中的4个纸盘分别标号为1、2、3、4，在基于机器视觉的纸盘定位操作之后，机械手实际已经下降到了对应的纸盘内圆中。下面以纸盘1为例进行纸盘取放说明，流程图如图6所示：

基于纸盘门架的俯视角，设定一定点坐标T如图:5所示。机械手在纸盘1的内圆中，张开夹爪，使纸盘内壁和夹爪契合。

机械手提升2/3个纸盘直径的高度，并且PLC控制伺服电机，伺服电机驱动机械手移动至T点所在的坐标点位置。

机械手在图1中的第一驱动气缸1、第二驱动气缸4的驱动下，带动连接轴3旋转90°，于是被机械手夹取的纸盘也旋转90°变为竖直状态。

伺服电机控制机械手保持Y坐标不变，X轴向移动至纸盘初步套入接纸机上待上料纸盘夹头上大约纸盘厚度的三分之一处（实际系统需要现场调试），机械手夹爪收回，固定在顶板7和底板10的第一退料气缸11、第二退料气缸16、第三退料气缸21同时动作，驱动退料板8伸出，使纸盘完全进入待上料纸盘夹头上。

机械手退回至T点，第一退料气缸11、第二退料气缸16、第三退料气缸21动作，驱动退料板8收回，同时第一驱动气缸1、第二驱动气缸4动作，带动连接轴3旋转-90°，准备下个纸盘的抓取。

同样的原理，可以实现纸盘2，纸盘3，纸盘的夹取和放置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种内定心结构纸盘取放机械手，其特征在于：包括卡爪机构、翻转机构和退料机构，所述的卡爪机构包括多个卡爪、连杆，所述的卡爪分别固定在连杆上，所述连杆绕固定轴心转动，其中一个连杆连接有卡爪气缸，通过卡爪气缸驱动连杆转动，并带动卡爪涨缩，与卡爪气缸连接的连杆与其余连杆通过连接柱连接实现联动，实现多个卡爪同时自定心涨缩；

所述的翻转机构包括固定条、连接轴、驱动气缸和驱动连杆，顶板通过固定条和连接轴与机械手Z轴移动机构铰接，所述连接轴两端部分别通过驱动连杆连接有驱动气缸，通过所述驱动气缸驱动驱动连杆带动连接轴转动，实现卡爪机构的转动；

所述的退料机构包括退料气缸、顶板、退料板和底板，所述退料气缸两端分别固定在顶板、底板上，所述的退料气缸的气缸轴上安装有退料板，通过退料气缸的动作实现退料板的伸缩驱动。

2.根据权利要求1所述的一种内定心结构纸盘取放机械手，其特征在于：所述卡爪的长度为纸盘厚度的三分之二。

3.根据权利要求1所述的一种内定心结构纸盘取放机械手，其特征在于：所述卡爪机构设置于顶板与底板之间。

4.根据权利要求1所述的一种内定心结构纸盘取放机械手，其特征在于：所述固定轴心固定于底板上，卡爪气缸固定于顶板上。

5.根据权利要求1所述的一种内定心结构纸盘取放机械手，其特征在于：所述卡爪机构的转动范围为0-90°。

6.根据权利要求1所述的一种内定心结构纸盘取放机械手，其特征在于：还包括抓取控制系统，包括显示系统、PLC控制系统、运动控制驱动系统，所述PLC控制系统输入端与显示系统电连接，所述PLC控制系统输出端与运动控制驱动系统电连接，所述运动控制驱动系统与卡爪气缸、驱动气缸、退料气缸连接，所述PLC控制系统的输入端还连接有DSP处理器的输出端。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种内定心结构纸盘取放机械手的抓取控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）基于纸盘门架的俯视角，设定一定点坐标T，机械手在其中一个纸盘的内圆中，张开夹爪，使纸盘内壁和夹爪契合；

（2）机械手提升一定的高度，并且PLC控制伺服电机，伺服电机驱动机械手移动至T点所在的坐标点位置；

（3）机械手在驱动气缸的驱动下，带动连接轴旋转90°，此时被机械手夹取的纸盘也旋转90°变为竖直状态；

（4）伺服电机控制机械手保持Y坐标不变，X轴向移动至纸盘初步套入接纸机上待上料纸盘夹头上大约纸盘厚度的三分之一处，机械手夹爪收回，固定在顶板和底板的退料气缸同时动作，驱动退料板伸出，使纸盘完全进入待上料纸盘夹头上；

（5）机械手退回至T点，退料气缸动作，驱动退料板收回，同时驱动气缸动作，带动连接轴旋转-90°，准备下个纸盘的抓取；

（6）重复上述步骤（1）-（5），实现其余纸盘的夹取和放置。

8.根据权利要求1所述的一种内定心结构纸盘取放机械手的抓取控制方法，其特征在于：步骤（2）中所述机械手提升2/3个纸盘直径的高度。