CN110303509B - 一种铺纸用机械手装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铺纸用机械手装置及其控制方法，该装置包括六轴机械手、支架、吸纸机构和工控电脑；吸纸机构包括与六轴机械手的自由端连接的连接杆、设于连接杆两端底面的两固定件、用于真空吸附纸张且可360°旋转的吸附部件；吸附部件两端分别设于两固定件；六轴机械手安装有移动座，移动座可滑动连接于支架。另外还包括放有纸张的升降台、用于检测纸张位置的视觉系统；工控电脑用于控制吸纸机构、六轴机械手、视觉系统、升降台和移动座工作。采用视觉系统来采集纸张的位置，工控电脑将纸张位置与标准模板比对，并控制六轴机械手调整其相对纸张的位置，完成吸纸机构与纸张的精确定位，有利于实现三聚氰胺板的自动精确铺纸。

Description

一种铺纸用机械手装置及其控制方法

技术领域

本发明属于机械手技术领域，具体涉及一种铺纸用机械手装置及其控制方法。

背景技术

三聚氰胺板，全称为三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面人造板，是将带有不同颜色或纹理的纸张放入三聚氰胺树脂胶粘剂中浸泡，然后干燥到一定固化程度，将其铺装在刨花板、防潮板、中密度纤维板、胶合板、细木工板、多层板或其他硬质纤维板表面，经热压而成的装饰板。

在三聚氰胺板制造工艺中，不可缺少的一项工序就是在基材表面放置纸张，然而，以往都是采用人工铺纸的方式，实现半自动生产三聚氰胺板，在效率方面仍有所欠缺。当前，在三聚氰胺板制造领域中，还没有设计出一款能够配合三聚氰胺板自动生产线的自动铺纸装置。

可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种铺纸用机械手装置，设计巧妙，结构稳定，自动化程度高，可自行完成铺纸工作。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种铺纸用机械手装置，包括六轴机械手、支架，其中，还包括吸纸机构和工控电脑；所述吸纸机构包括与六轴机械手的自由端固定连接的连接杆、分别固定于连接杆两端且位于连接杆下方的两固定件、用于真空吸附纸张且可360°旋转的吸附部件；所述吸附部件的两端分别设于两固定件；所述六轴机械手的固定端安装有移动座，所述移动座可滑动连接于支架上，工控电脑用于控制吸纸机构、六轴机械手和移动座工作。

所述的铺纸用机械手装置中，还包括可升降且用于放置纸张的升降台、设于升降台上方且用于检测纸张位置的视觉系统；所述视觉系统、升降台分别连接于工控电脑。

所述的铺纸用机械手装置中，所述六轴机械手包括安装于移动座的底座以及依次传动连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节；所述第一关节的一端可转动连接于底座，第二关节的一端可上下摆动连接于第一关节的另一端，第三关节的一端可上下摆动连接于第二关节的另一端，第四关节的一端可转动连接于第三关节的另一端，第五关节的一端可上下摆动连接于第四关节的另一端，第六关节的一端可转动连接于第五关节的另一端，第六关节的另一端固定连接于连接杆。

所述的铺纸用机械手装置中，所述升降台包括框架、可相对框架上下移动且用于放置纸张的载物台；所述载物台包括支撑底架、转动设置在支撑底架上的若干排辊筒组、设于支撑底架下方且用于驱使辊筒组工作的辊筒电机；所述辊筒组包括均匀排列的若干辊筒，相邻的辊筒之间链条连接；所述辊筒电机电性连接于工控电脑。

所述的铺纸用机械手装置中，所述框架设有与所述支撑底架螺纹连接且可相对框架旋转的多个升降丝杆以及升降电机，所述升降丝杆的底部设有从动链轮，所述升降电机的输出轴设有与从动链轮链条连接的主动链轮；所述升降电机电性连接于工控电脑。

所述的铺纸用机械手装置中，所述框架底部转动设有两转轴，转轴的两端设有滚轮，框架固定有驱动电机，驱动电机与任一转轴传动连接，在框架下方设有与滚轮滚动连接的导轨；所述驱动电机电性连接于工控电脑。

所述的铺纸用机械手装置中，所述吸附部件包括真空管、均匀设于真空管底部的多个真空吸嘴及旋转气缸；所述旋转气缸固定于一固定件，所述真空管的一端固定于旋转气缸的旋转台，真空管的另一端可转动连接于另一固定件。

所述的铺纸用机械手装置中，所述移动座固定有伺服电机，所述支架设有与移动座滑动连接的滑轨、与伺服电机的输出齿轮啮合连接的齿条；所述滑轨与移动座卡接；所述支架设有分别位于齿条的两端的接近开关；所述伺服电机和接近开关电性连接于工控电脑。

另外，本发明还提供一种如上所述的铺纸用机械手装置的控制方法，其中，所述方法包括：

步骤S100：在升降台上找一参考原点，过该参考原点作平面直角坐标系，视觉系统对所述参考原点摄像，将该图像信息作为标准模板并存储至工控电脑；

步骤S200：设定六轴机械手相对参考原点的参考位置；当纸张的相邻两边与平面直角坐标系的坐标轴重合，且吸纸机构吸附纸张并可移动时，将吸纸机构相对纸张的位置设为标准吸附位置，将六轴机械手相对参考原点的位置设为参考位置，并存储至工控电脑;

步骤S300：吸纸时，视觉系统对升降台上的当前纸张以及参考原点摄像，将所获取的实时图像信息发至工控电脑；

步骤S400：工控电脑将所获取的实时图像信息与标准模板进行对比分析，从而得出当前纸张的靠近参考原点的边角点相对于参考原点的Y向偏移量、X向偏移量以及当前纸张的偏转角度；

步骤S500：工控电脑根据Y向偏移量、X向偏移量、偏转角度以及参考位置调节六轴机械手的X向位置及吸纸机构的吸附位置，以使此刻吸附位置为标准吸附位置，完成吸纸机构与纸张的精确定位；

步骤S600：吸纸机构在工控电脑控制下吸附并移动纸张至铺纸工位。

另外，本发明还提供一种如上所述的铺纸用机械手装置的控制方法，其中，所述方法包括：

步骤S10：将纸张放置在升降台上，视觉系统在所述纸张上选取多个参考点或参考边线并摄像，将该图像信息作为标准模板并存储至工控电脑；

步骤S20：设定六轴机械手相对参考点或参考边线的参考位置；当吸纸机构吸附所述纸张并可移动时，将吸纸机构相对纸张的位置设为标准吸附位置，将六轴机械手相对参考点或参考边线的位置设为参考位置，并存储至工控电脑；

步骤S30：吸纸时，视觉系统对升降台上的当前纸张以及参考点或参考边线摄像，将所获取的实时图像信息发至工控电脑；

步骤S40：工控电脑将所获取的实时图像信息与标准模板进行对比分析，从而得出当前纸张相对标准模板的偏移量和偏移角度；

步骤S50：工控电脑根据纸张的偏移量和偏移角度以及参考位置调节六轴机械手的X向位置及吸纸机构的吸附位置，以使此刻吸附位置为标准位置，完成吸纸机构与纸张的精确定位；

步骤S60：吸纸机构在工控电脑控制下吸附并移动纸张至铺纸工位。

有益效果：

本发明提供了一种铺纸用机械手装置及其控制方法，设计巧妙，结构稳定，自动化程度高，可自行完成铺纸工作。本发明采用六轴机械手来连接吸纸机构，在移动座的带动下，六轴机械手沿着支架水平移动，吸附纸张并带着纸张移动，以自动化、高效完成铺纸，减少人力投入，有利于形成三聚氰胺板的智能自动化生产线。

附图说明

图1为本发明提供的铺纸用机械手装置的结构立体图。

图2为本发明提供的铺纸用机械手装置中，六轴机械手与支架的连接示意图。

图3为本发明提供的铺纸用机械手装置中，六轴机械手的结构立体图。

图4为本发明提供的铺纸用机械手装置中，吸纸机构的结构立体图。

图5为本发明提供的铺纸用机械手装置中，升降台的结构立体图。

图6为本发明提供的铺纸用机械手装置中，升降台的结构俯视图。

图7为本发明提供的铺纸用机械手装置中，升降台的结构仰视图。

图8为本发明提供的铺纸用机械手装置的工作原理图一。

图9为本发明提供的铺纸用机械手装置的工作原理图二。

图10为本发明提供的铺纸用机械手装置的工作原理图三。

图11为本发明提供的铺纸用机械手装置的工作原理图四。

图12为本发明提供的铺纸用机械手装置的工作原理图五。

图13为本发明提供的铺纸用机械手装置的工作原理图六。

具体实施方式

本发明提供一种铺纸用机械手装置及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，以六轴机械手沿支架水平移动的方向为X轴，支架的高度方向为Z轴，升降台移动的方向为Y轴，由此建立XYZ三轴坐标系。所述纸张为饰面板使用的面纸。

请参阅图1，本发明提供一种铺纸用机械手装置，包括六轴机械手2、支架1以及吸纸机构9和工控电脑。

如图1、图3、图4所示，吸纸机构9包括与六轴机械手2的自由端固定连接的连接杆91、分别固定于连接杆91两端且位于连接杆91下方的两固定件92、用于真空吸附纸张5且可360°旋转的吸附部件93。其中，吸附部件93的两端分别设于两固定件92；六轴机械手2的固定端安装有移动座7，移动座7可滑动连接于支架1上，工控电脑用于控制吸纸机构9、六轴机械手2和移动座7工作，六轴机械手2连接于工控电脑。在本实施例中，固定件92呈L形。

工控电脑控制移动座7沿着支架1水平移动，六轴机械手2在移动座7的带动下水平移动，当移动至纸张5的位置，吸附部件93在工控电脑的控制下，对纸张施以吸附力，吸取纸张，然后随着移动座7的移动而带着纸张移动，完成铺纸工作。吸附部件具有可旋转的功能，可在吸附纸张的同时进行转动，实现翻纸。

进一步地，如图1所示，该铺纸用机械手装置还包括可升降且用于放置纸张5的升降台3、设于升降台3上方且用于检测纸张5位置的视觉系统20；视觉系统20、升降台3分别连接于工控电脑。

当今，视觉系统越来越受到人们、企业的重视。视觉系统利用机器来代替人眼来做各种测量和判断，其综合了光学、机械、电子等方面技术，涉及计算机、图像处理、模式识别等多个领域。视觉系统通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号;图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

视觉系统主要包括五大块——照明光源、镜头、工业摄像机、图像采集/处理卡以及图像处理系统。其中，照明光源包括背向照明、前向照明、结构光照明和频闪照明四类照明方式，背向照明是被测物放在光源与摄像机之间，能够获得高对比度的图像，结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息；镜头将被测物的图像聚焦，为视觉系统提供较佳的分辨率、视场角、工作距离和景深等；摄像机按不同芯片类型可分为CCD摄像机和CMOS摄像机，用于拍摄被测物；图像采集卡具有A/D转换、图像传输、图像采集控制、图像处理的功能，其将摄像机所拍摄的视频信号从摄像带上转存到工控电脑上，以数据文件形式保存；图像处理系统对图像数据进行复杂的计算和处理，得出系统设计所需信息，而图像处理常用算法包括滤波、边缘锐化、图像分割、变换、几何形态分析、三维测量等。

在铺纸工序中巧妙运用视觉系统来配合六轴机械手和吸纸机构工作，设置照明光源为工业摄像机提供适当的照明光，工业摄像机拍摄升降台上纸张的位置，通过图像采集卡转存至工控电脑上，借助图像处理系统进行所捕捉图像信息的处理，获取纸张在升降台上的位置信息（三维信息）。

如图1所示，在升降台3一侧设有工作台4，在三聚氰胺板生产工序中，将基材放置于工作台上，在基材的表面放置纸张。在自动化生产中，基材会被送至工作台上的确定且唯一位置（工位），那么需要将纸张精准放置于工位，覆盖基材的上下表面。在六轴机械手和吸纸机构的工作下，升降台上的纸张可以沿着六轴机械手的水平移动方向平移至工作台上的工位，此时可以选取纸张在升降台上远离工位最远的位置设为标准位置，同时，将吸纸机构吸附纸张时相对纸张的位置设为标准吸附位置，吸纸机构相对支架的位置为参考吸附位置。在本实施例中，为了能实现在基材上、下表面均铺上纸张，吸纸机构还需要完成翻纸动作，因此，存在两个标准吸附位置和两个参考吸附位置，吸纸机构进行翻纸时对应一个标准吸附位置和一个参考吸附位置，不需翻纸时对应另一个标准吸附位置和另一个参考吸附位置。视觉系统将该标准位置拍摄并转存至工控电脑，工控电脑同时记录两个参考吸附位置。

然后，在实际铺纸工作中，视觉系统将升降台上纸张的实际位置拍摄，传输至工控电脑，在图像处理系统的运行下，将该实际位置信息与所设置的标准位置信息对比，得出其相对标准位置的偏移值，进而工控电脑根据偏移值控制六轴机械手工作，自行调整六轴机械手，以使吸纸机构能够进行纸张吸附且保证达到标准吸附位置；随后，六轴机械手在工控电脑的控制下水平移动，并通过吸纸机构带着纸张往工作台移动，并平铺在工位上。

在铺纸工序中，先将纸张平铺在工位，然后放上基材，紧接是铺上纸张，使基材上、下表面分别与位于基材上、下面的纸张的背面接触，便于下一步热压工序进行。

进一步地，如图3、图4所示，六轴机械手2包括安装于移动座7的底座21以及依次传动连接的第一关节22、第二关节23、第三关节24、第四关节25、第五关节26和第六关节27；第一关节22的一端可转动连接于底座21，第二关节23的一端可上下摆动连接于第一关节22的另一端，第三关节24的一端可上下摆动连接于第二关节23的另一端，第四关节25的一端可转动连接于第三关节24的另一端，第五关节26的一端可上下摆动连接于第四关节25的另一端，第六关节27的一端可转动连接于第五关节26的另一端，第六关节27的另一端固定连接于连接杆91。

底座21也就是六轴机械手2的固定端，通过螺栓安装在移动座7，由移动座带动六轴机械手水平移动。底座内部安装有可驱使第一关节22相对底座旋转的电机，在本实施例中，第一关节的旋转轴线（与Y轴方向一致）垂直于移动座的移动方向且位于水平面（XY平面）内。通过第一关节的旋转，可调节吸纸机构9在XZ平面内的摆动角度。

第一关节22的端部固定有可驱使第二关节23相对第一关节上下摆动的电机，在该电机的工作下，第二关节可在YZ平面内摆动。同样的，第二关节23的端部固定有可驱使第三关节24相对第二关节上下摆动的电机，在该电机的运行下，第三关节可在YZ平面内摆动。另外，同样的，第五关节可在YZ平面摆动。通过第二关节23、第三关节24、第五关节26的摆动，调节吸纸机构9的高度（Z轴）位置以及XY平面内的位置。

第三关节24设有可驱使第四关节25相对第三关节旋转的电机，在该电机工作下，第三关节可沿着Z轴旋转。同样的，第五关节26设有可驱使第六关节27相对第五关节旋转的电机，在该电机运行下，第六关节可沿着Z轴旋转。通过第四关节25、第六关节27的旋转，调节吸纸机构9在XY平面内的摆动角度。

将吸纸机构通过螺栓安装于六轴机械手的自由端（也即第六关节的底端），通过六轴机械手的六个关节的运动，调整吸纸机构的位置，使吸纸机构能够在标准吸附位置对纸张进行吸附，并在移动座的带动下，六轴机械手水平移动，吸纸机构随之移动，并将纸张铺在工作台的工位上，完成自动精确铺纸工作。该六轴机械手2安装在可水平移动的移动座7上，且连接有带360°旋转的吸附部件的吸纸机构，以形成八轴联动，可进行纸张的平移、翻转，最终实现精确铺纸。

进一步地，如图1、图5、图6所示，升降台3包括框架31、可相对框架31上下移动且用于放置纸张5的载物台32；载物台32包括支撑底架321、转动设置在支撑底架321上的若干排辊筒组、设于支撑底架321下方且用于驱使辊筒组工作的辊筒电机323；辊筒组包括均匀排列的若干辊筒322，相邻的辊筒322之间链条连接；辊筒电机323电性连接于工控电脑，由工控电脑控制其工作。通过辊筒输送机，将一大叠纸张送至升降台3的载物台32上。在本实施例中，设置两个辊筒电机323，通过链条传动连接，带动支撑底架321两侧的辊筒组旋转，辊筒322通过轴承安装于支撑底架321上。

当纸张相对标准位置偏移角度较大，则启动对应的辊筒电机，使对应一侧的辊筒组转动，而纸张的与转动的辊筒相接触的部分则慢慢挪动位置，调整纸张的整体位置，减小偏移角度。比如，升降台上的纸张的右侧（沿Y轴来看）相对左侧较前，偏移角度较大，那么，启用辊筒电机，左侧辊筒电机反转，右侧辊筒电机正转，使得左侧辊筒组的辊筒反向转动，右侧辊筒组的辊筒正向转动，从而调整纸张的偏移角度，减低至最小角度，接近于0°。通过这样的独特设计，可避免吸纸机构在XY平面内摆动幅度较大，且可防止纸张在被吸附后需要摆动较大幅度以及因摆动幅度过大而造成纸张受损，从而提高效率。

进一步地，如图5、图7所示，框架31设有与支撑底架321螺纹连接且可相对框架旋转的多个升降丝杆33以及升降电机37，升降丝杆33的底部设有从动链轮38，升降电机37的输出轴设有与从动链轮38链条连接的主动链轮；升降电机37电性连接于工控电脑，由工控电脑控制其工作。升降丝杆33的两端通过轴承安装于框架31，在本实施例中，设置了四根升降丝杆，对应地，支撑底架321的左右两侧分别固定连接有与升降丝杆螺纹连接的两个连接件。升降电机37工作，借助链条39同时带动升降丝杆33转动，在升降丝杆33相对框架31旋转时，与升降丝杆33连接的支撑底架可进行升降，实现了纸张的升降。

进一步地，如图5、图6、图7所示，框架31底部转动设有两转轴34，转轴34的两端设有滚轮35，框架31固定有驱动电机36，驱动电机36与任一转轴34传动连接，在框架31下方设有与滚轮35滚动连接的导轨10；驱动电机36电性连接于工控电脑，升降台还设置有位于纸张下方的光电传感器，光电传感器与工控电脑连接，用于检测升降台上是否放有纸张；当光电传感器检测到升降台没有纸张时，工控电脑启用驱动电机，在驱动电机的工作下，升降台沿导轨移动。驱动电机36的输出轴固定有传动轮，对应的转轴固定有从动轮，通过链条与传动轮、从动轮啮合连接。导轨10沿着Y轴设置，当升降台缺纸张时，驱动电机36工作，驱使转轴旋转，升降台沿着导轨移动，移动至辊筒输送机去接收一大叠纸张。另外，如图1所示，导轨一端部设置接近开关，用于检测升降台的移动位置，以使升降台3相对工作台4的位置是确定唯一的。

进一步地，如图4所示，吸附部件93包括真空管932、均匀设于真空管932底部的多个真空吸嘴933及旋转气缸931。在本实施例中，旋转气缸931固定于一固定件92，真空管932的一端固定于旋转气缸931的旋转台，真空管932的另一端可转动连接于另一固定件92。真空管连通于真空泵，真空吸嘴与真空管连通，通过抽取空气，使纸张紧紧被吸附在真空吸嘴下，旋转气缸启动，旋转台转动起来，而真空管随之相对固定件转动，可进行翻纸动作。当然，也可以是，真空管的两端分别对应固定于旋转气缸的旋转台，两旋转气缸分别对应固定于两固定件的内侧，两旋转气缸同步工作，带动真空管旋转。

进一步地，如图2、图3所示，移动座7固定有伺服电机6，支架1设有与移动座7滑动连接的滑轨11、与伺服电机6的输出齿轮啮合连接的齿条12；滑轨11与移动座7卡接；支架1设有分别位于齿条12的两端的接近开关81和接近开关82；伺服电机6和接近开关81和接近开关82电性连接于工控电脑。在本实施例中，滑轨的上、下面开设有凹槽，移动座设有与凹槽相接触且可相对滑轨滑动的滑动件，在移动座沿滑轨移动时通过滑动件卡接于凹槽，可避免移动座从滑轨上脱离。借由伺服电机的工作，与齿条连接的输出齿轮转动，驱使移动座相对齿条水平移动。滑轨和齿条平行设置，齿条设于两滑轨之间。通过接近开关81和接近开关82的设置，控制移动座的移动距离，进而控制好吸纸机构的位置，便于实现自动精确铺纸。

另外，本发明还提供一种如上所述的铺纸用机械手装置的控制方法，其中，所述方法包括：

步骤S100：在升降台上找一参考原点，过该参考原点作平面直角坐标系，视觉系统对所述参考原点摄像，将该图像信息作为标准模板（或叫纸张的标准位置）并存储至工控电脑。

如图8所示，在升降台上划分一虚线区域40，找一参考原点O，在本实施例中，选取了左上角的角点为参考原点O，而工作台将设于升降台右侧,然后过参考原点O做X轴和Y轴，此处，仍然是以六轴机械手沿支架水平移动的方向为X轴，升降台移动的方向为Y轴。在本实施例中，如图5所示，可以选择支撑底架321的左上角点为参考原点O。

步骤S200：设定六轴机械手相对参考原点的参考位置；当纸张的相邻两边与平面直角坐标系的坐标轴重合，且吸纸机构吸附纸张并可移动时，将吸纸机构相对纸张的位置设为标准吸附位置，将六轴机械手相对参考原点的位置设为参考位置，并存储至工控电脑。

如图8所示，将纸张5的顶边和左边分别对应与X轴、Y轴重合，纸张5的左上角点A与参考原点O重合，然后设定吸纸机构的标准吸附位置，图8中显示了两个标准吸附位置，分别是标准吸附位置30a、标准吸附位置30b，当吸纸机构的位置为标准吸附位置30b时，便可吸附纸张，并移动至右侧的工作台，铺在工位上；当吸纸机构的位置为标准吸附位置30a时，便可吸附纸张，往右侧工作台方向移动的同时进行翻纸，将纸张铺在工位上，由此完成了基材上下表面的铺纸工作。该标准吸附位置30a和标准吸附位置30b在纸张上是确定唯一的。在本实施例中，吸纸机构处于标准吸附位置30a或标准吸附位置30b时，吸纸机构的均匀排列的真空吸嘴所连成的直线与纸张的垂直于移动方向的边相互平行且靠近该边。

由于六轴机械手沿支架水平移动，将标准吸附位置30a对应的参考位置的X轴坐标值设为x10，将标准吸附位置30b对应的参考位置的X轴坐标值设为x20，并存至工控电脑。

步骤S300：吸纸时，视觉系统对升降台上的当前纸张以及参考原点摄像，将所获取的实时图像信息发至工控电脑。

由于纸张放置于升降台时，纸张位置不一定为标准位置。如图9所示，升降台上的纸张5相对标准位置存在一定的偏移量，无偏移角度，也就是说，纸张5的顶边和左边分别对应平行于X轴、Y轴，顶边与X轴的距离为Y1，左边与Y轴的距离为X1，即是纸张的左角点a的坐标为（X1，Y1）。如图10所示，升降台上的纸张5相对标准位置存在一定的偏移量和偏移角度，也就是说，纸张的左上角点a的坐标为（x1，y1），纸张的左下角点b的坐标为（x2，y2），通过这两角点a、b的坐标值计算出偏移角度。视觉系统将参考原点O以及纸张摄像并传输至工控电脑。

步骤S400：工控电脑将所获取的实时图像信息与标准模板进行对比分析，从而得出当前纸张的靠近参考原点的边角点相对于参考原点的Y向偏移量、X向偏移量以及当前纸张的偏转角度。

通过步骤S300所获取的实时图像信息与步骤S100所获的标准模板信息进行一一对比，分析纸张与参考原点之间的关系——纸张相对参考原点的X向偏移量、Y向偏移量以及偏移角度。另外，视觉系统和工控电脑配合工作，可以得到纸张的三维信息（X值、Y值和Z值），利用该三个数值、六轴机械手的参考位置信息来控制六轴机械手工作，六个关节相互协调配合，调整吸纸机构的位置，促使吸纸机构相对纸张的实时位置为标准吸附位置。当然，也可以在吸纸机构上设置接近开关，利用该接近开关来调整吸纸机构相对纸张的高度位置，确保吸纸机构能够吸附纸张。

如图9所示，通过与标准模板对比，得到纸张相对标准模板的偏移量，以纸张的左上角点a为准，纸张的X向偏移量为X1，Y向偏移量为Y1，偏移角度为0°。

如图10所示，通过与标准模板对比，得到纸张相对标准模板的偏移量，以纸张的左上角点a为准，纸张的X向偏移量为X1，Y向偏移量为Y1，以顺时针方向为正，偏移角度为θ，其值为arctan((x1-x2)/(y2-y1))。

步骤S500：工控电脑根据Y向偏移量、X向偏移量、偏转角度以及参考位置调节六轴机械手的X向位置及吸纸机构的吸附位置，以使此刻吸附位置为标准位置，完成吸纸机构与纸张的精确定位。

如图3、图9所示，纸张的左上角点a的坐标为（X1，Y1），偏移角度为0°（纸张5的顶边和左边分别对应平行于X轴、Y轴），那么，在工控电脑的图像处理系统处理、分析后得出的偏移量，工控电脑根据偏移量、参考位置来控制六轴机械手动作，控制六轴机械手的X轴方向的位置。如果需要翻纸时，吸纸机构的位置为标准吸附位置30a，那么，六轴机械手的X值变为（x10+X1）；如果不需要翻纸，则吸纸机构的位置为标准吸附位置30b，那么，六轴机械手的X值变为（x20+X1）；然后调节第二关节23、第三关节24以及第五关节26的上下摆动角度，从而调整吸纸机构9相对纸张5的位置，使吸纸机构在XY平面内沿着Y轴方向移动，移动距离为Y1，确保吸纸机构的位置为标准吸附位置30a或标准吸附位置30b（根据是否翻纸情况来判定），完成吸纸机构与纸张的精确定位。

如图3、图10所示，以纸张的左上角点a为准，左上角点a的坐标为（x1，y1），左下角点b的坐标为（x2，y2），由此可得，纸张的X向偏移量为x1，Y向偏移量为y1，以顺时针方向为正，偏移角度为θ，其值为arctan((x1-x2)/(y2-y1))，那么，在工控电脑的图像处理系统处理、分析后得出的偏移量、偏移角度，工控电脑根据偏移量、偏移角度、参考位置来控制六轴机械手动作，控制六轴机械手的X轴方向的位置。如果需要翻纸时，吸纸机构的位置为标准吸附位置30a，那么，六轴机械手的X值变为（x10+x1）;如果不需要翻纸，则吸纸机构的位置为标准吸附位置30b，那么，六轴机械手的X值变为（x20+x1）;然后调节第二关节23、第三关节24以及第五关节26的上下摆动角度，从而调整吸纸机构9相对纸张5的位置，使吸纸机构在XY平面内沿着Y轴方向移动，移动距离为y1；随后，第四关节25、第六关节27的旋转，调整吸纸机构在XY平面内的角度位置，使其偏转角度等于偏移角度θ，确保吸纸机构的位置为标准吸附位置30a或标准吸附位置30b，完成吸纸机构与纸张的精确定位。

步骤S600：吸纸机构在工控电脑控制下吸附并移动纸张至铺纸工位。

在完成吸纸机构的精确定位后，吸纸机构进行铺纸工作，且移动座7沿着支架往工作台方向（X轴方向）移动，将纸张铺在工位上。通过支架两端设置的接近开关来控制移动座在X轴方向的位置。

另外，如上所述的铺纸用机械手装置的控制方法还可以是：该控制方法包括：

步骤S10：将纸张放置在升降台上，视觉系统在所述纸张上选取多个参考点或参考边线并摄像，将该图像信息作为标准模板（或叫纸张的标准位置）并存储至工控电脑。

如图11所示，在升降台上划分一虚线区域40，在纸张上选择四个参考点，分别是参考点A、参考点B、参考点C和参考点D，该四个参考点可以是纸张的四个角点，也可以是纸张上的马克点。另外，还可以是，在纸张上选取四条参考边线，分别是参考边线L1、参考边线L2、参考边线L3和参考边线L4。工作台将设于升降台右侧,此处以六轴机械手沿支架水平移动的方向为X轴（也即L1的长度方向为X轴方向），升降台移动的方向为Y轴。

步骤S20：设定六轴机械手相对参考点或参考边线的参考位置；当吸纸机构吸附所述纸张并可移动时，将吸纸机构相对纸张的位置设为标准吸附位置，将六轴机械手相对参考点或参考边线的位置设为参考位置，并存储至工控电脑。

如图11所示，在所述纸张上选取参考点或参考边线后，设定吸纸机构的标准吸附位置，图11中显示了两个标准吸附位置，分别是标准吸附位置30a、标准吸附位置30b，假定纸张的右侧有工作台，当吸纸机构的位置为标准吸附位置30b时，便可吸附纸张，并移动至右侧的工作台，铺在工位上；当吸纸机构的位置为标准吸附位置30a时，便可吸附纸张，往右侧工作台方向移动的同时进行翻纸，将纸张铺在工位上，由此完成了基材上下表面的铺纸工作。该标准吸附位置30a和标准吸附位置30b在纸张上是确定唯一的。在本实施例中，吸纸机构处于标准吸附位置30a或标准吸附位置30b时，吸纸机构的均匀排列的真空吸嘴所连成的直线与纸张的垂直于移动方向的边相互平行且靠近该边。

由于六轴机械手沿支架水平移动，将标准吸附位置30a对应的参考位置的X轴坐标值设为x10，将标准吸附位置30b对应的参考位置的X轴坐标值设为x20，并存至工控电脑。

步骤S30：吸纸时，视觉系统对升降台上的当前纸张以及参考点或参考边线摄像，将所获取的实时图像信息发至工控电脑。

由于纸张放置于升降台时，纸张位置不一定为标准位置。如图11、图12所示，升降台上的纸张5相对标准位置存在一定的偏移量，无偏移角度，也就是说，纸张5上与参考点A、参考点B、参考点C、参考点D一一对应的点a、点b、点c、点d有相同的偏移量。当然，还可以是，纸张5上的边线l1、边线l2、边线l3、边线l4分别与参考边线L1、参考边线L2、参考边线L3、参考边线L4一一对应，也即边线l1、边线l3分别对应与参考边线L1、参考边线L3平行且有着相同的偏移量，边线l2、边线l4分别对应与参考边线L2、参考边线L4平行且有着相同的偏移量。

如图11、图13所示，升降台上的纸张5相对标准位置存在一定的偏移量和偏移角度，也就是说，纸张5上与参考点A、参考点B、参考点C、参考点D一一对应的点a、点b、点c、点d有不同的偏移量。当然，还可以是，纸张5上的边线l1、边线l2、边线l3、边线l4分别与参考边线L1、参考边线L2、参考边线L3、参考边线L4一一对应，但边线l1、边线l3分别对应与参考边线L1、参考边线L3不平行，且边线l1、边线l3有着相同的偏移角度，边线l2、边线l4分别对应与参考边线L2、参考边线L4不平行且边线l2、边线l4有着相同的偏移角度。

步骤S40：工控电脑将所获取的实时图像信息与标准模板进行对比分析，从而得出当前纸张相对标准模板的偏移量和偏移角度。

通过步骤S30所获取的实时图像信息与步骤S10所获的标准模板信息进行一一对比，分析纸张与参考点或参考边线之间的关系——纸张的偏移量和偏移角度。另外，视觉系统和工控电脑配合工作，可以得到纸张相对标准模板的偏移情况信息，利用该偏移情况信息、六轴机械手的参考位置信息来控制六轴机械手工作，六个关节相互协调配合，调整吸纸机构的位置，促使吸纸机构相对纸张的实时位置为标准吸附位置。当然，也可以在吸纸机构上设置接近开关，利用该接近开关来调整吸纸机构相对纸张的高度位置，确保吸纸机构能够吸附纸张。

步骤S50：工控电脑根据纸张的偏移量和偏移角度以及参考位置调节六轴机械手的X向位置及吸纸机构的吸附位置，以使此刻吸附位置为标准位置，完成吸纸机构与纸张的精确定位。

步骤S60：吸纸机构在工控电脑控制下吸附并移动纸张至铺纸工位。

在完成吸纸机构的精确定位后，吸纸机构进行铺纸工作，且移动座7沿着支架往工作台方向（X轴方向）移动，将纸张铺在工位上。通过支架两端设置的接近开关来控制移动座在X轴方向的位置。

综上所述，本发明提供了一种铺纸用机械手装置及其控制方法，设计巧妙，结构稳定，自动化程度高，可自行完成铺纸工作。本发明采用六轴机械手来连接吸纸机构，在移动座的带动下，六轴机械手沿着支架水平移动，吸附纸张并带着纸张移动，以自动化、高效完成铺纸，减少人力投入，有利于形成三聚氰胺板的智能自动化生产线。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种铺纸用机械手装置，包括六轴机械手、支架，其特征在于，还包括吸纸机构和工控电脑；所述吸纸机构包括与六轴机械手的自由端固定连接的连接杆、分别固定于连接杆两端且位于连接杆下方的两固定件、用于真空吸附纸张且可360°旋转的吸附部件；所述吸附部件的两端分别设于两固定件；所述六轴机械手的固定端安装有移动座，所述移动座可滑动连接于支架上，工控电脑用于控制吸纸机构、六轴机械手和移动座工作；

所述铺纸用机械手装置还包括可升降且用于放置纸张的升降台、设于升降台上方且用于检测纸张位置的视觉系统；所述视觉系统、升降台分别连接于工控电脑；

所述升降台包括框架、可相对框架上下移动且用于放置纸张的载物台；所述载物台包括支撑底架、转动设置在支撑底架上的若干排辊筒组、设于支撑底架下方且用于驱使辊筒组工作的辊筒电机；所述辊筒组包括均匀排列的若干辊筒，相邻的辊筒之间链条连接；所述辊筒电机电性连接于工控电脑；

所述辊筒电机设置有两个，通过所述链条传动连接，带动所述支撑底架两侧的辊筒组旋转，所述辊筒通过轴承安装于所述支撑底架上；

当纸张相对标准位置偏移角度较大，则启动对应的辊筒电机，使对应一侧的辊筒组转动，而纸张的与转动的辊筒相接触的部分则慢慢挪动位置，调整纸张的整体位置，减小偏移角度。

2.根据权利要求1所述的铺纸用机械手装置，其特征在于，所述六轴机械手包括安装于移动座的底座以及依次传动连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节；所述第一关节的一端可转动连接于底座，第二关节的一端可上下摆动连接于第一关节的另一端，第三关节的一端可上下摆动连接于第二关节的另一端，第四关节的一端可转动连接于第三关节的另一端，第五关节的一端可上下摆动连接于第四关节的另一端，第六关节的一端可转动连接于第五关节的另一端，第六关节的另一端固定连接于连接杆。

3.根据权利要求1所述的铺纸用机械手装置，其特征在于，所述框架设有与所述支撑底架螺纹连接且可相对框架旋转的多个升降丝杆以及升降电机，所述升降丝杆的底部设有从动链轮，所述升降电机的输出轴设有与从动链轮链条连接的主动链轮；所述升降电机电性连接于工控电脑。

4.根据权利要求3所述的铺纸用机械手装置，其特征在于，所述框架底部转动设有两转轴，转轴的两端设有滚轮，框架固定有驱动电机，驱动电机与任一转轴传动连接，在框架下方设有与滚轮滚动连接的导轨；所述驱动电机电性连接于工控电脑。

5.根据权利要求1至4任一项所述的铺纸用机械手装置，其特征在于，所述吸附部件包括真空管、均匀设于真空管底部的多个真空吸嘴及旋转气缸；所述旋转气缸固定于一固定件，所述真空管的一端固定于旋转气缸的旋转台，真空管的另一端可转动连接于另一固定件。

6.根据权利要求1或2所述的铺纸用机械手装置，其特征在于，所述移动座固定有伺服电机，所述支架设有与移动座滑动连接的滑轨、与伺服电机的输出齿轮啮合连接的齿条；所述滑轨与移动座卡接；所述支架设有分别位于齿条的两端的接近开关；所述伺服电机和接近开关电性连接于工控电脑。

7.一种如权利要求6所述的铺纸用机械手装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S100：在升降台上找一参考原点，过该参考原点作平面直角坐标系，视觉系统对所述参考原点摄像，将该图像信息作为标准模板并存储至工控电脑；

步骤S200：设定六轴机械手相对参考原点的参考位置；当纸张的相邻两边与平面直角坐标系的坐标轴重合，且吸纸机构吸附纸张并可移动时，将吸纸机构相对纸张的位置设为标准吸附位置，将六轴机械手相对参考原点的位置设为参考位置，并存储至工控电脑;

步骤S300：吸纸时，视觉系统对升降台上的当前纸张以及参考原点摄像，将所获取的实时图像信息发至工控电脑；

步骤S400：工控电脑将所获取的实时图像信息与标准模板进行对比分析，从而得出当前纸张的靠近参考原点的边角点相对于参考原点的Y向偏移量、X向偏移量以及当前纸张的偏转角度；

步骤S500：工控电脑根据Y向偏移量、X向偏移量、偏转角度以及参考位置调节六轴机械手的X向位置及吸纸机构的吸附位置，以使此刻吸附位置为标准吸附位置，完成吸纸机构与纸张的精确定位；

步骤S600：吸纸机构在工控电脑控制下吸附并移动纸张至铺纸工位。

8.一种如权利要求6所述的铺纸用机械手装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S10：将纸张放置在升降台上，视觉系统在所述纸张上选取多个参考点或参考边线并摄像，将该图像信息作为标准模板并存储至工控电脑；

步骤S20：设定六轴机械手相对参考点或参考边线的参考位置；当吸纸机构吸附所述纸张并可移动时，将吸纸机构相对纸张的位置设为标准吸附位置，将六轴机械手相对参考点或参考边线的位置设为参考位置，并存储至工控电脑；

步骤S30：吸纸时，视觉系统对升降台上的当前纸张以及参考点或参考边线摄像，将所获取的实时图像信息发至工控电脑；

步骤S40：工控电脑将所获取的实时图像信息与标准模板进行对比分析，从而得出当前纸张相对标准模板的偏移量和偏移角度；

步骤S50：工控电脑根据纸张的偏移量和偏移角度以及参考位置调节六轴机械手的X向位置及吸纸机构的吸附位置，以使此刻吸附位置为标准位置，完成吸纸机构与纸张的精确定位；

步骤S60：吸纸机构在工控电脑控制下吸附并移动纸张至铺纸工位。