CN110498233B - 二维无接触输送平台装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维无接触输送平台装置，包括上平板和下平板，上平板上交错设置有横向输送单元和纵向输送单元，横向输送单元和纵向输送单元均包括凹槽、进气孔和出气孔，进气孔和出气孔对称设置在所述凹槽内，下平板上与所述进气孔和出气孔对应的位置设置有汇流槽，汇流槽与气管连通，气管上设置有电磁阀，电磁阀与控制器信号连接。本发明下平板设置有汇流凹槽将进出气孔覆盖，进行统一供气，改善气流不均，本发明上平板设置交错式分布凹槽，使平板槽内可产生两个方向的气流。对于单一的输送单元的进气孔或者出气孔，下平板的汇流凹槽会将进气孔或者出气孔覆盖。在汇流凹槽内部设置接头连通气管，仅对汇流凹槽内部供气，有效减少阀的使用。

Description

二维无接触输送平台装置

技术领域

本发明涉及精密器件的无接触输送装置，具体涉及一种二维无接触输送平台装置。

背景技术

当前物流输送行业快速发展和工业生产过程要求日益提高，精密制造、精密输送等技术逐渐向着高精度、高洁净和高可靠性的要求的方向发展。新一代产品制造对输送系统提出了更高的要求.传统的接触式输送定位方式，如滚轮、吸盘等容易导致精密物件产生裂纹和刮痕，还容易造成金属污染。无摩擦非接触的输送方式可以有效的避免这些问题，充分满足技术要求。

目前流行的无接触输送方式多采用非接触式真空吸盘，但这种方式吸附力并不稳定，在移动的过程中容易脱落。另一种使用空气静压轴承的方式。通过下方平台供气与物体之间形成气膜悬浮，利用其他外力驱动物体运动。现有这种气悬浮传输设备中，多采用设备表面喷出竖直气流与物体之间形成气膜，支撑物体使之悬浮，但物体的运动仍然需要滚轮或者电磁等其他外力，不是真正的完全无接触输送。

在现有技术中，还有一种利用垂直喷流产生局部低压，根据伯努利效应所描述的现象“流速高的地方压力低”，在工件下方将形成水平方向气流从而对其进行驱动。但是在这种方法容易造成较大的不确定的空气扰动。还有一种气浮非接触输送装置，但是这种方式单个气孔连接一个电磁阀，数量较多安装较为繁琐，导致成本大幅增加。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种二维无接触输送平台装置，解决现有装置容易气流不均，每个气孔都需要连接电磁阀，安装繁琐的问题。

技术方案：本发明所述的二维无接触输送平台装置，包括上平板和下平板，所述上平板上交错设置有横向输送单元和纵向输送单元，所述横向输送单元和纵向输送单元均包括凹槽、进气孔和出气孔，所述进气孔和出气孔对称设置在所述凹槽内，所述下平板上与所述进气孔和出气孔对应的位置设置有汇流槽，所述汇流槽与气管连通，所述气管上设置有电磁阀，所述电磁阀与控制器信号连接。

其中，所述横向输送单元的进气孔和出气孔横向对称分布，所述纵向输送单元的进气孔和出气孔纵向对称分布。

所述汇流槽内设置有接头且通过接头与气管连通。

所述进气孔连通正压力气源，所述出气孔连通负压力气源。

所述上平板上设置有物体位置检测装置，所述物体位置检测装置与控制器信号连接。

所述物体位置检测装置为红外、光栅或视觉发射接收装置。

本发明所述的二维无接触输送平台装置的控制方法，包括以下步骤：

(1)通过红外、光栅或视觉发射接收装置获得当前时间点物体实际位置；

(2)根据当前时间点参考状态量和实际状态量计算物体位移偏差e1(t)与角度偏差e2(t)；

(3)将位置误差量e1(t)作为输入传入控制器中，由控制器计算距离控制量，角度偏差量e2(t)作为输入传入控制器中，根据偏差角度ω，由ω_n-1≤ω＜ω_n得出力归属区间；

(4)将距离控制量限幅调整得到所需流量控制量u1(t)，对于方向调整，在获取所属力区间后，得到所需力方向，确定角度控制量u2(t)的值；

(5)根据控制量u1(t)通过输出模块驱动比例方向阀工作，根据控制量u2(t)通过输出模块驱动电磁阀组工作；

(6)物体在气体粘性力的作用下移动；

(7)检测是否到达期望位置，如为否，则继续重复步骤1-5，若为是，则进输送任务结束，停止。

有益效果：本发明下平板设置有汇流凹槽将进出气孔覆盖，进行统一供气，改善气流不均，本发明上平板设置交错式分布凹槽，使平板槽内可产生两个方向的气流。对于单一的输送单元的进气孔或者出气孔，下平板的汇流凹槽会将进气孔或者出气孔覆盖。在汇流凹槽内部设置接头连通气管，仅对汇流凹槽内部供气，有效减少阀的使用。本发明通过改变驱动单元组合和负压气源流量改变驱动力的方向和大小，实现对物体二维运动的控制。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是上下平板的俯视结构示意图；

图3是图2局部剖面示意图；

图4是吸气流量与粘性力大小的关系图；

图5是以误差距离和误差角度为输入得到驱动力的大小和方向控制量的原理图；

图6是以吸气流量为基本变换单位的控制量输入方式图；

图7是控制驱动力方向的输送单元多种组合情况图；

图8是以输送单元组合为基本变换单位的控制量输入方式图；

图9是二维无接触式输送控制平台的输送控制方法的程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1-5所示，二维无接触输送单元装置包含上下两块表面光滑平板，上平板1表面设置有多个对称分布的凹槽单元，凹槽之间通过上平板表面分隔。上平板1凹槽形状可以为矩形或正方形，深度为100微米至400微米之间。凹槽内部设有对称分布进气孔和出气孔，气孔可以为圆形、方形等任意形状。单个凹槽内部的进气孔和出气孔至少2个及以上。气孔分布有两种规则。一种为纵向上下对称分布，一种为横向左右对称分布。这两类气孔交错分布。同类气孔的上下左右皆为另一类分布的气孔。横向输送单元1-6包含凹槽及横向分布气孔，包括进气孔1-3和出气孔1-4，纵向输送单元1-1包含凹槽及纵向分布气孔，包括进气孔1-2和出气孔1-5。横向输送单元和纵向输送单元之间由平板表面1-7隔开，在上平板下方安装有相同大小的表面光滑的下平板2。下平板2主要用于集成进气孔和出气孔，便于电磁阀的安装。下平板表面设置有多个对称分布的汇流凹槽，下平板的凹槽区分为横向和纵向两种。对于上平板左右对称分布的气孔，下平板设有左右两个凹槽将进气孔或出气孔覆盖；对于上平板上下对称分布的气孔，下平板设有上下两个凹槽将进气孔或出气孔覆盖，下平板汇流凹槽内部设有接头，方便连接气管，气管上设置有电磁阀，电磁阀与控制器信号连接，上下平板四周设有螺栓孔，通过螺栓将两个平板紧密连接。有对应纵向输送单元进气孔的汇流凹槽2-2且凹槽内设置有接头2-2，有对应纵向输送单元进气孔的汇流凹槽2-3且凹槽内设置有接头2-4，对应横向输送单元出气孔的汇流凹槽2-5且凹槽内设出气接头2-6，对应横向输送单元进气孔的汇流凹槽2-8，且凹槽内设置有进气接头2-7。

如图6所示，在使用本发明时，输送物体3放置于上平板1表面上方。上平板凹槽表面略低于上平板1表面。缩空气由上平板的进气孔流入，由于上平板上的凹槽区域较四周低，大多数气体通过上平板的出气孔流入下平板的汇流槽，然后通过下平板的出气接头流出。每个下平板汇流凹槽的进气接头或出气接头连接一个两位三通电磁阀。通过对电磁阀的控制实现进出气孔的切换。物体运动时。下平板进气孔供应正压力气源，正压力气体流经下部汇流凹槽区别进入上平板的进气孔内。下平板出气接头供应负压力气源。气体由通过下平板出气接头流出。由于上平板开设有凹槽区，使得物体在运动过程中与凹槽区表面形成较宽的流动区域，流阻小，相较于上平板表面获得更大的流量。因此，大部分气流会由上平板进气孔流入出气孔中，提供物体运动的绝大部分驱动力。少部分气流会在凹槽区之间的平板表面上产生，形成空气薄膜，使得物体浮起。通过控制电磁阀的开启关闭，改变凹槽区内气体流动方向，从而获得不同方向的驱动力。每一个下平板进出气孔连接一个两位三通电磁阀，所有的进气孔经过汇流板统一接入正压气源，所有的出气孔经过汇流板统一接入比例方向阀中，比例方向阀连接负压气源，通过调节比例方向阀阀口的开启面积改变吸气流量。通过控制器计算得到的控制量u1(t)。控制量u1(t)与比例方向阀的对应控制规则为：当电压在0-5V范围改变时，可以调节比例方向阀开口面积，继而调整流量大小。

如图7所示以物体覆盖区域的输送单元组合获得不同方向的力，以物体覆盖4*4个输送单元为例。在该组合中横、纵方向的单元各8个。设物体运动方向横向为X方向，纵向为Y方向，右移为正X+、左移为负X-、平面上移为正Y+、平面下移为负Y-。白色点代表通入正压气流，黑色点代表通入负压气流。图中列举了32种力的情况。X、Y的值代表着通入正负压单元的数量，若值为负，则正负压位置调换。参考图8(a)为第一象限方向的力，当X＝8、Y＝0时，物体仅受X+方向的驱动力。随着Y值从0、+2、+4、+6、+8增加时，合力方向逐渐向Y+偏移，当Y＝8、X值从+8、+6、+4、+2减小时，合力方向继续逐渐向Y+偏移；参考图8(b)为第二象限方向的力，当Y＝8、X＝0时，物体仅受Y+方向的驱动力。随着X值从0、-2、-4、-6、-8减小时，合力方向逐渐向X-偏移，当X＝-8、Y值从+8、+6、+4、+2减小时，合力方向继续逐渐向X-偏移；参考图8(c)为第三象限方向的力，当X＝-8、Y＝0时，物体仅受X-方向的驱动力。随着Y值从0、-2、-4、-6、-8减小时，合力方向逐渐向Y-偏移，当Y＝-8、X值从-8、-6、-4、-2增大时，合力方向继续逐渐向Y-偏移；参考图8(d)为第四象限方向的力，当Y＝-8、X＝0时，物体仅受Y-方向的驱动力。随着X值从0、2、4、6、8增大时，合力方向逐渐向X+偏移，当X＝8、Y值从-8、-6、-4、-2增大时，合力方向继续逐渐向X+偏移。

如图8所示，对于多种方向力的选择的控制方法，控制量u2(t)的控制规则为根据角度误差值判定驱动力的方向的归属区间从而判定控制量u2(t)的值，u2(t)为多种方向力的情况，通过u2(t)的值驱动电磁阀组。图中展示了32个控制量。对于控制量的判定的方式为通过数学公式计算实际位姿与期望位姿计算得到角度误差ω，图中按照坐标轴两侧各3°，剩下区域12°将圆周角度等分，将不同的力分配给不同的区间内，当角度误差ω_n-1≤ω＜ω_n时，分配该区域的力，得到u2(t)。例如，当计算得出的误差角度ω₁≤ω＜ω₂时，由图可知，该区间内所属控制变量为u2(t)＝2(X＝8；Y＝2),当计算得出的误差角度ω＝ω₂时，该区间内所属控制变量为u2(t)＝3(X＝8；Y＝4)，得到控制量u2(t)的值，驱动电磁阀组。

如图9所示，本发明的控制流程为：红外、光栅或者视觉装置捕捉物体的实际位置带入控制系统中，获得当前时间点物体实际位置；控制器根据当前时间点参考状态量和实际状态量计算物体位移偏差e1(t)与角度偏差e2(t)；位置误差量e1(t)作为输入传入控制器中，由控制器计算距离控制量。角度偏差量e2(t)作为输入传入控制器中，根据偏差角度ω，由ω_n-1≤ω＜ω_n得出力归属区间；将距离控制量限幅调整得到所需流量控制量u1(t)，对于方向调整，在获取所属力区间后，得到所需力方向，确定角度控制量u2(t)的值；根据控制量u1(t)通过输出模块驱动比例方向阀工作，根据控制量u2(t)通过输出模块驱动电磁阀组工作；物体在气体粘性力的作用下移动；检测是否到达期望位置，如为否，则继续重复步骤确定角度控制量u2(t)的值，若为是，输送任务结束，停止。

Claims (6)

1.一种二维无接触输送平台装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)构建二维无接触输送平台装置，包括上平板(1)和下平板(2)，所述上平板(1)上交错设置有横向输送单元(1-6)和纵向输送单元(1-1)，所述横向输送单元(1-6)和纵向输送单元(1-1)均包括凹槽、进气孔和出气孔，所述进气孔和出气孔对称设置在所述凹槽内，所述下平板(2)上与所述进气孔和出气孔对应的位置均设置有汇流槽，所述汇流槽与气管连通，所述气管上设置有电磁阀，所述电磁阀与控制器信号连接；

(2)通过红外、光栅或视觉发射接收装置获得当前时间点物体实际位置；

(3)根据当前时间点参考状态量和实际状态量计算位置误差量e1(t)与角度偏差量e2(t)；

(4)将位置误差量e1(t)作为输入传入控制器中，由控制器计算距离控制量，角度偏差量e2(t)作为输入传入控制器中，由控制器计算角度偏差ω，由ω_n-1≤ω＜ω_n得出力归属区间，其中，ω_n-1为划分的某力归属区间的下限角度，ω_n为划分的某力归属区间的上限角度；

(5)将距离控制量限幅调整得到所需流量控制量u1(t)，对于方向调整，在获取所属力归属区间后，得到所需力方向，确定角度控制量u2(t)的值；

(6)根据流量控制量u1(t)通过输出模块驱动比例方向阀工作，根据角度控制量u2(t)通过输出模块驱动电磁阀组工作；

(7)物体在气体粘性力的作用下移动；

(8)检测是否到达期望位置，如为否，则继续重复步骤1-5，若为是，则输送任务结束，停止。

2.根据权利要求1所述的二维无接触输送平台装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中横向输送单元(1-6)的进气孔和出气孔横向对称分布，所述纵向输送单元(1-1)的进气孔和出气孔纵向对称分布。

3.根据权利要求1所述的二维无接触输送平台装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中汇流槽内设置有接头且通过接头与气管连通。

4.根据权利要求1所述的二维无接触输送平台装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中进气孔连通正压力气源，所述出气孔连通负压力气源。

5.根据权利要求1所述的二维无接触输送平台装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中上平板上设置有物体位置检测装置，所述物体位置检测装置与控制器信号连接。

6.根据权利要求5所述的二维无接触输送平台装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中物体位置检测装置为红外、光栅或视觉发射接收装置。

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