CN111037350B

CN111037350B - 机床自动化上料系统

Info

Publication number: CN111037350B
Application number: CN201911282271.XA
Authority: CN
Inventors: 王西雁; 郭长坡; 夏慧; 王永飞
Original assignee: Beijing Power Machinery Institute
Current assignee: Beijing Power Machinery Institute
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: CN111037350A

Abstract

本发明提出一种机床自动化上料系统，包括：快换装置、桁架机械手、供气装置，其中，供气装置，设置在桁架机械手上，用于提供桁架机械手动作所需的气源并控制快换装置打开或关闭。本发明的机床自动化上料系统，只需在桁架机械手上加上供气装置，即可完成机床自动上料，从而避免机床改造带来的成本增加，同时，不需再在机床上增加气路，也不需增加控制气路控制的电气元件，进一步降低了成本。

Description

机床自动化上料系统

技术领域

本发明涉及机床自动化技术领域，特别涉及一种机床自动化上料系统。

背景技术

目前机械手或机器人完成机床上下料的应用很广泛，尤其是桁架机械手垂直上下料更为普遍。一些相关企业想要进行自动化升级，用机器人代替人工进行上下料，但是一些机床型号比较老旧，不支持夹具快换，而换掉整个机床成本太高，另外，改造机床难度也非常大，机床内部空间有限，甚至没有留下任何改造空间，因此，不易实现，且所需成本高。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种机床自动化上料系统，只需在桁架机械手上加上供气装置，即可完成机床自动上料，从而避免机床改造带来的成本增加，同时，不需再在机床上增加气路，也不需增加控制气路控制的电气元件，进一步降低了成本。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种机床自动化上料系统，包括：快换装置、桁架机械手、供气装置，其中，供气装置，设置在所述桁架机械手上，用于提供所述桁架机械手动作所需的气源并控制快换装置打开或关闭。

根据本发明实施例的机床自动化上料系统，只需在桁架机械手上加上供气装置，即可完成机床自动上料，从而避免机床改造带来的成本增加，同时，不需再在机床上增加气路，也不需增加控制气路控制的电气元件，进一步降低了成本。

另外，根据本发明上述实施例的机床自动化上料系统还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，在上料时，所述桁架机械手移动到待供气位，使所述供气装置向所述快换装置方向移动，以与所述快换装置对接；所述供气装置中的气动接口与所述快换装置对接；所述供气装置接通所述快换装置的打开路气源，并检测所述打开路气源的气压是否大于或等于预设气压，并反馈气压检测结果给所述桁架机械手；所述桁架机械手向所述快换装置方向移动第一预设距离，同时控制气缸的伺服电机同步向下运动；所述供气装置断开所述打开路气源，使所述快换装置的夹紧单元锁紧；所述供气装置接通所述快换装置的气密性检测路气源，进行气密性检测，并反馈气密性检测结果；所述供气装置的气动接口收回，所述供气装置关闭；所述桁架机械手的抓手松开，所述桁架机械手撤出机床，以完成上料。

在一些示例中，所述待供气位为子板下端面与所述快换装置上端面的距离为第二预设距离处。

在一些示例中，所述反馈气压检测结果给所述桁架机械手之后，包括：如果所述气压大于或等于所述预设气压，则控制所述快换装置的夹紧单元打开。

在一些示例中，所述桁架机械手与伺服电机的实时移动速度由SCADA算法实时运算提供。

在一些示例中，通过雅克比矩阵将桁架机械手关节空间的速度映射到笛卡尔空间的末端速度。

在一些示例中，当仅有关节y旋转时，末端将绕着y以||s_x-s_y||为半径旋转，末端速度为：φw_y×(s_x-s_y)，则雅克比矩阵J中关于关节y的那一列为：

其中，s_y为关节y的位置向量。

在一些示例中，通过改变关节角，使连杆位置靠近目标位置，包括：以一种预设方式迭代，每个迭代过程都将连杆位置移动到接近目标位置的位置，直到最终新的连杆位置，使连杆足够接近目标位置。

在一些示例中，如果所述关节为移动关节，则雅克比矩阵中这一列为移动副的方向向量wy，其中，wy为单位向量，其指向沿着关节的轴线方向。

在一些示例中，如果末端x不受关节y的影响，或者关节y正位于桁架机械手末端，则

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的机床自动化上料系统的结构框图；

图2是根据本发明一个实施例的桁架机械手的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图描述根据本发明实施例的机床自动化上料系统。

图1是根据本发明一个实施例的机床自动化上料系统的结构框图。如图1所示，该机床自动化上料系统100包括：快换装置110、桁架机械手120和供气装置130。

其中，快换装置110用于快速更换机床的夹具。

桁架机械手120用于控制快换装置110的打开和闭合。

供气装置130设置在桁架机械手120上，用于提供桁架机械手120动作所需的气源。

也即是说，快换装置110的打开和闭合需要通过桁架机械手120控制，而桁架机械手120动作需要提供气源，因此，可在桁架机械手120上额外配置了供气装置130来提供所需气源。

因此，该机床自动化上料系统100，只需在桁架机械手上120加上供气装置130，即可完成机床自动上料，从而避免机床改造带来的成本增加，同时，不需再在机床上增加气路(五轴机床增加气路需要昂贵的旋转接头)，也不需增加控制气路控制的电气元件，进一步降低了成本。

在本发明的一个实施例中，机床自动化上料系统100的工作流程如下：

1.在上料时，桁架机械手120移动到待供气位，使供气装置130向快换装置110方向移动，以与快换装置110对接。其中，待供气位为子板下端面与快换装置110上端面的距离为第二预设距离处，第二预设距离例如为50mm。桁架机械手120的结构示意图例如图2所示。

2.供气装置130中的气动接口与快换装置110对接。

3.供气装置130接通快换装置110的打开路气源，并检测打开路气源的气压是否大于或等于预设气压，并反馈气压检测结果给桁架机械手120。进一步地，反馈气压检测结果给桁架机械手120之后，包括：如果气压大于或等于预设气压，则控制快换装置110的夹紧单元打开。在具体实施例中，预设气压例如为0.5MPA。也即是说，当检测到的气压大于或等于0.5MPA时，控制快换装置110的夹紧单元打开。

4.桁架机械手120向快换装置110方向移动第一预设距离，同时控制气缸的伺服电机同步向下运动。也即，实现桁架机械手120与控制气缸的伺服电机同步/协同控制。这是因为，从机械手供气，面临的最大问题是两个轴的同步，当机械手Z轴下降，机械手上的气缸伸出，供气解锁，打开快换，此时Z轴下降，气缸也随着下降，此时要保证控制气缸的伺服电机与桁架机械手120同步运行，如果不同步，会出现气缸提前脱离的现象。因此，本发明实施例采用桁架机械手120与控制气缸的伺服电机同步/协同控制。

其中，桁架机械手120与控制气缸的伺服电机的实时移动速度由SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制)算法实时运算提供。其中，第一预设距离例如为50mm。

具体地，即采用维矩阵算法，通过SCADA系统运算如下方程求解，并实现多解优选。矩阵及算法方程如下：

Y＝F(X).

通过雅克比矩阵将桁架机械手120关节空间的速度映射到笛卡尔空间的末端速度。其中，当仅有关节y旋转时，也即只考虑关节y的旋转(假定其它关节固定不动，在某一时刻关节y变化一个微小的角度φ)时，末端将绕着y以||s_x-s_y||为半径旋转，末端速度为：φw_y×(s_x-s_y)，则雅克比矩阵J中关于关节y的那一列为：

其中，s_y为关节y的位置向量。

进一步地，通过改变关节角，以便使连杆位置靠近目标位置(即理想的位置)，包括：以一种预设方式迭代，每个迭代过程都将连杆位置移动到接近目标位置的位置，直到最终新的连杆位置，使连杆足够接近目标位置。使用上述迭代过程的原因是它通常太复杂，无法实际解出关节角，就所需的连杆位置而言，迭代过程将更容易实现。

进一步地，如果该关节为移动关节，则雅克比矩阵中这一列为移动副的方向向量wy，其中，wy为单位向量，其指向沿着关节的轴线方向。

如果末端x不受关节y的影响，或者关节y正位于桁架机械手120末端，则

5.供气装置130断开快关装置110的打开路气源，气压降为0bar，使快换装置110的夹紧单元锁紧。

6.供气装置130接通快换装置110的气密性检测路气源，进行气密性检测，并反馈气密性检测结果。

7.供气装置130的气动接口收回，供气装置130的启动单元收回，供气装置130关闭。

8.桁架机械手120的抓手松开，桁架机械手120撤出机床，以完成上料。

综上，根据本发明实施例的机床自动化上料系统，只需在桁架机械手上加上供气装置，即可完成机床自动上料，从而避免机床改造带来的成本增加，同时，不需再在机床上增加气路，也不需增加控制气路控制的电气元件，进一步降低了成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种机床自动化上料系统，其特征在于，包括：

快换装置、桁架机械手、供气装置，其中：

所述供气装置，设置在所述桁架机械手上，用于提供所述桁架机械手动作所需的气源并控制所述快换装置打开或关闭；

在上料时，所述桁架机械手移动到待供气位，使所述供气装置向所述快换装置方向移动，以与所述快换装置对接；

所述供气装置中的气动接口与所述快换装置对接；

所述供气装置接通所述快换装置的打开路气源，并检测所述打开路气源的气压是否大于或等于预设气压，并反馈气压检测结果给所述桁架机械手；

所述桁架机械手向所述快换装置方向移动第一预设距离，同时控制气缸的伺服电机同步向下运动；

所述供气装置断开所述打开路气源，使所述快换装置的夹紧单元锁紧；

所述供气装置接通所述快换装置的气密性检测路气源，进行气密性检测，并反馈气密性检测结果；

所述供气装置的气动接口收回，所述供气装置关闭；

所述桁架机械手的抓手松开，所述桁架机械手撤出机床，以完成上料。

2.根据权利要求1所述的机床自动化上料系统，其特征在于，所述待供气位为子板下端面与所述快换装置上端面的距离为第二预设距离处。

3.根据权利要求2所述的机床自动化上料系统，其特征在于，所述反馈气压检测结果给所述桁架机械手之后，包括：

如果所述气压大于或等于所述预设气压，则控制所述快换装置的夹紧单元打开。

4.根据权利要求1所述的机床自动化上料系统，其特征在于，所述桁架机械手与控制气缸的伺服电机的实时移动速度由SCADA算法实时运算提供。

5.根据权利要求4所述的机床自动化上料系统，其特征在于，其中，通过雅克比矩阵将桁架机械手关节空间的速度映射到笛卡尔空间的末端速度。

6.根据权利要求5所述的机床自动化上料系统，其特征在于，当仅有关节y旋转时，末端将绕着y以||s_x− s_y||为半径旋转，末端速度为：ϕw_y × (s_x− s_y)，则雅克比矩阵J中关于关节y的那一列为：∂s_x /∂θy=w_y × (s_x− s_y)，其中，s_y为关节y的位置向量。

7.根据权利要求6所述的机床自动化上料系统，其特征在于，通过改变关节角，使连杆位置靠近目标位置，包括：

以一种预设方式迭代，每个迭代过程都将连杆位置移动到接近目标位置的位置，直到最终新的连杆位置，使连杆足够接近目标位置。

8.根据权利要求7所述的机床自动化上料系统，其特征在于，如果所述关节为移动关节，则雅克比矩阵中这一列为移动副的方向向量wy，其中，wy为单位向量，其指向沿着关节的轴线方向。

9.根据权利要求8所述的机床自动化上料系统，其特征在于，如果末端x不受关节y的影响，或者关节y正位于桁架机械手末端，则∂sx /∂θy = 0。