CN111168670A

CN111168670A - 一种写字机器人系统

Info

Publication number: CN111168670A
Application number: CN201911424267.2A
Authority: CN
Inventors: 彭建盛; 黄司宇; 何奇文; 覃勇; 韦庆进; 徐咏
Original assignee: Hechi University
Current assignee: Hechi University
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本发明公开了一种写字机器人系统，属于机器人技术领域。所述写字机器人系统包括传送带、储料装置、墨盒、控制器、用户终端、写字机器人和上料机器人，所述写字机器人和上料机器人分别位于传送带的两端，所述传送带的传送方向由上料机器人向写字机器人方向输送，所述储料装置设于所述上料机器人的一旁，所述墨盒设于所述写字机器人的一旁；所述用户终端、所述写字机器人和上料机器人分别与控制终器连接。本发明使用机器代替人工写字，能够有效提高书写福贴的效率。

Description

一种写字机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是一种写字机器人系统。

背景技术

福印福字现在的解释是"幸福"，而在过去则指"福气"、"福运"。春节贴"福"字，无论是现在还是过去，都寄托了人们对幸福生活的向往，也是对美好未来的祝愿。每逢新春佳节，家家户户都要在屋门上、墙壁上、门楣上贴上大大小小的"福"字。春节贴"福"字，是民间由来已久的风俗。每逢春节，市场上对“福”字帖的需求很大，使用人工手写较为费力费时，工作效率不高。而直接印刷的文字和用笔墨写的文字是不同的，我们过年贴的对联和福字大多数是用毛笔写的，采用毛笔写字看起来更加大气，更能再传统节日体现出我国丰富的传统文化。

发明内容

本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种写字机器人系统，该写字系统能够解决春节期间，人工书写“福”字效率低的问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种写字机器人系统，包括传送带、储料装置、墨盒、控制器、用户终端、写字机器人和上料机器人，所述写字机器人和上料机器人分别位于传送带的两端，所述传送带的传送方向由上料机器人向写字机器人方向输送，所述储料装置设于所述上料机器人的一旁，所述墨盒设于所述写字机器人的一旁；所述用户终端、所述写字机器人和上料机器人分别与控制终器连接；

所述写字机器人包括写字机器人本体和毛笔夹具，所述写字机器人包括基座、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆以及六个电机；所述基座固定设于传送带的一旁，所述第一连杆的一端水平转动安装于所述基座的顶部；所述的第二连杆的一端竖直转动安装于所述第一连杆远离基座的一端；所述的第三连杆的一端竖直转动安装于所述第二连杆远离第一连杆的一端；所述第四连杆的一端转动安装于所述第三连杆远离第二连杆的一端，所述第四连杆可绕第三连杆的轴向转动；所述第五连杆的一端竖直转动安装于第四连杆远离第三连杆的一端；所述第六连杆转动安装于所述第五连杆远离第四连杆的一端，所述基座、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆之间的转动部位均设有一个电机，六个所述电机分别驱动第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆转动；所述毛笔夹具固定于所述第六连杆远离第五连杆的一端；

所述上料机器人包括上料机器人本体和纸板夹具，上料机器人本体的机构与所述写字机器人本体的结构相同，所述纸板夹具固定于所述第六连杆远离第五连杆的一端。

进一步的，所述毛笔夹具包括两个相同的夹体，每个夹体包括横杆，所述横杆的一端设有与第六连杆连接的安装孔，所述横杆的另一端设有呈半筒状的容纳槽，所述容纳槽的轴向与所述横杆的长度方向垂直，所述容纳槽径向两侧的横杆上设有与所述容纳槽轴向垂直的螺纹孔，两个夹体通过螺纹孔螺栓连接，并能够使两个容纳槽组成一个完整的圆筒。

进一步的，所述纸板夹具为电动吸盘。

进一步的，所述储料装置为上端开口的储料箱，所述纸板叠放于所述储料箱内。

进一步的，所述输送带远离上料机器人的一端设有收集箱。

进一步的，所述用户终端为PC机，所述控制器为PCL。

进一步的，所述电机均为伺服电机

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过写字机器人、上料机器人与传送的带配合，通过上料机器人周期性地拾取纸板放于传送带上，传送带将纸板传送至写字机器人的位置，此时传送带停下，写字机器人对纸板进行书写，本发明使得“福”字由人工书写转变为自动化书写，达到提高生产效率，降低人力成本的目的。

2.本发明通过螺栓紧固两个夹体时容纳槽对毛笔进行夹紧，

3.本发明的纸板夹持装置为电动吸盘，方便纸板叠放放置，减少了占地空间，且电动吸盘对纸板的夹持和安放比较方便，有利于使纸板更稳定和更精确地放置于传送带。

附图说明

图1是本发明中写字机器人/上料机器人的结构示意图；

图2是本发明中毛笔夹具的机构示意图；。

图3是本发明中写字机器人/上料机器人的系统硬件框图；

图4是写字机器人笔画运动程序流程图；

图5是写字机器人整体运动程序流程图；

图6是传送带定位控制程序流程图；

图7是纸板夹持装置的气动控制程序流程图。

附图中，1-第一连杆，2-第二连杆，3-第三连杆，4-第四连杆，5-第五连杆，6-第六连杆， 7-基座，8-螺栓，9-容纳槽，10-横杆。

具体实施方式

以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。

需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。

如图所示，一种写字机器人系统，包括传送带、储料装置、写字机器人和上料机器人，写字机器人和上料机器人分别位于传送带的两端，所述传送带的传送方向由上料机器人向写字机器人方向输送，所述储料装置设于所述上料机器人的一旁；

所述写字机器人包括写字机器人本体和毛笔夹具，所述写字机器人包括基座7、第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4、第五连杆5、第六连杆6以及六个电机；所述基座7固定设于传送带的一旁，所述第一连杆1的一端水平转动安装于所述基座7的顶部；所述的第二连杆2的一端竖直转动安装于所述第一连杆1远离基座7的一端；所述的第三连杆3的一端竖直转动安装于所述第二连杆2远离第一连杆1的一端；所述第四连杆4的一端转动安装于所述第三连杆3远离第二连杆2的一端，所述第四连杆4可绕第三连杆3的轴向转动；所述第五连杆5的一端竖直转动安装于第四连杆4远离第三连杆3的一端；所述第六连杆6转动安装于所述第五连杆5远离第四连杆4的一端，所述基座7、第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4、第五连杆5和第六连杆6之间的转动部位均设有一个电机，六个所述电机分别驱动第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4、第五连杆5和第六连杆6转动；所述毛笔夹具固定于所述第六连杆6远离第五连杆5的一端；

所述上料机器人包括上料机器人本体和纸板夹具，上料机器人本体的机构与所述写字机器人本体的结构相同，所述纸板夹具固定于所述第六连杆6远离第五连杆5的一端。

本发明的一种实施例中，所述毛笔夹具包括两个相同的夹体，每个夹体包括横杆10，所述横杆10的一端设有与第六连杆6连接的安装孔，所述横杆10的另一端设有呈半筒状的容纳槽9，所述容纳槽9的轴向与所述横杆10的长度方向垂直，所述容纳槽9径向两侧的横杆 10上设有与所述容纳槽9轴向垂直的螺纹孔，两个夹体通过螺纹孔螺栓8连接，并能够使两个容纳槽9组成一个完整的圆筒，所述纸板夹具为电动吸盘。

本发明的另一种实施例中，所述储料装置为上端开口的储料箱，所述纸板叠放于所述储料箱内。所述输送带远离上料机器人的一端设有收集箱

本发明的另一种实施例中，用户终端为PC机，首先在PC机上制作可视化功能界面，通过局域网通信方式建立PC机与控制器的通信，使用可视化界面上的功能按键能向机器人运动控制器发送运动控制指令，工业机器人根据指令功能完成相应轨迹运动。如图3所示，控制器采用三菱FX1s PLC作为控制器，使用光电开关A控制伺服驱动器向伺服电机输出定位移动脉冲，伺服电机带动传送带移动；控制继电器闭合，使真空发生器气门打开，真空吸盘开始工作；使用光电开关B控制继电器断开，使真空发生器气门关闭，真空吸盘停止工作。

如图4所示，关于PLC的电路设计，使用额定电流值为6A的断路器作为PLC控制电路的总开关和保护开关。由启动关SB1、停止开关SB2和交流接触器KM1构成220V电压控制电路，控制伺服驱动器通电和断电。使用24V/50W电源将220V交流电整流降压成24V直流电，向 PLC、光电开关A、光电开关B、继电器、电磁阀和伺服电机信号处理部分供电。使用PLC控制光电开关A、光电开关B、继电器、电磁阀和伺服电机；使用两个阻值为2K的电阻实现伺服信号控制电路阻抗匹配。伺服驱动器通过双绞线的接线方式连接伺服电机，抑制串模干扰。接上电源，打开空气开关，按下启动SB1，电路通电；当有物体进入光电开关A的识别范围时，光电开关A向PLC输入一个触发脉冲信号，PLC接收到信号，控制继电器KA1动作使电磁阀工作和向伺服驱动器发出定位脉冲信号。当物体进入光电开关B的识别范围控制继电器KA1动作使电磁阀停止工作。

机器人部分：

1.首先建立工业机器人坐标系，在运动控制器未建立坐标系时，所有规划关节不能实现多关节协调运动。为用插补运动模式实现多轴协调运动，需要建立一个坐标系，将规划关节映射到相应的坐标系中。坐标系最多支持四维(X-Y-Z-A)建立,采用建立一个四维坐标系的方式来控制机器人运动。将工业机器人的第一关节、第二关节、第三关节和第五关节通过程序设计分别映射至四维坐标系里的X轴、Y轴、Z轴和A轴上。将机器人第一关节映射至四维坐标系的X轴，机器人第二关节映射至四维坐标系的Y轴，机器人第三关节映射至四维坐标系的Z轴，机器人第四关节映射至四维坐标系的A轴。坐标系建立完成，通过插补运动模式，工业机器人可实现多关节协调运动。

2.进行原点设计，工业机器人执行插补运动前，需要通过OtoStudio软件设置机器人原点，使工业机器人于恰当位置执行运动程序。通过机器人本体上的连杆对齐标记，设计工业机器人原点，使工业机器人对齐连杆标记，工业机器人处于原点状态。通过OtoStudio软件调整机器人各个关节初始状态下的绝对定位脉冲值，使机器人各连杆标记对齐，机器人运行至原点位置。

3.工业机器人关节转动方向设计，设计工业机器人各个关节运动方向，使工业机器人按照运动功能指令运动时，其运动方向符合三维空间中坐标系的正负方向。设定第一关节向右运动为正方向，向左运动为负方向。第二关节、第三关节、第四关节顺时针转动为运动正方向；第二关节、第三关节、第四关节逆时针转动为运动负方向。

软件部分设计

1.本发明写字机器人笔画运动动控制步骤如图5所示，由伺服启动开关控制机器人本体伺服电机上电，工业机器人在初始化程序内建立坐标系，运动至原点规划位置。通过功能按键触发方式，控制机器人完成字体每个笔画的书写。伺服启动开关和伺服停止开关独立设计，实现机器人出现错误动作时，能立即停止机器人继续运动的功能。

2.本发明写字机器人整体运动控制步骤如图6所示，按照完整运动程序设计顺序依次完成墨水蘸取、工具更换、工件拾取、工件放置和完整字体书写运动程序。由伺服启动开关控制机器人本体伺服电机上电，工业机器人在初始化程序内建立坐标系，运动至原点规划位置。通过功能按键触发方式，控制机器人完成按照顺序依次运动。伺服启动开关和伺服停止开关独立设计，实现机器人出现错误动作时，能立即停止机器人继续运动的功能。

3.本发明传送带的定位控制步骤如图7所示，光电开关A触发定位移动，使用计数器进行计数，光电开关A每被触发一次，伺服电机就带动传送带移动297mm的距离，当计数器计数满九次，触发计时器，计时102秒，等待机器人执行完一次完整的运动程序后，传送带移动2970mm的距离，将九个“福”字传送至收集箱内，完成定位控制程序。

4.本发明的气动控制步骤，光电开关A识别机器人进入识别范围，继电器由常开状态变成闭合状态，PLC控制真空发生器让吸盘吸气，当机器人将工件移动到传送带平面上时就会触发光电开关B，使得继电器由闭合状态变成常开状态，真空发生器停止工作，工件被放置到传送带平面上。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明和例证，但这些描述并非用以限定本发明所要求保护范围，凡本发明所提示的技术教导下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利保护范围。

Claims

1.一种写字机器人系统，其特征在于：包括传送带、储料装置、墨盒、控制器、用户终端、写字机器人和上料机器人，所述写字机器人和上料机器人分别位于传送带的两端，所述传送带的传送方向由上料机器人向写字机器人方向输送，所述储料装置设于所述上料机器人的一旁，所述墨盒设于所述写字机器人的一旁；所述用户终端、所述写字机器人和上料机器人分别与控制终器连接；

2.如权利要求1所述的写字机器人系统，其特征在于，所述毛笔夹具包括两个相同的夹体，每个夹体包括横杆，所述横杆的一端设有与第六连杆连接的安装孔，所述横杆的另一端设有呈半筒状的容纳槽，所述容纳槽的轴向与所述横杆的长度方向垂直，所述容纳槽径向两侧的横杆上的靠近容纳槽两侧位置设有与所述容纳槽轴向垂直的螺纹孔，两个夹体通过螺纹孔螺栓连接，并能够使两个容纳槽组成一个完整的圆筒。

3.如权利要求1所述的写字机器人系统，其特征在于，所述纸板夹具为电动吸盘。

4.如权利要求1所述的写字机器人系统，其特征在于，所述储料装置为上端开口的储料箱，所述纸板叠放于所述储料箱内。

5.如权利要求1所述的写字机器人系统，其特征在于，所述输送带远离上料机器人的一端设有收集箱。

6.如权利要求1所述的写字机器人系统，其特征在于，所述用户终端为PC机，所述控制器为PCL。

7.如权利要求1所述的写字机器人系统，其特征在于，所述电机均为伺服电机。