CN111573265B - 一种杯子自动抓取交接协同作业系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于自动化控制技术领域，公开了一种杯子自动抓取交接协同作业系统，包括：杯子盛放架，其用于放置空杯；自动导引机构，其可拆卸连接所述杯子盛放架，并能够驱动所述杯子盛放架旋转和/或移动；取杯滑台，其具有与所述取杯滑台滑动式连接的取杯夹爪，所述取杯夹爪能够夹取空杯封杯机，其设置在所述取杯滑台一侧，具有接杯夹爪能够夹取并将所述空杯密封，本发明的发明目的是提供一种灵活多样的杯子自动抓取、移载、交接的协同作业系统，满足自动化机构协同作业的需求，使得整体系统的布局可根据功能模组的大小、外观需求及应用场景进行灵活布置。

Description

一种杯子自动抓取交接协同作业系统及方法
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种杯子自动抓取交接协同作业系统及方法。
背景技术
现有的杯子自动移载大多数由机械手搭配电动夹爪抓取杯子进行传递与放置，或由直线移载机构托举移载。
机械手搭配电动夹爪抓取杯子进行传递与放置，整体系统布局受限于机械手的臂长及作业范围，与机械手搭配使用的所有设备或装置进料面都必须面向机械手，统一作业高度。机械手搭配电动夹爪放置杯子必须有固定装置承托杯子后，电动加爪方可脱离，杯子交接方式固定重复，自动化机构及机械手的协作能力变差，同时影响整体系统的功能。
机械手作为唯一的传递功能的机构，制程工序仅能串联执行，无法并行同步，工时长，效率低，存在大量的等待浪费。
因此，本领域需要一种系统作业系统来解决上述问题。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种灵活多样的杯子自动抓取、移载、交接的协同作业系统，满足自动化机构协同作业的需求，使得整体系统的布局可根据功能模组的大小、外观需求及应用场景进行灵活布置。
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种杯子自动抓取交接协同作业系统，包括：
杯子盛放架，其用于放置空杯；
自动导引机构，其可拆卸连接所述杯子盛放架，并能够驱动所述杯子盛放架旋转和/或移动；
取杯滑台，其具有与所述取杯滑台滑动式连接的取杯夹爪，所述取杯夹爪能够夹取空杯；
封杯机，其设置在所述取杯滑台一侧，具有接杯夹爪能够夹取并将所述空杯密封。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，还包括：举升托举机构，能够承接所述密封杯，并进行举升摇晃。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，所述举升托举机构包括：
杯托；
举升支架，其设置在所述杯托底部。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，还包括控制系统，其分别连接所述杯子盛放架、自动导引机构、取杯滑台、封杯机和举升托举机构，并能够控制所述杯子盛放架、自动导引机构、取杯滑台、封杯机和举升托举机构有序工作。
另一方面，本发明还提供了一种杯子自动抓取交接协同作业方法，在上述杯子自动抓取交接协同作业方法的优选技术方案包括：
步骤一、实时检测ti～ti+t0协同作业的实测时间参数向量群，所述实测时间参数向量群包括：自动导引机构与取杯滑台的对准时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动时间，封杯机的封杯时间和举升机构的举升摇晃时间；
步骤二、根据所述实测时间参数计算空余参数向量群，所述空余参数向量群包括：自动导引机构与取杯滑台的对准空余时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动空余时间，封杯机的封杯空余时间和举升机构的举升摇晃空余时间；
步骤三、根据所述空余参数向量群修正(ti+t0)～(ti+2t0)时刻表示协同作业指征的向量群；以及
将所述表示协同作业指征的向量群作为协同作业结果输出。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，所述步骤二中的空余参数向量群计算公式为：
Figure BDA0002560964540000031
其中，xj为实测时间参数，Xj，j＝1,2,3,4分别为参数自动导引机构与取杯滑台的对准空余时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动空余时间，封杯机的封杯空余时间和举升机构的举升摇晃空余时间,xjmin和xjmax为相应测量参数中的最小值和最大值。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，修正的(ti+t0)～(ti+2t0)时刻的协同作业指征的向量群计算公式为：
Yj＝|xj-Xj|；
其中，Yj，j＝1,2,3,4为协同作业指征的向量群，分别为(ti+t0)～(ti+2t0)时刻的动导引机构与取杯滑台的对准时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动时间，封杯机的封杯时间和举升机构的举升摇晃时间。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，所述封杯机的封杯时间由时序控制器控制完成。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，所述封杯机的封杯时间控制过程为：
步骤1.将所述封杯机的封杯过程分解为n个动作单元，并通过感测单元获得每个单元的频率配置信号的周期长度；
步骤2.将所述周期长度与预设阈值作比较，当周期长度大于预设阈值时输出高逻辑电平的时序信号，当周期长度小于预设阈值时输出低逻辑电平的时序信号；
步骤3.根据所述逻辑电平的时序信号输出扫描时序信号；
步骤4.根据所述数据扫描时序信号控制数据输出电路，以及输出电压极性；
其中，所述时序信号包括指示是否存在具有预定频率的数据，使能信号、具有预定频率的主时钟和具有预定频率的内部时钟。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，所述扫描时序控制信号包括起始电压和栅极移位时钟。
本发明分别利用杯子的顶部、中部和底部，同时完成4种自动化机构对杯子的抓取和移载，2种夹爪、2种杯托设计，使得交接时各类机构互相避让，完成平移、举升及自由路径的运动轨迹。依整体系统功能需求，各类制程设备灵活排布组合，通过AGV、机械手、平移机构、举升机构等多种自动化机构完成杯子的移载，充分利用立体空间堆叠，遵守物流最短路径原则，使得整体系统更紧凑高效。3、自动化机构与制程设备统一由PLC程式控制，多个工序同步协同作业，消灭等待浪费，使得自动作业合理、高效。
附图说明
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1为本发明的杯子自动抓取交接协同作业系统的俯视图。
图2为本发明的杯子自动抓取交接协同作业系统的结构示意图。
图3为本发明所述的封杯机前序作业流程图。
图4为本发明所述的封杯机接序作业流程图。
图5为本发明所述的封杯机中、后序作业流程图。
附图标记：
杯子盛放架110、自动导引机构120、取杯滑台130、取杯夹爪140、封杯机150、接杯夹爪160、举升托举机构170、杯托171、举升支架172。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
基于背景技术指出的现有的技术问题，本发明的杯子自动抓取交接协同作业系统，包括：杯子盛放架110、自动导引机构120、取杯滑台130、取杯夹爪140、封杯机150、接杯夹爪160和举升托举机构170；
杯子盛放架110用于放置空杯；自动导引机构120可拆卸连接杯子盛放架110，并能够驱动杯子盛放架旋转和/或移动；取杯滑台130具有与取杯滑台滑动式连接的取杯夹爪140，取杯夹爪140能够夹取空杯；
封杯机150设置在取杯滑台130一侧，具有接杯夹爪能够夹取并将空杯密封。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，还包括：举升托举机构170能够承接所述密封杯，并进行举升摇晃。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，举升托举机构包括：杯托171；举升支架172，其设置在所述杯托底部。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，还包括控制系统，其分别连接所述杯子盛放架、自动导引机构、取杯滑台、封杯机和举升托举机构，并能够控制所述杯子盛放架、自动导引机构、取杯滑台、封杯机和举升托举机构有序工作。
另一方面，本发明还提供了一种杯子自动抓取交接协同作业方法，在上述杯子自动抓取交接协同作业方法的优选技术方案包括：
步骤一、实时检测ti～ti+t0协同作业的实测时间参数向量群，所述实测时间参数向量群包括：自动导引机构与取杯滑台的对准时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动时间，封杯机的封杯时间和举升机构的举升摇晃时间；
步骤二、根据所述实测时间参数计算空余参数向量群，所述空余参数向量群包括：自动导引机构与取杯滑台的对准空余时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动空余时间，封杯机的封杯空余时间和举升机构的举升摇晃空余时间；
步骤三、根据所述空余参数向量群修正(ti+t0)～(ti+2t0)时刻表示协同作业指征的向量群；以及
将所述表示协同作业指征的向量群作为协同作业结果输出。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，所述步骤二中的空余参数向量群计算公式为：
Figure BDA0002560964540000061
其中，xj为实测时间参数，Xj，j＝1,2,3,4分别为参数自动导引机构与取杯滑台的对准空余时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动空余时间，封杯机的封杯空余时间和举升机构的举升摇晃空余时间,xjmin和xjmax为相应测量参数中的最小值和最大值。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，修正的(ti+t0)～(ti+2t0)时刻的协同作业指征的向量群计算公式为：
Yj＝|xj-Xj|；
其中，Yj，j＝1,2,3,4为协同作业指征的向量群，分别为(ti+t0)～(ti+2t0)时刻的动导引机构与取杯滑台的对准时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动时间，封杯机的封杯时间和举升机构的举升摇晃时间。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，所述封杯机的封杯时间由时序控制器控制完成。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，所述封杯机的封杯时间控制过程为：
步骤1.将所述封杯机的封杯过程分解为n个动作单元，并通过感测单元获得每个单元的频率配置信号的周期长度；
步骤2.将所述周期长度与预设阈值作比较，当周期长度大于预设阈值时输出高逻辑电平的时序信号，当周期长度小于预设阈值时输出低逻辑电平的时序信号；
步骤3.根据所述逻辑电平的时序信号输出扫描时序信号；
步骤4.根据所述数据扫描时序信号控制数据输出电路，以及输出电压极性；
其中，所述时序信号包括指示是否存在具有预定频率的数据，使能信号、具有预定频率的主时钟和具有预定频率的内部时钟。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过进一步地，所述扫描时序控制信号包括起始电压和栅极移位时钟。
杯子盛放架110、自动导引机构120、取杯滑台130、取杯夹爪140、封杯机150、接杯夹爪160和举升托举机构170；
整体协同作业系统由杯子盛放架110、自动导引机构120，平取杯滑台130、举升托举机构170组成，完成多料仓接料后，托举满料杯到达与机械手交接点。机械手带着取杯滑台130及取杯夹爪140到交接点，从自动导引机构120上，托举取出杯子。机械手将杯子移交至平移取杯滑台130所带的接杯夹爪160。平取杯滑台130带动杯子移至举升托举机构170的交接点，并与举升机构中心位置重合。举升托举机构170带动杯托上升，托举杯子脱离接杯夹爪150后，取杯滑台130继续后退至接杯夹爪开口完全脱离杯口直径。举升托举机构170托举杯子下降，交付于制程设备，进行下一个工序加工。
制程设备包括但不限于封杯机、打刻机、贴标机、摇杯机、仓储等。制程设备接取杯子的机构和方法可涵盖悬挂杯口、抓取杯身等。
制程工序完成后，举升托举机构170上升托举杯子，到与取杯滑台130、交接点。取杯滑台130、带接杯夹爪160到交接点，夹爪与杯子中心基准重合。举升托举机构170下降，杯子移交接杯夹爪160托持。举升托举机构170将杯子移至与自动导引机构120交接点，接取杯子。
如图3-5所示，以封杯制程为例，描述自动作业流程。AGV、机械手的控制器、平移伺服滑台、举升机构，以及各类制程设备均由PLC程式控制，通过程式控制启动时许、行程、工艺参数等。
如图3所示，为封杯机前序接序作业流程图，落料口传感器感应到位后，封杯门自动开启并保持一定开启时间，封杯横移滑台伸至交接点2待命，AGV到达交接点1，机械手取杯移交滑台后，机械手脱离(过程为：机械手取杯，执行垂直举升，水平移动至交接点2的上方，然后执行垂直下降至交接点2的接杯位置，夹爪沿轴心线向后平移，此时杯子脱离，等待执行接杯动作，每个步骤之间均设定一定的时间间隔，如1秒或者两秒)，封杯升降推杆启动举升，升降推杆举升一定的行程后停止，等待接杯；
如图4所示，为封杯机接序作业流程图，横移滑台接杯后回缩至交接点3，升降推杆停止动作，封杯升降推杆举升接杯，横移滑台回缩脱离，并移动至原点位置，然后执行封杯自动门关闭，封杯升降推杆接杯下降，下降至封杯机落杯感应环处，升降推杆下降至原点位置；
如图5所示，为封杯机中、后序作业流程图，中序作业流程为：封杯机通过移栽滑轨入料，执行封杯操作，封杯机移栽滑轨出料；升降推杆举升接杯，升降推杆从原点处举升，到达预定位置后接杯，升降推杆举升至交接点3,时，停止动作；横移滑台伸出至交接点3，横移滑台接杯停止；封杯自动门开启，升降推杆开始下降脱离，升降推杆下降缩回至原点位置，横移滑台接杯伸出至交接点2，滑移台停止动作；后序作业流程为：机械手移动至交接点2接杯，并执行垂直举升，摇杯滑台举升，饮杯扣合，机械手执行摇杯操作；横移滑台回缩根据预定行程回缩至原点位置，复位。
本发明分别利用杯子的顶部、中部和底部，同时完成4种自动化机构对杯子的抓取和移载，2种夹爪、2种杯托设计，使得交接时各类机构互相避让，完成平移、举升及自由路径的运动轨迹。依整体系统功能需求，各类制程设备灵活排布组合，通过AGV、机械手、平移机构、举升机构等多种自动化机构完成杯子的移载，充分利用立体空间堆叠，遵守物流最短路径原则，使得整体系统更紧凑高效。3、自动化机构与制程设备统一由PLC程式控制，多个工序同步协同作业，消灭等待浪费，使得自动作业合理、高效。
本发明根据杯子共同杯口直径设计是夹爪开口尺寸是技术首创，易加工、易使用，成本低廉，摒弃了电机控制开合的夹爪技术方案。根据杯身共同斜率设计夹爪2层开口尺寸是技术首创，通过简易又灵活的方式实现杯子的传递与交接。利用杯子的顶部、中部和底部，同时完成多种自动化机构对杯子的抓取和移载，使得交接时各类机构互相避让，完成平移、举升及自由路径的运动轨迹。多种自动化机构、制程设备由PLC程式控制，协同作业，同步完成多个工序作业，缩短工时，提升效率。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种杯子自动抓取交接协同作业方法，其特征在于，包括：
步骤一、实时检测协同作业的实测时间参数向量群，所述实测时间参数向量群包括：自动导引机构与取杯滑台的对准时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动时间，封杯机的封杯时间和举升机构的举升摇晃时间；
步骤二、根据所述实测时间参数计算空余参数向量群，所述空余参数向量群包括：自动导引机构与取杯滑台的对准空余时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动空余时间，封杯机的封杯空余时间和举升机构的举升摇晃空余时间；
步骤三、根据所述空余参数向量群修正时刻表示协同作业指征的向量群；以及
将所述表示协同作业指征的向量群作为协同作业结果输出。
2.根据权利要求1所述的杯子自动抓取交接协同作业方法，其特征在于，所述步骤二中的空余参数向量群计算公式为：
Figure FDA0003315132970000011
其中，xj为实测时间参数，Xj，j＝1,2,3,4分别为参数自动导引机构与取杯滑台的对准空余时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动空余时间，封杯机的封杯空余时间和举升机构的举升摇晃空余时间,xjmin和xjmax为相应测量参数中的最小值和最大值。
3.根据权利要求2所述的杯子自动抓取交接协同作业方法，其特征在于，所述修正的(ti+t0)～(ti+2t0)时刻的协同作业指征的向量群计算公式为：
Yj＝|xj-Xj|；
其中，Yj，j＝1,2,3,4为协同作业指征的向量群，分别为(ti+t0)～(ti+2t0)时刻的动导引机构与取杯滑台的对准时间，取杯夹爪抓取到空杯的运动时间，封杯机的封杯时间和举升机构的举升摇晃时间。
4.据权利要求3所述的杯子自动抓取交接协同作业方法，其特征在于，所述封杯机的封杯时间由时序控制器控制完成。
5.根据权利要求4所述的杯子自动抓取交接协同作业方法，其特征在于，所述封杯机的封杯时间控制过程为：
步骤1.将所述封杯机的封杯过程分解为n个动作单元，并通过感测单元获得每个单元的频率配置信号的周期长度；
步骤2.将所述周期长度与预设阈值作比较，当周期长度大于预设阈值时输出高逻辑电平的时序信号，当周期长度小于预设阈值时输出低逻辑电平的时序信号；
步骤3.根据所述逻辑电平的时序信号输出扫描时序信号；
步骤4.根据数据扫描时序信号控制数据输出电路，以及输出电压极性；
其中，所述时序信号包括指示是否存在具有预定频率的数据，使信号、具有预定频率的主时钟和具有预定频率的内部时钟。
6.根据权利要求5所述的杯子自动抓取交接协同作业方法，其特征在于，所述扫描时序信号包括起始电压和栅极移位时钟。
7.一种杯子自动抓取交接协同作业系统，采用权利要求1至6任一项的杯子自动抓取交接协同作业方法，其特征在于，包括：
杯子盛放架，其用于放置空杯；
自动导引机构，其可拆卸连接所述杯子盛放架，并能够驱动所述杯子盛放架旋转和/或移动；
取杯滑台，其具有与所述取杯滑台滑动式连接的取杯夹爪，所述取杯夹爪能够夹取空杯；
封杯机，其设置在所述取杯滑台一侧，具有接杯夹爪能够夹取并将所述空杯密封。
8.根据权利要求7所述的杯子自动抓取交接协同作业系统，其特征在于，还包括：举升托举机构，能够承接所述密封杯，并进行举升摇晃。
9.根据权利要求8所述的杯子自动抓取交接协同作业系统，其特征在于，所述举升托举机构包括：
杯托；
举升支架，其设置在所述杯托底部。
10.根据权利要求9所述的杯子自动抓取交接协同作业系统，其特征在于，还包括控制系统，其分别连接所述杯子盛放架、自动导引机构、取杯滑台、封杯机和举升托举机构，并能够控制所述杯子盛放架、自动导引机构、取杯滑台、封杯机和举升托举机构有序工作。
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