CN112605989A - 一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法 - Google Patents

一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法 Download PDF

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高文翔
罗云
余立强
杨旭
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Abstract

本发明公开了一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，属于飞机装配技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、完成PLC的硬件组态，并将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出；b、将工业机器人的功能与末端执行器的功能进行逻辑顺序的整合；c、根据已经规划好的信号通讯进行PLC端接线和机器人端接线；d、在PLC的梯形图程序中将对应的IO变量进行添加并调试；e、通过示教或离线编制轨迹生成机器人运动程序。本发明能够在编制一次轨迹的情况下，对同一种零件进行批量的加工制孔，提高制孔效率；而且由于机器人本身重复定位精度较高，制孔的位置和质量的一致性好，提高了制孔精度。

Description

一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法
技术领域
本发明涉及到飞机装配技术领域，尤其涉及一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法。
背景技术
自动制孔技术作为当前航空制造业的关键技术，得益于相关领域的技术发展与进步，目前出现了许多已经实际应用的航空用自动制孔设备。国内对于工业机器人自动制孔技术的研究起步较晚，机器人在航空工业尚未大规模应用，主要集中在国内各大飞机生产制造企业。对于工业机器人自动化制孔技术的研究主要集中于国内各大高校，所研制系统在装配过程中主要集中应用于机翼类部件，且实际生产中机器人使用率不高。
目前，实现末端执行器与工业机器人的控制系统方面，主要采用上位层PC集成控制、中间层软PLC模块化调度、下位层多通信手段硬件兼容的方式。中间层软PLC起着承上启下的关键性作用，通过通用I/O和现场总线系统，可适用于现行的所有重要信号类型和现场总线系统，配合其高性能的EtherCAT技术可以满足既定功能需求。
但是，目前现有技术尚存在以下问题：
1、制孔末端执行器是机器人自动制孔系统的关键组成部分，会对制孔精度和制孔效率造成重要影响。目前，国内外所研制的末端执行器大多集成了多种功能，造成末端执行器结构尺寸、重量较大，造成末端执行器成本高昂，系统易产生干涉。
2、制孔系统通常采用重载型串联工业机器人，工业机器人自身刚度较差，影响了系统刚性。飞机装配中对于终孔孔位精度和法向精度有着较高要求，为此，机器人自动制孔系统需集成多种测量设备，这些测量设备一方面限制了制孔系统的适用范围；另一方面，进一步增加了系统成本与使用门槛。
3、常用的机器人自动制孔系统为保证制孔过程中系统的稳定性，通常会在末端执行器上增加压紧装置，压紧装置会导致工件表面发生变形，使得系统在应用过程中受到一定限制。
4、工业总线控制方式比较稳定可靠，也更为快捷和方便，但是这也对工业机器人的基础配置提出了要求，如果对于之前较早期购置的工业机器人进行再次开发，由于缺少Ethernet相关配置，无法组成现场工业总线，因此对于PLC来说需要通过另外的方式来实现。
公开号为CN 105149645A，公开日为2015年12月16日的中国专利文献公开了一种用于机器人制孔系统锪窝深度控制的装置及制孔方法，采用主轴进给模块依托于压脚进给模块的结构，使得在制孔过程中压脚与刀具对壁板的轴向力之和恒定不变，并在压紧壁板时利用力传感器测量压脚与壁板之间的压力，当达到预定压力时，压脚进给电机制动并锁死，压脚位置在制孔过程中保持不变，通过直线光栅尺与主轴进给模块形成误差检测反馈修正的闭环系统，检测出主轴进给模块的机械传递误差，并在闭环控制中给予修正。
该专利文献公开的用于机器人制孔系统锪窝深度控制的装置及制孔方法，能够保证机器人制孔系统的锪窝深度。但是，制孔效率和制孔精度欠佳。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，本发明通过将制孔末端执行器与工业机器人进行集成控制，能够在编制一次轨迹的情况下，对同一种零件进行批量的加工制孔，提高制孔效率；而且由于机器人本身重复定位精度较高，制孔的位置和质量的一致性好，提高了制孔精度。
本发明通过下述技术方案实现：
一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、完成PLC的硬件组态，并将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出；
b、将工业机器人的功能与末端执行器的功能进行逻辑顺序的整合，确定工业机器人与PLC之间需要通讯的信号种类与信号数量；通过机器人运行编制的轨迹程序，每次到达制孔点，机器人发送到位信号给CPU，执行预定进给速度和进给深度的直线进给运动，执行完直线进给运动后，末端执行器又再次退回零点，到达零点之后CPU发送末端执行器到位信号，机器人接收到末端执行器到位信号后继续运动至下一个轨迹点，之后重复直线进给运动直至走完所有的轨迹点；
c、根据已经规划好的信号通讯进行PLC端接线和机器人端接线；
d、完成PLC端接线和机器人端接线后，再在PLC的梯形图程序中将对应的IO变量进行添加并调试，通过在机器人端和PLC端分别将对应的输出端口强制置位，观察对应的输入端口是否有变化；
e、通过示教或离线编制轨迹生成机器人运动程序。
所述步骤a中，将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出具体是指将伺服电机使能，主动回零并设置零位，打开电磁阀使气钻主轴转动，按照设定的进给速度和进给深度完成制孔工作，制孔工作完成后回到零点位置等待下一次指令以梯形图的形式写出。
所述步骤a中，以梯形图的形式写出还包括设置正负限位防止超程和PLC与工业机器人急停互锁。
所述步骤b中，信号数量为4个，信号种类包括机器人到位信号、机器人故障信号、末端执行器到位信号和末端执行器错误信号。
所述步骤b中，机器人运行编制的轨迹程序时，当机器人端运行出现错误或者是PLC端运行出现错误，则立即停止运动程序的执行，包括机器人运动程序和末端执行器的运动程序。
所述步骤e中，根据不同的待打孔的零件编制不同的运动点位轨迹并调试，调试后生成机器人运动程序。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，“a、完成PLC的硬件组态，并将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出；b、将工业机器人的功能与末端执行器的功能进行逻辑顺序的整合，确定工业机器人与PLC之间需要通讯的信号种类与信号数量；通过机器人运行编制的轨迹程序，每次到达制孔点，机器人发送到位信号给CPU，执行预定进给速度和进给深度的直线进给运动，执行完直线进给运动后，末端执行器又再次退回零点，到达零点之后CPU发送末端执行器到位信号，机器人接收到末端执行器到位信号后继续运动至下一个轨迹点，之后重复直线进给运动直至走完所有的轨迹点；c、根据已经规划好的信号通讯进行PLC端接线和机器人端接线；d、完成PLC端接线和机器人端接线后，再在PLC的梯形图程序中将对应的IO变量进行添加并调试，通过在机器人端和PLC端分别将对应的输出端口强制置位，观察对应的输入端口是否有变化；e、通过示教或离线编制轨迹生成机器人运动程序”，较现有技术而言，通过将制孔末端执行器与工业机器人进行集成控制，能够在编制一次轨迹的情况下，对同一种零件进行批量的加工制孔，提高制孔效率；而且由于机器人本身重复定位精度较高，制孔的位置和质量的一致性好，提高了制孔精度。
2、本发明，实现了制孔末端执行器与工业机器人的集成控制，对于不同种类和需求的末端执行器，结合机器人都能够实现运行过程的自动化。
3、本发明，通过集成控制不仅可以提升制孔的效率，而且还大大解放了人力，在飞机生产过程中极大的减少了生产成本。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为本发明的流程框图；
图2是本发明的PLC端接线图；
图3是本发明的机器人端接线图。
具体实施方式
实施例1
参见图1-图3，一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，包括以下步骤：
a、完成PLC的硬件组态，并将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出；
b、将工业机器人的功能与末端执行器的功能进行逻辑顺序的整合，确定工业机器人与PLC之间需要通讯的信号种类与信号数量；通过机器人运行编制的轨迹程序，每次到达制孔点，机器人发送到位信号给CPU，执行预定进给速度和进给深度的直线进给运动，执行完直线进给运动后，末端执行器又再次退回零点，到达零点之后CPU发送末端执行器到位信号，机器人接收到末端执行器到位信号后继续运动至下一个轨迹点，之后重复直线进给运动直至走完所有的轨迹点；
c、根据已经规划好的信号通讯进行PLC端接线和机器人端接线；
d、完成PLC端接线和机器人端接线后，再在PLC的梯形图程序中将对应的IO变量进行添加并调试，通过在机器人端和PLC端分别将对应的输出端口强制置位，观察对应的输入端口是否有变化；
e、通过示教或离线编制轨迹生成机器人运动程序。
“a、完成PLC的硬件组态，并将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出；b、将工业机器人的功能与末端执行器的功能进行逻辑顺序的整合，确定工业机器人与PLC之间需要通讯的信号种类与信号数量；通过机器人运行编制的轨迹程序，每次到达制孔点，机器人发送到位信号给CPU，执行预定进给速度和进给深度的直线进给运动，执行完直线进给运动后，末端执行器又再次退回零点，到达零点之后CPU发送末端执行器到位信号，机器人接收到末端执行器到位信号后继续运动至下一个轨迹点，之后重复直线进给运动直至走完所有的轨迹点；c、根据已经规划好的信号通讯进行PLC端接线和机器人端接线；d、完成PLC端接线和机器人端接线后，再在PLC的梯形图程序中将对应的IO变量进行添加并调试，通过在机器人端和PLC端分别将对应的输出端口强制置位，观察对应的输入端口是否有变化；e、通过示教或离线编制轨迹生成机器人运动程序”，较现有技术而言，通过将制孔末端执行器与工业机器人进行集成控制，能够在编制一次轨迹的情况下，对同一种零件进行批量的加工制孔，提高制孔效率；而且由于机器人本身重复定位精度较高，制孔的位置和质量的一致性好，提高了制孔精度。
实施例2
参见图1-图3，一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，包括以下步骤：
a、完成PLC的硬件组态，并将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出；
b、将工业机器人的功能与末端执行器的功能进行逻辑顺序的整合，确定工业机器人与PLC之间需要通讯的信号种类与信号数量；通过机器人运行编制的轨迹程序，每次到达制孔点，机器人发送到位信号给CPU，执行预定进给速度和进给深度的直线进给运动，执行完直线进给运动后，末端执行器又再次退回零点，到达零点之后CPU发送末端执行器到位信号，机器人接收到末端执行器到位信号后继续运动至下一个轨迹点，之后重复直线进给运动直至走完所有的轨迹点；
c、根据已经规划好的信号通讯进行PLC端接线和机器人端接线；
d、完成PLC端接线和机器人端接线后，再在PLC的梯形图程序中将对应的IO变量进行添加并调试，通过在机器人端和PLC端分别将对应的输出端口强制置位，观察对应的输入端口是否有变化；
e、通过示教或离线编制轨迹生成机器人运动程序。
所述步骤a中，将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出具体是指将伺服电机使能，主动回零并设置零位，打开电磁阀使气钻主轴转动，按照设定的进给速度和进给深度完成制孔工作，制孔工作完成后回到零点位置等待下一次指令以梯形图的形式写出。
实施例3
参见图1-图3，一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，包括以下步骤：
a、完成PLC的硬件组态，并将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出；
b、将工业机器人的功能与末端执行器的功能进行逻辑顺序的整合，确定工业机器人与PLC之间需要通讯的信号种类与信号数量；通过机器人运行编制的轨迹程序，每次到达制孔点，机器人发送到位信号给CPU，执行预定进给速度和进给深度的直线进给运动，执行完直线进给运动后，末端执行器又再次退回零点，到达零点之后CPU发送末端执行器到位信号，机器人接收到末端执行器到位信号后继续运动至下一个轨迹点，之后重复直线进给运动直至走完所有的轨迹点；
c、根据已经规划好的信号通讯进行PLC端接线和机器人端接线；
d、完成PLC端接线和机器人端接线后，再在PLC的梯形图程序中将对应的IO变量进行添加并调试，通过在机器人端和PLC端分别将对应的输出端口强制置位，观察对应的输入端口是否有变化；
e、通过示教或离线编制轨迹生成机器人运动程序。
所述步骤a中，将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出具体是指将伺服电机使能，主动回零并设置零位，打开电磁阀使气钻主轴转动，按照设定的进给速度和进给深度完成制孔工作，制孔工作完成后回到零点位置等待下一次指令以梯形图的形式写出。
所述步骤a中，以梯形图的形式写出还包括设置正负限位防止超程和PLC与工业机器人急停互锁。
实现了制孔末端执行器与工业机器人的集成控制，对于不同种类和需求的末端执行器，结合机器人都能够实现运行过程的自动化。
实施例4
参见图1-图3，一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，包括以下步骤：
a、完成PLC的硬件组态，并将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出；
b、将工业机器人的功能与末端执行器的功能进行逻辑顺序的整合，确定工业机器人与PLC之间需要通讯的信号种类与信号数量；通过机器人运行编制的轨迹程序，每次到达制孔点，机器人发送到位信号给CPU，执行预定进给速度和进给深度的直线进给运动，执行完直线进给运动后，末端执行器又再次退回零点，到达零点之后CPU发送末端执行器到位信号，机器人接收到末端执行器到位信号后继续运动至下一个轨迹点，之后重复直线进给运动直至走完所有的轨迹点；
c、根据已经规划好的信号通讯进行PLC端接线和机器人端接线；
d、完成PLC端接线和机器人端接线后，再在PLC的梯形图程序中将对应的IO变量进行添加并调试，通过在机器人端和PLC端分别将对应的输出端口强制置位，观察对应的输入端口是否有变化；
e、通过示教或离线编制轨迹生成机器人运动程序。
所述步骤a中，将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出具体是指将伺服电机使能，主动回零并设置零位，打开电磁阀使气钻主轴转动，按照设定的进给速度和进给深度完成制孔工作，制孔工作完成后回到零点位置等待下一次指令以梯形图的形式写出。
所述步骤a中，以梯形图的形式写出还包括设置正负限位防止超程和PLC与工业机器人急停互锁。
所述步骤b中，信号数量为4个，信号种类包括机器人到位信号、机器人故障信号、末端执行器到位信号和末端执行器错误信号。
实施例5
参见图1-图3，一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，包括以下步骤：
a、完成PLC的硬件组态，并将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出；
b、将工业机器人的功能与末端执行器的功能进行逻辑顺序的整合，确定工业机器人与PLC之间需要通讯的信号种类与信号数量；通过机器人运行编制的轨迹程序，每次到达制孔点，机器人发送到位信号给CPU，执行预定进给速度和进给深度的直线进给运动，执行完直线进给运动后，末端执行器又再次退回零点，到达零点之后CPU发送末端执行器到位信号，机器人接收到末端执行器到位信号后继续运动至下一个轨迹点，之后重复直线进给运动直至走完所有的轨迹点；
c、根据已经规划好的信号通讯进行PLC端接线和机器人端接线；
d、完成PLC端接线和机器人端接线后，再在PLC的梯形图程序中将对应的IO变量进行添加并调试，通过在机器人端和PLC端分别将对应的输出端口强制置位，观察对应的输入端口是否有变化；
e、通过示教或离线编制轨迹生成机器人运动程序。
所述步骤a中，将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出具体是指将伺服电机使能，主动回零并设置零位，打开电磁阀使气钻主轴转动，按照设定的进给速度和进给深度完成制孔工作，制孔工作完成后回到零点位置等待下一次指令以梯形图的形式写出。
所述步骤a中，以梯形图的形式写出还包括设置正负限位防止超程和PLC与工业机器人急停互锁。
所述步骤b中，信号数量为4个，信号种类包括机器人到位信号、机器人故障信号、末端执行器到位信号和末端执行器错误信号。
所述步骤b中，机器人运行编制的轨迹程序时，当机器人端运行出现错误或者是PLC端运行出现错误，则立即停止运动程序的执行，包括机器人运动程序和末端执行器的运动程序。
实施例6
参见图1-图3，一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，包括以下步骤：
a、完成PLC的硬件组态，并将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出；
b、将工业机器人的功能与末端执行器的功能进行逻辑顺序的整合，确定工业机器人与PLC之间需要通讯的信号种类与信号数量；通过机器人运行编制的轨迹程序，每次到达制孔点，机器人发送到位信号给CPU，执行预定进给速度和进给深度的直线进给运动，执行完直线进给运动后，末端执行器又再次退回零点，到达零点之后CPU发送末端执行器到位信号，机器人接收到末端执行器到位信号后继续运动至下一个轨迹点，之后重复直线进给运动直至走完所有的轨迹点；
c、根据已经规划好的信号通讯进行PLC端接线和机器人端接线；
d、完成PLC端接线和机器人端接线后，再在PLC的梯形图程序中将对应的IO变量进行添加并调试，通过在机器人端和PLC端分别将对应的输出端口强制置位，观察对应的输入端口是否有变化；
e、通过示教或离线编制轨迹生成机器人运动程序。
所述步骤a中，将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出具体是指将伺服电机使能，主动回零并设置零位，打开电磁阀使气钻主轴转动，按照设定的进给速度和进给深度完成制孔工作，制孔工作完成后回到零点位置等待下一次指令以梯形图的形式写出。
所述步骤a中，以梯形图的形式写出还包括设置正负限位防止超程和PLC与工业机器人急停互锁。
所述步骤b中，信号数量为4个，信号种类包括机器人到位信号、机器人故障信号、末端执行器到位信号和末端执行器错误信号。
所述步骤b中，机器人运行编制的轨迹程序时，当机器人端运行出现错误或者是PLC端运行出现错误，则立即停止运动程序的执行，包括机器人运动程序和末端执行器的运动程序。
所述步骤e中，根据不同的待打孔的零件编制不同的运动点位轨迹并调试，调试后生成机器人运动程序。
通过集成控制不仅可以提升制孔的效率，而且还大大解放了人力，在飞机生产过程中极大的减少了生产成本。

Claims (6)

1.一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、完成PLC的硬件组态，并将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出；
b、将工业机器人的功能与末端执行器的功能进行逻辑顺序的整合，确定工业机器人与PLC之间需要通讯的信号种类与信号数量；通过机器人运行编制的轨迹程序，每次到达制孔点，机器人发送到位信号给CPU，执行预定进给速度和进给深度的直线进给运动，执行完直线进给运动后，末端执行器又再次退回零点，到达零点之后CPU发送末端执行器到位信号，机器人接收到末端执行器到位信号后继续运动至下一个轨迹点，之后重复直线进给运动直至走完所有的轨迹点；
c、根据已经规划好的信号通讯进行PLC端接线和机器人端接线；
d、完成PLC端接线和机器人端接线后，再在PLC的梯形图程序中将对应的IO变量进行添加并调试，通过在机器人端和PLC端分别将对应的输出端口强制置位，观察对应的输入端口是否有变化；
e、通过示教或离线编制轨迹生成机器人运动程序。
2.根据权利要求1所述的一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，其特征在于：所述步骤a中，将预期实现的PLC的功能以梯形图的形式写出具体是指将伺服电机使能，主动回零并设置零位，打开电磁阀使气钻主轴转动，按照设定的进给速度和进给深度完成制孔工作，制孔工作完成后回到零点位置等待下一次指令以梯形图的形式写出。
3.根据权利要求1所述的一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，其特征在于：所述步骤a中，以梯形图的形式写出还包括设置正负限位防止超程和PLC与工业机器人急停互锁。
4.根据权利要求1所述的一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，其特征在于：所述步骤b中，信号数量为4个，信号种类包括机器人到位信号、机器人故障信号、末端执行器到位信号和末端执行器错误信号。
5.根据权利要求1所述的一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，其特征在于：所述步骤b中，机器人运行编制的轨迹程序时，当机器人端运行出现错误或者是PLC端运行出现错误，则立即停止运动程序的执行，包括机器人运动程序和末端执行器的运动程序。
6.根据权利要求1所述的一种制孔末端执行器与工业机器人集成控制方法，其特征在于：所述步骤e中，根据不同的待打孔的零件编制不同的运动点位轨迹并调试，调试后生成机器人运动程序。
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王博: "岩体加固用岩孔侧壁钻孔机器人的设计及研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
王藴岭: "《PLC应用技术》", 31 May 2017 *

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