CN112959324B - 一种液压工业机器人节能的工作单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液压工业机器人节能的工作单元，是在工作单元中设置有液压工业机器人组，并通过开关阀阵列与驱动系统相连；在液压工业机器人组中设置有第一台液压工业机器人和第二台液压工业机器人，在驱动系统中设置有一个负载驱动单元和一个空载驱动单元。本发明能通过开关阀阵列各开关阀的开闭，使负载驱动单元与液压工业机器人负载运行过程相匹配，空载驱动单元与液压工业机器人空载运行过程相匹配，实现驱动单元的分时不冲突利用，以及液压工业机器人的精确控制，在保证正常加工的同时，使驱动单元一直运行在高效率区，从而提高能效，并降低工作单元的的装机功率与成本。

Description

一种液压工业机器人节能的工作单元
技术领域
本发明涉及一种液压工业机器人节能的工作单元，用于实现液压工业机器人运行过程对驱动单元的分时利用，以及液压工业机器人运输过程的精确控制。
背景技术
液压工业机器人其传动平稳、调速范围大、承载能力强、使用寿命长等优点，受到人们越来越多的重视，但其能量效率低下的问题也日益突出。液压工业机器人效率低下不仅增加了系统运行成本、装机容量与装机功率，还会导致油温过高、工作稳定性降低，一旦工业机器人动作的时间和位置精度出现偏差，将会影响整条生产线的生产进度。且液压工业机器人运行工况切换频繁，只有在负载运行过程中，驱动单元才能以较高的能效运行，在空载运行过程中驱动单元能效较低，造成了大量的能量浪费。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种液压工业机器人节能的工作单元，以期能实现驱动单元的高效利用，以及单台工业机器人运输过程的精确控制，从而提高能效，并降低工作单元的的装机功率与成本。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种液压工业机器人节能的工作单元的特点在于，所述工作单元中设置有液压工业机器人组，并通过开关阀阵列(Si,j)2×3与驱动系统相连；所述驱动系统包含一个负载驱动单元D1和一个空载驱动单元D2；所述液压工业机器人组中包含第一台液压工业机器人R1和第二台液压工业机器人R2；所述工作单元对应一台加工设备M；所述开关阀阵列(Si,j)2×3是由2行和3列开关阀组成；其中，Si,j为所述开关阀阵列(Si,j)2×3中第i行第j列开关阀，i＝1,2；j＝1,2,3；
当j＝1,2时，在所述开关阀阵列(Si,j)2×3中，处在第j列中的各开关阀的输出端口共同连接至第j台液压工业机器人Rj；当j＝3时，所述开关阀阵列(Si,j)2×3的各开关阀的输出端口共同与油箱相连；
在所述开关阀阵列(Si,j)2×3中，处在第一行中的各开关阀的输入端口共同连接所述驱动系统的负载驱动单元D1，处在第二行中的各开关阀的输入端口共同连接所述驱动系统的空载驱动单元D2；
当j＝1,2时，若所述开关阀阵列(Si,j)2×3中的第i行第j列开关阀Si,j开启，表示所述液压工业机器人组中第j台液压工业机器人Rj在所述驱动系统的第i个驱动单元Di的驱动下完成运行过程Gi；当j＝3时，若所述开关阀阵列(Si,j)2×3中的第i行开关阀Si,j开启，表示第i个驱动单元Di处在卸荷状态；
当i＝1时，所述运行过程Gi表示负载运行G1；当i＝2时，所述运行过程Gi表示空载运行G2；
所述工作单元通过控制所述开关阀阵列(Si,j)2×3中各开关阀的有序开启，从而利用控制方法控制各液压工业机器人，以实现对生产线上的零件的有序运输。
本发明所述的液压工业机器人节能的工作单元的特点也在于：
所述液压工业机器人组中各台液压工业机器人是以负载运行G1、空载运行G2、保持动作H交替运行；
所述负载运行G1是指液压工业机器人抓取零件Cm运行，并在所述驱动系统的负载驱动单元D1的驱动下完成；
所述空载运行G2是指液压工业机器人未抓取零件Cm运行，并在所述驱动系统的空载驱动单元D2的驱动下完成；
所述保持动作H是指无需驱动单元驱动。
所述控制方法是按设定的液压工业机器人组的工作节拍及开关阀阵列的动作逻辑来实施控制；
当所述工作单元未开始工作时，表示所述液压工业机器人组中各台液压工业机器人未抓取零件Cm，则各台液压工业机器人处于静止状态，所述开关阀阵列(Si,j)2×3中的各个开关阀处于关闭状态；
当所述工作单元开始工作时，按如下过程进行控制：
S1：定义零件序号为m，并初始化m＝1；
S2：第2行第1列开关阀S2,1开启，第一台液压工业机器人R1开始空载运行G2至第m个零件Cm；
S3：当第一台液压工业机器人R1抓取到第m个零件Cm时，第2行第1列开关阀S2,1关闭、第2行第3列开关阀S2,3开启卸荷、第1行第1列开关阀S1,1开启，第一台液压工业机器人R1开始负载运行G1至加工设备M；
S4：当第一台液压工业机器人R1将第m个零件Cm运输至加工设备M时，加工设备M开始加工；第1行第1列开关阀S1,1关闭、第1行第3列开关阀S1,3开启卸荷；
S5：判断是否还有第m+1个零件Cm+1需加工，若有，则跳转至S7，否则，跳转至S6；
S6：令m-1赋值给m，跳转至S15；
S7：第2行第3列开关阀S2,3关闭、第2行第1列开关阀S2,1开启，第一台液压工业机器人R1开始空载运行G2至第m+1个零件Cm+1；
S8：第一台液压工业机器人R1抓取到第m+1个零件Cm+1时，第2行第1列开关阀S2,1、第1行第3列开关阀S1,3关闭，第1行第1列开关阀S1,1、第2行第2列开关阀S2,2开启，第一台液压工业机器人R1开始负载运行G1至加工设备M，第二台液压工业机器人R2开始空载运行G2至加工设备M；
S9：设定加工设备M加工完成时，第一台液压工业机器人R1、第二台液压工业机器人R2同时到达加工设备M，第1行第1列开关阀S1,1关闭，第一台液压工业机器人R1保持动作H，第2行第2列开关阀S2,2关闭、第1行第2列开关阀S1,2开启，第二台液压工业机器人R2开始负载运行G1，并将第m个零件Cm移出加工设备M；
S10：当第m个零件Cm移出加工设备M时，第1行第2列开关阀S1,2关闭，第二台液压工业机器人R2保持动作H，第1行第1列开关阀S1,1开启，第一台液压工业机器人R1负载运行将第m+1个零件Cm+1移至加工设备M；
S11：第m+1个零件Cm+1移至加工设备M后，加工设备M开始加工；第1行第1列开关阀S1,1关闭，第1行第2列开关阀S1,2开启，第二台液压工业机器人R2开始负载运行G1并将第m个零件Cm移至成品区；
S12：第m个零件Cm移至成品区后，第1行第2列开关阀S1,2关闭，第1行第3列开关阀S1,3、第2行第3列开关阀S2,3开启卸荷；
S13：判断是否还有第m+2个零件Cm+2，若有，则跳转至S14，否则，跳转至S15；
S14：将m+1赋值给m，转至S7；
S15：第2行第3列开关阀S2,3关闭，第2行第2列开关阀S2,2开启，第二台液压工业机器人R2开始空载运行G2至加工设备M；
S16：设定加工设备M加工完成时，第二台液压工业机器人R2到达加工设备M，第2行第2列开关阀S2,2关闭，第2行第3列开关阀S2,3开启卸荷，第1行第3列开关阀S1,3关闭，第1行第2列开关阀S1,2开启，第二台液压工业机器人R2开始负载运行G1并将第m+1个零件Cm+1移出加工设备M至成品区；
S17：第m+1个零件Cm+1移至成品区后，第1行第2列开关阀S1,2关闭，第1行第3列开关阀S1,3开启卸荷；卸荷完成后，第1行第3列开关阀S1,3、第2行第3列开关阀S2,3关闭，工作单元停止工作，即生产结束。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明通过设立工作单元，并将工作单元中的驱动系统划分为空载驱动单元与负载驱动单元，通过开关阀阵与液压工业机器人组相连，降低了工作单元的装机功率及成本。
2、本发明根据液压工业机器人的不同工况，设定不同的驱动单元，通过负载运行与负载驱动单元的匹配、空载运行与空载驱动单元的匹配，使驱动单元一直工作在高效率区，实现了驱动单元的高效利用，降低了运行能耗。
3、本发明通过协调控制，合理规划液压工业机器人的运行过程，实现了驱动单元的分时不冲突利用，保障了加工的有序进行，降低了整条生产线的工作能耗与生产成本，实现了液压工业机器人的精确控制。
附图说明
图1为本发明工作单元结构与加工生产示意图；
图2为本发明中工作单元的控制方法流程图。
具体实施方式
本实施例中，参见图1，一种液压工业机器人节能的工作单元，是在工作单元中设置有液压工业机器人组，并通过开关阀阵列(Si,j)2×3与驱动系统相连；驱动系统包含一个负载驱动单元D1和一个空载驱动单元D2；液压工业机器人组中包含第一台液压工业机器人R1和第二台液压工业机器人R2；工作单元对应一台加工设备M；开关阀阵列(Si,j)2×3是由2行和3列开关阀组成；其中，Si,j为开关阀阵列(Si,j)2×3中第i行第j列开关阀，i＝1,2；j＝1,2,3；
当j＝1,2时，在开关阀阵列(Si,j)2×3中，处在第j列中的各开关阀的输出端口共同连接至第j台液压工业机器人Rj；当j＝3时，开关阀阵列(Si,j)2×3的各开关阀的输出端口共同与油箱相连；
在开关阀阵列(Si,j)2×3中，处在第一行中的各开关阀的输入端口共同连接驱动系统的负载驱动单元D1，处在第二行中的各开关阀的输入端口共同连接驱动系统的空载驱动单元D2；
当j＝1,2时，若开关阀阵列(Si,j)2×3中的第i行第j列开关阀Si,j开启，表示液压工业机器人组中第j台液压工业机器人Rj在驱动系统的第i个驱动单元Di的驱动下完成运行过程Gi；当j＝3时，若开关阀阵列(Si,j)2×3中的第i行开关阀Si,j开启，表示第i个驱动单元Di处在卸荷状态；
当i＝1时，运行过程Gi表示负载运行G1；当i＝2时，运行过程Gi表示空载运行G2；
通过开关阀阵列(Si,j)2×3将驱动系统中的负载驱动单元D1与空载驱动单元D2与液压工业机器人组中的第一台液压工业机器人R1和第二台液压工业机器人R2相连接，提供了驱动单元对液压工业机器人运行过程分时供能的硬件支持；同时，避免了当前技术为满足液压工业机器人负载运行需求，对每台液压工业机器人单独搭配一个负载驱动单元所带来的装机功率的提高，降低了整个工作单元的成本；
具体实施中，工作单元通过控制开关阀阵列(Si,j)2×3中各开关阀的有序开启，从而利用控制方法控制各液压工业机器人，以实现对生产线上的零件的有序运输。
液压工业机器人组中各台液压工业机器人是以负载运行G1、空载运行G2、保持动作H交替运行；
负载运行G1是指液压工业机器人抓取零件Cm运行，并在驱动系统的负载驱动单元D1的驱动下完成；
空载运行G2是指液压工业机器人未抓取零件Cm运行，并在驱动系统的空载驱动单元D2的驱动下完成；
保持动作H是指无需驱动单元驱动；
具体实施中，参见图2，一种液压工业机器人节能的工作单元的控制方法是按设定的液压工业机器人组的工作节拍及开关阀阵列的动作逻辑来实施控制；
当工作单元未开始工作时，表示液压工业机器人组中各台液压工业机器人未抓取零件Cm，则各台液压工业机器人处于静止状态，开关阀阵列(Si,j)2×3中的各个开关阀处于关闭状态；
当工作单元开始工作时，按如下过程进行控制：
S1：定义零件序号为m，并初始化m＝1；
S2：第2行第1列开关阀S2,1开启，第一台液压工业机器人R1开始空载运行G2至第m个零件Cm；
S3：当第一台液压工业机器人R1抓取到第m个零件Cm时，第2行第1列开关阀S2,1关闭、第2行第3列开关阀S2,3开启卸荷、第1行第1列开关阀S1,1开启，第一台液压工业机器人R1开始负载运行G1至加工设备M；
S4：当第一台液压工业机器人R1将第m个零件Cm运输至加工设备M时，加工设备M开始加工；第1行第1列开关阀S1,1关闭、第1行第3列开关阀S1,3开启卸荷；
S5：判断是否还有第m+1个零件Cm+1需加工，若有，则跳转至S7，否则，跳转至S6；
S6：令m-1赋值给m，跳转至S15；
S7：第2行第3列开关阀S2,3关闭、第2行第1列开关阀S2,1开启，第一台液压工业机器人R1开始空载运行G2至第m+1个零件Cm+1；
S8：第一台液压工业机器人R1抓取到第m+1个零件Cm+1时，第2行第1列开关阀S2,1、第1行第3列开关阀S1,3关闭，第1行第1列开关阀S1,1、第2行第2列开关阀S2,2开启，第一台液压工业机器人R1开始负载运行G1至加工设备M，第二台液压工业机器人R2开始空载运行G2至加工设备M；
S9：设定加工设备M加工完成时，第一台液压工业机器人R1、第二台液压工业机器人R2同时到达加工设备M，第1行第1列开关阀S1,1关闭，第一台液压工业机器人R1保持动作H，第2行第2列开关阀S2,2关闭、第1行第2列开关阀S1,2开启，第二台液压工业机器人R2开始负载运行G1，并将第m个零件Cm移出加工设备M；
S10：当第m个零件Cm移出加工设备M时，第1行第2列开关阀S1,2关闭，第二台液压工业机器人R2保持动作H，第1行第1列开关阀S1,1开启，第一台液压工业机器人R1负载运行将第m+1个零件Cm+1移至加工设备M；
S11：第m+1个零件Cm+1移至加工设备M后，加工设备M开始加工；第1行第1列开关阀S1,1关闭，第1行第2列开关阀S1,2开启，第二台液压工业机器人R2开始负载运行G1并将第m个零件Cm移至成品区；
S12：第m个零件Cm移至成品区后，第1行第2列开关阀S1,2关闭，第1行第3列开关阀S1,3、第2行第3列开关阀S2,3开启卸荷；
S13：判断是否还有第m+2个零件Cm+2，若有，则跳转至S14，否则，跳转至S15；
S14：将m+1赋值给m，转至S7；
S15：第2行第3列开关阀S2,3关闭，第2行第2列开关阀S2,2开启，第二台液压工业机器人R2开始空载运行G2至加工设备M；
S16：设定加工设备M加工完成时，第二台液压工业机器人R2到达加工设备M，第2行第2列开关阀S2,2关闭，第2行第3列开关阀S2,3开启卸荷，第1行第3列开关阀S1,3关闭，第1行第2列开关阀S1,2开启，第二台液压工业机器人R2开始负载运行G1并将第m+1个零件Cm+1移出加工设备M至成品区；
S17：第m+1个零件Cm+1移至成品区后，第1行第2列开关阀S1,2关闭，第1行第3列开关阀S1,3开启卸荷；卸荷完成后，第1行第3列开关阀S1,3、第2行第3列开关阀S2,3关闭，工作单元停止工作，即生产结束；
通过所设计的控制方法，在液压工业机器人未抓取零件空载运行时，控制空载驱动单元D2驱动，在液压工业机器人抓取零件负载运行时，控制负载驱动单元D1驱动，使驱动系统各驱动单元一直工作在高效率区，提高了驱动系统的工作效率，降低了生产能耗；同时，在第m个零件Cm加工完成未移出加工设备M而第m+1个零件Cm+1正好达到加工设备M时，设计了保持动作H，实现了负载驱动单元D1的不冲突共享，保证了生产的正常运行，实现了液压工业机器人的精确控制。

Claims (2)

1.一种液压工业机器人节能的工作单元，其特征在于，所述工作单元中设置有液压工业机器人组，并通过开关阀阵列(Si,j)2×3与驱动系统相连；所述驱动系统包含一个负载驱动单元D1和一个空载驱动单元D2；所述液压工业机器人组中包含第一台液压工业机器人R1和第二台液压工业机器人R2；所述工作单元对应一台加工设备M；所述开关阀阵列(Si,j)2×3是由2行和3列开关阀组成；其中，Si,j为所述开关阀阵列(Si,j)2×3中第i行第j列开关阀，i＝1,2；j＝1,2,3；
当j＝1,2时，在所述开关阀阵列(Si,j)2×3中，处在第j列中的各开关阀的输出端口共同连接至第j台液压工业机器人Rj；当j＝3时，所述开关阀阵列(Si,j)2×3的各开关阀的输出端口共同与油箱相连；
在所述开关阀阵列(Si,j)2×3中，处在第一行中的各开关阀的输入端口共同连接所述驱动系统的负载驱动单元D1，处在第二行中的各开关阀的输入端口共同连接所述驱动系统的空载驱动单元D2；
当j＝1,2时，若所述开关阀阵列(Si,j)2×3中的第i行第j列开关阀Si,j开启，表示所述液压工业机器人组中第j台液压工业机器人Rj在所述驱动系统的第i个驱动单元Di的驱动下完成运行过程Gi；当j＝3时，若所述开关阀阵列(Si,j)2×3中的第i行开关阀Si,j开启，表示第i个驱动单元Di处在卸荷状态；
当i＝1时，所述运行过程Gi表示负载运行G1；当i＝2时，所述运行过程Gi表示空载运行G2；
所述工作单元通过控制所述开关阀阵列(Si,j)2×3中各开关阀的有序开启，从而利用控制方法控制各液压工业机器人，以实现对生产线上的零件的有序运输；
所述液压工业机器人组中各台液压工业机器人是以负载运行G1、空载运行G2、保持动作H交替运行；
所述负载运行G1是指液压工业机器人抓取零件Cm运行，并在所述驱动系统的负载驱动单元D1的驱动下完成；
所述空载运行G2是指液压工业机器人未抓取零件Cm运行，并在所述驱动系统的空载驱动单元D2的驱动下完成；
所述保持动作H是指无需驱动单元驱动。
2.根据权利要求1所述的液压工业机器人节能的工作单元，其特征在于：所述控制方法是按设定的液压工业机器人组的工作节拍及开关阀阵列的动作逻辑来实施控制；
当所述工作单元未开始工作时，表示所述液压工业机器人组中各台液压工业机器人未抓取零件Cm，则各台液压工业机器人处于静止状态，所述开关阀阵列(Si,j)2×3中的各个开关阀处于关闭状态；
当所述工作单元开始工作时，按如下过程进行控制：
S1：定义零件序号为m，并初始化m＝1；
S2：第2行第1列开关阀S2,1开启，第一台液压工业机器人R1开始空载运行G2至第m个零件Cm；
S3：当第一台液压工业机器人R1抓取到第m个零件Cm时，第2行第1列开关阀S2,1关闭、第2行第3列开关阀S2,3开启卸荷、第1行第1列开关阀S1,1开启，第一台液压工业机器人R1开始负载运行G1至加工设备M；
S4：当第一台液压工业机器人R1将第m个零件Cm运输至加工设备M时，加工设备M开始加工；第1行第1列开关阀S1,1关闭、第1行第3列开关阀S1,3开启卸荷；
S5：判断是否还有第m+1个零件Cm+1需加工，若有，则跳转至S7，否则，跳转至S6；
S6：令m-1赋值给m，跳转至S15；
S7：第2行第3列开关阀S2,3关闭、第2行第1列开关阀S2,1开启，第一台液压工业机器人R1开始空载运行G2至第m+1个零件Cm+1；
S8：第一台液压工业机器人R1抓取到第m+1个零件Cm+1时，第2行第1列开关阀S2,1、第1行第3列开关阀S1,3关闭，第1行第1列开关阀S1,1、第2行第2列开关阀S2,2开启，第一台液压工业机器人R1开始负载运行G1至加工设备M，第二台液压工业机器人R2开始空载运行G2至加工设备M；
S9：设定加工设备M加工完成时，第一台液压工业机器人R1、第二台液压工业机器人R2同时到达加工设备M，第1行第1列开关阀S1,1关闭，第一台液压工业机器人R1保持动作H，第2行第2列开关阀S2,2关闭、第1行第2列开关阀S1,2开启，第二台液压工业机器人R2开始负载运行G1，并将第m个零件Cm移出加工设备M；
S10：当第m个零件Cm移出加工设备M时，第1行第2列开关阀S1,2关闭，第二台液压工业机器人R2保持动作H，第1行第1列开关阀S1,1开启，第一台液压工业机器人R1负载运行将第m+1个零件Cm+1移至加工设备M；
S11：第m+1个零件Cm+1移至加工设备M后，加工设备M开始加工；第1行第1列开关阀S1,1关闭，第1行第2列开关阀S1,2开启，第二台液压工业机器人R2开始负载运行G1并将第m个零件Cm移至成品区；
S12：第m个零件Cm移至成品区后，第1行第2列开关阀S1,2关闭，第1行第3列开关阀S1,3、第2行第3列开关阀S2,3开启卸荷；
S13：判断是否还有第m+2个零件Cm+2，若有，则跳转至S14，否则，跳转至S15；
S14：将m+1赋值给m，转至S7；
S15：第2行第3列开关阀S2,3关闭，第2行第2列开关阀S2,2开启，第二台液压工业机器人R2开始空载运行G2至加工设备M；
S16：设定加工设备M加工完成时，第二台液压工业机器人R2到达加工设备M，第2行第2列开关阀S2,2关闭，第2行第3列开关阀S2,3开启卸荷，第1行第3列开关阀S1,3关闭，第1行第2列开关阀S1,2开启，第二台液压工业机器人R2开始负载运行G1并将第m+1个零件Cm+1移出加工设备M至成品区；
S17：第m+1个零件Cm+1移至成品区后，第1行第2列开关阀S1,2关闭，第1行第3列开关阀S1,3开启卸荷；卸荷完成后，第1行第3列开关阀S1,3、第2行第3列开关阀S2,3关闭，工作单元停止工作，即生产结束。
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