CN117862278A - 一种折弯机器人自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种折弯机器人自动控制系统，属于折弯机器人技术领域，包括折弯机、用于抓取钣金件的折弯机器人及数控模块，数控模块用于获取实时数据并发送指令；折弯机包括折弯机架、光栅尺、平衡机构、后挡料、滑块、液压油缸、上模板及下模板；折弯机架包括上梁、下梁及两侧板，液压油缸设置在上梁上，滑块与液压油缸连接，上模板设置在滑块下端，下模板设置在下梁上，平衡机构与下梁连接，光栅尺设置在滑块上，与平衡机构连接，后挡料设置在两侧板之间，下梁使用三块板材拼接，下梁设置有补偿油缸，中间板材在补偿油缸作用下上下滑动。本发明实现折弯过程的精度实时闭环控制，通过同步跟随、自动寻边及变形补偿操作，提高了钣金件折弯精度。

Description

一种折弯机器人自动控制系统

技术领域

本发明涉及折弯机器人技术领域，尤其是涉及一种折弯机器人自动控制系统。

背景技术

钣金折弯加工是大部分钣金零件的关键成型工艺，对于钣金零件的外观和尺寸精度有十分重要的影响，为了提高折弯的工作效率及安全性能，目前使用折弯机器人代替人工折弯，通过吸盘等装置将要吸附的板材固定在机器人末端，通过机器人的运动将钣金对应折弯点移动至折弯机的指定位置，机器人在折弯过程中，末端随着板材折弯移动，通过跟随的方式实现板材的折弯；伴随智能工厂的建设，使用机器人自动化折弯系统进行高质量折弯生产已经成为一种全新的发展趋势。

如申请号为CN201810395898.5的发明专利公开了一种PLC自动控制的折弯装置，但在折弯过程中由于折弯变形等因素和本身算法的影响，现有折弯机器人在进行钣金件折弯时的精度较低。

发明内容

为了解决钣金件折弯精度较低的问题，本发明提供一种折弯机器人自动控制系统。

本发明提供的一种折弯机器人自动控制系统采用如下的技术方案：

一种折弯机器人自动控制系统，包括：折弯机、用于抓取钣金件的折弯机器人及数控模块，所述数控模块用于获取折弯机及折弯机器人的实时数据并发送指令；所述折弯机包括折弯机架、光栅尺、平衡机构、后挡料、滑块、液压油缸、上模板及下模板；所述折弯机架包括上梁、下梁及两侧板，所述液压油缸设置在上梁上，滑块与液压油缸连接，上模板设置在滑块下端，与下模板相契合，所述下模板设置在下梁上，平衡机构与下梁连接设置在折弯机架两侧，光栅尺设置在滑块上，与平衡机构连接，所述后挡料设置在两侧板之间，所述下梁使用三块板材拼接，下梁中设置有补偿油缸，中间板材在补偿油缸的作用下上下滑动。

优选的，所述平衡机构包括固定块、弹簧、滑槽、水平条、滑轮及C型架，所述C型架与下梁连接，固定块设置在折弯机侧板上，通过弹簧与水平条上端连接，所述滑槽设置在C型架上端，通过滑轮与水平条下端连接；所述光栅尺包括光栅条和读数头，光栅条设置在滑块上，读数头沿光栅条滑动同时与水平条连接，通过平衡机构对折弯过程中光栅尺的测量误差进行补偿。

优选的，折弯机器人获取光栅尺的位置，通过折弯机器人与滑块的动态几何关系实现同步跟随。

优选的，通过折弯机器人与滑块的动态几何关系实现同步跟随，包括：

通过光栅尺的位置获取滑块带动上模板下移的距离；

通过上模板下移距离计算钣金件折弯过程中与水平方向的夹角；

根据所述夹角计算折弯机器人与钣金件接触点的坐标，使折弯机器人通过坐标实现同步跟随。

优选的，通过上模板移动距离计算钣金件折弯过程中与水平方向的夹角，公式为：

其中，为折弯机上模板的圆角半径，/>为折弯机下模板的圆角半径，t为待加工钣金件厚度，w为下模板模具开口宽度，h为折弯机上模板接触到钣金件后下压距离。

优选的，根据所述夹角计算折弯机器人与钣金件接触点的坐标，公式为：

其中，为折弯机器人与钣金件接触点垂直方向的位移，/>为折弯机器人与钣金件接触点水平方向的位移，/>为折弯过程中钣金件与水平面的夹角，/>为接触点与钣金件下端折弯点的垂直距离，/>为接触点与钣金件下端折弯点的水平距离，L为折弯前接触点与钣金件下端折弯点的水平距离。

优选的，所述后挡料包括导轨、多个后挡指及多个位移量传感器，所述导轨连接两侧板，所述后挡指设置在导轨上并沿导轨滑动，所述位移量传感器设置在后挡指上。

优选的，位移量传感器实时测量传感器与钣金件之间的距离，分析位移量传感器测量的距离判断钣金件是否到达设定的折弯位，所有位移量传感器测量的数值相等且为设定值，则判断钣金件到达设定折弯位，否则通过数控模块反馈给折弯机器人进行实时调整实现自动寻边。

优选的，所述上模板与下模板上设置有精密电位计采集变形数据获取折弯机液压补偿值，数控模块根据折弯机液压补偿值实时计算并调整补偿油缸压力直至上下梁平行。

优选的，折弯机液压补偿值与补偿油缸压力的关系式为：

其中，C为折弯机液压补偿值，n为补偿油缸个数，D为补偿油缸直径，P为补偿油缸压力，为补偿油缸间距，/>为两侧板间距，/>为补偿油缸到两侧板间距，E为下梁弹性模量，/>为下梁惯性矩。

综上所述，本发明具有如下的有益技术效果：

1.系统通过折弯机在折弯过程中实时捕获的数据，指挥折弯机及折弯机器人协同配合，实现折弯过程的精度实时闭环控制，通过同步跟随、自动寻边及变形补偿，提高了钣金件折弯的精度；

2.使用折弯机器人代替折弯工人进行钣金件折弯操作，降低了折弯工人的工作强度，降低了管理难度的同时也消除了安全隐患。

附图说明

图1是本发明实施例示出的一种折弯机器人自动控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例示出的折弯机结构示意图；

图3是本发明实施例示出的平衡机构结构示意图；

图4是本发明实施例示出的后挡料结构示意图；

图5是本发明实施例示出的折弯机下梁截面图。

附图标记说明：1、折弯机；2、折弯机器人；3、数控模块；4、光栅尺；5、平衡机构；6、后挡料；7、滑块；8、液压油缸；9、上模板；10、下模板；11、上梁；12、下梁；13、侧板；14、补偿油缸；15、固定块；16、弹簧；17、滑槽；18、水平条；19、滑轮；20、C型架；21、光栅条；22、读数头；23、导轨；24、后挡指；25、位移量传感器。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开一种折弯机器人自动控制系统，如图1-2所示，包括：折弯机1、用于抓取钣金件的折弯机器人2及数控模块3，所述数控模块3用于获取折弯机1及折弯机器人2的实时数据并发送指令；所述折弯机1包括折弯机架、光栅尺4、平衡机构5、后挡料6、滑块7、液压油缸8、上模板9及下模板10；所述折弯机架包括上梁11、下梁12及两侧板13，所述液压油缸8设置在上梁11上，滑块7与液压油缸8连接，上模板9设置在滑块7下端，与下模板10相契合，所述下模板10设置在下梁12上，平衡机构5与下梁12连接设置在折弯机架两侧，光栅尺4设置在滑块7上，与平衡机构5连接，所述后挡料6设置在两侧板13之间，所述下梁12使用三块板材拼接，下梁12中设置有补偿油缸14，中间板材在补偿油缸14的作用下上下滑动。

所述数控模块采用PC总控系统，与现有的PLC上位机相比可以处理更为复杂的算法，实现数据的监测和优化调整，所述数控模块中存储有机器人同步跟随、自动寻边及误差补偿的核心算法，在进行同步跟随、自动寻边及误差补偿操作时均为闭环控制，数控模块实时采集所需数据并根据反馈信息对下达的指令进行调整。

在本实施例中所述折弯机器人2选用配有第七轴导轨驱动系统的六轴机械手，将机械手安装于机械手导轨上拓展了机械手工作的区域，可以处理更大尺寸的工件或者在更广阔的工作区域内进行操作，机械手可以根据需要在机械手导轨上进行平移和旋转，以适应不同的工作需求，实现更精确的定位和控制。

如图3所示，所述平衡机构5包括固定块15、弹簧16、滑槽17、水平条18、滑轮19及C型架20，所述C型架20与下梁12连接，固定块15设置在折弯机侧板13上，通过弹簧16与水平条18上端连接，所述滑槽17设置在C型架20上端，通过滑轮19与水平条18下端连接；所述光栅尺4包括光栅条21和读数头22，光栅条21设置在滑块7上，读数头22沿光栅条21滑动同时与水平条18连接，通过平衡机构5对折弯过程中光栅尺4的测量误差进行补偿。

对于所有折弯机，最无法避免的问题就是在折弯过程中悬臂结构的侧板在反作用力下变形产生“张口”效应，光栅尺4的光栅条21设置在滑块7上，若读数头22直接固定在两侧板13上，由于“张口”变形将导致光栅尺4测量错误，因此在折弯机1的下梁12底部两侧各固定一个C型架20用于连接光栅尺4，由于C型架20独立于两侧板13，在折弯过程中不会随着侧板13的变形而发生形变；在形变发生时，固定块15沿两侧板13随着形变上移，与固定块15连接的弹簧16拉动与水平条18连接一端上移，水平条18在滑轮19的作用下恢复至水平位置，当水平条18恢复至水平位置时，与水平条18连接的读数头22相应地在光栅条21上滑动，读数头22的滑动距离即为形变过程中滑块7的位移量，补偿光栅尺4的测量误差。

折弯机器人2获取光栅尺4的位置，通过折弯机器人2与滑块7的动态几何关系实现同步跟随，所述通过折弯机器人2与滑块7的动态几何关系实现同步跟随，包括：

通过光栅尺4的位置获取滑块7带动上模板9下移的距离，上模板9下移过程分为两个阶段，第一阶段为上模板9未接触到钣金件，第二阶段为上模板9接触钣金件到钣金件弯折完成，由于上模板9在初始位置时与下模板10距离固定，因此可以根据钣金件的厚度分别计算两阶段上模板9下移距离；上梁11的第一下降阶段速度很快，在减速点的时候通过数控系统控制使之变化进入慢速工作状态，所述减速点根据实际需要进行相应设置，通常设置在折弯点上6毫米的位置；

通过上模板下移距离计算钣金件折弯过程中与水平方向的夹角，公式为：

其中，为折弯机上模板的圆角半径，/>为折弯机下模板的圆角半径，t为待加工钣金件厚度，w为下模板模具开口宽度，h为折弯机上模板接触到钣金件后下压距离；

根据所述夹角计算折弯机器人与钣金件接触点的坐标，使折弯机器人通过坐标实现同步跟随，由于折弯机器人与钣金件往往存在多个接触点，折弯机器人根据每个时刻所有接触点的坐标联动调整，每个接触点的实时坐标计算公式为：

其中，为折弯机器人与钣金件接触点垂直方向的位移，/>为折弯机器人与钣金件接触点水平方向的位移，/>为折弯过程中钣金件与水平面的夹角，/>为接触点与钣金件下端折弯点的垂直距离，/>为接触点与钣金件下端折弯点的水平距离，L为折弯前接触点与钣金件下端折弯点的水平距离。

通过实时计算接触点的坐标，并跟随接触点运动，折弯机器人实时调整自身的位置和姿态，可以保持折弯机器人与钣金件之间的稳定连接，避免折弯机器人由于跟随错误导致钣金件出现折弯误差或导致机械部件的损坏，确保折弯操作的稳定性和可靠性，同时实现快速而准确的折弯操作。

如图4所示，所述后挡料6包括导轨12、多个后挡指24及多个位移量传感器25，所述导轨12连接两侧板13，所述后挡指24设置在导轨12上并沿导轨12滑动，所述位移量传感器25设置在后挡指24上；所述后挡料以两侧板为基准面安装在直线导轨上，使用精密齿轮齿条传动方式，无需任何调整即可确保后挡料横梁的左右支撑面平行度，所述后挡指可以通过楔形机构分别在前后方向和上下方向上进行精密微调，确保了后挡料能在最灵活、最精密及高速度下完成复杂折弯工件的定位需求。

位移量传感器实时测量传感器与钣金件之间的距离，分析位移量传感器测量的距离判断钣金件是否到达设定的折弯位，所有位移量传感器测量的数值相等且为设定值，则判断钣金件到达设定折弯位，否则通过数控模块反馈给折弯机器人进行实时调整实现自动寻边。

所述上模板9与下模板10上设置有精密电位计采集上、下梁的实时变形数据获取折弯机液压补偿值，数控模块3根据折弯机液压补偿值实时计算并调整补偿油缸压力直至上下梁平行。

如图5所示，下模板10设置在中间板材的上端中心位置，使用补偿油缸14进行挠度补偿时，由于下梁12中间位置的板材可以上下滑动，补偿油缸14工作时将中间部位的板材顶起，保证在补偿油缸14工作时获得最佳补偿效果，当补偿油缸14不工作时，下梁12恢复自然状态。

折弯机液压补偿值与补偿油缸压力的关系式为：

其中，C为折弯机液压补偿值，n为补偿油缸个数且n≥3，D为补偿油缸直径，P为补偿油缸压力，为补偿油缸间距，/>为两侧板间距，/>为补偿油缸到两侧板间距，E为下梁弹性模量，/>为下梁惯性矩。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种折弯机器人自动控制系统，其特征在于，包括：折弯机、用于抓取钣金件的折弯机器人及数控模块，所述数控模块用于获取折弯机及折弯机器人的实时数据并发送指令；所述折弯机包括折弯机架、光栅尺、平衡机构、后挡料、滑块、液压油缸、上模板及下模板；所述折弯机架包括上梁、下梁及两侧板，所述液压油缸设置在上梁上，滑块与液压油缸连接，上模板设置在滑块下端，与下模板相契合，所述下模板设置在下梁上，平衡机构与下梁连接设置在折弯机架两侧，光栅尺设置在滑块上，与平衡机构连接，所述后挡料设置在两侧板之间，所述下梁使用三块板材拼接，下梁中设置有补偿油缸，中间板材在补偿油缸的作用下上下滑动。

2.根据权利要求1所述的一种折弯机器人自动控制系统，其特征在于，所述平衡机构包括固定块、弹簧、滑槽、水平条、滑轮及C型架，所述C型架与下梁连接，固定块设置在折弯机侧板上，通过弹簧与水平条上端连接，所述滑槽设置在C型架上端，通过滑轮与水平条下端连接；所述光栅尺包括光栅条和读数头，光栅条设置在滑块上，读数头沿光栅条滑动同时与水平条连接，通过平衡机构对折弯过程中光栅尺的测量误差进行补偿。

3.根据权利要求1所述的一种折弯机器人自动控制系统，其特征在于，折弯机器人获取光栅尺的位置，通过折弯机器人与滑块的动态几何关系实现同步跟随。

4.根据权利要求3所述的一种折弯机器人自动控制系统，其特征在于，通过折弯机器人与滑块的动态几何关系实现同步跟随，包括：

通过光栅尺的位置获取滑块带动上模板下移的距离；

通过上模板下移距离计算钣金件折弯过程中与水平方向的夹角；

根据所述夹角计算折弯机器人与钣金件接触点的坐标，使折弯机器人通过坐标实现同步跟随。

5.根据权利要求4所述的一种折弯机器人自动控制系统，其特征在于，通过上模板移动距离计算钣金件折弯过程中与水平方向的夹角，公式为：

，

其中，为折弯机上模板的圆角半径，/>为折弯机下模板的圆角半径，t为待加工钣金件厚度，w为下模板模具开口宽度，h为折弯机上模板接触到钣金件后下压距离。

6.根据权利要求5所述的一种折弯机器人自动控制系统，其特征在于，根据所述夹角计算折弯机器人与钣金件接触点的坐标，公式为：

，

其中，为折弯机器人与钣金件接触点垂直方向的位移，/>为折弯机器人与钣金件接触点水平方向的位移，/>为折弯过程中钣金件与水平面的夹角，/>为接触点与钣金件下端折弯点的垂直距离，/>为接触点与钣金件下端折弯点的水平距离，L为折弯前接触点与钣金件下端折弯点的水平距离。

7.根据权利要求1所述的一种折弯机器人自动控制系统，其特征在于，所述后挡料包括导轨、多个后挡指及多个位移量传感器，所述导轨连接两侧板，所述后挡指设置在导轨上并沿导轨滑动，所述位移量传感器设置在后挡指上。

8.根据权利要求7所述的一种折弯机器人自动控制系统，其特征在于，位移量传感器实时测量传感器与钣金件之间的距离，分析位移量传感器测量的距离判断钣金件是否到达设定的折弯位，所有位移量传感器测量的数值相等且为设定值，则判断钣金件到达设定折弯位，否则通过数控模块反馈给折弯机器人进行实时调整实现自动寻边。

9.根据权利要求1所述的一种折弯机器人自动控制系统，其特征在于，所述上模板与下模板上设置有精密电位计采集变形数据获取折弯机液压补偿值，数控模块根据折弯机液压补偿值实时计算并调整补偿油缸压力直至上下梁平行。

10.根据权利要求9所述的一种折弯机器人自动控制系统，其特征在于，折弯机液压补偿值与补偿油缸压力的关系式为：

，

其中，C为折弯机液压补偿值，n为补偿油缸个数，D为补偿油缸直径，P为补偿油缸压力，为补偿油缸间距，/>为两侧板间距，/>为补偿油缸到两侧板间距，E为下梁弹性模量，/>为下梁惯性矩。