一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及注塑機(jī)的智能控制領(lǐng)域，尤指一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)；主要包括觸摸屏、五軸伺服控制從板、I/O控制主板、驅(qū)動(dòng)裝置、電源裝置和通訊線(xiàn)；本發(fā)明五個(gè)軸均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，每個(gè)軸配有一套交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)行，式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗小、動(dòng)作快、精度高、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作、智能化程度高、適用于輕載荷和中載荷的情況；本發(fā)明主要用來(lái)取出注塑成品和料頭，機(jī)械手停在注塑機(jī)模具的上方，機(jī)械手的五個(gè)電動(dòng)軸起始位置都為0，治具垂直；注塑機(jī)開(kāi)模后，機(jī)械手取出成品和料頭，橫出將料頭放進(jìn)破碎機(jī)，將成品放到輸送帶，采用工業(yè)自動(dòng)化和數(shù)字信息化相結(jié)合的設(shè)計(jì)思想，開(kāi)發(fā)一種遠(yuǎn)程監(jiān)控注塑機(jī)用五軸機(jī)械手，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及注塑機(jī)的智能控制領(lǐng)域，尤指一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]數(shù)據(jù)顯示，目前全球注塑機(jī)的生產(chǎn)總量占整體塑料成型設(shè)備的50%，而注塑制品占全球塑料制品總量的30%。著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，塑料機(jī)械工業(yè)得到了迅速的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其發(fā)展速度與所創(chuàng)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在機(jī)械工業(yè)中名列前茅。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 目前中國(guó)有546家本土塑料機(jī)械生產(chǎn)商，注塑機(jī)年產(chǎn)量已占世界注塑機(jī)年產(chǎn)量的62.97%，向大型、超大型注塑機(jī)發(fā)展迅速。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)以及塑料消費(fèi)的快速擴(kuò)大，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年中國(guó)注塑機(jī)將迎來(lái)新一輪的產(chǎn)量“爆發(fā)”期。因此，注塑機(jī)成為塑料加工廠(chǎng)主要的能耗設(shè)備。
[0003]注塑機(jī)能使塑料制品一次成型，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)還易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。隨著塑料加工行業(yè)的迅速發(fā)展，注塑成型設(shè)備的自動(dòng)化程度也越來(lái)越高。現(xiàn)代化的注塑機(jī)越來(lái)越多的配置機(jī)械手。作為注塑生產(chǎn)專(zhuān)門(mén)配備的自動(dòng)化設(shè)備，注塑機(jī)械手能夠模仿人手和手臂的功能，按照固定的程序抓取，輸送物件或操作工具的自動(dòng)裝置，它可以部分或全部代替人力，從事一些枯燥，繁重的重復(fù)性勞動(dòng)，從而減輕繁重的體力勞動(dòng)、改善生產(chǎn)環(huán)境和保證生產(chǎn)安全，避免因人為操作失誤而造成損失；同時(shí)還可以提高注塑生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，因此，注塑機(jī)械手在注塑生產(chǎn)中的作用變得越來(lái)越重要。[〇〇〇4]在我國(guó)注塑行業(yè)中，比較常用的主要是從模具中快速抓取制品并將制品傳送到下一個(gè)生產(chǎn)工序上去的取件機(jī)械手，這些機(jī)械手大部分采用液壓驅(qū)動(dòng)或者氣壓驅(qū)動(dòng)。根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品以及模具的需求，針對(duì)一些較大型的注塑機(jī)，一些生產(chǎn)廠(chǎng)家不得不引進(jìn)五軸伺服甚至以上的機(jī)械手，該類(lèi)機(jī)械手橫行、引拔行、上下行均采用伺服電機(jī)進(jìn)行控制，運(yùn)行穩(wěn)定，可以進(jìn)行更復(fù)雜的處理。目前，國(guó)內(nèi)雖然也有企業(yè)在生產(chǎn)采用伺服驅(qū)動(dòng)的注塑用機(jī)械手，但在性能方面跟國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品還存在較大的差距。[〇〇〇5]當(dāng)今數(shù)字化信息化高速發(fā)展的趨勢(shì)下，特別是“工業(yè)4.0”的提出對(duì)工業(yè)控制器、信息資源共享、多功能應(yīng)用等方面提出了更高的要求。網(wǎng)絡(luò)化操作和遠(yuǎn)程控制成為“工業(yè)4.0” 的重要內(nèi)容。要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行管理和控制，就需要與這些設(shè)備進(jìn)行通訊連接，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)交換，以達(dá)到管理、控制和監(jiān)控的目的。傳統(tǒng)的注塑機(jī)械手難以滿(mǎn)足這些要求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的智能控制，本發(fā)明旨在提供一種輔助傳統(tǒng)注塑機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化的機(jī)械手控制系統(tǒng)，尤指一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)主要包括觸摸屏、五軸伺服控制從板、I/O控制主板、驅(qū)動(dòng)裝置、電源裝置和通訊線(xiàn)；觸摸屏通過(guò)通訊線(xiàn)與I/O控制主板進(jìn)行通訊；I/O控制主板通過(guò)通訊線(xiàn)與五軸伺服控制從板進(jìn)行通訊，五軸伺服控制從板與驅(qū)動(dòng)裝置電性相連，電源裝置分兩部分，其中一個(gè)電源供應(yīng)器給整機(jī)通電，另外一個(gè)電源供應(yīng)器給驅(qū)動(dòng)裝置通電。
[0008]所述的驅(qū)動(dòng)裝置為設(shè)置有伺服驅(qū)動(dòng)器的伺服電機(jī)。
[0009]所述的觸摸屏上設(shè)置有按鍵區(qū)域、狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)、顯示區(qū)域和緊急停止開(kāi)關(guān);打開(kāi)狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)時(shí)顯示區(qū)域會(huì)顯示機(jī)械手的狀態(tài)，包括模具的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及Z軸、XI軸、X2軸、 Y1軸、Y2軸的實(shí)時(shí)位置狀態(tài)，并能通過(guò)按鍵區(qū)域的按鍵操作向I/O控制主板上的芯片植入控制程序，并對(duì)各個(gè)機(jī)械軸進(jìn)行位置設(shè)定。
[0010]所述的I/O控制主板上由若干專(zhuān)用寄存器和相應(yīng)的控制邏輯電路構(gòu)成，所述的控制邏輯電路構(gòu)成伺服控制系統(tǒng)，由伺服系統(tǒng)控制器、伺服系統(tǒng)以及伺服控制接口板組成，1/ 〇板上設(shè)置有I/O接口，按照M odbus協(xié)議與觸摸屏進(jìn)行通信，接收觸摸屏操作指令;I/O控制主板通過(guò)CAN總線(xiàn)與下屬的五軸伺服控制從板進(jìn)行通信，按照事先約定的通信協(xié)議發(fā)送指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;通過(guò)隔離式電平轉(zhuǎn)換電路與伺服驅(qū)動(dòng)器CN1端口連接，向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令，接收伺服驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)和編碼器反饋;通過(guò)隔離式電平轉(zhuǎn)換電路與五軸伺服控制從板連接，接收機(jī)械手各軸的極限位置信號(hào)和歸零過(guò)程中的零點(diǎn)開(kāi)關(guān)信號(hào)伺服系統(tǒng)控制器主要實(shí)現(xiàn)的功能；通過(guò)CAN通信與五軸伺服控制從板進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、控制伺服驅(qū)動(dòng)器 0N/0FF、機(jī)械手歸零、手動(dòng)運(yùn)行、定位運(yùn)行、狀態(tài)反饋和電機(jī)參數(shù)處理。
[0011]所述的五軸伺服控制從板為五個(gè)單獨(dú)的控制從板，接收到控制主板的指令后，進(jìn)行相關(guān)處理，確定電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向、運(yùn)行速度以及距離，然后通過(guò)定時(shí)器脈沖輸出控制z 軸、X1軸、X2軸、Y1軸、Y2軸的運(yùn)行，各軸完成運(yùn)行指令，到位之后通過(guò)CAN總線(xiàn)給I /0控制主板發(fā)出各軸到位信號(hào)，并等待下一輪運(yùn)行指令。[0〇12] 所述的I/O控制主板電路主要包括:富士ALPHA5 SMART系統(tǒng)、串行通信接口、CAN 總線(xiàn)通信電路、輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路、繼電器信號(hào)輸入電路以及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展FM 1608〇[0〇13] 所述的五軸伺服控制從板電路主要包括:富士ALPHA5 SMART系統(tǒng)、CAN總線(xiàn)通信電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及反饋脈沖計(jì)數(shù)電路;富士ALPHA5 SMART系統(tǒng)是由SALPHA5 SMART單片機(jī)以及相對(duì)應(yīng)的振蕩電路和復(fù)位電路組成。
[0014]所述的五軸伺服控制從板帶動(dòng)各軸的運(yùn)動(dòng)定義如下:Z軸為機(jī)械手的橫入、橫出軸;XI為機(jī)械手主臂的前進(jìn)、后退軸;Y1軸為機(jī)械手主臂的上升、下降軸;X2軸為機(jī)械手副臂的前進(jìn)、后退軸;Y2軸為機(jī)械手副臂的上升、下降軸。
[0015]所述五軸注塑機(jī)機(jī)械手中XI軸、X2軸、Y1軸、Y2軸采用齒輪傳動(dòng)方式，Z軸采用同步帶傳動(dòng)方式。
[0016]所述的控制面板為液晶觸摸屏。
[0017]所述的按鍵區(qū)域設(shè)置在顯示屏的一側(cè)，設(shè)置有開(kāi)關(guān)鍵、復(fù)位鍵、自動(dòng)鍵、停止鍵和上下移動(dòng)鍵。
[0018]所述的五軸機(jī)械手的五個(gè)軸均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，每個(gè)軸配有一套交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)行。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明五個(gè)軸均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，每個(gè)軸配有一套交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)行，式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗小、動(dòng)作快、精度高、可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作、智能化程度高、適用于輕載荷和中載荷的情況;本發(fā)明主要用來(lái)取出注塑成品和料頭， 機(jī)械手停在注塑機(jī)模具的上方，機(jī)械手的五個(gè)電動(dòng)軸起始位置都為0,治具垂直，注塑機(jī)開(kāi)模后，機(jī)械手取出成品和料頭，橫出將料頭放進(jìn)破碎機(jī)，將成品放到輸送帶，采用工業(yè)自動(dòng)化和數(shù)字信息化相結(jié)合的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種遠(yuǎn)程監(jiān)控注塑機(jī)用五軸機(jī)械手，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?！靖綀D說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的工作原理示意圖。[0021 ]圖2是本發(fā)明中伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]如圖1-2所示，一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)主要包括觸摸屏、五軸伺服控制從板、I/O控制主板、驅(qū)動(dòng)裝置、電源裝置和通訊線(xiàn)；觸摸屏通過(guò)通訊線(xiàn)與I/O控制主板進(jìn)行通訊；I/O控制主板通過(guò)通訊線(xiàn)與五軸伺服控制從板進(jìn)行通訊，五軸伺服控制從板與驅(qū)動(dòng)裝置電性相連，電源裝置分兩部分，其中一個(gè)電源供應(yīng)器給整機(jī)通電， 另外一個(gè)電源供應(yīng)器給驅(qū)動(dòng)裝置通電。
[0023]所述的驅(qū)動(dòng)裝置為設(shè)置有伺服驅(qū)動(dòng)器的伺服電機(jī)。
[0024]所述的觸摸屏上設(shè)置有按鍵區(qū)域、狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)、顯示區(qū)域和緊急停止開(kāi)關(guān);打開(kāi)狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)時(shí)顯示區(qū)域會(huì)顯示機(jī)械手的狀態(tài)，包括模具的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及Z軸、XI軸、X2軸、 Y1軸、Y2軸的實(shí)時(shí)位置狀態(tài)，并能通過(guò)按鍵區(qū)域的按鍵操作向I/O控制主板上的芯片植入控制程序，并對(duì)各個(gè)機(jī)械軸進(jìn)行位置設(shè)定。
[0025]所述的I/O控制主板上由若干專(zhuān)用寄存器和相應(yīng)的控制邏輯電路構(gòu)成，所述的控制邏輯電路構(gòu)成伺服控制系統(tǒng)，由伺服系統(tǒng)控制器、伺服系統(tǒng)以及伺服控制接口板組成，1/ 〇板上設(shè)置有I/O接口，按照M odbus協(xié)議與觸摸屏進(jìn)行通信，接收觸摸屏操作指令;I/O控制主板通過(guò)CAN總線(xiàn)與下屬的五軸伺服控制從板進(jìn)行通信，按照事先約定的通信協(xié)議發(fā)送指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;通過(guò)隔離式電平轉(zhuǎn)換電路與伺服驅(qū)動(dòng)器CN1端口連接，向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令，接收伺服驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)和編碼器反饋;通過(guò)隔離式電平轉(zhuǎn)換電路與五軸伺服控制從板連接，接收機(jī)械手各軸的極限位置信號(hào)和歸零過(guò)程中的零點(diǎn)開(kāi)關(guān)信號(hào)伺服系統(tǒng)控制器主要實(shí)現(xiàn)的功能；通過(guò)CAN通信與五軸伺服控制從板進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、控制伺服驅(qū)動(dòng)器 0N/0FF、機(jī)械手歸零、手動(dòng)運(yùn)行、定位運(yùn)行、狀態(tài)反饋和電機(jī)參數(shù)處理。
[0026]所述的五軸伺服控制從板為五個(gè)單獨(dú)的控制從板，接收到控制主板的指令后，進(jìn)行相關(guān)處理，確定電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向、運(yùn)行速度以及距離，然后通過(guò)定時(shí)器脈沖輸出控制Z 軸、X1軸、X2軸、Y1軸、Y2軸的運(yùn)行，各軸完成運(yùn)行指令，到位之后通過(guò)CAN總線(xiàn)給I /0控制主板發(fā)出各軸到位信號(hào)，并等待下一輪運(yùn)行指令。[〇〇27] 所述的I/O控制主板電路主要包括:富士ALPHA5 SMART系統(tǒng)、串行通信接口、CAN 總線(xiàn)通信電路、輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路、繼電器信號(hào)輸入電路以及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展FM 1608〇[〇〇28] 所述的五軸伺服控制從板電路主要包括:富士ALPHA5 SMART系統(tǒng)、CAN總線(xiàn)通信電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及反饋脈沖計(jì)數(shù)電路;富士ALPHA5 SMART系統(tǒng)是由SALPHA5 SMART單片機(jī)以及相對(duì)應(yīng)的振蕩電路和復(fù)位電路組成。
[0029]計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式，由于串行通訊方式具有使用線(xiàn)路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線(xiàn)路特性的不一致而被廣泛采用;在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊;RS-232-C接口(又稱(chēng)EIA RS-232-C)是目前最常用的一種串行通訊接口；本發(fā)明中，采用串行通信接口RS — 232 — C作為電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)觸摸屏和I / 0控制主板之間的通信，串行通訊接口簡(jiǎn)稱(chēng)串行口( R S — 2 3 2 — C )，接口是電腦與其它設(shè)備傳送信息的一種標(biāo)準(zhǔn)接口，本發(fā)明中選用常見(jiàn)的RS-232-C做電平轉(zhuǎn)換，遵循M odbus 協(xié)議實(shí)現(xiàn)觸摸屏和五軸伺服控制從板的通信。
[0030]CAN總線(xiàn)多用于工控和汽車(chē)領(lǐng)域，在CAN總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)測(cè)試階段，需要對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 節(jié)點(diǎn)功能，網(wǎng)路整合等進(jìn)行開(kāi)發(fā)測(cè)試，需要虛擬、半虛擬、全實(shí)物仿真測(cè)試平臺(tái)，并且必須測(cè)試各節(jié)點(diǎn)是否符合IS011898中規(guī)定的錯(cuò)誤響應(yīng)機(jī)制等，所以CAN總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)需要專(zhuān)業(yè)的開(kāi)發(fā)測(cè)試工具，并且在生產(chǎn)階段也需要一批簡(jiǎn)單易用的生產(chǎn)線(xiàn)測(cè)試工具。本發(fā)明中，采用了兩種方案，其中一種方案是:選用SJA1000作為CAN總線(xiàn)控制器，SJA1000/SJA1000T是一款獨(dú)立的控制器，用于汽車(chē)和一般工業(yè)環(huán)境中的控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN);它是NXP半導(dǎo)體 PCA82C200 CAN控制器(BasicCAN)的替代產(chǎn)品；而且，它增加了一種新的工作模式 (PeliCAN)，這種模式支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議;但由于SJA1000輸出口驅(qū)動(dòng)能力較低，無(wú)法保證系統(tǒng)通信的可靠性和穩(wěn)定性，所以加入82C250作為收發(fā)器，并在CAN控制器和收發(fā)器之間加入高速光耦6N137來(lái)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力;在這部分電路中應(yīng)注意總線(xiàn)兩端的阻抗匹配電阻，此系統(tǒng)采用的是2個(gè)120 8的電阻；如果缺少匹配電阻， 往往會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾能力，造成通信的不正常甚至是無(wú)法通信；由于SJA1000是低電平復(fù)位，與單片機(jī)的復(fù)位電平正好相反，所以將復(fù)位信號(hào)通過(guò)反相器74LS14與SJA1000的復(fù)位端相連來(lái)完成復(fù)位；另外一種方案是用TJA1040完全替換PCA82C250的高速CAN總線(xiàn)收發(fā)器，TJA1040是控制器局域網(wǎng)CAN協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)之間的接口它主要應(yīng)用在客車(chē)的高速應(yīng)用上速度可達(dá)IMbaud TJA1040為總線(xiàn)提供差動(dòng)的發(fā)送功能為CAN控制器提供差動(dòng)的接收功能在引腳和功能上TJA1040是PCA82C250/251高速CAN收發(fā)器的后繼產(chǎn)品而且它的弓丨腳和TJA1050—致TJA1040有優(yōu)秀的EMC性能而且在不上電狀態(tài)下有理想的無(wú)源性能它還提供低功耗管理支持遠(yuǎn)程喚醒，完全符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)，速度高達(dá)IMbaud，電磁輻EME非常低，差動(dòng)接收器具有較寬的共模范圍，可抗電磁干擾EMI，處于不上電狀態(tài)的收發(fā)器會(huì)從總線(xiàn)脫離零負(fù)載，輸入級(jí)符合3.3V和5V的器件，如果使用分裂終端電壓源可以穩(wěn)定隱性總線(xiàn)電平進(jìn)一步改善EME，至少可以連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)，消耗電流極低的待機(jī)模式，具有通過(guò)總線(xiàn)喚醒遠(yuǎn)程的功能，防止總線(xiàn)引腳和引腳SPLIT對(duì)電池和對(duì)地短路。
[0031]所述的五軸伺服控制從板帶動(dòng)各軸的運(yùn)動(dòng)定義如下:Z軸為機(jī)械手的橫入、橫出軸;XI為機(jī)械手主臂的前進(jìn)、后退軸;Y1軸為機(jī)械手主臂的上升、下降軸;X2軸為機(jī)械手副臂的前進(jìn)、后退軸;Y2軸為機(jī)械手副臂的上升、下降軸。[〇〇32]所述五軸注塑機(jī)機(jī)械手中XI軸、X2軸、Y1軸、Y2軸采用齒輪傳動(dòng)方式，Z軸采用同步帶傳動(dòng)方式。[〇〇33]所述的控制面板為液晶觸摸屏。
[0034]所述的按鍵區(qū)域設(shè)置在顯示屏的一側(cè)，設(shè)置有開(kāi)關(guān)鍵、復(fù)位鍵、自動(dòng)鍵、停止鍵和上下移動(dòng)鍵。
[0035]所述的五軸機(jī)械手五個(gè)軸均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，每個(gè)軸配有一套交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手運(yùn)行。
[0036]本發(fā)明的控制系統(tǒng)主要是通過(guò)遠(yuǎn)程控制五軸機(jī)械手來(lái)取出注塑機(jī)中注塑成品和料頭，機(jī)械手停在注塑機(jī)模具的上方，機(jī)械手的五個(gè)電動(dòng)軸起始位置都為〇,治具垂直。注塑機(jī)開(kāi)模后，機(jī)械手取出成品和料頭，橫出將料頭放進(jìn)破碎機(jī)，將成品放到輸送帶。
[0037]在設(shè)置本控制系統(tǒng)，首先將機(jī)械手調(diào)到自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)械手運(yùn)行到起點(diǎn)位置，等待注塑機(jī)開(kāi)模；用吸盤(pán)取出成品，夾具取出料頭，機(jī)械手通過(guò)X、Y軸的運(yùn)動(dòng)離開(kāi)模具范圍， 檢測(cè)取物成功后輸出允許關(guān)模信號(hào);然后機(jī)械手將料頭和成品分別放入指定位置，每放一個(gè)成品到輸送帶上啟動(dòng)輸送帶允行3秒;機(jī)械手返回起點(diǎn)位置待機(jī)。[0〇38]例如機(jī)械手程序設(shè)置為:起點(diǎn)X1: 0.0速度:30延時(shí)時(shí)間:0.00 起點(diǎn)Y1: 0.0速度:30延時(shí)時(shí)間:0.00 起點(diǎn)Z: 0.0速度:30延時(shí)時(shí)間:0.00 起點(diǎn)X2: 0.0速度:30延時(shí)時(shí)間:0.00 起點(diǎn)Y2: 0.0速度:30延時(shí)時(shí)間:0.00 起點(diǎn)姿勢(shì)垂直延時(shí)時(shí)間:〇.〇〇 1等待:開(kāi)t旲完2 Yl:850.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0?002Y2:850.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0?003Xl:400.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0?00 3 X2:300.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0?00 4吸1通延時(shí)時(shí)間:0.004夾1通延時(shí)時(shí)間:0.00 5 X1:0.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0.355X2:0.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0.356Y1:0.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0.00 6 Y2:0.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0.00 7吸1開(kāi)始檢測(cè)7夾1開(kāi)始檢測(cè) 8鎖模通延時(shí)時(shí)間:0.00 8姿勢(shì)水平延時(shí)時(shí)間:0.00 9 Z:1000.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0.00 10夾1斷延時(shí)時(shí)間:0.0011Z: 1300.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0.2012Yl:800.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0?00 13吸1斷延時(shí)時(shí)間:0.0014 Y1:0.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0.25 15輸送帶通間隔模數(shù):1動(dòng)作時(shí)間:3.0016 Z:0.0速度:90延時(shí)時(shí)間:0?00 16姿勢(shì)垂直延時(shí)時(shí)間:0.00。[〇〇39]本發(fā)明中，采用的ALPHA5 SMART伺服系統(tǒng)是富士電機(jī)公司推出的新一代高性能伺服系統(tǒng)。ALPHA5 SMART伺服系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精度定位；電機(jī)最高轉(zhuǎn)速6000r/min; 具有20位的增量式光電編碼器，分辨率為1048576??^41^說(shuō)5 SMART伺服系統(tǒng)具有多種運(yùn)行方式:通過(guò)Modbus-RTU通信進(jìn)行定位運(yùn)行;通過(guò)10端口控制進(jìn)行定位運(yùn)行;通過(guò)命令脈沖輸入進(jìn)行位置控制運(yùn)行;通過(guò)模擬量輸入進(jìn)行速度和轉(zhuǎn)矩控制運(yùn)行;ALPHA5 SMART伺服驅(qū)動(dòng)器提供位置、速度和轉(zhuǎn)矩三種控制模式;模式應(yīng)用于精密定位的場(chǎng)合;速度控制模式應(yīng)用于精密控速的場(chǎng)合;轉(zhuǎn)矩控制模式應(yīng)用在需要對(duì)轉(zhuǎn)矩精確控制的場(chǎng)合。位置控制模式下有兩種命令輸入方式:脈沖命令輸入和寄存器輸入方式。脈沖命令輸入方式通過(guò)脈沖命令控制伺服電機(jī)的位置和速度，脈沖的頻率控制伺服電機(jī)的速度，脈沖的個(gè)數(shù)控制伺服電機(jī)的位置;寄存器輸入方式是向寄存器寫(xiě)入位置和速度參數(shù)，然后通過(guò)通信方式或者10端口來(lái)控制伺服電機(jī)進(jìn)行定位運(yùn)行。ALPHA5 SMART伺服驅(qū)動(dòng)器最高可以接受1MHz頻率的脈沖命令輸入，伺服電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為6000r/min。在五軸注塑機(jī)機(jī)械手中，ALPHA5 SMART伺服系統(tǒng)采用位置控制模式，脈沖命令輸入方式。
[0040]采集注塑機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)，從而確定機(jī)械手的下一步工藝流程，本發(fā)明中采用的繼電器信號(hào)輸入電路，繼電器信號(hào)經(jīng)光耦隔離之輸入單片機(jī)，主板CPU決定機(jī)械手應(yīng)進(jìn)行的工藝，并發(fā)送指令給五軸伺服控制從板來(lái)完成工藝。
[0041]本發(fā)明中，實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)與機(jī)械手之間的簡(jiǎn)單通信采用的是輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路， 通過(guò)采用芯片擴(kuò)展單片機(jī)的I /〇 口，輸出信號(hào)來(lái)控制繼電器，從而給注塑機(jī)發(fā)去允許開(kāi)模等信號(hào)，由于系統(tǒng)采用+ 24 V繼電器，所以輸出采用光耦隔離，并在電路中加入續(xù)流二極管來(lái)保護(hù)其他電路原件，本發(fā)明采用的芯片是74型芯片，例如74H C377，74L51、74LS51等。
[0042]本發(fā)明采用外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)程序電路，存儲(chǔ)器(Memory)是現(xiàn)代信息技術(shù)中用于保存信息的記憶設(shè)備，在數(shù)字系統(tǒng)中，只要能保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的都可以是存儲(chǔ)器;在集成電路中，一個(gè)沒(méi)有實(shí)物形式的具有存儲(chǔ)功能的電路也叫存儲(chǔ)器，如RAM、FIF0等;存儲(chǔ)器的主要功能是存儲(chǔ)程序和各種數(shù)據(jù)，并能在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中高速、自動(dòng)地完成程序或數(shù)據(jù)的存取，本發(fā)明以存儲(chǔ)體(大量存儲(chǔ)單元組成的陣列)為核心，加上必要的地址譯碼、讀寫(xiě)控制電路，即為存儲(chǔ)集成電路;再加上必要的I/O接口和一些額外的電路如存取策略管理，則形成存儲(chǔ)芯片，更具體的說(shuō)，本發(fā)明采用的是鐵電存儲(chǔ)器，鐵電存儲(chǔ)器(FRAM， ferroelectric RAM)是一種隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，它將動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的快速讀取和寫(xiě)入訪(fǎng)問(wèn)一一它是個(gè)人電腦存儲(chǔ)中最常用的類(lèi)型一一與在電源關(guān)掉后保留數(shù)據(jù)能力(就像其他穩(wěn)定的存儲(chǔ)設(shè)備一樣，如只讀存儲(chǔ)器和閃存)結(jié)合起來(lái)，鐵電存儲(chǔ)器兼?zhèn)銻AM和ROM 特性，具有極長(zhǎng)的擦寫(xiě)壽命、快捷的擦寫(xiě)速度和超低功耗等特點(diǎn)，是高可靠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的理想元件，本發(fā)明采用FM1808或FM 1608進(jìn)行拓展，其中FM1808具備32K的存儲(chǔ)容量，而FM 1608具備64K的存儲(chǔ)容量足夠存儲(chǔ)機(jī)械手工藝參數(shù)以及觸摸屏所需要的五軸伺服控制從板數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
[0043]機(jī)械手在實(shí)際工作環(huán)境中，在某些情況下需要手動(dòng)操作來(lái)確定各軸的待機(jī)位，此時(shí)如果采用反饋脈沖電路可實(shí)時(shí)檢測(cè)各軸的位置信息，并通過(guò)CAN總線(xiàn)通知I/O控制主板，再由I/O控制主板反饋到觸摸屏上并實(shí)時(shí)顯示，完成人機(jī)通信，保證手動(dòng)操作的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性。由于伺服驅(qū)動(dòng)器輸出為差動(dòng)信號(hào)，所以脈沖信號(hào)的采集需要轉(zhuǎn)換為可計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)，本系統(tǒng)可采用AM26LS32將差動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為可計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)，并進(jìn)行光電隔離后輸入單片機(jī)TO端。
[0044]本發(fā)明中采用的電機(jī)為伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的最大特點(diǎn)是可控，為響應(yīng)高頻脈沖輸出，采用光電耦合器(簡(jiǎn)稱(chēng)光耦)作為開(kāi)關(guān)電源電路中常用的器件，開(kāi)關(guān)電源中常用的光耦是線(xiàn)性光耦，線(xiàn)性光耦的電流傳輸手特性曲線(xiàn)接進(jìn)直線(xiàn)，并且小信號(hào)時(shí)性能較好，能以線(xiàn)性特性進(jìn)行隔離控制，本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路可采用HCPL-2630 (雙路)、HCPL-2631 (雙路)、HCPL-2530(雙路)、HCPL-2531(雙路)作為高速光耦，可確保輸出驅(qū)動(dòng)電路的可靠性和穩(wěn)定性，在有控制信號(hào)時(shí)，伺服電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)速大小正比于控制電壓的大小，去掉控制電壓后，伺服電機(jī)就立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制系統(tǒng)主要包括觸 摸屏、五軸伺服控制從板、I/O控制主板、驅(qū)動(dòng)裝置、電源裝置和通訊線(xiàn)；觸摸屏通過(guò)通訊線(xiàn) 與I/O控制主板進(jìn)行通訊；I/O控制主板通過(guò)通訊線(xiàn)與五軸伺服控制從板進(jìn)行通訊，五軸伺 服控制從板與驅(qū)動(dòng)裝置電性相連，電源裝置分兩部分，其中一個(gè)電源供應(yīng)器給整機(jī)通電，另 外一個(gè)電源供應(yīng)器給驅(qū)動(dòng)裝置通電；所述的驅(qū)動(dòng)裝置為設(shè)置有伺服驅(qū)動(dòng)器的伺服電機(jī)；所述的觸摸屏上設(shè)置有按鍵區(qū)域、狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)、顯示區(qū)域和緊急停止開(kāi)關(guān);打開(kāi)狀態(tài) 選擇開(kāi)關(guān)時(shí)顯示區(qū)域會(huì)顯示機(jī)械手的狀態(tài)，包括模具的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及Z軸、XI軸、X2軸、Y1 軸、Y2軸的實(shí)時(shí)位置狀態(tài)，并能通過(guò)按鍵區(qū)域的按鍵操作向I/O控制主板上的芯片植入控 制程序，并對(duì)各個(gè)機(jī)械軸進(jìn)行位置設(shè)定；所述的I/O控制主板上由若干專(zhuān)用寄存器和相應(yīng)的控制邏輯電路構(gòu)成，所述的控制邏 輯電路構(gòu)成伺服控制系統(tǒng)，由伺服系統(tǒng)控制器、伺服系統(tǒng)以及伺服控制接口板組成，I/O板 上設(shè)置有I/O接口，按照M odbus協(xié)議與觸摸屏進(jìn)行通信，接收觸摸屏操作指令；I/O控制 主板通過(guò)CAN總線(xiàn)與下屬的五軸伺服控制從板進(jìn)行通信，按照事先約定的通信協(xié)議發(fā)送 指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;通過(guò)隔離式電平轉(zhuǎn)換電路與伺服驅(qū)動(dòng)器CN1端口連接，向伺服驅(qū)動(dòng)器 發(fā)送指令，接收伺服驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)和編碼器反饋;通過(guò)隔離式電平轉(zhuǎn)換電路與五軸伺服控 制從板連接，接收機(jī)械手各軸的極限位置信號(hào)和歸零過(guò)程中的零點(diǎn)開(kāi)關(guān)信號(hào)伺服系統(tǒng)控制 器主要實(shí)現(xiàn)的功能;通過(guò)CAN通信與五軸伺服控制從板進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、控制伺服驅(qū)動(dòng)器ON/ OFF、機(jī)械手歸零、手動(dòng)運(yùn)行、定位運(yùn)行、狀態(tài)反饋和電機(jī)參數(shù)處理；所述的五軸伺服控制從板為五個(gè)單獨(dú)的控制從板，接收到控制主板的指令后，進(jìn)行相 關(guān)處理，確定電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向、運(yùn)行速度以及距離，然后通過(guò)定時(shí)器脈沖輸出控制Z軸、XI 軸、X2軸、Y1軸、Y2軸的運(yùn)行，各軸完成運(yùn)行指令，到位之后通過(guò)CAN總線(xiàn)給I/O控制主板發(fā) 出各軸到位信號(hào)，并等待下一輪運(yùn)行指令。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的 I/O控制主板電路主要包括:富士ALPHA5 SMART系統(tǒng)、串行通信接口、CAN總線(xiàn)通信電路、 輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路、繼電器信號(hào)輸入電路以及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展FM 1608。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的 五軸伺服控制從板電路主要包括:富士ALPHA5 SMART系統(tǒng)、CAN總線(xiàn)通信電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路以及反饋脈沖計(jì)數(shù)電路；富士ALPHA5 SMART系統(tǒng)是由SALPHA5 SMART單片機(jī)以及相對(duì) 應(yīng)的振蕩電路和復(fù)位電路組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的 五軸伺服控制從板帶動(dòng)各軸的運(yùn)動(dòng)定義如下:Z軸為機(jī)械手的橫入、橫出軸;XI為機(jī)械手 主臂的前進(jìn)、后退軸;Y1軸為機(jī)械手主臂的上升、下降軸;X2軸為機(jī)械手副臂的前進(jìn)、后退 軸;Y2軸為機(jī)械手副臂的上升、下降軸。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:所述五 軸注塑機(jī)機(jī)械手中XI軸、X2軸、Y1軸、Y2軸采用齒輪傳動(dòng)方式，Z軸采用同步帶傳動(dòng)方式。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的 控制面板為液晶觸摸屏。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的按鍵區(qū)域設(shè)置在顯示屏的一側(cè)，設(shè)置有開(kāi)關(guān)鍵、復(fù)位鍵、自動(dòng)鍵、停止鍵和上下移動(dòng)鍵。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于注塑機(jī)的五軸機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的 五軸機(jī)械手的五個(gè)軸均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，每個(gè)軸配有一套交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械 手運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】B25J9/12GK105965511SQ201610502456
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】李文賓, 胡美紅, 范金華, 郭建文, 賈學(xué)軍
【申請(qǐng)人】東莞信易電熱機(jī)械有限公司