《一种单臂码垛机器人控制系统及方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种单臂码垛机器人控制系统及方法.pdf（11页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 101973033 A(43)申请公布日 2011.02.16CN101973033A*CN101973033A*(21)申请号 201010274521.8(22)申请日 2010.09.07B25J 13/00(2006.01)B65G 57/03(2006.01)(71)申请人广州市万世德包装机械有限公司地址 510800 广东省广州市花都区新华街华兴工业区华兴东路3号(72)发明人刘远强 郭伟越 张凯(74)专利代理机构广州中浚雄杰知识产权代理有限责任公司 44254代理人周永强(54) 发明名称一种单臂码垛机器人控制系统及方法(57) 摘要一种码垛机器人控制。
2、系统，包括人机控制面板、调整系统、抓取系统；所述人机控制面板依次通过PLC、伺服控制器后与调整系统连接，所述人机控制面板通过PLC与抓取系统连接；所述抓取系统包括夹箱气缸、夹箱磁性开关、卷帘电机、卷帘接近开关、卷帘。当接收到前端设备推过来的一层箱后，控制器判断此层的高度，然后通过伺服控制器控制X轴平移、Y轴升降和R轴旋转的动作，把箱子放到指定的位置，接着卷帘升起，把箱子码好，然后抓手再返回到初始位置，等待处理下一层箱，通过人机控制面板控制X、Y、R轴伺服电机同时协同工作，一次性的将箱子搬运到位然后进行码垛，具有结构简单，速度快，成本低等的优势。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知。
3、识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页CN 101973035 A 1/2页21.一种单臂码垛机器人控制系统，其特征在于：包括人机控制面板、调整系统、抓取系统；所述人机控制面板依次通过PLC、伺服控制器后与调整系统连接，所述人机控制面板通过PLC与抓取系统连接；所述调整系统包括X轴伺服控制器、X轴伺服电机、X轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过X轴伺服电机、X轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第一闭环控制系统；所述调整系统包括Y轴伺服控制器、Y轴伺服电机、Y轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过Y轴伺服电机、Y轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第二闭环控制系。
4、统；所述调整系统包括R轴伺服控制器、R轴伺服电机、R轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过R轴伺服电机、R轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第三闭环控制系统；所述抓取系统包括夹箱气缸、夹箱磁性开关、卷帘电机、卷帘接近开关；所述夹箱气缸包括左右夹箱气缸和前后夹箱气缸；所述夹箱磁性开关包括左右夹箱磁性开关、前后夹箱磁性开关；所述PLC信号依次通过卷帘电机、卷帘接近开关后返回PLC，所述 PLC信号依次通过左右夹箱气缸、左右夹箱磁性开关后返回PLC，所述 PLC信号依次通过前后夹箱气缸、前后夹箱磁性开关后返回PLC；所述X轴电机用来控抓取系统左右平移方向动作，所述Y轴电机用来控制抓取系统上下运动方向动。
5、作，所述R轴电机用来控制抓取系统旋转运动。2.根据权利要求1所述的一种单臂码垛机器人控制系统，其特征在于：所述卷帘电机与卷帘连接，通过卷帘电机对卷帘进行收放形成抓手。3.根据权利要求1所述的一种单臂码垛机器人控制系统，其特征在于：所述X、Y、R轴伺服电机上均设有限位开关。4.根据权利要求1所述的一种单臂码垛机器人控制系统，其特征在于：所述人机控制面板包括触摸屏、控制模块、参数设置模块、监控模块、报警模块、影像模块，所述控制模块与PLC连接，所述参数设置模块与PLC连接，所述监控模块分别与所述X、Y、R轴伺服电机、夹箱气缸、卷帘电机连接。5.根据权利要求1所述的一种单臂码垛机器人控制系统，其特征。
6、在于：设有远程控制中心，所述远程控制中心通过无线网络与PLC连接。6.一种单臂码垛机器人控制方法，其特征在于：包括人机控制面板、调整系统、抓取系统；所述人机控制面板依次通过PLC、伺服控制器后与调整系统连接，所述人机控制面板通过PLC与抓取系统连接；所述调整系统包括X轴伺服控制器、X轴伺服电机、X轴编码器、Y轴伺服控制器、Y轴伺服电机、Y轴编码器、R轴伺服控制器、R轴伺服电机、R轴编码器；所述抓取系统包括夹箱气缸、夹箱磁性开关、卷帘电机、卷帘接近开关、与卷帘电机连接的卷帘；控制方法如下：101)通过人机控制面板初始化系统并等待；102)监测卷帘内是否有箱子，有则进入下一步，否则返回等待；103。
7、)夹箱气缸动作夹紧箱子，同时X轴伺服电机前进；104)由夹箱磁性开关判断夹箱气缸是否到位，是则进入下一步，否则返回上一步；权 利 要 求 书CN 101973033 ACN 101973035 A 2/2页3105)R轴伺服电机旋转，Y轴伺服电机升到所码层数的最高位，同时X轴伺服电机前进；106)判断X、Y、R轴伺服电机是否都到位，是则进入下一步，否则返回上一步；107)卷帘电机动作升起收回卷帘，卷帘内的箱子下落；108)由卷帘接近开关判断卷帘电机是否到位，是则进入下一步，否则返回；109)夹箱气缸松开；110)有夹箱磁性开关判断夹箱气缸是否松到位，是则进入下一步，否则返回上一步；111)X、。
8、Y、R伺服电机同时复位。7.根据权利要求6所述的一种单臂码垛机器人控制方法，其特征在于：所述X、Y、R轴伺服电机上均设有限位开关。8.根据权利要求6所述的一种单臂码垛机器人控制方法，其特征在于：所述夹箱气缸包括左右夹箱气缸和前后夹箱气缸；所述夹箱磁性开关包括左右夹箱磁性开关、前后夹箱磁性开关；所述PLC信号依次通过卷帘电机、卷帘接近开关后返回PLC，所述 PLC信号依次通过左右夹箱气缸、左右夹箱磁性开关后返回PLC，所述 PLC信号依次通过前后夹箱气缸、前后夹箱磁性开关后返回PLC。9.根据权利要求6所述的一种单臂码垛机器人控制方法，其特征在于：所述人机控制面板包括触摸屏、控制模块、参数设置模。
9、块、监控模块、报警模块、影像模块，所述控制模块与PLC连接，所述参数设置模块与PLC连接，所述监控模块分别与所述X、Y、R轴伺服电机、夹箱气缸、卷帘电机连接。10.根据权利要求6所述的一种单臂码垛机器人控制方法，其特征在于：设有远程控制中心，所述远程控制中心通过无线网络与PLC连接。权 利 要 求 书CN 101973033 ACN 101973035 A 1/5页4一种单臂码垛机器人控制系统及方法技术领域0001 本发明涉及码垛机，尤其是对啤酒、饮料、食品包装等行业的对箱子进行编组的设备。背景技术0002 码垛机是机、电一体化高新技术产品。中、低位码垛机可以满足中低产量的生产需要。可按照要求。
10、的编组方式和层数，完成对料袋、胶块、箱体等各种产品的码垛。在使用码垛机时，需要考虑的问题是利用码垛机自身的运动如何时码垛的物品整齐、不容易倒，各物品的方向能够满足需求。目前的码垛机控制系统一般只有两个运动方向：X轴运动方向和Y轴运动方向，操作人员分别通过控制X轴和Y轴电机的动作使码垛机能够搬运箱子并将箱子层叠起来。现有的这种控制系统适应性差，码垛速度慢；而且在进行码垛时，每层箱子之间会出现不平整，这样一来就需要人工进行修整或者增加额外的机构使每层箱子摆放整齐，这不仅使结构更复杂，而且工序多，生产效率低。发明内容0003 本发明所要解决的技术问题之一是提供一种单臂码垛机器人控制系统，具有结构简单。
11、、控制速度快、成本低的优势。0004 本发明所要解决的技术问题之二是提供一种单臂码垛机器人控制方法，具有操作简便、控制速度快、成本低的优势。0005 为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案是：一种单臂码垛机器人控制系统，包括人机控制面板、调整系统、抓取系统；所述人机控制面板依次通过PLC、伺服控制器后与调整系统连接，所述人机控制面板通过PLC与抓取系统连接；所述调整系统包括X轴伺服控制器、X轴伺服电机、X轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过X轴伺服电机、X轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第一闭环控制系统；所述调整系统包括Y轴伺服控制器、Y轴伺服电机、Y轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过Y。
12、轴伺服电机、Y轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第二闭环控制系统；所述调整系统包括R轴伺服控制器、R轴伺服电机、R轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过R轴伺服电机、R轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第三闭环控制系统；所述抓取系统包括夹箱气缸、夹箱磁性开关、卷帘电机、卷帘接近开关；所述夹箱气缸包括左右夹箱气缸和前后夹箱气缸；所述夹箱磁性开关包括左右夹箱磁性开关、前后夹箱磁性开关；所述PLC信号依次通过卷帘电机、卷帘接近开关后返回PLC，所述 PLC信号依次通过左右夹箱气缸、左右夹箱磁性开关后返回PLC，所述 PLC信号依次通过前后夹箱气缸、前后夹箱磁性开关后返回PLC；所述X轴电机用来控抓取系。
13、统左右平移方向动作，所述Y轴电机用来控制抓取系统上下运动方向动作，所述R轴电机用来控制抓取系统旋转运动。说 明 书CN 101973033 ACN 101973035 A 2/5页50006 作为改进，所述卷帘电机与卷帘连接，通过卷帘电机对卷帘进行收放形成抓手。卷帘电机是把接收箱子和释放箱子的装置，当两条排卷帘都放下来后，就构成了一个平台，可以接收整层箱子，当两条排卷帘都抽上去后，箱子在重力作用下就落下来。0007 作为改进，所述X、Y、R轴伺服电机上均设有限位开关。当伺服电机的运动碰到限位开关，伺服会自动停止，并报警，防止撞坏设备。0008 作为改进，所述人机控制面板包括触摸屏、控制模块、参。
14、数设置模块、监控模块、报警模块、影像模块，所述控制模块与PLC连接，所述参数设置模块与PLC连接，所述监控模块分别与所述X、Y、R轴伺服电机、夹箱气缸、卷帘电机连接。通过人机控制面板手动控制各个电机和气缸；通过参数设置模块设置伺服及箱型参数；通过监测模块查看输入、输出及设备运行的状态信息；通过报警模块显示报警信息；通过影像模块显示设备运行动画场景。0009 作为改进，设有远程控制中心，所述远程控制中心通过无线网络与PLC连接。远程控制中心通过无线网络获取PLC信息，可以对PLC进行故障处理。0010 为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案是：一种单臂码垛机器人控制方法，包括人机控制面板、调整。
15、系统、抓取系统；所述人机控制面板依次通过PLC、伺服控制器后与调整系统连接，所述人机控制面板通过PLC与抓取系统连接；所述调整系统包括X轴伺服控制器、X轴伺服电机、X轴编码器、Y轴伺服控制器、Y轴伺服电机、Y轴编码器、R轴伺服控制器、R轴伺服电机、R轴编码器；所述抓取系统包括夹箱气缸、夹箱磁性开关、卷帘电机、卷帘接近开关、与卷帘电机连接的卷帘；控制方法如下：101)通过人机控制面板初始化系统并等待；102)监测卷帘内是否有箱子，有则进入下一步，否则返回等待；103)夹箱气缸动作夹紧箱子，同时X轴伺服电机前进；104)由夹箱磁性开关判断夹箱气缸是否到位，是则进入下一步，否则返回上一步；105)R。
16、轴伺服电机旋转，Y轴伺服电机升到所码层数的最高位，同时X轴伺服电机前进；106)判断X、Y、R轴伺服电机是否都到位，是则进入下一步，否则返回上一步；107)卷帘电机动作升起收回卷帘，卷帘内的箱子下落；108)由卷帘接近开关判断卷帘电机是否到位，是则进入下一步，否则返回；109)夹箱气缸松开；110)有夹箱磁性开关判断夹箱气缸是否松到位，是则进入下一步，否则返回上一步；111)X、Y、R伺服电机同时复位。0011 作为改进，所述X、Y、R轴伺服电机上均设有限位开关。当伺服电机的运动碰到限位开关，伺服会自动停止，并报警，防止撞坏设备。0012 作为改进，所述夹箱气缸包括左右夹箱气缸和前后夹箱气缸；。
17、所述夹箱磁性开关包括左右夹箱磁性开关、前后夹箱磁性开关；所述PLC信号依次通过卷帘电机、卷帘接近开关后返回PLC，所述 PLC信号依次通过左右夹箱气缸、左右夹箱磁性开关后返回PLC，所述 PLC信号依次通过前后夹箱气缸、前后夹箱磁性开关后返回PLC。这些夹箱气缸包括左右夹箱和前后夹箱气缸，通过这些气缸的夹紧动作，可以把整层箱子夹住，防止在抓手运动中移说 明 书CN 101973033 ACN 101973035 A 3/5页6动位置，同时在放箱时，可以让当前一层箱与下面一层箱准确重合，这样，码的箱子才美观，不易倒。0013 作为改进，所述人机控制面板包括触摸屏、控制模块、参数设置模块、监控模块。
18、、报警模块、影像模块，所述控制模块与PLC连接，所述参数设置模块与PLC连接，所述监控模块分别与所述X、Y、R轴伺服电机、夹箱气缸、卷帘电机连接。通过人机控制面板手动控制各个电机和气缸；通过参数设置模块设置伺服及箱型参数；通过监测模块查看输入、输出及设备运行的状态信息；通过报警模块显示报警信息；通过影像模块显示设备运行动画场景。0014 作为改进，设有远程控制中心，所述远程控制中心通过无线网络与PLC连接。远程控制中心通过无线网络获取PLC信息，可以对PLC进行故障处理。0015 本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：通过人机控制面板控制X、Y、R轴伺服电机同时协同工作，一次性的将箱子搬运到。
19、位然后进行码垛且通过R轴的转动，不同层数的箱子可以错开摆放，箱子摆放更加稳定，不易倒下，结构简单，且能够提高生产效率；各种编码器和限位开关的设置，可以有效的防止电机动作过度而产生的爆瓶、位置偏差等不良影响；设有远程控制中心，可以对PLC进行故障处理。附图说明0016 图1为本发明控制系统框架图。0017 图2为电机状态流程图。0018 图3为本发明控制方法流程图。0019 图4为本发明码垛机结构示意图。具体实施方式0020 下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。0021 如图1、4所示，一种单臂码垛机器人控制系统，包括人机控制面板、调整系统、抓取系统。所述人机控制面板依次通过PLC、伺服控制。
20、器后与调整系统连接，所述人机控制面板通过PLC与抓取系统连接。0022 所述调整系统包括X轴伺服控制器、X轴伺服电机2、X轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过X轴伺服电机2、X轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第一闭环控制系统；所述调整系统包括Y轴伺服控制器、Y轴伺服电机1、Y轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过Y轴伺服电机1、Y轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第二闭环控制系统；所述调整系统包括R轴伺服控制器、R轴伺服电机3、R轴编码器，所述伺服控制器信号依次通过R轴伺服电机3、R轴编码器后回馈到伺服控制器中，形成第三闭环控制系统。0023 所述抓取系统包括夹箱气缸、夹箱磁性开关、卷帘电机4。
21、、卷帘接近开关、与卷帘电机4连接的卷帘；所述夹箱气缸包括左右夹箱气缸6和前后夹箱气缸5；所述夹箱磁性开关包括左右夹箱磁性开关、前后夹箱磁性开关；所述PLC信号依次通过卷帘电机4、卷帘接近开关后返回PLC，所述 PLC信号依次通过左右夹箱气缸6、左右夹箱磁性开关后返回PLC，所说 明 书CN 101973033 ACN 101973035 A 4/5页7述 PLC信号依次通过前后夹箱气缸5、前后夹箱磁性开关后返回PLC。0024 所述伺服控制器接收PLC的控制信号后，控制伺服电机动作，同时通过接收电机上编码器反馈的信号进行位置校正，构成闭环控制系统，可以实现伺服电机的快速运动与精确定位，具体包括。
22、下面几个伺服控制器：X轴伺服控制器：用来控制抓取系统的左右平移动作的。0025 Y轴伺服控制器：用来控制抓取系统升降动作的，抓取系统的升降动作是与X和R轴协同动作的。0026 R轴伺服控制器：用来控制卷帘抓手旋转运动的，它有两个停止位置，一个是原位位置，一个是旋转90度后的位置，在接箱处是原位位置，在放箱处是否需要旋转是由参数设置里的码箱方式决定的。0027 所述X轴电机用来控抓取系统左右平移方向动作，所述Y轴电机用来控制抓取系统上下运动方向动作，所述R轴电机用来控制抓取系统旋转运动。0028 PLC接收来自人机控制面板或远程控制中心的输入信号，通过内部CPU的运算，产生输出，控制夹箱气缸5、。
23、6、卷帘电机4、各个方向运动的伺服电机等执行机构的动作。所述X、Y、R轴伺服电机2、1、3上均设有限位开关，当伺服电机的运动碰到限位开关，伺服会自动停止，并报警，防止撞坏设备。所述人机控制面板包括触摸屏、控制模块、参数设置模块、监控模块、报警模块、影像模块，所述控制模块与PLC连接，所述参数设置模块与PLC连接，所述监控模块分别与所述X、Y、R轴伺服电机2、1、3、夹箱气缸、卷帘连接；通过人机控制面板手动控制各个电机和气缸；通过参数设置模块设置伺服及箱型参数；通过监测模块查看输入、输出及设备运行的状态信息；通过报警模块显示报警信息；通过影像模块显示设备运行动画场景。夹箱磁性开关是安装在夹箱气缸。
24、上的，用来检测夹箱气缸的动作有没有到位，每一组夹箱气缸都有两个磁性开关，分别检测是否夹到位和是否松到位。卷帘电机4是把接收箱子和释放箱子的装置，当两排卷帘都放下来后，就构成了一个平台，可以接收整层箱子，当两排卷帘都抽上去后，箱子在重力作用下就落下来。由于卷帘电机4是非伺服的，没有编码器反馈位置信息，所以就用接近开关来反馈推箱的几个特定位置，共有4个接近开关，分别检测前进到位、前进减速、后退减速和后退到位。0029 如图2、3所示，本发明单臂码垛机机器人控制系统的具体控制方法如下：101)通过人机控制面板初始化系统并等待；102)监测卷帘内是否有箱子，有则进入下一步，否则返回等待；103)夹箱气。
25、缸动作夹紧箱子，同时X轴伺服电机2前进；104)由夹箱磁性开关判断夹箱气缸是否到位，是则进入下一步，否则返回上一步；105)R轴伺服电机3旋转，Y轴伺服电机1升到所码层数的最高位，同时X轴伺服电机2前进；106)判断X、Y、R轴伺服电机2、1、3是否都到位，是则进入下一步，否则返回上一步；107)卷帘电机4动作升起收回卷帘，卷帘内的箱子下落；108)由卷帘接近开关判断卷帘电机4是否到位，是则进入下一步，否则返回；109)夹箱气缸松开；110)有夹箱磁性开关判断夹箱气缸是否松到位，是则进入下一步，否则返回上一步；111)X、Y、R轴伺服电机2、1、3同时复位。说 明 书CN 101973033 ACN 101973035 A 5/5页80030 通过人机控制面板控制X、Y、R轴伺服电机2、1、3同时协同工作，一次性的将箱子搬运到位然后进行码垛。单臂码垛机器人是应用于啤酒、饮料、食品包装等行业的对成层的箱子进行码垛的设备，相比传统的码垛机，本发明具有结构简单、速度快、成本低的优势。说 明 书CN 101973033 ACN 101973035 A 1/3页9图1图2说 明 书 附 图CN 101973033 ACN 101973035 A 2/3页10图3说 明 书 附 图CN 101973033 A。