專利名稱：一種桁架機器人分箱控制系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及桁架機器人，尤其是用于將輸送帶上的箱子分揀開來的系統(tǒng)及方法。
背景技術：
由于瓶裝水的需求量比較大，現(xiàn)有的瓶裝水的生產(chǎn)一般采用標準自動化生產(chǎn)，生 產(chǎn)規(guī)模效率高，且生產(chǎn)規(guī)模大。標準自動化生產(chǎn)瓶裝水的過程中，瓶裝水的排列以及分揀對 瓶裝水的生產(chǎn)效率有重大影響。瓶裝水的生產(chǎn)工藝一般包括空瓶的消毒、空瓶灌水、對每 一瓶瓶裝水包裝密封、將多個瓶裝水打包成箱、將箱子碼垛起來、存儲運輸。現(xiàn)有技術中的 “將箱子碼垛起來”包括轉箱、箱子編組、碼垛這幾個步驟，前面兩個工序是為碼垛做準備， 是這樣進行的一般有兩條以上的輸送帶作用輸送箱子用，輸送帶之間平行設置，每條輸送 帶上設有編組機構，對箱子的位置調整后使其變成大致呈一字排開并且聚集在輸送帶末端 的推箱平臺上，有幾條輸送帶就會在推箱平臺形成幾排的箱子，實際生產(chǎn)中，為了節(jié)省成本 和占地面積，一般只有兩條輸送帶，也就是說輸送帶的一次運輸，只能輸送兩排的箱子，為 了提高生產(chǎn)效率，需要多排的箱子才進行碼垛，所以現(xiàn)有技術中，推箱機構會先將到達的兩 排箱子推開，然后等待下一次的兩排箱子，當箱子積累到足夠多之后，推箱機構會將所有排 列好的箱子一起推導碼垛機處進行整體搬運。該種生產(chǎn)方式效率低，且在推箱機構與箱子 之間的碰撞比較大，容易發(fā)生爆瓶；轉箱、編組設備體積龐大、結構復雜、成本昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題之一是提供一種桁架機器人分箱控制系統(tǒng)，能夠提高 生產(chǎn)效率，且解決了傳統(tǒng)轉箱、編組設備體積龐大、結構復雜、成本昂貴的問題。本發(fā)明所要解決的技術問題之二是提供一種桁架機器人分箱控制方法，控制簡 單，操作簡便，解決了傳統(tǒng)轉箱、編組設備體積龐大、結構復雜、成本昂貴的問題。為解決上述技術問題之一，本發(fā)明的技術方案是一種桁架機器人分箱控制系統(tǒng)， 包括人機控制面板、輸送系統(tǒng)、抓取系統(tǒng)、推箱系統(tǒng)；
所述人機控制面板與輸送系統(tǒng)連接，人機控制面板依次通過PLC、伺服控制器后與抓取 系統(tǒng)連接，人機控制面板通過PLC與推箱系統(tǒng)連接；
所述輸送系統(tǒng)包括G軸伺服控制器、G軸伺服電機，所述G伺服軸電機與人機控制面板 連接，人機控制面板控制G伺服軸電機轉速；
所述抓取系統(tǒng)包括X軸伺服控制器、X軸伺服電機、X軸編碼器，所述伺服控制器信號依 次通過X軸伺服電機、X軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第一閉環(huán)控制系統(tǒng)；
所述抓取系統(tǒng)包括Y軸伺服控制器、Y軸伺服電機、Y軸編碼器，所述伺服控制器信號依 次通過Y軸伺服電機、Y軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第二閉環(huán)控制系統(tǒng)；
所述抓取系統(tǒng)包括Z軸伺服控制器、Z軸伺服電機、Z軸編碼器，所述伺服控制器信號依 次通過Z軸伺服電機、Z軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第三閉環(huán)控制系統(tǒng)；
所述抓取系統(tǒng)包括R軸伺服控制器、R軸伺服電機、R軸編碼器，所述伺服控制器信號依
4次通過R軸伺服電機、R軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第四閉環(huán)控制系統(tǒng)；
所述抓取系統(tǒng)包括抓手、編組氣缸、編組磁性開關，所述抓手與編組氣缸連接，所述編 組氣缸與PLC連接，所述編組磁性開關與編組氣缸連接；
所述推箱系統(tǒng)包括變頻器、推箱電機、推箱接近開關、光電開關，所述光電開關感應輸 送系統(tǒng)上的箱子，并將信號傳遞至推箱電機，所述推箱電機與人機控制面板連接；
所述G軸伺服電機用來控制箱子輸送方向運動，所述X軸電機用來控制抓手與箱子輸 送方向垂直的左右平移方向動作，所述Y軸電機用來控制與輸送方向平行的前后運動方向 動作，所述Z軸電機用來控制抓手升降運動，所述R軸電機用來控制抓手旋轉運動。作為改進，所述抓手包括左右夾子，所述編組氣缸包括左右編組氣缸，所述編組磁 性開關包括左右編組磁性開關；所述左右編組氣缸控制左右夾子運動。作為改進，所述X、Y、Z、R、G軸伺服電機上均設有限位開關，當伺服電機的運動碰 到限位開關，伺服會自動停止，并報警，防止撞壞設備。作為改進，所述人機控制面板包括觸摸屏、控制模塊、參數(shù)設置模塊、監(jiān)控模塊、報 警模塊、影像模塊，所述控制模塊與PLC連接，所述參數(shù)設置模塊與PLC連接，所述監(jiān)控模塊 分別與所述X、Y、Z、R、G軸伺服電機、推箱電機連接。通過人機控制面板手動控制各個電機 和氣缸；通過參數(shù)設置模塊設置伺服及箱型參數(shù)；通過監(jiān)測模塊查看輸入、輸出及設備運 行的狀態(tài)信息；通過報警模塊顯示報警信息；通過影像模塊顯示設備運行動畫場景。作為改進，設有遠程控制中心，所述遠程控制中心通過無線網(wǎng)絡與PLC連接。遠程 控制中心通過無線網(wǎng)絡獲取PLC信息，可以對PLC進行故障處理。為解決上述技術問題之二，本發(fā)明的技術方案是一種桁架機器人分箱控制方法， 包括人機控制面板、輸送系統(tǒng)、抓取系統(tǒng)、推箱系統(tǒng)；
所述人機控制面板與輸送系統(tǒng)連接，人機控制面板依次通過PLC、伺服控制器后與抓取 系統(tǒng)連接，人機控制面板通過PLC與推箱系統(tǒng)連接；
所述輸送系統(tǒng)包括G軸伺服控制器、G軸伺服電機，所述G伺服軸電機與人機控制面板 連接，人機控制面板控制G伺服軸電機轉速；
所述抓取系統(tǒng)包括X軸伺服控制器、X軸伺服電機、X軸編碼器、Y軸伺服控制器、Y軸 伺服電機、Y軸編碼器、Z軸伺服控制器、Z軸伺服電機、Z軸編碼器、R軸伺服控制器、R軸伺 服電機、R軸編碼器、抓手、編組氣缸、編組磁性開關；
所述推箱系統(tǒng)包括變頻器、推箱電機、推箱接近開關、光電開關。控制方法如下
101)通過人機控制面板初始化系統(tǒng)；
102)監(jiān)測是否有箱子運到，有則判斷抓手是否在原位；是則進入下一步，否則向人機 控制面板發(fā)出報警信息；
103)Y軸伺服電機前進，切入同步，同時Z軸伺服電機下降；
104)由Z軸編碼器判斷Z軸伺服電機是否到位，是則進入下一步，否則返回上一步；
105)編組氣缸控制抓手抓箱子；
106)由編組磁性開關判斷抓手是否抓到位，是則進入下一步，否則返回上一步；
107)Χ軸伺服電機平移、Y軸伺服電機前進、同時R軸伺服電機旋轉共同使抓手運動；
108)判斷所有伺服電機到位，是則進入下一步，否則返回；109)編組氣缸控制抓手松開，延時后，Z軸伺服電機帶動抓手上升；
110)判斷是否上升到位，是則進入下一步，否則返回上一步；
111)X、Y、R伺服電機同時復位。作為改進，所述抓手包括左右夾子，所述編組氣缸包括左右編組氣缸，所述編組磁 性開關包括左右編組磁性開關；所述左右編組氣缸控制左右夾子運動。作為改進，所述X、Y、Z、R、G軸伺服電機上均設有限位開關，當伺服電機的運動碰 到限位開關，伺服會自動停止，并報警，防止撞壞設備。作為改進，所述人機控制面板包括觸摸屏、控制模塊、參數(shù)設置模塊、監(jiān)控模塊、報 警模塊、影像模塊，所述控制模塊與PLC連接，所述參數(shù)設置模塊與PLC連接，所述監(jiān)控模塊 分別與所述X、Y、Z、R、G軸伺服電機、推箱電機連接。通過人機控制面板手動控制各個電機 和氣缸；通過參數(shù)設置模塊設置伺服及箱型參數(shù)；通過監(jiān)測模塊查看輸入、輸出及設備運 行的狀態(tài)信息；通過報警模塊顯示報警信息；通過影像模塊顯示設備運行動畫場景。作為改進，設有遠程控制中心，所述遠程控制中心通過無線網(wǎng)絡與PLC連接。遠程 控制中心通過無線網(wǎng)絡獲取PLC信息，可以對PLC進行故障處理。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比所帶來的有益效果是
通過人機控制面板控制X、Y、Z、R、G軸伺服電機同時協(xié)同工作，使箱子能夠一次性被分 揀到指定位置且完成轉箱，不需要更多的分揀設備，結構簡單，且能夠提高生產(chǎn)效率；
各種編碼器和限位開關的設置，可以有效的防止電機動作過度而產(chǎn)生的爆瓶、位置偏 差等不良影響；
設有遠程控制中心，可以對PLC進行故障處理。


圖1為本發(fā)明控制系統(tǒng)框架圖。圖2為電機狀態(tài)流程圖。圖3為本發(fā)明控制方法流程圖。圖4為本發(fā)明機械結構示意圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，一種桁架機器人分箱控制系統(tǒng)，包括人機控制面板、輸送系統(tǒng)、抓取 系統(tǒng)、推箱系統(tǒng)。所述人機控制面板與輸送系統(tǒng)連接，人機控制面板依次通過PLC、伺服控制 器后與抓取系統(tǒng)連接，人機控制面板通過PLC與推箱系統(tǒng)連接。如圖1、4所示，所述輸送系統(tǒng)包括G軸伺服控制器、G軸伺服電機5，所述G伺服軸 電機與人機控制面板連接，人機控制面板控制G伺服軸電機轉速。所述抓取系統(tǒng)包括X軸伺服控制器、X軸伺服電機1、X軸編碼器，所述伺服控制 器信號依次通過X軸伺服電機1、X軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第一閉環(huán)控制系 統(tǒng)；
所述抓取系統(tǒng)包括Y軸伺服控制器、Y軸伺服電機2、γ軸編碼器，所述伺服控制器信號 依次通過Y軸伺服電機2、Y軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第二閉環(huán)控制系統(tǒng)；所述抓取系統(tǒng)包括Z軸伺服控制器、Z軸伺服電機3、Z軸編碼器，所述伺服控制器信號 依次通過Z軸伺服電機3、Z軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第三閉環(huán)控制系統(tǒng)；
所述抓取系統(tǒng)包括R軸伺服控制器、R軸伺服電機4、R軸編碼器，所述伺服控制器信號 依次通過R軸伺服電機4、R軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第四閉環(huán)控制系統(tǒng)。所述抓取系統(tǒng)包括抓手7、編組氣缸、編組磁性開關，所述抓手與編組氣缸連接，所 述編組氣缸與PLC連接，所述編組磁性開關與編組氣缸連接；所述抓手包括左右夾子，所述 編組氣缸包括左右編組氣缸，所述編組磁性開關包括左右編組磁性開關；所述左右編組氣 缸控制左右夾子運動。所述推箱系統(tǒng)包括變頻器、推箱電機6、推箱接近開關，光電開關，所述光電開關感 應輸送系統(tǒng)上的箱子，并將信號傳遞至推箱電機6，所述推箱電機6與人機控制面板連接。所述伺服控制器接收PLC的控制信號后，控制伺服電機動作，同時通過接收電機 上編碼器反饋的信號進行位置校正，構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)伺服電機的快速運動與 精確定位，具體包括下面幾個伺服控制器
X軸伺服控制器用來控制與輸送方向垂直的左右平移方向動作的，對每一箱來說，它 在X軸方向的位置可能都不一樣，這個是參數(shù)設置里的碼箱方式?jīng)Q定的。Y軸伺服控制器用來控制與輸送方向平行的前后運動方向動作的。Z軸伺服控制器用來控制抓手升降運動的，它有兩個停止位置，一個 是在上面，等待位，一個是在下面，抓箱位。R軸伺服控制器用來控制抓手旋轉運動的，它有兩個停止位置，一個 是原位位置，一個是旋轉90度后的位置，是否需要旋轉是由參數(shù)設置里 的碼箱方式?jīng)Q定的。G軸伺服控制器即抓手下的輸送帶，這個電機決定整機的速度，當它的速度提高 時，其他伺服電機的動作速度也根據(jù)一定的比例關系同時提高。所述G軸伺服電機5用來控制箱子輸送方向運動，所述X軸伺服電機1用來控制 抓手與箱子輸送方向垂直的左右平移方向動作，所述Y軸伺服電機2用來控制與輸送方向 平行的前后運動方向動作，所述Z軸伺服電機3用來控制抓手升降運動，所述R軸伺服電機 4用來控制抓手旋轉運動。PLC接收來自人機控制面板或遠程控制中心的輸入信號，通過內(nèi)部CPU的運算，產(chǎn) 生輸出，控制編組氣缸、推箱電機6、各個方向運動的伺服電機等執(zhí)行機構的動作。所述X、 Y、Z、R、G軸伺服電機1、2、3、4、5上均設有限位開關，當伺服電機的運動碰到限位開關，伺服 會自動停止，并報警，防止撞壞設備。所述人機控制面板包括觸摸屏、控制模塊、參數(shù)設置模 塊、監(jiān)控模塊、報警模塊、影像模塊，所述控制模塊與PLC連接，所述參數(shù)設置模塊與PLC連 接，所述監(jiān)控模塊分別與所述X、Y、Z、R、G軸伺服電機1、2、3、4、5、推箱電機6連接；通過人 機控制面板手動控制各個電機和氣缸；通過參數(shù)設置模塊設置伺服及箱型參數(shù)；通過監(jiān)測 模塊查看輸入、輸出及設備運行的狀態(tài)信息；通過報警模塊顯示報警信息；通過影像模塊 顯示設備運行動畫場景。編組磁性開關是安裝在編組氣缸上的，用來檢測編組氣缸的動作 有沒有到位，每一組氣缸都有兩個磁性開關，分別檢測是否夾到位和是否松到位。由于推箱 電機6是非伺服的，沒有編碼器反饋位置信息，所以就用這些接近開關來反饋推箱的幾個 特定位置，共有4個接近開關，分別檢測前進到位、前進減速、后退減速和后退到位。
如圖2、3所示，本發(fā)明桁架機器人分箱控制系統(tǒng)的具體控制方法如下
101)通過人機控制面板初始化系統(tǒng)；
102)監(jiān)測是否有箱子運到，有則判斷抓手是否在原位；是則進入下一步，否則向人機 控制面板發(fā)出報警信息；
103)Y軸伺服電機2前進，切入同步，同時Z軸伺服電機3下降；
104)由Z軸編碼器判斷Z軸伺服電機3是否到位，是則進入下一步，否則返回上一步；
105)編組氣缸控制抓手抓箱子；
106)由編組磁性開關判斷抓手是否抓到位，是則進入下一步，否則返回上一步；
107)X軸伺服電機1平移、Y軸伺服電機2前進、同時R軸伺服電機4旋轉共同使抓手 運動；
108)判斷所有伺服電機到位，是則進入下一步，否則返回；
109)編組氣缸控制抓手松開，延時200毫秒后，Z軸伺服電機3帶動抓手上升；
110)判斷是否上升到位，是則進入下一步，否則返回上一步；
111)X、Y、R伺服電機1、2、4同時復位。通過人機控制面板控制X、Y、Z、R、G軸伺服電機1、2、3、4、5同時協(xié)同工作，使箱子 能夠一次性被分揀到指定位置，不需要更多的分揀設備，結構簡單，且能夠提高生產(chǎn)效率。
權利要求
一種桁架機器人分箱控制系統(tǒng)，其特征在于包括人機控制面板、輸送系統(tǒng)、抓取系統(tǒng)、推箱系統(tǒng)；所述人機控制面板與輸送系統(tǒng)連接，人機控制面板依次通過PLC、伺服控制器后與抓取系統(tǒng)連接，人機控制面板通過PLC與推箱系統(tǒng)連接；所述輸送系統(tǒng)包括G軸伺服控制器、G軸伺服電機，所述G伺服軸電機與人機控制面板連接，人機控制面板控制G伺服軸電機轉速；所述抓取系統(tǒng)包括X軸伺服控制器、X軸伺服電機、X軸編碼器，所述伺服控制器信號依次通過X軸伺服電機、X軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第一閉環(huán)控制系統(tǒng)；所述抓取系統(tǒng)包括Y軸伺服控制器、Y軸伺服電機、Y軸編碼器，所述伺服控制器信號依次通過Y軸伺服電機、Y軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第二閉環(huán)控制系統(tǒng)；所述抓取系統(tǒng)包括Z軸伺服控制器、Z軸伺服電機、Z軸編碼器，所述伺服控制器信號依次通過Z軸伺服電機、Z軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第三閉環(huán)控制系統(tǒng)；所述抓取系統(tǒng)包括R軸伺服控制器、R軸伺服電機、R軸編碼器，所述伺服控制器信號依次通過R軸伺服電機、R軸編碼器后回饋到伺服控制器中，形成第四閉環(huán)控制系統(tǒng)；所述抓取系統(tǒng)包括抓手、編組氣缸、編組磁性開關，所述抓手與編組氣缸連接，所述編組氣缸與PLC連接，所述編組磁性開關與編組氣缸連接；所述推箱系統(tǒng)包括推箱電機、推箱接近開關，光電開關，所述光電開關感應輸送系統(tǒng)上的箱子，并將信號傳遞至推箱電機，所述推箱電機與人機控制面板連接；所述G軸伺服電機用來控制箱子輸送方向運動，所述X軸電機用來控制抓手與箱子輸送方向垂直的左右平移方向動作，所述Y軸電機用來控制與輸送方向平行的前后運動方向動作，所述Z軸電機用來控制抓手升降運動，所述R軸電機用來控制抓手旋轉運動。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種桁架機器人分箱控制系統(tǒng)，其特征在于所述抓手包括 左右夾子，所述編組氣缸包括左右編組氣缸，所述編組磁性開關包括左右編組磁性開關；所 述左右編組氣缸控制左右夾子運動。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種桁架機器人分箱控制系統(tǒng)，其特征在于所述X、Y、Z、R、 G軸伺服電機上均設有限位開關。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種桁架機器人分箱控制系統(tǒng)，其特征在于所述人機控制 面板包括觸摸屏、控制模塊、參數(shù)設置模塊、監(jiān)控模塊、報警模塊、影像模塊，所述控制模塊 與PLC連接，所述參數(shù)設置模塊與PLC連接，所述監(jiān)控模塊分別與所述X、Y、Z、R、G軸伺服 電機、推箱電機連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種桁架機器人分箱控制系統(tǒng)，其特征在于設有遠程控制 中心，所述遠程控制中心通過無線網(wǎng)絡與PLC連接。
6.一種桁架機器人分箱控制方法，其特征在于包括人機控制面板、輸送系統(tǒng)、抓取系 統(tǒng)、推箱系統(tǒng)；所述人機控制面板與輸送系統(tǒng)連接，人機控制面板依次通過PLC、伺服控制器后與抓取 系統(tǒng)連接，人機控制面板通過PLC與推箱系統(tǒng)連接；所述輸送系統(tǒng)包括G軸伺服控制器、G軸伺服電機，所述G伺服軸電機與人機控制面板 連接，人機控制面板控制G伺服軸電機轉速；所述抓取系統(tǒng)包括X軸伺服控制器、X軸伺服電機、X軸編碼器、Y軸伺服控制器、Y軸伺服電機、Y軸編碼器、Z軸伺服控制器、Z軸伺服電機、Z軸編碼器、R軸伺服控制器、R軸伺 服電機、R軸編碼器、抓手、編組氣缸、編組磁性開關；控制方法如下101)通過人機控制面板初始化系統(tǒng)；102)監(jiān)測是否有箱子運到，有則判斷抓手是否在原位；是則進入下一步，否則向人機 控制面板發(fā)出報警信息；103)Y軸伺服電機前進，切入同步，同時Z軸伺服電機下降；104)由Z軸編碼器判斷Z軸伺服電機是否到位，是則進入下一步，否則返回上一步；105)編組氣缸控制抓手抓箱子；106)由編組磁性開關判斷抓手是否抓到位，是則進入下一步，否則返回上一步；107)Χ軸伺服電機平移、Y軸伺服電機前進、同時R軸伺服電機旋轉共同使抓手運動；108)判斷所有伺服電機到位，是則進入下一步，否則返回；109)編組氣缸控制抓手松開，延時后，Z軸伺服電機帶動抓手上升；110)判斷是否上升到位，是則進入下一步，否則返回上一步；111)X、Y、R伺服電機同時復位。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種桁架機器人分箱控制方法，其特征在于所述X、Y、Z、R、 G軸伺服電機上均設有限位開關。
8.根據(jù)權利要求6所述的一種桁架機器人分箱控制方法，其特征在于所述抓手包括 左右夾子，所述編組氣缸包括左右編組氣缸，所述編組磁性開關包括左右編組磁性開關；所 述左右編組氣缸控制左右夾子運動。
9.根據(jù)權利要求6所述的一種桁架機器人分箱控制方法，其特征在于所述人機控制 面板包括觸摸屏、控制模塊、參數(shù)設置模塊、監(jiān)控模塊、報警模塊、影像模塊，所述控制模塊 與PLC連接，所述參數(shù)設置模塊與PLC連接，所述監(jiān)控模塊分別與所述X、Y、Z、R、G軸伺服 電機、推箱電機連接。
10.根據(jù)權利要求6所述的一種桁架機器人分箱控制方法，其特征在于設有遠程控制 中心，所述遠程控制中心通過無線網(wǎng)絡與PLC連接。
全文摘要
一種桁架機器人分箱控制系統(tǒng)及方法，包括人機控制面板、輸送系統(tǒng)、抓取系統(tǒng)、推箱系統(tǒng)；所述人機控制面板與輸送系統(tǒng)，人機控制面板依次通過PLC、伺服控制器后與抓取系統(tǒng)連接，人機控制面板通過PLC與推箱系統(tǒng)連接；所述輸送系統(tǒng)包括G軸伺服電機，所述G伺服軸電機與人機控制面板連接，人機控制面板控制G伺服軸電機轉速。通過人機控制面板控制X、Y、Z、R、G軸伺服電機同時協(xié)同工作，使箱子能夠一次性被分揀到指定位置且根據(jù)需要完成轉箱，不需要更多的分揀設備，結構簡單，且能夠提高生產(chǎn)效率。
文檔編號B65G47/92GK101920846SQ20101027449
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權日2010年9月7日
發(fā)明者劉遠強, 張凱, 郭偉越 申請人:廣州市萬世德包裝機械有限公司