一种自动物料装车机械臂控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自动物料装车机械臂控制系统，包括传感装置、控制模块、执行机构、编辑及显示系统，用于控制装车机械臂自动将物料进行装车；同时，本发明专利技术还提供上述机械臂控制系统的控制方法，用于实现机械臂从物料的进入、输送到自动装车，只需要人工输入需要的物料装车总量或者总体积，机械臂可通过上述控制方法，自动进行运算装车，完成后自动停止装车，实现了完全的自动化和智能化。与现有技术相比，本发明专利技术采用伺服驱动机构提供驱动力，并采用NC闭环控制程序控制所有的直线行程，信息处理采用先进的EPC控制器进行控制，实现了us级的响应周期，同时支持计算机高级语言，解决了传统PLC无法实现的快速在环控制，实现了多轴级联动控制的工艺算法，解决了现有技术的控制算法中存在的响应周期慢，处理联动轴数少的局限性。

Automatic material loading mechanical arm control system and control method thereof

The invention discloses an automatic material loading manipulator control system, including control module, sensor, actuator, edit and display system, used to control the loading arm automatic the material loading; at the same time, the invention also provides a control method of the manipulator control system, for the realization of the robotic arm from the material into, delivery to the automatic loading, only need to manually enter the required materials or the total volume of the total loading, the mechanical arm can be through the control method, automatic loading operation, automatic stop loading is completed, the end of the full automation and intelligent. Compared with the prior art, the invention adopts the servo driving mechanism provides a driving force and the NC closed-loop control range to control all the information processing using advanced EPC controller to control the implementation of the response cycle US level, while supporting the advanced computer language, to solve the traditional PLC can not be achieved in the implementation of fast loop control. The process of multi axis linkage control algorithm, to solve the existence of periodic response control algorithm of existing technology in the slow processing limitations of less number of axes.

【技术实现步骤摘要】
一种自动物料装车机械臂控制系统及其控制方法
本专利技术涉及机械设备自动控制系统领域，尤其涉及用于控制自动装车、自动堆垛机械设备的系统和控制方法领域，具体的说，是一种自动物料装车机械臂控制系统及其控制方法。
技术介绍
随着工业化生产的推进和革新，现有的工业产品生产的效率非常高，为了进一步的匹配当前高效率的物料生产和运输，在物料的装车运输过程中，机械化设备逐渐的替代原始的人工搬运。且现有技术中已经存在多种能够自主实现物料装车的机械臂，但由于用于盛装物料的车厢尺寸、物料外形尺寸有所差异，因此，现有的机械臂在进行物料自动装车的过程中容易出现物料堆垛不整齐，需要人工在堆垛过程中进行微调和修正，以避免装车过程中出现漏装、叠装以及物料排列间隙大，空间占用不足的问题。同时，现有的装车机器人多采用分段式程序控制，即在物料装车过程中，会依赖人工的找准、计算和控制才能实现装车。例如现有的三臂夹持式堆垛机械臂用于物料装车时，针对不同的车箱容积量和尺寸在装车前必须依赖人工将机械臂的初始定位新型进行找准和定位，然后向用于机械臂装车的对应程序进行注入实现装车；另一方面，现有的堆垛或者装车机械臂均为固定式转动多臂铰接机械臂，其安装的底座必须是稳定固定在地面的，物料在运送前只能是在指定的区域，否则无法实现自动夹持，存在物料夹持的局限问题；另一方面，由于多臂铰接式的长度有限，存在无法进行大型货箱装车问题且物料的堆垛高度非常有限，如果对于现有的半挂车货箱为例，必须要反复的移动车辆，并且在堆垛物料的铰接处需要人工进行物料搬运，克服堆垛不齐的问题；由此，还会带来人力投入增大，装车周期长的问题。因此，现有的机械臂或者机器人受到设备本身结构和控制系统的局限，在物料装车领域智能化程度不高，无法实现自主装车；另一方面，夹持式的机械臂或者机器人不能适用于对于纸箱包装的物料，存在损坏包装的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自动物料装车机械臂控制系统用于解决现有技术中存在的系统集成化、智能化不高，在物料装车过程中针对不同的车箱不能完全自主判断和修正并完成装车，依然存在需要人工进行干预和调整，导致装车效率低，堆垛效果不好的问题；同时，针对超长车箱还需要移动车辆进行多次对接堆垛，故而在局限区域就无法实现装车问题。本专利技术还提供一种用于控制上述机械臂控制系统的控制方法，用于精准的检测、计算和控制所述机械臂进行全自动的装车，并且能够自动计算处最佳的装车顺序和排列方式，实用与不同尺寸、不同长度、不同深度和宽度的车箱，解决现有的装配方法不智能的问题，从而避免因装车不齐导致的需要人工进行修正，费时，费力的问题。为了解决上述技术问题，提高物料装车的自动化，智能化，减小人工投入，提高装车效率，本专利技术通过下述技术方案实现：一种自动物料装车机械臂控制系统，包括传感装置：分别安装在机械臂下料端头的下料箱上的四个侧面和底面用于传感装料车辆与所述传感装置的直线距离；控制模块：与所述传感装置连接的用于接收、对比、运算、记录和控制信号输出；执行机构：与所述控制模块连接并执行所述控制模块输出的信号；检测装置：安装在所述执行机构上并与所述控制模块连接，用于反馈所述执行机构的实际位置；编辑及显示系统：与所述控制模块连接的用于接收、显示和播报人工输入的物料装配信息和设备工作状态信息。为了进一步明确并提高所述传感装置的精度，缩短反应时间周期，优选地，本专利技术特别采用下述结构，所述传感装置包括安装在下料箱靠近所述机械臂一侧的第一传感器、与第一传感器所在面对应面上安装的第三传感器、安装在底部的第五传感器，以及安装在沿物料输送方向左侧的第四传感器和右侧的第二传感器，且上述传感器均为红外线距离传感器。为了进一步明确并提高所述执行机构的精度，缩短反应时间周期，以及执行机构的稳定性，优选地，本专利技术特别采用下述结构，所述执行机构包括用于驱动机械臂纵向来回移动的第一伺服驱动单元、用于驱动机械臂横向来回移动的第二伺服驱动单元、用于驱动机械臂旋转摆动的第三伺服驱动单元、用于驱动下料箱相对于机械臂水平伸缩的第四伺服驱动单元、用于驱动下料箱水平转动的第五伺服驱动单元、用于驱动下料箱横向滚动的第六伺服驱动单元、用于驱动下料箱进行下料的伸缩气缸，以及用于将物料与下料箱基准侧对齐的电动推板。优选地，所述检测装置包括用于检测机械臂纵向移动位移量的第一位置传感器和用于检测机械臂横向移动位移量的第二位置传感器。优选地，所述控制模块为EPC控制器。一种自动物料装车机械臂控制系统的控制方法，通过上述控制系统实现物料的自动装车堆垛，具体包括如下步骤：(一)所述控制系统自检，并在显示系统上显示控制系统状态；(二)用户通过编辑系统输入物料数据信息，所述物料数据信息包括物料的单个外形尺寸、重量以及所需物料总量信息；(三)所述机械臂带动下料箱沿着车箱轴线方向做直线水平移动和竖直直线运动，通过传感装置获取的车箱各个位置的长宽高信息获得车箱容积数据并记录在控制模块中；(四)控制模块通过将步骤(二)中的物料数据信息与步骤(三)中获取的车箱容积数据进行逻辑运算，获得物料装车的排列顺序和装车数量；(五)控制模块通过步骤(三)获取的车箱长宽信息确定车箱长度方向的中轴线并通过执行机构移动和调整机械臂使机械臂长度方向的中轴线投影与所述车箱长度方向的中轴线对齐重合，控制模块记录为起始位置；(六)控制模块按照步骤(四)中所述的排列顺序向执行机构发送装车指令，通过执行机构驱动机械臂和下料箱将物料进行依次装车，直到物料装车数量等于步骤(二)中输入的物料总量信息，控制模块自动停止发送装车指令并自动回到步骤(五)中所述的起始位置。为了更好的实现本专利技术，优选地，所述步骤(三)中的车箱长宽高信息获取具体为：所述机械臂带动下料箱沿着车箱轴线方向做直线水平移动，直到第一传感器或者第三传感器传感的距离值等于控制模块设定的安全距离值时停止动作；同时机械臂带动下料箱沿竖直方向做直线运动，直到第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器均出现检测距离数据无效时时停止动作，并记录每一个传感器第一次出现传感距离数据无效时第五传感器所传感的距离值，作为对应车箱侧面的最高栏板高度；车箱长度值等于所述第一传感器传感的直线距离、第三传感器传感的直线距离与下料箱的宽度数值之和；车箱宽度值等于所述第二传感器传感的直线距离、第四传感器传感的直线距离与下料箱的长度数值之和；车箱高度值等于所述第五传感器传感的直线距离。为了更好的实现本专利技术，优选地，所述排列顺序为物料在车箱中采用横向盛装或者纵向盛装中单层排列物料数量的最大值，逐行逐层堆垛装车且相邻两行物料堆垛之间的堆垛顺序相反进行。为了更好的实现本专利技术，优选地，所述步骤(五)中起始位置的确定具体包括以下步骤：5.1下料箱首先移动到车箱一端，EPC控制器分别记录该时刻第二传感器获取的下料箱距离车箱的直线距离L2和第四传感器获取的下料箱距离车箱的直线距离L3；5.2下料箱移动到车箱另一端，EPC控制器分别记录该时刻第二传感器获取的下料箱距离车箱的直线距离L4和第四传感器获取的下料箱距离车箱的直线距离L5；5.3通过对比ΔL1＝L2-L3与ΔL2＝L4-L5的数值关系获得车箱沿长度方向的中轴线与机械臂中轴线的投影之间的关系，EPC控制器向第三伺服驱动单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动物料装车机械臂控制系统，其特征在于，包括传感装置：分别安装在机械臂(3)下料端头的下料箱(4)上的四个侧面和底面用于传感装料车辆与所述传感装置的直线距离；控制模块：与所述传感装置连接的用于接收、对比、运算、记录和控制信号输出；执行机构：与所述控制模块连接并执行所述控制模块输出的信号；检测装置：安装在所述执行机构上并与所述控制模块连接，用于反馈所述执行机构的实际位置；编辑及显示系统：与所述控制模块连接的用于接收、显示和播报人工输入的物料装配信息和设备工作状态信息。

【技术特征摘要】
2016.10.20 CN 20161091419981.一种自动物料装车机械臂控制系统，其特征在于，包括传感装置：分别安装在机械臂(3)下料端头的下料箱(4)上的四个侧面和底面用于传感装料车辆与所述传感装置的直线距离；控制模块：与所述传感装置连接的用于接收、对比、运算、记录和控制信号输出；执行机构：与所述控制模块连接并执行所述控制模块输出的信号；检测装置：安装在所述执行机构上并与所述控制模块连接，用于反馈所述执行机构的实际位置；编辑及显示系统：与所述控制模块连接的用于接收、显示和播报人工输入的物料装配信息和设备工作状态信息。2.根据权利要求1所述的一种自动物料装车机械臂控制系统，其特征在于，所述传感装置包括安装在下料箱(4)靠近所述机械臂(3)一侧的第一传感器(201)、与第一传感器(201)所在面对应面上安装的第三传感器(203)、安装在底部的第五传感器(205)，以及安装在沿物料输送方向左侧的第四传感器(204)和右侧的第二传感器(202)，且上述传感器均为红外线距离传感器。3.根据权利要求2所述的一种自动物料装车机械臂控制系统，其特征在于，所述执行机构包括用于驱动机械臂纵向来回移动的第一伺服驱动单元(101)、用于驱动机械臂横向来回移动的第二伺服驱动单元(102)、用于驱动机械臂旋转摆动的第三伺服驱动单元(103)、用于驱动下料箱(4)相对于机械臂(3)水平伸缩的第四伺服驱动单元(104)、用于驱动下料箱(4)水平转动的第五伺服驱动单元(105)、用于驱动下料箱(4)横向滚动的第六伺服驱动单元(106)、用于驱动下料箱(4)进行下料的伸缩气缸(107)，以及用于将物料与下料箱基准侧对齐的电动推板(108)。4.根据权利要求3所述的一种自动物料装车机械臂控制系统，其特征在于，所述检测装置包括用于检测机械臂(3)纵向移动位移量的第一位置传感器(302)和用于检测机械臂(3)横向移动位移量的第二位置传感器(303)。5.根据权利要求4所述的一种自动物料装车机械臂控制系统，其特征在于，所述控制模块为EPC控制器。6.根据权利要求5所述的一种自动物料装车机械臂控制系统的控制方法，通过上述控制系统实现物料的自动装车堆垛，其特征在于，具体包括如下步骤：(一)所述控制系统自检，并在显示系统上显示控制系统状态；(二)用户通过编辑系统输入物料数据信息，所述物料数据信息包括物料的单个外形尺寸、重量以及所需物料总量信息；(三)所述机械臂(3)带动下料箱(4)沿着车箱轴线方向做直线水平移动和竖直直线运动，通过传感装置获取的车箱各个位置的长宽高信息获得车箱容积数据并记录在控制模块中；(四)控制模块通过将步骤(二)中的物料数据信息与步骤(三)中获取的车箱容积数据进行逻辑运算，获得物料装车的排列顺序和装车数量；(五)控制模块通过步骤(三)获取的车箱长宽信息确定车箱长度方向的中轴线并通过执行机构移动和调整机械臂(3)使机械臂(3)长度方向的中轴线投影与所述车箱长度方向的中轴线对齐重合，控制模块记录为起始位置；(六)控制模块按照步骤(四)中所述的排列顺序向执行机构发送装车指令，通过执行机构驱动机械臂(3)和下料箱(4)将物料进行依次装车，直到物料装车数量等于步骤(二)中输入的物料总量信息，控制模块自动停止发送装车指令并自动回到步骤(五)中所述的起始位置。7.根据权利要求6所述的一种自动物料装车机械臂控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(三)中的车箱长宽高信息获取具体为：所述机械臂(3)带动下料箱(4)沿着车箱轴线方向做直线水平移动，直到第一传感器(201)或者第三传感器(203)传感的距离值等于控制模块设定的安全距离值时停止动作；同时机械臂(3)带动下料箱(4)沿竖直方向做直线运动，直到第一传感器(201)、第二传感器(202)、第三传感器(203)和第四传感器(204)均出现检测距离数据无效时时停止动作，并记录每一个传感器第一次出现传感距离数据无效时第五传感器(205)所传感的距离值，作为对应车箱侧面的最高栏板高度；车箱长度值等于所述第一传感器(201)传感的直线距离、第三传感器(203)传感的直线距离与下料箱(4)的宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建军，
申请(专利权)人：绵阳蓝奥重型机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51