一种柔性的自动抓取设备控制方法与流程

发明属于工业自动化领域，具体涉及一种柔性的自动抓取设备控制方法。

背景技术：

国内外在高频表面热处理技术上的研究做了大量的工作，有对普通标准件的高频表面热处理研究，也有对复杂形状零件的高频表面热处理研究，但主要是针对单件大批量的专用设备的研究，针对可同时适应多品种、小批量的小型航天零部件的自动化高频表面热处理设备研究不多。在现阶段，针对具有多品种、小批量、尺寸较小等特点的产品的高频表面热处理工艺，多采用双人配合的方式，通过手持夹具夹取零件、眼睛以颜色判定温度、手动启停高频加热设备、手动启停水管冷却设备等操作来实现。

使用手持夹具夹取产品进高频淬火线圈进行热处理，不仅对操作者的经验要求高、体力消耗大；使用过程中产生的电磁辐射，会影响操作者身体健康；夹具的热传导性，可能会误伤操作者。同时，淬火温度由眼睛观察产品表面颜色判定，产品热性能一致性差。综上所述，双人配合对零件进行高频表面热处理的流程的可变因素多，导致零件的主要工艺指标的执行情况不一。本发明的目的旨在改善具有多品种、小批量、尺寸较小等特点的产品的高频表面热处理工艺，去掉影响热处理性能一致性的手工化操作，解决经验依赖性大、产品一致性差、操作过程的安全等问题，实现产品热处理的自动化操作。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种产品一致性好、操作过程安全、改善表面热处理工艺的柔性的自动抓取设备控制方法。

本发明的技术方案为：

一种柔性的自动抓取设备控制方法，控制系统控制机械系统进行抓取并按照一定轨迹移动，一定轨迹移动经过空间坐标点；空间坐标点能够在控制系统主控制器中标定，空间坐标点和默认空间坐标点相结合的闭环轨迹循环控制，能够实现淬火中的抓取手动作。

为实现不同类型零件的表面热处理工艺流程，操作者需在三轴滑台行程区域内标定6个空间坐标点，主控制器内部计算6个空间坐标点的相对距离后，通过伺服控制器驱动伺服电机，控制三轴滑台在x、y、z三个方向上都以恒定的速度走完相对距离,达到顺序走完6个标定点的目的。

包括以下步骤：

1、根据产品外形和重量，装配不同的抓取手。

2、通过手持触摸屏输入托盘工装上矩阵摆放的零件间x和y方向的距离(x和y)、x方向零件的数量nx和y方向零件的数量ny。

3、使用手持触摸屏输入不同零件产品的淬火时间。

4、标定本批次淬火零件的空间定位，共包括6个坐标点。

以下全部由操作者通过手持触摸屏操作，并通过点击触摸屏上相应按钮完成坐标确认工作。确认后，伺服控制器将电机转动圈数和速度传输到主控制器，主控制器计算处理后，完成数据保存，成为自动控制淬火流程的运行轨迹关键性指标。

一定轨迹移动的步骤还包括：

a.点击复位按钮，使机械系统数控滑台回到初始坐标点；

b.点击数据清零按钮使主控制器内数据归零；

c.控制抓取手运动到托盘中起始零件前方，确认第一坐标点，第一坐标点为(01x01y01z)；

d.控制抓取手抓取零件，确认第二坐标点；

e.控制抓取手运动到线圈旁，确认第三坐标点；

f.将线圈旁抓取手运动到线圈位置的垂直上方或下方，确认第四坐标点；

g.控制抓取手让零件需要进行表面热处理的部位处于线圈正中心，确认第五坐标点。

h.控制抓取手让零件需冷却的部位伸入下方冷却装置，确认第六坐标点。

5、完成定位后，控制抓取手由第六坐标点退至第四坐标点，并经由第三坐标点，退至初始坐标点。

6、操作者点击触摸屏的自动按钮，抓取手按照定位点规定的轨迹初始坐标点00-第一坐标点01-第二坐标点02-第三坐标点03-第四坐标点04-第五坐标点05-第六坐标点06-第四坐标点04-第三坐标点03-初始坐标点00循环往复完成零件淬火工艺流程。其中，第一坐标点01点的坐标为变动坐标，即第一坐标点01点坐标为

((1、2…(nx-1))*x+01x01y01z)

((1、2…(nx-1))*x+01x1*y+01y01z)

((1、2…(nx-1))*x+01x2*y+01y01z)

.

.

.

((1、2…(nx-1))*x+01x(ny-1)*y+01y01z)

7、在第五坐标点05位置处，抓取手按照设定的淬火时间停留完成零件淬火。

8、第五坐标点05位置到第六坐标点06位置为工艺的关键指标位置，从淬火完成到冷却装置24进行冷却的移动时间不允许超过2s，在关键指标位置处，我们将冷却装置24放置于线圈31的正下方，即影响淬火到冷却的时间的关键指标为线圈到冷却装置24的z轴垂直距离和z周伺服电机转速。其中电机转速可由触摸屏进行设置，z轴垂直距离由激光测距仪标定后，传输至主控制器经计算后，给出移动时间为操作者进行参考，当时间超过2s时，进行报警处理。此时需人工确认操作后，才可进行下一步操作。

进一步地，自动抓取设备由控制系统、机械系统组成；机械系统由安装框架、三轴滑台、抓取手、冷却装置、托盘、安装底板组成。控制系统由控制柜(内有主控制器、伺服控制器、连接器组、转换电源组等)、手持触摸屏、执行装置(光电开关、伺服电机、舵机)组成。

进一步地，抓取手为夹取工装，抓取工作为替换型夹取工装，具体为齿轮传动型夹取工装、带托盘型夹取工装中的一种。采用舵机外置型的电动夹手，并配以不同的抓取工装来抓取零件产品。对于短轴类零件，采用齿轮传动型夹取工装；对于齿轮类零件，采用带托盘型夹取工装。从而实现产品不同的淬火工艺流程，并扩大舵机的抓取重量范围，减少电动夹手工装替换的次数。

进一步的，托盘为可替换工装，穿过安装框架预留的2个定位柱，固定在安装框架上，托盘内零件以矩阵形式排列，摆放方向与三轴滑台x和y方向平行。

进一步的，冷却装置布置在线圈下方，包括水冷及油冷两种，采用冷却介质循环流动冷却方式，对抓取手放入其中的零件进行冷却。

进一步的，光电开关布置在数控滑台导轨的两端，为滑台提供归位(即初始坐标点00)和限位信号。

进一步的，机械系统的安装框架通过安装底板固定在表面热处理设备自动升降台的托盘上，平台安装底板为带有螺纹孔的圆形平板，通过螺纹与自动升降台螺接固定，底板上开有长条孔，实现任意方向上安装位置可调。

进一步的，安装框架采用插槽式结构，方便在z轴方向上与升降台配合调整表面热处理线圈与三轴滑台的距离。

进一步的，三轴滑台由丝杆、滑块、导轨、导向杆等构成，抓取机构安装于z轴方向导轨的最下方，三轴滑台通过横梁结构与框架固定。

进一步的，伺服电机安装在三轴滑台导轨的两端，在y轴方向选用双轨道方案，通过控制两电机同步旋转，带动丝杆转动，实现滑块在y轴方向上的同步进给运动。

本发明的有益效果为：

①可替换工装(抓取手和托盘)的设计，结合空间标定运行轨迹关键坐标点，和默认空间坐标点相结合的闭环轨迹循环控制方法，非常适合具有多品种、小批量、尺寸较小等特点的零件产品，进行自动化高频淬火。

②关键指标的警示功能，提高淬火工艺的可靠度。

③采用反馈控制模式，时刻监控电机的转速和运行圈数，提高流程的精确度，保证操作的安全性。

④用自动化错作替换掉影响热处理性能一致性的手工化操作，降低工作难度、提高工作效率。

附图说明

图1为本发明一种柔性的自动抓取设备应用示意图。

图2为本发明一种柔性的自动抓取设备自动控制流程图。

图3为本发明机械系统中三轴滑台放大示意图。

图4为本发明可替换的抓取工装示意图。

其中：控制柜1，机械系统2，三轴滑台21，安装框架22，托盘23，冷却装置24，升降机平台3，线圈31，伺服电机11。

具体实施方式

如图1所示，一种柔性的自动抓取设备由控制系统、机械系统2组成。机械系统2通过安装底板固定于淬火设备的升降机平台3。如图3所示，机械系统2主体由三轴滑台21和安装框架22组成，安装框架22采用插槽式结构，三轴滑台21通过螺钉固定于安装框架22的合适的插槽位置，此位置可依据淬火零件的外形尺寸进行相应更改。托盘23通过安装框架预留的安装柱，固定于安装框架22上。

其中抓取手为可替换工装，采用外置的舵机为抓手提供抓取力，并配以不同的抓取工装来抓取零件产品，对于短轴类零件，采用如图3所示的夹取工装；对于齿轮类零件，采用带托盘的夹取工装。

控制系统主体由控制柜1和执行装置组成。

控制柜1内布置有主控制器、伺服电机控制器、ac/dc转换电源，柜外设置有手持式触摸屏安装座、万向移动轮，采用四面可拆卸的拼装结构，节省安装空间。通过防插错的连接器组为执行装置提供电能并进行数据传输。

如图3所示，伺服电机11和光电开关装配于三轴滑台21的两端，在三轴滑台21负荷力最大的y轴方向选用双轨道方案，选用两个伺服电机同步运行为机械运动提供y向推动力。光电开关为系统提供归位(即空间坐标点00)和限位信号，滑台上线缆采用履带坦克链进行走线设计。

如图2所示，本发明还提供了一种控制方法，该控制方法用于控制实现不同零件产品的自动高频淬火流程工艺。

操作者在三轴滑台21行程区域内标定6个空间坐标点，如图2所示。控制器内部计算6个空间坐标点的距离，传输给伺服控制器，驱动伺服电机运转，控制三轴滑台21在x、y、z三个方向上都以恒定的速度走完相对距离,达到顺序走完6个坐标点标定的轨迹，完成淬火流程的目的。

设备采用00点到00点的闭环轨迹循环来实现不同工件的表面热处理流程，其中，除需操作者标定的6个空间坐标点外，初始点由三轴滑台21导轨两端的光电开关发出的数字量确定。

其中，05点的淬火停留时间，可由操作者于主控制器的工艺库中选择设定，也可由操作者自主输入手持触摸屏设定。

其中，冷却装置24放置于线圈3的正下方，其z轴垂直距离由激光测距仪标定后，传输至主控制器经计算后，给出移动时间为操作者进行参考，当时间超过2s时，进行报警处理。此时需人工确认操作后，才可进行下一步操作。

其中，电机转速可由触摸屏进行设置。

本发明还提供了一种控制方法，其用于控制以上所述的机械机构，包括以下步骤：

为实现不同类型零件的表面热处理工艺流程，操作者需在三轴滑台21行程区域内标定6个空间坐标点，主控制器内部计算6个空间坐标点的绝对距离后，通过伺服控制器驱动伺服电机11，控制三轴滑台21在x、y、z三个方向上都以恒定的速度走完绝对距离,达到顺序走完6个标定点的目的。包括以下步骤：

1、根据产品外形和重量，装配不同的抓取手。

2、通过手持触摸屏输入托盘工装上矩阵摆放的零件间x和y方向的距离(x和y)、x方向零件的数量nx和ny方向零件的数量ny。

3、在手持触摸屏输入不同零件产品的淬火时间。

4、标定本批次淬火零件的空间定位，共包括6个坐标点。以下全部由操作者通过手持触摸屏操作，并通过点击触摸屏上相应按钮完成坐标确认工作。确认后，伺服控制器将电机转动圈数和速度通过通信形式传输到主控制器，主控制器计算后，进行数据保存。

具体还包括以下步骤：

a.点击复位按钮，使数控滑台21回到原点位置。

b.点击数据清零按钮使主控制器内数据归零。

c.控制抓取手运动到托盘23中起始零件前方，确认01点坐标

(01x01y01z)。

d.控制抓取手抓取零件，确认02点坐标。

e.控制抓取手运动到线圈31外一点(靠近线圈位置)，确认03点坐标。

f.控制抓取手到线圈31位置的垂直上方或下方，确认04点坐标。

g.控制抓取手让零件需要进行表面热处理的部位处于线圈31正中心，确认05点坐标。

h.控制抓取手让零件需冷却的部位伸入冷却装置24，确认06点坐标。

5、完成定位后，抓取手自动由06坐标处退至04坐标处，并经由03坐标，退至定位点00处。

6、操作者点击触摸屏的自动按钮，抓取手按照定位点规定的轨迹00-01-02-03-04-05-06-04-03-00循环往复完成零件淬火工艺流程。其中，01点的坐标为变动坐标，即01点坐标为

((1、2…(nx-1))*x+01x01y01z)

((1、2…(nx-1))*x+01x1*y+01y01z)

((1、2…(nx-1))*x+01x2*y+01y01z)

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((1、2…(nx-1))*x+01x(ny-1)*y+01y01z)

其中，n为自然数，x、y、z为x轴、y轴、z轴。

7、在05位置处，抓取手按照设定的淬火时间停留完成零件淬火。

8、05位置到06位置为工艺的关键指标位置，从淬火完成到冷却装置24进行冷却的移动时间不允许超过2s，在关键指标位置处，我们将冷却装置24放置于线圈3的正下方，即影响淬火到冷却的时间的关键指标为线圈到冷却装置24的z轴垂直距离和z周伺服电机转速。其中电机转速可由触摸屏进行设置，z轴垂直距离由激光测距仪标定后，传输至主控制器经计算后，给出移动时间为操作者进行参考，当时间超过2s时，进行报警处理。此时需人工确认操作后，才可进行下一步操作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。