一种用于双工位机器人机床上下料的控制方法及系统与流程

本发明涉及工业自动化领域，尤其涉及一种用于双工位机器人机床上下料的控制方法及系统。

背景技术：

经过了近50年的发展,plc同时拥有了高运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、pid功能及极高的性价比等优点,被广泛的应用在工业自动化设备中。工业机器人自诞生以来，就被应用在许多工作环境恶劣或者是工作内容简单重复的工业场景中，利用电力进行工作的工业机器人能够长时间不间断的进行工作。工业控制计算机是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的设备总称，简称“工控机”，包括计算机和过程输入、输出通道两部分，它具有重要的计算机属性和特征。工业控制计算机的出现完善了制造业和建造业的安全和精准。现阶段使用机器人取代人工已经成为制造业的一个前景广大的发展方向。

随着工业自动化的水平越来越高，越来越多的设备采用自动控制来完成所有的设备功能，plc作为成熟的工业控制产品由于其被认可的稳定性被广泛的应用在信号控制、电机控制以及流程当中。

传统的plc控制机器人系统，由plc控制机器人在点位之间通过信号确认进行动作，控制机器人前端的手指或者真空部件配合机器人完成取料、下料、上料等动作，plc单纯作为控制装置，并不从机器人接收反馈信息。当使用双工位时，若一个机床出现故障时，系统无法跳过问题机床对另一个机床进行上下料等操作，降低了工作效率。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于双工位机器人机床上下料的控制方法及系统，通过利用plc基于工控机和机器人的反馈来控制机器人对双工位的机床顺序执行上下料操作，提升了工作效率，同时能够及时处理生产过程中出现的异常情况，增强了系统的出错处理能力。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：

(1)plc控制机器人时不接收反馈信息；

(2)当用于双工位时，plc控制机器人系统不能在另一台机床停止工作时，继续使用单工位进行操作。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于双工位机器人机床上下料的控制方法，包括如下步骤：

上料判断步骤：plc对至少一个工位的自动上下料机构上毛坯料的状况进行判断；

生产加工步骤：plc基于工控机的图像处理结果反馈、机器人的反馈以及当前工位的状态反馈，控制机器人和所述当前工位的自动上下料机构、机床完成生产加工流程；

其中，所述生产加工步骤包括：

取料步骤：plc基于工控机的定位图像处理结果控制机器人前往所述当前工位的自动上下料机构取料，并设置有取料失败报警机制和优先机制；

机床上下料步骤：plc基于所述当前工位的机床的反馈信号控制机器人上下料，并设置有上料失败处置机制和离开机床保护机制；

生产加工步骤：plc基于机器人的反馈信号控制所述当前工位的机床完成加工程序；

工件摆放步骤：plc控制机器人在所述当前工位的自动上下料机构上摆放加工完成的工件，机器人在摆放完成后向plc反馈完成信号，plc启动另一个工位的生产加工流程；

其中，

在初始化完成后，所述取料步骤中，对另一个工位的图像处理数据的处理和传输是并行的；

所述优先机制包括：plc会优先判断处于非生产加工状态的工位的自动上下料机构的上毛坯料状况；当一个工位处于异常状态或缺料状态，plc会自动跳过所述工位的生产加工流程；

所述控制方法用于一个工位生产加工时，不启动所述优先机制。

进一步地，所述取料步骤包括如下过程：

步骤21：plc触发工控机使用所述当前工位的粗定位相机进行图像采集，并进行图像处理，将处理结果反馈给plc；

步骤22：plc控制机器人去所述当前工位的自动上下料机构取料；

步骤23：机器人取料成功，向plc反馈取料成功信号；plc控制机器人顺序执行下一个动作；

步骤24：若机器人取料失败，向plc反馈取料失败信号，机器人返回固定点，plc再次执行步骤21和步骤22；

步骤25：若步骤24中的取料失败出现3次，停止运行，并触发报警装置。

进一步地，所述步骤23执行完成后，plc控制机器人执行如下过程：

步骤31：机器人取料成功后，运动到所述当前工位的精确定位相机位置；

步骤32：机器人触发工控机采集精确定位相机的图片并进行处理；

步骤33：若工控机对所述当前工位精确定位相机的图片处理成功，将处理成功信号反馈给机器人储存，plc控制机器人顺序执行下一个动作；

步骤34：若工控机对所述当前工位精确定位相机的图片处理报错，plc控制机器人进行抛料处理并返回固定点，并再次执行所述步骤21、所述步骤22、所述步骤23、所述步骤31和所述步骤32；

步骤35：若步骤34中的图片处理报错出现3次，停止运行，并触发报警装置。

进一步地，所述机床上下料步骤包括如下过程：

步骤41：机器人在所述当前工位的机床外等待plc的指令；

步骤42：所述机床加工完成后，向plc反馈机床自动门完全打开信号和机床退刀信号；

步骤43：plc控制机器人进入所述机床内部的夹取位置；

步骤44：plc根据所述机床的主轴定位完成的信号，控制机器人执行夹取动作，启动夹取步骤；

步骤45：plc根据机器人完成夹取的反馈信号，控制机器人运动至所述机床内上料位置完成上料动作；

步骤46：启动所述离开机床保护机制，plc控制机器人退出所述机床。

进一步地，当加工完成的工件在机床夹具松开后不会掉落时，所述夹取步骤包括：

步骤51：所述机床松开夹具，并向plc反馈夹具松开信号；

步骤52：plc控制机器人进行夹取加工完成的工件，机器人在夹取完成后向plc反馈夹取完成信号。

进一步地，当加工完成的工件在机床夹具松开会掉落时，所述夹取步骤包括：

步骤61：所述机床向plc反馈夹具夹紧信号，plc控制机器人夹取加工完成的工件；

步骤62：机器人完成夹取动作后，向plc反馈夹取完成信号；

步骤63：plc控制所述机床松开夹具，所述机床向plc反馈夹具松开信号；

步骤64：plc根据夹具松开信号控制机器人执行下一个动作。

进一步地，所述步骤45还包括上料失败处理机制，包括如下过程：

机器人在将毛坯料放入所述机床夹具型腔的最后一段行程时，机器人启动当前位置与预设的上料成功位置比对过程，若比对结果不一致，则判断上料失败；

机器人跳过所述步骤45中未执行的部分，跳转至所述步骤46，并启动报警装置。

进一步地，所述步骤46包括如下过程：

步骤81：机器人未退出机床时，输出干扰域信号，防止程序出错，从而导致启动机床；

步骤82：机器人完全退出所述机床时，关闭干扰域信号，并将完全退出信号反馈给plc；

步骤83：plc控制控制机器人执行下一个动作。

进一步地，所述控制方法还包括缺料提醒步骤，具体为：

plc根据工控机的图像处理结果，识别出一个工位的毛坯料全部被取走，触发单工位缺料提醒；

如果plc识别出双工位的毛坯料全部被取走，触发双工位缺料提醒；

所述单工位缺料提醒的信号与所述双工位缺料提醒的信号是不一致的。

本发明还提供了一种双工位机器人机床上下料系统，包括plc、工控机、机器人、缺料提醒装置、两个工位；每个所述工位包括自动上下料机构、机床、粗定位相机、精确定位相机；所述plc控制所述机器人、所述自动上下料机构、所述机床执行动作并接收所述机器人、所述机床反馈控制信号；所述工控机控制所述粗定位相机、所述精确定位相机进行拍摄，接收所拍摄的图片并进行图片处理，将图片处理数据反馈给所述plc和所述机器人；所述机器人与所述工控机通讯，用于触发所述精确定位相机拍照和接收所述工控机对所述精确定位相机拍摄的图片处理结果；所述缺料提醒装置用于缺料提醒，当某一个工位缺料时或当两个工位都缺料时，所述缺料提醒装置具有不同的提醒方式。

本发明具有如下技术效果：

1、本发明通过优化机器人的时序控制，使得机器人在对两台机床上下料时，缩短了机器人等待数据的时间，节省了整个生产过程所需要的时间；

2、本发明通过工控机的视觉反馈、机器人的运动反馈等技术手段，提升了plc控制机器人的稳定性；

3、本发明通过引入取料失败报警、上料失败报警、缺料提醒、机器人进出机床的保护等容错处理机制，提升系统的容错能力；

4、本发明通过顺序执行对两台机床上下料，可以保证在某一台机床出现问题时，控制机器人跳过问题机床，对另一台机床上下料，保证了产能。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的两个工位同时正常工作时的时序图；

图2是本发明的一个较佳实施例的取料步骤、缺料提醒和优先机制的流程示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的精确定位信号流程图；

图4是本发明的一个较佳实施例的优先机制运作的流程图；

图5是本发明的一个较佳实施例的机床夹具打开后工件不掉落的机床上下料流程图；

图6是本发明的一个较佳实施例的机床夹具打开后工件会掉落的机床上下料流程图；

图7是本发明的一个较佳实施例的工件摆放步骤流程图；

图8是本发明的一个较佳实施例的双工位机器人上下料系统的结构示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的一个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本实施例给出了当两个工位都正常工作时，控制机器人对双工位机床上下料的控制方法。

本实施例的控制方法包括上料判断步骤、当前工位的生产加工步骤和缺料提醒步骤。在上料判断步骤中，plc会判断第一工位和第二工位是否进行上毛坯料，通过判断第一工位和第二工位上毛坯料的反馈信息，来获取上毛坯料的先后顺序，并进行拍照的顺序控制。以下就以第一工位先上毛坯料并且第二工位在第一工位上毛坯料之后立刻进行上毛坯料这一操作为基础进行描述。需要注意的是，本实施例的方法不局限于上述上毛坯料的先手顺序，而是以plc所识别的先后顺序来运行的。

如图1所示，本实施例的控制方法实现了plc控制机器人对第一工位、第二工位顺序执行。plc根据工控机反馈的第一工位粗定位照片处理结果，控制机器人前往第一工位进行取料，机器人在取料完成后，经过第一工位精确定位相机时，触发工控机控制精确定位相机拍照；工控机在对精确定位相机拍照的图片进行处理后，直接将处理结果传输给机器人储存；然后机器人继续执行程序，离开精确定位相机后，来到第一工位机床前，开始机床上下料步骤；上下料完成后，机器人完全离开第一工位机床，plc控制第一工位机床进行生产加工，同时控制机器人继续进入第二工位的生产加工步骤，该步骤与第一工位的生产加工步骤一致。plc控制机器人一直循环，使第一工位和第二工位交叉运行。

如图2所示，在plc识别出第一工位的自动上下料机构已经上完毛坯料之后，启动取料步骤：在刚初始化后，plc通过改变与工控机约定的某一寄存器的值来触发工控机，使工控机控制第一工位的粗定位相机进行图像采集；工控机接收图像并对图像进行处理，将处理结果反馈给plc；plc根据反馈结果控制机器人去第一工位的自动上下料机构取料；plc根据机器人对取料状态的反馈，控制机器人的下一步动作：若取料成功，plc控制机器人执行下一步动作；若取料失败，则启动取料失败报警机制。其中，工控机设置为处于不断扫描寄存器状态，一旦某一寄存器的值发生改变，工控机就进入相应的程序。取料失败报警机制的工作过程为：若取料失败，机器人返回固定点，并给plc反馈取料失败信号；plc触发工控机再次进行粗定位相机拍照、图像处理等流程，并控制机器人再次前往取料；若连续三次出现取料失败的情形，启动报警装置，并停止运行，等待技术人员排查原因后处理恢复。

一般粗定位相机在有料的情况下进行识别时出现失败的概率会非常小，但是若处理失败，以工控机返回的寄存器做判断，若值1表示成功识别到目标工件，值2表示图像处理成功，但是没有识别到任何一个工件，值3表示失败。当工控机返回的寄存器值为3时，plc将再次触发工控机进行粗定位相机的图像识别，然后给出结果，若连续三次都为失败，那么将会触发报警。

如图3所示，当机器人成功取料时，plc控制机器人继续执行，当机器人移动至第一工位精确定位相机的位置时，机器人通过与工控机直接交互，利用发送的约定字符串来触发工控机控制第一工位精确定位相机进行图像采集和处理，工控机将处理完成的图像数据直接传输给机器人。机器人与工控机之间采用socket通信接收数据，接收的数据是一串字符串，机器人在接收完数据后，进行编码解析，若通过约定的标志位解析得到图像处理成功的信息，则存储起来待用，并执行下一步动作。若图像处理报错，机器人进行抛料处理回到固定点，对第一工位进行再次取料动作、精确定位拍照等动作。如果连续三次出现精确定位图像处理失败，启动系统报警，停止运行，待技术人员排查原因后处理恢复。

如图4所示，为了提高生产效率，机器人在交叉运行时执行优先机制。plc控制机器人在第一工位运行时，当精确定位完成后，机器人会离开精确定位位置，继续运行到第一工位的机床外。机器人离开精确定位位置后，反馈离开信号给plc，plc通过改变寄存器值，触发工控机对第二工位的粗定位相机进行拍照以及进行图像处理，根据处理结果优先判断第二工位上毛坯料状况，如果第二工位没有找到毛坯料，则返回进行工位切换；如果图像处理成功，工控机将数据传输给机器人。通过这样一种优先机制，机器人在执行完本次对第一工位的生产加工后，可以直接执行第二工位的取料动作，减少了plc传送粗定位图像处理数据的过程。虽然理论上来说，plc与机器人的交互时间很短，但在实际应用中，减少一次交互，就可以缩短机器人本身在机床外部获取数据使用的时间，从而尽可能的让机器人等机床，可以提升工作效率。

如图5和图6所示，机器人在精确定位成功后，开始执行机床上下料步骤，包括机器人进入机床内部，机器人完成夹取，机器人进行上料操作，机器人退出机床。

机床加工完成后，为保证机器人进入机床内部的路径没有干扰，机床向plc反馈自动门完全打开的信号和机床退刀完成信号，plc以这两个信号同时取到为依据，控制机器人进入机床内部。

由于机床夹具设计原因，一部分工件在加工完成夹具松开后，可能不会掉落，而部分工件由于尺寸中心偏差的原因，在夹具松开时，会掉落到机床内部，因此，需要对这两种情形分别设计不同的机器人取工件的操作控制。图5中显示了工件在加工完成夹具松开后，不会掉落时的上下料的程序图，图6显示了工件在加工完成夹具松开后，会掉落时的上下料的程序图。

如图5所示，机器人进入机床内部后，机床向plc反馈夹具为松开状态，plc向机器人发出取工件信号，机器人立刻夹取工件。

如图6所示，机器人进入机床内部后，机床向plc反馈夹具为夹紧状态，plc向机器人发送取工件信号；机器人立刻进行夹取工件，然后反馈已夹紧工件信号，plc再控制机床夹具松开。

采用区分机床在夹具夹紧状态夹取工件和在夹具松开状态夹取工件两种情形，比起单一采用夹具夹紧状态夹取工件这一种方式，要节省时间。由于信号的响应与交互，夹具动作的反应时间等原因，夹具直接松开状态的上下料动作比夹具夹紧状态的上下料动作要快至少0.6秒。

机器人完成夹取工件后，运动到无干涉位置，进行位置变动，运动到上料位置进行上料操作。为了保证安全生产，本实施例中设计了一种上料失败的处理机制：如果上料失败，那么机器人在将毛坯料放入夹具型腔的最后一段行程会有一个限位信号判断，当在上料成功的环节中，限位信号不会被触发，程序向下执行；而当限位信号被触发时，机器人会对当前上料位置与预设的上料成功的位置数值对比，若对某数值进行对比，其差值超过一定范围，则认为此次上料是失败的，机器人的会进行挤进操作，即跳过上料时最后一段行程中还没有执行的部分，向下执行判断后的跳转程序，程序会跳转到退出机床环节，并再退出机床到达完全安全位置时向plc发出报警信号，当plc接收到报警信号，立即报警，需要技术人员来排查原因并恢复。

当机器人正常的上料完毕，向plc发出上料完成信号，plc控制机床夹具夹紧后，机床反馈plc夹具已经夹紧，然后plc控制机器人可以离开机床。

机器人离开机床是一个过程，为了保证机器人完全离开机床后，才能启动机床进行加工，本实施例中设计了机器人离开机床保护机制：利用机器人本身的干扰域功能，在机器人机床内部时，输出干扰域信号，防止程序出错向下启动机床，当机器人离开机床内部时，干扰域信号关闭，并立刻反馈plc完全离开机床信号，plc控制启动机床进行加工。

如图7所示，机器人离开机床之后，plc控制机器人进行摆放加工完成的工件的操作，然后机器人在回到固定点后反馈plc可以进行第二工位进行加工的信号。plc控制机器人进行第二工位的取料动作，如果取料失败则机器人回到固定位置，并重复取料操作，如果三次取料失败，整个系统报警。如果成功则依顺序执行，机器人到达精确定位位置，并触发工控机的图像采集处理功能，若是图像处理报错，机器人进行抛料处理回到固定位置，并重复粗定位的取料动作并到达精确定位处，如果三次图像处理失败，那么整个系统报警。当精确定位处图像处理成功，则离开时机器人反馈plc机器人已离开精确定位相机处信号。

收到机器人已离开精确定位相机处信号，plc优先控制工控机进行第一工位的粗定位拍照，并进行图像处理，传输机器人数据，并反馈plc工位1数据接收完成信号。此时，机器人已经到达工位2机床2外等待plc信号控制进入机床，当plc控制机器人进入机床2后，机器人会进行如同[0025]中所述的上、下料动作以及信号交互，当机器人完全离开机床时立刻反馈plc一个机器人已完全离开机床2，plc立刻启动机床2进行加工。当机器人完全离开机床2时，plc控制机器人进行机床2加工完成的工件摆放，当放置工件完毕，机器人回到固定为后反馈plc可以进行下一个顺序流程信号。

如图2所示，机器人在取料时，还有一个缺料提醒步骤。当工控机在图像处理中识别得到第一工位粗定位相机视野中的毛坯料已经全部被取走之时，则plc立即控制工控机进行第二工位粗粗定位相机的拍照和图像处理并传输数据，如果此时识别出第二定位粗定位相机视野中的毛坯料也已经全部被取走，则发出双工位缺料提醒信号。如果工控机进行第二定位粗定位相机的拍照和图像处理并传输数据成功，则机器人之后在第一工位进行上毛坯料之前，只对第二工位进行上下料。当第一工位进行上毛坯料之后，由于交叉运行的优先机制，一旦判断到，第一工位已经处于上毛坯料完成的状态，那么在这一次的精确定位处之后的判断就会是在对第二工位完成机床上下料流程之后，跳入到对第一工位进行机床上下料，而不是继续只执行第二工位的机床上下料。同样的若是第二工位处于缺料状态时，机器人也会只进行第一工位的生产加工流程，直到工位状态转变，再交叉运行。当某一工位处于缺料状态时，则发出单工位缺料提醒信号。

当只需要某一工位进行工作时，可以在plc界面将另一个工位关闭，这样所有的步骤都只会处于当前需要工作的工位中进行，而且精确定位完成之后，也将取消优先机制，只判断当前的工位状态，循环工作到缺料状态报警。

本实施例中，还提供了一种双工位机器人机床上下料的系统，包括plc(图中未示出)、工控机(图中未示出)、机器人3、缺料指示灯6、蜂鸣器7、防护围栏8、第一工位和第二工位；第一工位包括第一工位机床1、第一工位自动上下料机构2、第一工位粗定位相机(图中未示出)、第一工位精确定位相机(图中未示出)；第二工位包括第二工位机床4、第二工位自动上下料机构5、第二工位粗定位相机(图中未示出)、第二工位精确定位相机(图中未示出)。

plc作为主控制设备，用于控制机器人3、第一工位自动上下料机构2、第一工位机床1、第二工位机床4、第二工位自动上下料机构5执行动作，plc能够接收机器人3、第一工位机床1、第二工位机床4反馈的控制信号。

工控机控制第一工位粗定位相机、第一工位精确定位相机、第二工位粗定位相机、第二工位精确定位相机进行拍摄，接收所拍摄的图片并进行图片处理，将图片处理数据反馈给plc或机器人3；机器人3与工控机通讯，用于触发第一工位精确定位相机或第二工位精确定位相机进行拍照，并接收工控机对第一工位精确定位相机或第二工位精确定位相机拍摄的图片处理结果；缺料指示灯6用于单工位缺料提醒，当某一个工位缺料时，缺料指示灯6闪烁；蜂鸣器7用于双工位缺料提醒，当两个工位都缺料时，蜂鸣器7报警。

防护围栏8用于隔离安全生产区域。

plc接收工控机反馈的粗定位相机图片处理结果，实现了对机器人3的取料控制，并且实现了缺料提醒功能，且一个工位缺料时，缺料指示灯6进行闪烁，当两个工位都缺料时，蜂鸣器7报警。

plc接收第一工位机床或第二工位机床的自动门打开信号、退刀完成信号等，确定机器人3的行进路径无阻碍，保证了机器人3安全进入机床内；plc接收夹具的夹紧信号或松开信号，实现了加工完成工件在夹具松开后会掉落或不会掉落两种情形下对机器人3进行下料动作的控制。

机器人3每执行完成一个动作时，均会反馈给plc执行完成信号，使整个系统具有更好的稳定性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。