移动式喷砂机器人控制系统的制作方法

本实用新型涉及工业自动控制技术领域，特别涉及一种移动式喷砂机器人控制系统。

背景技术：

随着工业的不断发展，诸多领域对于工件的喷砂除锈要求越来越高，传统的喷砂作业主要采用人工手持喷砂枪作业的方式，由于喷砂作业带有高污染性，很容易对长期从事喷砂作业的人员造成严重的健康损害，并且传统的人工喷砂作业的方式工作效率低，因此研制一种能够实现手动自动切换、远距离喷砂作业的机器人，就成了该行业的迫切需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种安全可靠且便于作业人员远程控制的移动式喷砂机器人控制系统。

为此，本实用新型技术方案如下：

一种移动式喷砂机器人控制系统，包括：

移动小车，其上设置有驱动车轮运动和/或转向的至少一台小车运动驱动装置；

升降台，其上设置有驱动升降台上下运动的一台升降台运动驱动装置；所述升降台固定在所述移动小车的顶部；

水平工作台，其上设置有能够在水平工作台上往复滑动的滑块和驱动所述滑块往复运动的滑块运动驱动装置；所述水平工作台固定在所述升降台的顶部；

N自由度机械臂，其上设置有分别控制所述N自由度机械臂的每个活动关节的N(N≥1)个机械臂运动驱动装置；所述N自由度机械臂的底端固定在所述滑块上；

喷沙枪，其固定在N自由度机械臂的顶端；

PLC装置，其分别与小车运动驱动装置、升降台运动驱动装置、滑块运动驱动装置连接、N个机械臂运动驱动装置和喷沙枪连接，以控制小车运动驱动装置、升降台运动驱动装置、滑块运动驱动装置连接和N个机械臂运动驱动装置的运动轨迹，以及喷砂枪的开闭状态；

双目摄像头，其设置在能够采集到所述移动小车、所述升降台、所述水平工作台、所述N自由度机械臂、所述喷沙枪和待喷砂件的位置处；

以及图像处理装置，其分别与所述双目摄像头、PLC装置连接，接收所述双目摄像头采集的实时图像，并对双目摄像头采集的各装置定位、分析获得各装置的后续运动距离后发送至PLC装置。

进一步地，该移动式喷砂机器人控制系统还包括便于作业人员进行手动控制的第一万向手柄、和第二万向手柄和显示器；其中，所述第一万向手柄与PLC装置连接，以实现手动控制小车运动驱动装置、升降台运动驱动装置以及滑块运动驱动装置；所述第二万向手柄与PLC装置连接以实现手动控制连接，以实现手动控制N个机械臂运动驱动装置；所述显示器与所述图像处理装置连接，实时显示所述喷沙枪和所述待喷砂件的位置关系。

进一步地，所述小车运动驱动装置包括设置在所述移动小车前车轮组或后车轮组的轮轴上的步进电机和与所述步进电机连接的步进电机驱动器；

或，所述小车运动驱动装置包括设置在所述移动小车前车轮组或后车轮组的轮轴上的步进电机和与所述步进电机连接的步进电机驱动器，以及设置在所述移动小车的另一组车轮组的轮轴上的转向电机和与所述转向电机连接的转向电机驱动器；

或，所述小车运动驱动装置包括设置在所述移动小车前车轮组或后车轮组的轮轴上的气动马达和与气动马达连接的电磁阀。

进一步地，所述升降台运动驱动装置、所述滑块运动驱动装置和每个所述机械臂运动驱动装置包括步进电机和与步进电机连接的步进电机驱动器；

或，所述升降台运动驱动装置和所述滑块运动驱动装置包括气动马达和与气动马达连接的电磁阀；每个所述机械臂运动驱动装置包括气缸和与气缸连接的比例阀。

进一步地，所述双目摄像头为CMOS工业防爆级双目摄像头，其成本低，结构简单，功耗小，符合工业生产要求，并具有一定的防爆性能。

该移动式喷砂机器人控制系统通过将摄像头采集的系统中各运动部件以及待喷砂件的图像传送至图像处理装置进行位置定位和运动轨迹规划，再进一步采用具有性能稳定可靠，反应速度快，使用简单，成本低的PLC装置分别对系统中的各运动机构进行控制，将图像处理装置运动轨迹规划转变为信号传递给PLC实现自动控制该移动式喷砂机器人控制系统移动至喷砂件的待喷砂位置处，完成喷砂作业，工作稳定可靠，符合工业生产要求。

附图说明

图1为本实用新型的移动式喷砂机器人控制系统的工作原理示意图；

图2为本实用新型的实施例1的移动式喷砂机器人控制系统的结构示意图；

图3为本实用新型的实施例2的移动式喷砂机器人控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。

实施例1

如图1和图2所示，该移动式喷砂机器人控制系统包括：

移动小车3，其上设置有驱动前车轮运动的步进电机I和步进电机驱动器I，以及驱动后车轮转向的转向电机和转向电机驱动器；其中，步进电机I的输出轴与小车前轮通过联轴器连接，步进电机驱动器I与步进电机I连接，控制步进电机I输出轴的转动速度(即移动小车3的行进速度)、转动方向(即移动小车3的行进方向为前进还是后退)和转动圈数(即移动小车3的行进距离)；转向电机的输出轴与设置在小车后轮的转向机构通过联轴器连接，转向电机驱动器与转向电机连接，控制转向电机的转动方向(即移动小车3为左转还是右转)和转动圈数(即移动小车3的方向转动角度)；

升降台4，其上设置有驱动升降台4上下运动的步进电机II和步进电机驱动器II；步进电机II的输出轴与升降台4的螺母丝杠通过联轴器连接，步进电机驱动器II与步进电机II连接，控制步进电机II输出轴的转动速度(即升降台4的升降速度)、转动方向(即升降台4为上升还是下降)和转动圈数(即升降台4的升降高度)；升降台4固定在移动小车3的顶部，使升降台4能够随移动小车3移动；

水平工作台5，其上设置有滑轨和能够沿滑轨在水平工作台上往复滑动的滑块、驱动滑块往复运动的步进电机III和与步进电机III连接的步进电机驱动器III；步进电机III的输出轴与滑块通过丝杆连接，使步进电机驱动器III控制步进电机III输出轴的转动速度(即滑块在水平工作台5上的滑动速度)、转动方向(即滑块在水平工作台5上的滑动方向)和转动圈数(即滑块在水平工作台5上的滑动距离)；水平工作台5固定在升降台4的顶部，使水平工作台5能够随移动小车3发生水平位置上的移动，随升降台4发生高低位置上的移动；

三自由度机械臂10，其上分别设置有控制三自由度机械臂10的第一个活动关节的步进电机IV和与步进电机IV连接的步进电机驱动器IV、控制三自由度机械臂10的第二个活动关节的步进电机V和与步进电机V连接的步进电机驱动器V和控制三自由度机械臂10的第三个活动关节的步进电机VI和与步进电机VI连接的步进电机驱动器VI；步进电机IV、步进电机V和步进电机VI分别通过联轴器与第一个活动关节、第二个活动关节和第三个活动关节的转动轴连接，使步进电机驱动器IV、步进电机驱动器V和步进电机驱动器VI分别控制步进电机IV、步进电机V和步进电机VI的转动速度(即活动关节的转动速度)、转动方向(即活动关节的逆时针转动还是顺时针转动)和转动圈数(即活动关节的转动角度)；三自由度机械臂10的底端固定在滑块上，随移动小车3发生水平位置上的移动，随升降台4发生高低位置上的移动，随滑块发生水平位置上的微调移动；

喷沙枪11，其固定在三自由度机械臂10的顶端，通过控制上述的移动小车3、升降台4、水平工作台5的滑块和三自由度机械臂10上的各活动关节的运动使喷沙枪11最终移动至带喷砂件的相应喷砂位置处；

PLC装置2，其分别与步进电机I的驱动器、步进电机II的驱动器、步进电机III的驱动器连接、步进电机IV的驱动器、步进电机V的驱动器、步进电机VI的驱动器和喷沙枪11启动开关连接，以实现对移动小车3、升降台4、滑块和三自由度机械臂10的三个活动关节的运动轨迹，以及喷沙枪11的开闭状态的控制；

CMOS工业防爆级双目摄像头7，其邻近待喷砂件设置，且能够采集到移动小车3、升降台4、水平工作台5、三自由度机械臂10、喷沙枪11和待喷砂件的所处位置；

图像处理装置8，其分别与双目摄像头7和PLC装置2连接；具体地，图像处理装置8实时接收双目摄像头7采集图像，并对采集图像中移动小车3、升降台4、水平工作台5、三自由度机械臂10、喷沙枪11和待喷砂件的所在位置进行标记，分析出喷砂枪喷嘴移动至待喷砂件的喷砂位置过程中，移动小车3、升降台4、水平工作台5和三自由度机械臂10的运动轨迹，并换算为控制各装置完成相应运动的各步进电机的输出轴的转动时间和转动方式后，发送至PLC装置2，实现对步进电机驱动器的控制；

为了便于作业人员可以通过手动控制参与喷砂作业，对该系统同时还配置有第一万向手柄1、第二万向手柄9和显示器6；其中，第一万向手柄1与PLC装置2连接，以实现手动控制小车运动驱动装置、升降台运动驱动装置以及滑块运动驱动装置；第二万向手柄9与PLC装置2连接以实现手动控制连接，以实现手动控制整个机械臂运动驱动装置；显示器6与图像处理装置8连接，实时显示喷沙枪11和待喷砂件的位置关系和图像处理装置8分析处理得到的可供参考的各运动能装置的运动轨迹。

实施例2

如图1和图3所示，该移动式喷砂机器人控制系统包括：

移动小车3，其上设置有驱动车轮运动的气动马达I和电磁阀I；气动马达I的输出轴与小车主动车轮组通过联轴器连接，电磁阀I与气动马达I连接，控制气动马达I输出轴的转动速度(即小车的行进速度)、转动方向(即小车的行进方向)和转动圈数(即小车的行进距离)；

升降台4，其上设置有驱动升降台4上下运动的气动马达II和电磁阀II；气动马达II的输出轴与升降台4的螺母丝杠通过联轴器连接，电磁阀II与气动马达II连接，控制气动马达II输出轴的转动速度、转动方向和转动圈数；升降台4固定在移动小车3的顶部，使升降台4能够随移动小车3移动；

水平工作台5，水平工作台5，其上设置有滑轨和能够沿滑轨在水平工作台上往复滑动的滑块、驱动滑块往复运动的气动马达III和电磁阀III；气动马达III的输出轴与滑块通过丝杆连接，电磁阀III与气动马达III连接，控制气动马达III输出轴的转动速度、转动方向和转动圈数；水平工作台5固定在升降台4的顶部，使水平工作台5能够随移动小车3发生水平位置上的移动，随升降台4发生高低位置上的移动；

四自由度机械臂10，其上分别设置有控制四自由度机械臂10的第一个活动关节的气缸I和与气缸I连接的比例阀I、控制四自由度机械臂10的第二个活动关节的气缸II和与气缸II连接的比例阀II、控制四自由度机械臂10的第三个活动关节的气缸III和与气缸III连接的比例阀III和控制四自由度机械臂10的第四个活动关节的气缸IV和与气缸IV连接的比例阀IV；气缸I、气缸II、气缸III和气缸IV分别通过联轴器与第一个活动关节、第二个活动关节和、第三个活动关节和第四活动关节的转动轴连接，使比例阀I、比例阀II、比例阀III和比例阀IV分别控制气缸I、气缸II、气缸III和气缸IV的动作；四自由度机械臂10的底端固定在滑块上，随移动小车3发生水平位置上的移动，随升降台4发生高低位置上的移动，随滑块发生水平位置上的微调移动；

喷沙枪11，其固定在四自由度机械臂10的顶端，通过控制上述的移动小车3、升降台4、水平工作台5的滑块和四自由度机械臂10上的各活动关节的运动使喷沙枪11最终移动至带喷砂件的相应喷砂位置处；

PLC装置2，其分别与电磁阀I、电磁阀II、电磁阀III、比例阀I、比例阀II、比例阀III、比例阀IV以及喷沙枪11启动开关连接，实现对移动小车3、升降台4、滑块、四自由度机械臂10的四个活动关节的的运动轨迹，以及喷沙枪11的开闭状态的控制；

CMOS工业防爆级双目摄像头7，其邻近待喷砂件设置，且能够采集到移动小车3、升降台4、水平工作台5、四自由度机械臂10、喷沙枪11和待喷砂件的所处位置；

图像处理装置8，其分别与双目摄像头7和PLC装置2连接；具体地，图像处理装置8实时接收双目摄像头7采集图像，并对采集图像中移动小车3、升降台4、水平工作台5、四自由度机械臂10、喷沙枪11和待喷砂件的所在位置进行标记，分析出喷砂枪喷嘴移动至待喷砂件的喷砂位置过程中，移动小车3、升降台4、水平工作台5和四自由度机械臂10的运动轨迹，并换算为控制各装置完成相应运动的各气动马达输出轴的转动时间和方式以及气缸的伸缩距离，摆动角度后，发送至PLC装置2，实现对步进电机驱动器的控制；

为了便于作业人员可以通过手动控制参与喷砂作业，对该系统同时还配置有第一万向手柄1、第二万向手柄9和显示器6；其中，第一万向手柄1与PLC装置2连接，以实现手动控制小车运动驱动装置、升降台运动驱动装置以及滑块运动驱动装置；第二万向手柄9与PLC装置2连接以实现手动控制连接，以实现手动控制四个机械臂运动驱动装置；显示器6与图像处理装置8连接，实时显示喷沙枪11和待喷砂件的位置关系和图像处理装置8分析处理得到的可供参考的各运动能装置的运动轨迹。

在实施例1和实施例2中，第一万向手柄1和第二万向手柄9采用市售的具有多路开关结构的产品，即能够通过将手柄推到不同方向，触发分别用于控制不同运动驱动器转动方向的开关。例如，当将第一万向手柄1向前推至触发卡点I时，开启移动小车3步进电机或气动马达为正向转动，即驱动小车前进，而将手柄后拉至触发卡点II时，开启移动小车3步进电机或气动马达为反向转动，即驱动小车后退；简而言之通过手柄的两个方向控制一个电机的正反转；同理，通过将第一万向手柄1向左推进或向右推进实现驱动升降台4的步进电机或气动马达的正转和反转；通过将第一万向手柄1向左斜上方推进或向右斜下方推进实现驱动滑块的步进电机或气动马达的正转和反转。第二万向手柄9的工作原理与第一万向手柄1相同。