专利名称：一种注塑机械手的控制方法
技术领域：
本发明属于机械领域，具体涉及一种基于路径规划的注塑机械手的控制方法。
背景技术：
注塑机又名注射成型机或注射机。它是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。分为立式、卧式、全电式。注塑机，是制造塑料产品专用机器。它由两个主要部分，注射装置和锁模单元。注塑机的模具可以固定在水平或垂直位置。多数人的机器是水平方向，垂直机用于一些特殊应用，使机器利用重力插入成型。有很多方法可以固定在压板的工具，最常见的是手动夹具(两部分是对压板螺栓)， 液压夹具和磁夹也有使用。通常磁性和液压夹具是用来用在快速换模所使用的工具。注塑机械手是为注塑生产自动化专门配备的机械，它可以在减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产；能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。提高注塑成型机的生产效率、稳定产品质量、降低废品率、降低生产成本、增强企业的竞争力等方面起到及其重要的作用。五轴双臂伺服机械手是5个伺服电机的机械手，其有主副臂两个手臂能完成复杂的要求，其有更加高的灵活性，能适应的场合更加广泛。在注塑工业中适用的机械手按其智能程度可以分为以下两种类型一种为程序编制式，即操作工人根据要求把机械臂的运动过程当作工艺步骤编进工艺程序中，进行执行。一般的采用触摸屏和下位机的结构，以下位机作为控制器来控制五个伺服电机，以触摸屏为手持器来进行操作和显示。在工艺程序的编制上采用程序编制的方式，即操作人员根据现场的要求来一步步的编制所要采用的工艺程序。在现有的程序结构下，系统对于每个电机能运动的位置点个数都做了规定，这样在下位机中把每个位置点都作为相应的作为一个子程序来考虑，把所有的动作同样作为子程序来考虑。第二种为教导方式，其就是手动控制机械手让其所需要的运动路径全部运行一遍，记录下所走的路径信息，完成工艺程序的编制。实际上机械手运动的路径是由一系列路径点组成的，这些路径点组成一个路径点序列，这个序列就构成了运动的路径。所以教导方式中需要确定路径点序列中所有的点的坐标。例如要完成取产品整个过程，则需要操作机械手，从开始运动的位置，按照所需路径运行机械手到取产品点，取产品，再从模内出来，运行到放置产品点。完成整个过程后，即可以完成了工艺程序的编制。另外现有教导方式中是把要实现的各个功能分为一个个子程序段。当要使用某种功能时就把相应的子程序段加到主程序中。例如要实现装箱功能则首先进行装箱教导，完成后在主程序中调用装箱功能程序段，完成装箱功能的实现。现有的机械手控制方式有以下问题1)程序编制式的问题有工艺程序的编制过程较为复杂，操作人员要有极好的空间想像能力和记忆力，才能顺利的编制工艺程序。预留的位置点比较固定，一般来说，其对于每个轴的运动点的个数都做了规定，若单轴的运动点个数需要超过了规定的个数，就不能满足。对于较为复杂的工艺程序，其规定的运动点可能不够。2)教导方式的问题有教导方式需要操作人员完全按照运动路径操作一遍，确定路径点点序列中的所有位置点。这样会造成两个问题，第一需要确定路径序列中的所有位置点。增加了操作的复杂性，第二由于操作时有些位置需要反复的确定，由于要确定最优的路径，这样的教导方式就会对操作人员造成了很大的困难，操作十分繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种不需要操作人员进行工艺程序的编制，能自动生成工艺程序，简化了操作人员的操作过程，能更方便的操作的一种基于路径规划的注塑机械手控制方法。为了实现上目的，本发明采取如下技术方案一种注塑机械手的控制方法，其特征在于该方法包括下述运作过程1)根据实际工艺的要求，确定机械手所需运动路径；2)确定各个路径关键路径点的坐标及动作，将坐标输入控制器中。3)控制器生成所需工艺程序；4)控制器执行生成的工艺程序。关键路径点的定义是关键路径点是机械手运动路径点序列中的点，其构成的集合是路径点序列的一个子集，确定了这些关键路径点，则可以确定机械手运动路径点序列中的其他点。在本发明的一个优选实施方式中，所述的关键路径点包括待机位置点；取产品的位置点；夹水口位置点；装箱位置点放水口位置點。在本发明的一个优选实施方式中，机械手包括主臂和副臂。
在本发明的一个优选实施方式中，控制器为触摸屏手控盒。在本发明的一个优选实施方式中，机械手是通过电机进行控制。在本发明的一个优选实施方式中，机械手是五轴双臂伺服机械手。在本发明的一个优选实施方式中，还包括对所生成的工艺程序进行保存和/或加载。在本发明的一个优选实施方式中，所述位置点的坐标包括五个轴的坐标信息。相比于现有技术，本发明所采用的路径规划的方法进行工艺程序的编制，比起教导方式，即人操作机械手走一遍整个的运动过程，教导方式确定的点更多。路径规划的方法只需要设置好关键路径点即可，简化了操作人员的反复校准的过程，直接将机械手运动相应的点进行设置，设置更加的准确，生成的路径没有反复调整的过程，这样生成的路径就更优。比起程序编制的方式，本发明省去的编制工艺程序的步骤，免去了复杂的编制过程，使操作者使用更加简化，工作性更高。采用了位置点的定义而非单轴位置的定义，这样根据路径规划的分析可以定义出较为固定的位置点，每个位置点包含五个轴的坐标信息，这样就解决了程序编制方式中单轴位置点有可能不够用的情况。
图1 五轴双臂伺服机械手系统信号连接关系示意图；图2 注塑机和机械手的相对位置关系示意图；图3a-m 机械手典型路径示意图，白色方框表示主臂，阴影方框表示副臂；图4 控制方法总体流程图；图5:控制器流程图。
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。本发明的注塑机械手主要分为手控盒端和电机控制端。两者利用CAN总线的方式连接，手控盒端的主要功能是提供友好的用户界面，并在用户界面的提示下完成手动操作、 工艺生成、程序管理、自动运行、生产管理、故障记录、参数设定、密码管理和在线帮助等功能；电机控制端的主要功能是完成电机的运动控制。五轴双臂伺服机械手系统信号连接关系示意图如说明书附图1所示。系统运行的硬件环境触摸屏采用WINCE5. 0以上的系统，分辨率为640*480，具有CAN接口的触摸屏。控制器1)采用TI公司TMS320f280;35DSP芯片进行电机的控制。2)横行Z电机采台达AB系列750w型电机。3)前后X、U电机台达AB系列750w型电机。4)上下Y、V电机台达AB系列750w型电机。注塑机与机械臂的位置示意图如说明书附图2所示，由于注塑机机械手的工作要求，可以看出其在运动空间中有一些以下的一些关键路径点1) A点取产品的位置点；2)B点等待进入模内的位置点，Bl为主臂等待进入模内的位置点，B2副臂等待进入模内的位置点；3) C点取水口的位置点；4) D点放产品的位置点；5) E点放水口的位置点；根据机械手运动空间中的关键路径点的总结和分析，我们经过分析可以分析总结机械手的典型路径(参见说明书附图3a-m)如系列图3中机械手首先横行至Zl位置等待进模，主臂在Bl点等待，副臂在B2 点等待，开模后，主副臂并行运行，主臂下行到F，然后前行的A点，取物品；完成后退回到F 点，上行至Bl点；副臂运行到G点，然后前行到C点，取水口 ；完成后退回到G点，上行至B2 点，并行运行结束。两臂都完成后，再横走运行到Z2点，主臂放下物品到D点，主臂返回待机位置；完成后，横行到Z3点，副臂运行到E点放下水口，完成后副臂返回待机位置。在实现上，基于以上的路径分析我们定义了一系列的位置点，用于记录路径的参数，用于生成工艺程序。1)待机位置机械臂等待开模的位置；
2)取塑件位取产品的位置；3)夹水口位副臂夹水口的位置；4)装箱位置放产品的位置；5)放水口位副臂放水口的位置；根据以上定义的位置点，可以完整的描述出机械手的运动路径，达到注塑机对于机械手的要求。对于路径点规划的方法，按照这样的顺序进行1)根据实际工艺的要求，确定运动的类型。2)确定关键路径点的位置。3)生成工艺程序。以典型路径为例，首先选择路径类型，选择基本路径。选择后，移动机械手分别确定路径中的A点(取产品点)，B点(待机位置点)，C点(夹水口点)，D点(放产品点)，E 点(放水口点)，这五个关键路径点。确定完这些点后即可以生成所需的工艺程序。对于其他路径，只需先确定的路径类型，并确定其中的关键路径点，则可以生成所需的工艺程序。我们可以分别的比较现有的两种工艺程序编制的方式1)教导方式对于教导方式，操作时移动机械手主臂从Bl点进入沿着上图示的路径移动F点，再到A点，操作副臂从B2点进入，沿路径移动G点，再到C点，到达后，如图示沿着原路径分别使主，副返回到B1，B2点。横行运动到Z2，然后主臂运动到D点，横行运动到Z3，然后副臂运动到E点。这样在教导过程中就要确定运动路径中所有的7个点，每个点有五个坐标，才能完整的描述出所走的路径，才能满足其编制工艺程序的要求。这样的方式需要确定的位置点更多，才能满足工艺程序的编制要求。同时，这样的方法在操作中由于实际运用中的操作人员是在注塑机外部进行操作，对于路径不可能确定的十分的准确，在实际的生成要求中，往往要求机械手在模内以最短的时间完成动作，如在A，B1，B2点的Z向坐标应为Zl但从B1，B2点进入开始教导的时候不可能很准确的确定在Zl处。而这样的教导方式，由于不能很准的确定位置点，这样最终的工艺程序中往往机械手要进行多次的调整才能到达目标位置，这样就很难满足生产要求。2)程序编制方式首先将机械手移动到A点，确定A点的X轴坐标为主臂前1位， Y轴坐标为主臂下1位；完成后将机械手移动到Bl点，确定Bl点的X轴坐标为主臂前后待机位，Y轴坐标为主臂上下待机位，Z轴位置为横入位；完成后将机械手副臂移动到C点，确定C点的U轴坐标为副臂后1位，V轴坐标为副臂下1位；完成后将副臂移动到B2点，确定 B2点的U轴坐标为副臂待机位，V轴坐标为副臂上下待机位；完成后将机械手移动到D点， 确定D点的Z轴坐标为横出1位，Y轴坐标为主臂下2位；完成后移动机械手到E位置，确定 E点的Z轴坐标为横出2位，V轴坐标为副臂下2位。这时确定完成了所有的位置，进入编程过程，在程序的编制栏，依次输入主臂上下待机位，副臂上下待机位，主臂前后待机位， 副臂前后待机位，横入位，主臂下1位，副臂下1位，主臂前1位，副臂后1位，主臂前后待机位，副臂前后待机位，主臂上下待机位，副臂上下待机位，横出1位，主臂下2位，主臂上下待机位，横出2位，副臂下2位，副臂上下待机位。这样才完成了工艺程序的编制。在本发明中的注塑机机械手的控制方法中，如附图4所示，通过以下的步骤完成1)根据实际工艺的要求，确定机械手所需运动路径。
2)确定各个关键路径点的坐标及动作。3)生成所需工艺程序。4)执行生成的工艺程序。如附图5所示，首先进行步骤101确定机械手的运动路径类型，确定完路径类型后；进入步骤102确定各个位置点的坐标和动作；当所有的位置点都确定完成后，进入步骤 103生成工艺程序；生成的工艺程序进入步骤104进行执行。其中103中生成工艺程序的流程，如附图5所示，由于经过102把所有的位置坐标和动作信息已经记录下来，在103中完成最后实际的工艺程序的生成。首先通过步骤201 判断整个的生成程序是否结束，若结束，则进入步骤213结束退出。若未结束，则进入步骤 202，判断类型，若为位置则进入步骤210，根据该位置的运动方式，进入步骤211进行相应的编译生成工艺程序，编译完毕后，进入步骤212源指针自动下移，再次进入下次编译，即回到步骤201，进入下次的判读。若为动作，则进入步骤203，判断动作类型，若为1类动作， 则进入步骤204，完成编译后进入步骤207，源程序自动下移进入，再次进入下次编译，即回到步骤201 ；若为2类动作，则进入步骤206，完成编译后进入步骤208，源程序自动下移进入，再次进入下次编译，即回到步骤201 ；若为3类动作，则进入步骤205，完成编译后进入步骤209，源程序自动下移进入，再次进入下次编译，即回到步骤201 ；应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述具体实施方式
的说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种注塑机械手的控制方法，其特征在于该方法包括下述运作过程1)根据实际工艺的要求，确定机械手所需运动路径；2)确定各个路径关键路径点的坐标，将坐标输入控制器中。3)控制器生成所需工艺程序；4)控制器执行生成的工艺程序。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的关键路径点包括待机位置点； 取产品的位置点；夹水口位置点；装箱位置点放水口位置點。
3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于机械手包括主臂和副臂。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的控制器为触摸屏手控盒。
5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于机械手是通过电机进行控制。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的机械手是五轴双臂伺服机械手。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于还包括对所生成的工艺程序进行保存和/或加载。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述关键位置点的坐标包括五个轴的坐标信息和/或位置点的动作。
全文摘要
本发明公开了一种注塑机械手的控制方法，其特征在于该方法包括下述运作过程1)根据实际工艺的要求，确定机械手所需运动路径；2)确定各个路径关键路径点的坐标，将坐标输入控制器中；3)控制器生成所需工艺程序；4)控制器执行生成的工艺程序。相比于现有技术的控制方法，本发明省去的编制工艺程序的步骤，免去了复杂的编制过程，使操作者使用更加简化，工作性更高。
文档编号B29C45/76GK102211389SQ20111010576
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月26日 优先权日2011年4月26日
发明者余跃, 张剑锋, 曹文佳, 朱荣明, 陈东 申请人:西安电子科技大学