一种控制注塑机机械手的方法和注塑机机械手及其驱动器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种驱动器，包括一个整流模块、N个IGBT模块、一个电流演算模块和一个控制模块。整流模块的输出端与N个IGBT模块的第一输入端连接；各个IGBT模块的输出端与电流演算模块的输入端连接，以及与各个运动轴的电机一一对应连接；控制模块的第一输入端与电流演算模块的输出端连接；控制模块的第二输入端与各个运动轴的编码器的输出端连接；控制模块的输出端与各IGBT模块的第二输入端连接。其中，N为运动轴的个数。由此可见，一个驱动器就能完成整个注塑机机械手各个运动轴的驱动工作，节约空间和减轻注塑机机械手整体的重量。此外，本发明还公开一种包含上述驱动器的注塑机机械手以及控制注塑机机械手的方法。
【专利说明】
一种控制注塑机机械手的方法和注塑机机械手及其驱动器
技术领域
[0001]本发明涉及机械手技术领域，特别是涉及一种控制注塑机机械手的方法和注塑机机械手及其驱动器。
【背景技术】
[0002]注塑机机械手是为注塑生产自动化专门配备的机械，它可以减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产。注塑机机械手能够模仿人体上肢的部分功能，通过对其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，从而实现自动化生产。
[0003]注塑机机械手通常包括执行系统、驱动系统以及控制系统等部分。执行系统用于实现机械手抓取或释放产品等多种操作运动的系统，由臂部、腕部和手部等组成。驱动系统是为执行系统的各个部件提供动力的系统，通常分为启动、液压、电动及机械等形式。控制系统是通过对驱动系统进行控制，使执行系统按照预定的工作要求操作。驱动系统作为整个机械手的动力系统，具有重要的作用。
[0004]目前，注塑机机械手的驱动系统通常包括多个驱动器，每个驱动器为注塑机机械手的一个运动轴提供驱动。图1为现有技术的3轴注塑机机械手的驱动系统的结构图。如图1所示，驱动系统包含多个驱动器1，其中，每个驱动器I包括一个整流模块11、一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块12、一个控制模块13以及一个电流演算模块14。每个IGBT模块12与一个运动轴的电机15连接，每个电机15与一个编码器16连接。电源17与各整流模块11连接，逻辑控制器18与各控制模块13连接。
[0005]以3个运动轴为例，则驱动系统需要3个上述驱动器，导致整个驱动系统整体重量较重，且占用空间较大。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种驱动器，用于减轻注塑机机械手的重量和提高空间利用率。此外，本发明的目的还提供一种包含该驱动器的注塑机机械手。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种驱动器，用于注塑机机械手，包括整流模块、绝缘栅双极型晶体管IGBT模块、电流演算模块和控制模块，
[0008]所述整流模块、电流演算模块和控制模块的数量均为一个，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的数量为N个；
[0009]所述整流模块的输出端与N个所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的第一输入端连接，以将电能传输至各所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块；
[0010]各所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的输出端与所述电流演算模块的输入端连接，以及与所述注塑机机械手的各个运动轴的电机一一对应连接；
[0011]所述控制模块的第一输入端与所述电流演算模块的输出端连接；所述控制模块的第二输入端与所述注塑机机械手的各个运动轴的编码器的输出端连接，所述控制模块的输出端与各所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的第二输入端连接。
[0012]其中，N为所述注塑机机械手的运动轴的个数。
[0013]优选的，还包括:用于N个所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块、所述电流演算模块和所述控制模块之间通信的通信总线。
[0014]优选的，包括:N个运动轴、电机、编码器、逻辑控制器以及如权利要求1或2所述的驱动器；
[0015]每个所述运动轴均设置有电机以及用于采集所述电机实际转速的编码器；
[0016]所述逻辑控制器与所述驱动器的控制模块通信连接。
[0017]优选的，所述N个运动轴包括:X轴、Y轴和Z轴。
[0018]优选的，所述驱动器的绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的数量为3个。
[0019]优选的，所述驱动器设置于所述X轴的箱体的内部。
[0020]优选的，所述X轴的箱体的端部具有第一开口，所述第一开口设置有散热装置。[0021 ] 优选的，所述散热装置为排风扇。
[0022]优选的，所述X轴的箱体的侧面包括:用于接线和检查所述驱动器的第二开口。
[0023]优选的，所述逻辑控制器设置于所述Z轴的箱体的内部。
[0024]—种控制注塑机机械手的方法，包括:
[0025]整流模块将电能传输至与其电连接的各绝缘栅双极型晶体管IGBT模块；
[0026]逻辑控制器根据所述注塑机机械手各个运动轴的当前动作向驱动器中的控制模块发送相应的指令；
[0027]所述控制模块将所述指令发送至相应的绝缘栅双极型晶体管IGBT模块；
[0028]所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块根据指令控制与其连接的电机的转速；
[0029]各编码器采集与其连接的所述电机的实际转速，并将所述实际转速反馈至所述控制丰旲块;
[0030]电流演算模块获取各所述电机的理论转速，并将所述理论转速反馈至所述控制模块；
[0031]所述控制模块分析所述实际转速和所述理论转速，若存在偏差，则通过PID闭环运算调节，直至偏差在允许范围内；
[0032]所述控制模块将处理结果发送至所述逻辑控制器。
[0033]本发明所提供的驱动器，通过采用一个整流模块、一个电流演算模块、一个控制模块和N个IGBT模块，因此一个驱动器就能完成整个注塑机机械手各个运动轴的驱动工作，节约空间和减轻注塑机机械手整体的重量。
【附图说明】
[0034]为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为现有技术的3轴注塑机机械手的驱动系统的结构图；
[0036]图2为本发明提供的一种驱动器的结构图；
[0037]图3为本发明提供的一种注塑机机械手的布局示意图；
[0038]图4为本发明提供的注塑机机械手的左视图；
[0039]图5为本发明所提供的注塑机机械手的正视图；
[0040]图6为本发明所提供的注塑机机械手的俯视图；
[0041]图7为本发明提供的一种控制注塑机机械手的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0042]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
[0043]本发明的核心是提供一种机械手及其驱动器。此外，还提供一种控制注塑机机械手的方法。
[0044]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0045]实施例一
[0046]驱动器，用于注塑机机械手，包括整流模块、绝缘栅双极型晶体管IGBT模块、电流演算模块和控制模块。
[0047]所述整流模块、电流演算模块和控制模块的数量均为一个，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的数量为N个；
[0048]所述整流模块的输出端与N个所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的第一输入端连接，以将电能传输至各所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块；
[0049]各所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的输出端与所述电流演算模块的输入端连接，以及与所述注塑机机械手的各个运动轴的电机一一对应连接；
[0050]所述控制模块的第一输入端与所述电流演算模块的输出端连接；所述控制模块的第二输入端与所述注塑机机械手的各个运动轴的编码器的输出端连接，所述控制模块的输出端与各所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的第二输入端连接。
[0051]其中，N为所述注塑机机械手的运动轴的个数。
[0052]图2为本发明提供的一种驱动器的结构图。为了减轻注塑机机械手的驱动系统的重量，本发明的驱动系统只包含一个驱动器2。如图2所示，该驱动器2包含一个整流模块20、3个IGBT模块21、一个电流演算模块22和一个控制模块23。
[0053]其中，整流模块20是整个驱动器2的供电核心，通过电源17为3个IGBT模块21供电。通过该整流模块20可将三相交流电整流为直流电供3个IGBT模块21使用。
[0054]由于注塑机机械手的各个运动轴的电机24型号不同，而IGBT模块21的功率需要根据电机24的型号来确定，因此，需要为每个运动轴配置一个IGBT模块21。将IGBT模块21的输出端与电机24对应连接，以确保每个IGBT模块21和每个电机24相匹配。各IGBT模块21的输出端还与电流演算模块22的输入端连接。
[0055]电流演算模块22实时采集各IGBT模块21输出的电流值，并将数据传递给控制模块23的第一输入端。控制模块23对获取到的数据进行判断，以确保电流值在保护范围内。
[0056]—个编码器25与一个电机24连接，编码器25用于采集与其连接的电机24的实际转速，并将结果通过输出端传输至控制模块23的第二输入端。
[0057]控制模块23的第二输入端与编码器25连接，将编码器25采集到的实际转速与理论转速分析处理，并传递给逻辑控制器26。当逻辑控制器26接收到控制模块23的数据后判断下一步的动作，并将下一步的动作指令反馈至控制模块23。控制模块23通过其输出端将动作指令发送至相应的IGBT模块21的第二输入端。各IGBT模块21根据接收到的动作指令去控制与其连接的电机24的转速。
[0058]本实施例提供的驱动器2，通过采用一个整流模块20、一个电流演算模块22、一个控制模块23和3个IGBT模块21，因此，一个驱动器2就能完成整个注塑机机械手各个运动轴的驱动工作，节约空间和减轻注塑机机械手整体的重量。
[0059]需要说明的是，本实施例没有规定注塑机机械手运动轴的个数，在具体实施中，可以是2个，也可以是3个或其它数目。由于每个运动轴具有一个电机24，因此电机24的数目由运动轴的数目而定，同理，一个IGBT模块21与一个电机24连接，因此IGBT模块21的数目也由运动轴的个数决定的，即如果运动轴为2个，则电机24为2个，IGBT模块21也为2个；如果运动轴为3个，则电机24为3个，IGBT模块21也为3个。此外，图2仅是一个具体图示，并不代表只能是3个IGBT模块21。
[0060]在上述实施例的基础上，驱动器，还包括:用于N个IGBT模块、所述电流演算模块和所述控制模块之间通信的通信总线。
[0061]在具体实施中，由于控制模块和电流演算模块需要为各个IGBT模块提供指令信号，因此为了各个模块之间方便通讯，则采用通信总线作为传输介质。
[0062]通过通信总线作为各个模块之间的通信线路，可以实时交换信息，进行协同工作，提高工作效率。
[0063]需要说明的是，本实施例没有规定通信总线的具体类型，该通信总线可以根据实际情况设定，例如，可以选用CAN总线。
[0064]实施例二
[0065]注塑机机械手，包括:N个运动轴、电机、编码器、逻辑控制器以及实施例一所述的驱动器；
[0066]每个所述运动轴均设置有电机以及用于采集所述电机实际转速的编码器；
[0067]所述逻辑控制器与所述驱动器的控制模块通信连接。
[0068]如图2所示，由于驱动器2的具体结构在实施例一中已经详细说明，这里暂不赘述。各个电机24和编码器25设置于各个运动轴，控制模块23与逻辑控制器26之间通信连接，即控制模块23将编码器25采集到的实际转速与理论转速分析处理传递给逻辑控制器26。当逻辑控制器26接收到控制模块23的数据后判断下一步的动作，并将下一步的动作指令反馈至控制模块23。控制模块23通过其输出端将动作指令发送至相应的IGBT模块21的第二输入端。各IGBT模块21根据接收到的动作指令去控制与其连接的电机24的转速。
[0069]本实施例提供的注塑机机械手，由于驱动器2采用一个整流模块20、一个电流演算模块22、一个控制模块23和3个IGBT模块21，因此，一个驱动器2就能完成整个注塑机机械手各个运动轴的驱动工作，节约空间和减轻注塑机机械手整体的重量。此外，逻辑控制器26只需要与一个控制模块23连接，因此布线较少，在一定程度上缩短了注塑机机械手的响应时间。
[0070]为了详细说明本实施例提供的注塑机机械手的具体结构，本发明给出图3、图4、图5和图6。图3为本发明提供的一种注塑机机械手的布局示意图；图4为本发明提供的注塑机机械手的左视图；图5为本发明提供的注塑机机械手的正视图；图6为本发明提供的注塑机机械手的俯视图。
[0071]作为一种优选的实施方式，所述N个运动轴包括:X轴、Y轴和Z轴。
[0072]在具体实施中，3轴注塑机机械手的应用较多，图3以3个运动轴为例。但并不代表只能是X轴、Y轴和Z轴这三个轴，这里只是一种优选的方式。
[0073]作为一种优选的实施方式，所述驱动器的绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的数量为3个。
[0074]由于N个运动轴包括:X轴、Y轴和Z轴，因此IGBT模块21的数量就为3个。将整流模块20、IGBT模块21、电流演算模块22和控制模块23采用实施例一的连接方式，并将控制模块23与逻辑控制器26连接。
[0075]作为一种优选的实施方式，所述驱动器设置于所述X轴的箱体的内部。
[0076]为了提高空间利用率和美观，可以将驱动器设置于X轴箱体的内部，如图3所示。由于驱动器中的各个模块是独立的，各个模块之间采用接线方式，因此，可以将驱动器整体设置于X轴的箱体内部。
[0077]通过将驱动器设置于X轴箱体的内部，可以提高空间利用率，且使整个注塑机机械手的外观整洁，便于维护。
[0078]需要说明的是，驱动器可以设置在注塑机机械手的任意位置，设置于X轴的箱体的内部只是一种优选的实施方式。在其它实施例中，还可以设置于Y轴的箱体的内部或者Z轴的箱体的内部，只要运动轴具备承载驱动器的重量以及放置驱动器的空间即可。
[0079]作为一种优选的实施方式，所述X轴的箱体的端部具有第一开口，所述第一开口设置有散热装置。
[0080]驱动器整体设置于X轴箱体的内部，各个模块在工作过程中会散发热量，如果没有散热装置，则可能导致X轴箱体的内部温度较高，影响驱动器各个模块的正常工作，甚至烧毁、引发火灾等。因此，本发明在X轴箱体的端部设置有第一开口 30，在第一开口 30处设置有散热装置31。
[0081]通过在X轴的箱体的端部设置散热装置31，可以有效散发X轴箱体内部的热量，从而保证驱动器各个模块的正常工作。
[0082]需要说明的是，在X轴箱体的端部设置有第一开口 30仅是一种优选的实施方式，并不代表只能在端部设置第一开口 30，还可以是侧面或者其它地方，该位置可以根据实际情况设定，只要能满足散热装置的安装即可。此外，安装散热装置31只是散热方式中的一种，例如还可以将陶瓷作为箱体材质，以增加散热功能，这里不一一列举。
[0083]作为一种优选的实施方式，所述散热装置为排风扇。
[0084]由于注塑机机械手的X轴箱体的尺寸和空间有限，如果散热装置31体积过大，则无法安装。排风扇属于常见的散热装置31，其体积有多种型号，便于选择，且功率较小，适于本发明提供的注塑机机械手的散热工作。
[0085]选用排风扇作为散热装置31，可以节约成本，可选性较大，便于组装。
[0086]需要说明的是，选用排风扇只是一种优选的实施方式，并不代表只能是排风扇，还可以是其它形式的散热装置31。
[0087]作为一种优选的实施方式，所述X轴的箱体的侧面包括:用于接线和检查所述驱动器的第二开口。
[0088]在X轴的箱体的端部设置有排风扇的基础上，为了日常检查和便于接线，还可以在X轴的箱体的侧面设置第二开口 32。该开口 32的大小可以根据实际情况设定。
[0089]通过设置第二开口 32，当需要接线或者检查驱动器的工作状况时，可以很方便的操作，无需打开整个X轴的箱体，更加人性化。
[0090]作为一种优选的实施方式，所述逻辑控制器设置于所述Z轴的箱体的内部。
[0091]为了合理利用各个运动轴，避免重量集中到一个运动轴，逻辑控制器26可以设置于Z轴的箱体的内部。
[0092]将逻辑控制器26设置于Z轴的箱体的内部可以提高空间利用率。
[0093]实施例三
[0094]一种控制注塑机机械手的方法，包括:
[0095]SlO:整流模块将电能传输至与其电连接的各绝缘栅双极型晶体管IGBT模块；
[0096]Sll:逻辑控制器根据所述注塑机机械手各个运动轴的当前动作向驱动器中的控制模块发送相应的指令；
[0097]S12:所述控制模块将所述指令发送至相应的绝缘栅双极型晶体管IGBT模块；
[0098]S13:所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块根据指令控制与其连接的电机的转速；
[0099]S14:各编码器采集与其连接的所述电机的实际转速，并将所述实际转速反馈至所述控制模块；
[0100]S15:电流演算模块获取各所述电机的理论转速，并将所述理论转速反馈至所述控制丰旲块;
[0101]S16:所述控制模块分析所述实际转速和所述理论转速，若存在偏差，则通过PID闭环运算调节，直至偏差在允许范围内；
[0102]S17:所述控制模块将处理结果发送至所述逻辑控制器。
[0103]图7为本发明提供的一种控制注塑机机械手的方法的流程图。由于该方法是实施例二中的注塑机机械手对应的控制方法，具体的硬件结构可以参见图2，本实施例详细描述本发明提供的注塑机机械手的控制方法。
[0104]在具体实施中，逻辑控制器是注塑机机械手的控制核心，各个运动轴的动作都是在逻辑控制器的控制下完成的。具体的过程是:
[0105]驱动器中的整流模块电连接各IGBT模块，可将三相交流电整流并传输至各IGBT丰旲块。
[0106]逻辑控制器能够根据注塑机机械手的各个运动轴的当前动作向控制模块发送相应的指令。例如，该指令中包含有所要执行该指令的运动轴的编码(以区分各运动轴)以及需要执行的动作。
[0107]控制模块接收到逻辑控制器的指令后，根据指令中包含的信息，将该指令发送至相应的IGBT模块，例如该指令是需要X轴的机械手做动作，则控制模块将该指令发送给X轴对应的IGBT模块。
[0108]当IGBT模块接收到该指令后，根据该指令的信息控制与其连接的电机的转速。
[0109]编码器采集与其连接的电机的实际转速，并将实际转速反馈至控制模块。
[0110]由于误差的存在，实际过程中电机的转速可能并不能与IGBT模块控制的转速(理论转速)完全相同，因此，电流演算模块需要获取电机的理论转速，并将理论转速反馈至控制模块，以便控制模块对理论转速和实际转速进行分析。
[0111]当控制模块判断出理论转速和实际转速存在偏差时，需要通过PID闭环运算来调节，直至偏差调节至允许范围内。
[0112]当控制模块将偏差调节至允许范围内时，将处理结果发送至逻辑控制器。逻辑控制器根据该处理结果，再次进行步骤S10。各个运动轴的机械手按照指令不断的执行相应的动作，直到逻辑控制器不发送指令为止。
[0113]以上对本发明所提供的一种控制注塑机机械手的方法和注塑机机械手及其驱动器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种驱动器，用于注塑机机械手，包括整流模块、绝缘栅双极型晶体管IGBT模块、电流演算模块和控制模块，其特征在于， 所述整流模块、电流演算模块和控制模块的数量均为一个，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的数量为N个； 所述整流模块的输出端与N个所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的第一输入端连接，以将电能传输至各所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块； 各所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的输出端与所述电流演算模块的输入端连接，以及与所述注塑机机械手的各个运动轴的电机一一对应连接； 所述控制模块的第一输入端与所述电流演算模块的输出端连接；所述控制模块的第二输入端与所述注塑机机械手的各个运动轴的编码器的输出端连接，所述控制模块的输出端与各所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的第二输入端连接。 其中，N为所述注塑机机械手的运动轴的个数。2.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，还包括:用于N个所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块、所述电流演算模块和所述控制模块之间通信的通信总线。3.一种注塑机机械手，其特征在于，包括:N个运动轴、电机、编码器、逻辑控制器以及如权利要求1或2所述的驱动器； 每个所述运动轴均设置有电机以及用于采集所述电机实际转速的编码器； 所述逻辑控制器与所述驱动器的控制模块通信连接。4.根据权利要求3所述的注塑机机械手，其特征在于，所述N个运动轴包括:X轴、Y轴和Z轴。5.根据权利要求4所述的注塑机机械手，其特征在于，所述驱动器的绝缘栅双极型晶体管IGBT模块的数量为3个。6.根据权利要求4所述的注塑机机械手，其特征在于，所述驱动器设置于所述X轴的箱体的内部。7.根据权利要求6所述的注塑机机械手，其特征在于，所述X轴的箱体的端部具有第一开口，所述第一开口设置有散热装置。8.根据权利要求7所述的注塑机机械手，其特征在于，所述散热装置为排风扇。9.根据权利要求6所述的注塑机机械手，其特征在于，所述X轴的箱体的侧面包括:用于接线和检查所述驱动器的第二开口。10.根据权利要求6所述的注塑机机械手，其特征在于，所述逻辑控制器设置于所述Z轴的箱体的内部。11.一种控制注塑机机械手的方法，其特征在于，包括: 整流模块将电能传输至与其电连接的各绝缘栅双极型晶体管IGBT模块； 逻辑控制器根据所述注塑机机械手各个运动轴的当前动作向驱动器中的控制模块发送相应的指令； 所述控制模块将所述指令发送至相应的绝缘栅双极型晶体管IGBT模块； 所述绝缘栅双极型晶体管IGBT模块根据指令控制与其连接的电机的转速； 各编码器采集与其连接的所述电机的实际转速，并将所述实际转速反馈至所述控制模块； 电流演算模块获取各所述电机的理论转速，并将所述理论转速反馈至所述控制模块；所述控制模块分析所述实际转速和所述理论转速，若存在偏差，则通过PID闭环运算调节，直至偏差在允许范围内； 所述控制模块将处理结果发送至所述逻辑控制器。
【文档编号】B29C45/76GK105984077SQ201510040837
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月27日
【发明人】司贵超
【申请人】宁波弘讯科技股份有限公司