專利名稱：一種注塑機械手的控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械領域，具體涉及一種基于路徑規(guī)劃的注塑機械手的控制方法。
背景技術：
注塑機又名注射成型機或注射機。它是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設備。分為立式、臥式、全電式。注塑機，是制造塑料產(chǎn)品專用機器。它由兩個主要部分，注射裝置和鎖模單元。注塑機的模具可以固定在水平或垂直位置。多數(shù)人的機器是水平方向，垂直機用于一些特殊應用，使機器利用重力插入成型。有很多方法可以固定在壓板的工具，最常見的是手動夾具(兩部分是對壓板螺栓)， 液壓夾具和磁夾也有使用。通常磁性和液壓夾具是用來用在快速換模所使用的工具。注塑機械手是為注塑生產(chǎn)自動化專門配備的機械，它可以在減輕繁重的體力勞動、改善勞動條件和安全生產(chǎn)；能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對其進行自動控制使其按照預定要求輸送制品或操持工具進行生產(chǎn)操作的自動化生產(chǎn)設備。提高注塑成型機的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強企業(yè)的競爭力等方面起到及其重要的作用。五軸雙臂伺服機械手是5個伺服電機的機械手，其有主副臂兩個手臂能完成復雜的要求，其有更加高的靈活性，能適應的場合更加廣泛。在注塑工業(yè)中適用的機械手按其智能程度可以分為以下兩種類型一種為程序編制式，即操作工人根據(jù)要求把機械臂的運動過程當作工藝步驟編進工藝程序中，進行執(zhí)行。一般的采用觸摸屏和下位機的結構，以下位機作為控制器來控制五個伺服電機，以觸摸屏為手持器來進行操作和顯示。在工藝程序的編制上采用程序編制的方式，即操作人員根據(jù)現(xiàn)場的要求來一步步的編制所要采用的工藝程序。在現(xiàn)有的程序結構下，系統(tǒng)對于每個電機能運動的位置點個數(shù)都做了規(guī)定，這樣在下位機中把每個位置點都作為相應的作為一個子程序來考慮，把所有的動作同樣作為子程序來考慮。第二種為教導方式，其就是手動控制機械手讓其所需要的運動路徑全部運行一遍，記錄下所走的路徑信息，完成工藝程序的編制。實際上機械手運動的路徑是由一系列路徑點組成的，這些路徑點組成一個路徑點序列，這個序列就構成了運動的路徑。所以教導方式中需要確定路徑點序列中所有的點的坐標。例如要完成取產(chǎn)品整個過程，則需要操作機械手，從開始運動的位置，按照所需路徑運行機械手到取產(chǎn)品點，取產(chǎn)品，再從模內(nèi)出來，運行到放置產(chǎn)品點。完成整個過程后，即可以完成了工藝程序的編制。另外現(xiàn)有教導方式中是把要實現(xiàn)的各個功能分為一個個子程序段。當要使用某種功能時就把相應的子程序段加到主程序中。例如要實現(xiàn)裝箱功能則首先進行裝箱教導，完成后在主程序中調用裝箱功能程序段，完成裝箱功能的實現(xiàn)?，F(xiàn)有的機械手控制方式有以下問題1)程序編制式的問題有工藝程序的編制過程較為復雜，操作人員要有極好的空間想像能力和記憶力，才能順利的編制工藝程序。預留的位置點比較固定，一般來說，其對于每個軸的運動點的個數(shù)都做了規(guī)定，若單軸的運動點個數(shù)需要超過了規(guī)定的個數(shù)，就不能滿足。對于較為復雜的工藝程序，其規(guī)定的運動點可能不夠。2)教導方式的問題有教導方式需要操作人員完全按照運動路徑操作一遍，確定路徑點點序列中的所有位置點。這樣會造成兩個問題，第一需要確定路徑序列中的所有位置點。增加了操作的復雜性，第二由于操作時有些位置需要反復的確定，由于要確定最優(yōu)的路徑，這樣的教導方式就會對操作人員造成了很大的困難，操作十分繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不需要操作人員進行工藝程序的編制，能自動生成工藝程序，簡化了操作人員的操作過程，能更方便的操作的一種基于路徑規(guī)劃的注塑機械手控制方法。為了實現(xiàn)上目的，本發(fā)明采取如下技術方案一種注塑機械手的控制方法，其特征在于該方法包括下述運作過程1)根據(jù)實際工藝的要求，確定機械手所需運動路徑；2)確定各個路徑關鍵路徑點的坐標及動作，將坐標輸入控制器中。3)控制器生成所需工藝程序；4)控制器執(zhí)行生成的工藝程序。關鍵路徑點的定義是關鍵路徑點是機械手運動路徑點序列中的點，其構成的集合是路徑點序列的一個子集，確定了這些關鍵路徑點，則可以確定機械手運動路徑點序列中的其他點。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述的關鍵路徑點包括待機位置點；取產(chǎn)品的位置點；夾水口位置點；裝箱位置點放水口位置點。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，機械手包括主臂和副臂。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，控制器為觸摸屏手控盒。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，機械手是通過電機進行控制。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，機械手是五軸雙臂伺服機械手。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，還包括對所生成的工藝程序進行保存和/或加載。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述位置點的坐標包括五個軸的坐標信息。相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明所采用的路徑規(guī)劃的方法進行工藝程序的編制，比起教導方式，即人操作機械手走一遍整個的運動過程，教導方式確定的點更多。路徑規(guī)劃的方法只需要設置好關鍵路徑點即可，簡化了操作人員的反復校準的過程，直接將機械手運動相應的點進行設置，設置更加的準確，生成的路徑?jīng)]有反復調整的過程，這樣生成的路徑就更優(yōu)。比起程序編制的方式，本發(fā)明省去的編制工藝程序的步驟，免去了復雜的編制過程，使操作者使用更加簡化，工作性更高。采用了位置點的定義而非單軸位置的定義，這樣根據(jù)路徑規(guī)劃的分析可以定義出較為固定的位置點，每個位置點包含五個軸的坐標信息，這樣就解決了程序編制方式中單軸位置點有可能不夠用的情況。


圖1 五軸雙臂伺服機械手系統(tǒng)信號連接關系示意圖；圖2 注塑機和機械手的相對位置關系示意圖；圖3a-m 機械手典型路徑示意圖，白色方框表示主臂，陰影方框表示副臂；圖4 控制方法總體流程圖；圖5:控制器流程圖。
具體實施例方式以下結合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明的注塑機械手主要分為手控盒端和電機控制端。兩者利用CAN總線的方式連接，手控盒端的主要功能是提供友好的用戶界面，并在用戶界面的提示下完成手動操作、 工藝生成、程序管理、自動運行、生產(chǎn)管理、故障記錄、參數(shù)設定、密碼管理和在線幫助等功能；電機控制端的主要功能是完成電機的運動控制。五軸雙臂伺服機械手系統(tǒng)信號連接關系示意圖如說明書附圖1所示。系統(tǒng)運行的硬件環(huán)境觸摸屏采用WINCE5. 0以上的系統(tǒng)，分辨率為640*480，具有CAN接口的觸摸屏?？刂破?)采用TI公司TMS320f280;35DSP芯片進行電機的控制。2)橫行Z電機采臺達AB系列750w型電機。3)前后X、U電機臺達AB系列750w型電機。4)上下Y、V電機臺達AB系列750w型電機。注塑機與機械臂的位置示意圖如說明書附圖2所示，由于注塑機機械手的工作要求，可以看出其在運動空間中有一些以下的一些關鍵路徑點1) A點取產(chǎn)品的位置點；2)B點等待進入模內(nèi)的位置點，Bl為主臂等待進入模內(nèi)的位置點，B2副臂等待進入模內(nèi)的位置點；3) C點取水口的位置點；4) D點放產(chǎn)品的位置點；5) E點放水口的位置點；根據(jù)機械手運動空間中的關鍵路徑點的總結和分析，我們經(jīng)過分析可以分析總結機械手的典型路徑(參見說明書附圖3a-m)如系列圖3中機械手首先橫行至Zl位置等待進模，主臂在Bl點等待，副臂在B2 點等待，開模后，主副臂并行運行，主臂下行到F，然后前行的A點，取物品；完成后退回到F 點，上行至Bl點；副臂運行到G點，然后前行到C點，取水口 ；完成后退回到G點，上行至B2 點，并行運行結束。兩臂都完成后，再橫走運行到Z2點，主臂放下物品到D點，主臂返回待機位置；完成后，橫行到Z3點，副臂運行到E點放下水口，完成后副臂返回待機位置。在實現(xiàn)上，基于以上的路徑分析我們定義了一系列的位置點，用于記錄路徑的參數(shù)，用于生成工藝程序。1)待機位置機械臂等待開模的位置；
2)取塑件位取產(chǎn)品的位置；3)夾水口位副臂夾水口的位置；4)裝箱位置放產(chǎn)品的位置；5)放水口位副臂放水口的位置；根據(jù)以上定義的位置點，可以完整的描述出機械手的運動路徑，達到注塑機對于機械手的要求。對于路徑點規(guī)劃的方法，按照這樣的順序進行1)根據(jù)實際工藝的要求，確定運動的類型。2)確定關鍵路徑點的位置。3)生成工藝程序。以典型路徑為例，首先選擇路徑類型，選擇基本路徑。選擇后，移動機械手分別確定路徑中的A點(取產(chǎn)品點)，B點(待機位置點)，C點(夾水口點)，D點(放產(chǎn)品點)，E 點(放水口點)，這五個關鍵路徑點。確定完這些點后即可以生成所需的工藝程序。對于其他路徑，只需先確定的路徑類型，并確定其中的關鍵路徑點，則可以生成所需的工藝程序。我們可以分別的比較現(xiàn)有的兩種工藝程序編制的方式1)教導方式對于教導方式，操作時移動機械手主臂從Bl點進入沿著上圖示的路徑移動F點，再到A點，操作副臂從B2點進入，沿路徑移動G點，再到C點，到達后，如圖示沿著原路徑分別使主，副返回到B1，B2點。橫行運動到Z2，然后主臂運動到D點，橫行運動到Z3，然后副臂運動到E點。這樣在教導過程中就要確定運動路徑中所有的7個點，每個點有五個坐標，才能完整的描述出所走的路徑，才能滿足其編制工藝程序的要求。這樣的方式需要確定的位置點更多，才能滿足工藝程序的編制要求。同時，這樣的方法在操作中由于實際運用中的操作人員是在注塑機外部進行操作，對于路徑不可能確定的十分的準確，在實際的生成要求中，往往要求機械手在模內(nèi)以最短的時間完成動作，如在A，B1，B2點的Z向坐標應為Zl但從B1，B2點進入開始教導的時候不可能很準確的確定在Zl處。而這樣的教導方式，由于不能很準的確定位置點，這樣最終的工藝程序中往往機械手要進行多次的調整才能到達目標位置，這樣就很難滿足生產(chǎn)要求。2)程序編制方式首先將機械手移動到A點，確定A點的X軸坐標為主臂前1位， Y軸坐標為主臂下1位；完成后將機械手移動到Bl點，確定Bl點的X軸坐標為主臂前后待機位，Y軸坐標為主臂上下待機位，Z軸位置為橫入位；完成后將機械手副臂移動到C點，確定C點的U軸坐標為副臂后1位，V軸坐標為副臂下1位；完成后將副臂移動到B2點，確定 B2點的U軸坐標為副臂待機位，V軸坐標為副臂上下待機位；完成后將機械手移動到D點， 確定D點的Z軸坐標為橫出1位，Y軸坐標為主臂下2位；完成后移動機械手到E位置，確定 E點的Z軸坐標為橫出2位，V軸坐標為副臂下2位。這時確定完成了所有的位置，進入編程過程，在程序的編制欄，依次輸入主臂上下待機位，副臂上下待機位，主臂前后待機位， 副臂前后待機位，橫入位，主臂下1位，副臂下1位，主臂前1位，副臂后1位，主臂前后待機位，副臂前后待機位，主臂上下待機位，副臂上下待機位，橫出1位，主臂下2位，主臂上下待機位，橫出2位，副臂下2位，副臂上下待機位。這樣才完成了工藝程序的編制。在本發(fā)明中的注塑機機械手的控制方法中，如附圖4所示，通過以下的步驟完成1)根據(jù)實際工藝的要求，確定機械手所需運動路徑。
2)確定各個關鍵路徑點的坐標及動作。3)生成所需工藝程序。4)執(zhí)行生成的工藝程序。如附圖5所示，首先進行步驟101確定機械手的運動路徑類型，確定完路徑類型后；進入步驟102確定各個位置點的坐標和動作；當所有的位置點都確定完成后，進入步驟 103生成工藝程序；生成的工藝程序進入步驟104進行執(zhí)行。其中103中生成工藝程序的流程，如附圖5所示，由于經(jīng)過102把所有的位置坐標和動作信息已經(jīng)記錄下來，在103中完成最后實際的工藝程序的生成。首先通過步驟201 判斷整個的生成程序是否結束，若結束，則進入步驟213結束退出。若未結束，則進入步驟 202，判斷類型，若為位置則進入步驟210，根據(jù)該位置的運動方式，進入步驟211進行相應的編譯生成工藝程序，編譯完畢后，進入步驟212源指針自動下移，再次進入下次編譯，即回到步驟201，進入下次的判讀。若為動作，則進入步驟203，判斷動作類型，若為1類動作， 則進入步驟204，完成編譯后進入步驟207，源程序自動下移進入，再次進入下次編譯，即回到步驟201 ；若為2類動作，則進入步驟206，完成編譯后進入步驟208，源程序自動下移進入，再次進入下次編譯，即回到步驟201 ；若為3類動作，則進入步驟205，完成編譯后進入步驟209，源程序自動下移進入，再次進入下次編譯，即回到步驟201 ；應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述具體實施方式
的說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種注塑機械手的控制方法，其特征在于該方法包括下述運作過程1)根據(jù)實際工藝的要求，確定機械手所需運動路徑；2)確定各個路徑關鍵路徑點的坐標，將坐標輸入控制器中。3)控制器生成所需工藝程序；4)控制器執(zhí)行生成的工藝程序。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的關鍵路徑點包括待機位置點； 取產(chǎn)品的位置點；夾水口位置點；裝箱位置點放水口位置點。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的控制方法，其特征在于機械手包括主臂和副臂。
4.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的控制器為觸摸屏手控盒。
5.根據(jù)權利要求3所述的控制方法，其特征在于機械手是通過電機進行控制。
6.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的機械手是五軸雙臂伺服機械手。
7.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，其特征在于還包括對所生成的工藝程序進行保存和/或加載。
8.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，其特征在于所述關鍵位置點的坐標包括五個軸的坐標信息和/或位置點的動作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種注塑機械手的控制方法，其特征在于該方法包括下述運作過程1)根據(jù)實際工藝的要求，確定機械手所需運動路徑；2)確定各個路徑關鍵路徑點的坐標，將坐標輸入控制器中；3)控制器生成所需工藝程序；4)控制器執(zhí)行生成的工藝程序。相比于現(xiàn)有技術的控制方法，本發(fā)明省去的編制工藝程序的步驟，免去了復雜的編制過程，使操作者使用更加簡化，工作性更高。
文檔編號B29C45/76GK102211389SQ20111010576
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權日2011年4月26日
發(fā)明者余躍, 張劍鋒, 曹文佳, 朱榮明, 陳東 申請人:西安電子科技大學