一种自动化生产线中桁架式机械手的控制方案 - 副本

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技术创新·Technology and Innovation

概述

在全自动化数控加工过程中，零件的装卸传送环节一般利用机器人完成操作，但在各种场合中都采用机器人不一定广泛合适。针对具体的生产工艺，结合机床的实际结构，利用桁架式机械手的控制方案，可以实现更简便更一体的零件装卸传送操作。

1 主控制器简介

使用通用可编程控制器ＧＰＣ１０００Ａ作为生产线的主控制器，其主要具有以下特点：

◆同时支持逻辑控制和运动控制；

◆通过ＧＳＫ－Ｌｉｎｋ连接伺服驱动、ＩＯ单元，总共最大可达２５站点；

◆通过ＧＳＫ－Ｌｉｎｋ－ＰＡ连接ＧＳＫ数控系统，总共最大可达２５站点；

◆多通道运动控制，最多可控制１６轴。

ＧＰＣ１０００Ａ具备逻辑控制和运动控制功能，通过

一种自动化生产线中桁架式机械手的控制方案

梁桂明 唐建锐

（广州数控设备有限公司 广州 510000）

摘要：通过GPC1000A 可编程控制器实现对桁架式机械手在自动生产线中的控制应用。结合自动生产线现场布局，描述机械手控制部分的设计和调试过程，实现生产过程的自动控制。

关键词：GPC1000A 通用可编程控制器；逻辑控制；运动控制；GSK-Link；GSK-Link-PA；柔性生产线

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Through programmable controller GPC1000A, it can realize the control application of gantry robot in the flexible production line. Combined with the field layout of flexible production line, it describes the design and debugging process of robot manipulator control, and realizes the automotive control of production process.

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：programmable controller GPC1000A；logic control；motion control；GSK-Link； GSK-Link-PA；flex-ible production line

ＧＳＫ－Ｌｉｎｋ控制总线扩展Ｉ／Ｏ单元和伺服单元，实现生产线中数控机床、输送带、自动检测设备及其它电气设备间的逻辑时序控制，及机械手、送料、自动测量系统的运动轴控制；　ＧＰＣ１０００Ａ通过ＧＳＫ－Ｌｉｎｋ－ＰＡ接入车间设备总线网络，与数控机床进行实时数据交换；提供支持ＴＣＰ／ＩＰ以太网接口，支持文件传输及ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ协议，与上位机连接进行用户程序更新或系统程序升级，连接

ＰＣ或ＨＭＩ进行生产过程的监控，如图１。

Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｇａｎｔｒｙ　Ｒｏｂｏｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　Ｌｉｎｅ

图1 以GPC 1000A 为主控制器的自动生产线网络拓扑图

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2 机械手控制方案

自动生产线的生产过程一般为步进顺序控制，即将生产过程分为若干个工步，从生产循环过程启动开始，当到达一个工步的终点时，激活下一个工步并执行直至收到该工步的结束依据的信号，由此实现生产过程的自动控制。

本节以一条自动生产线为例，描述机械手控制部分设计和调试过程。

如图２为生产线现场布局，其由一个料盘、一个成品架、两台数控机床和一台桁架机械手组成。

机械手由水平和垂直两个方向的伺服轴拖动，机械手末端为由电磁阀控制夹紧／松开及角度旋转的夹具。

与机械手相关的控制循环流程如图３。

3 控制程序设计

由生产线的生产过程可知，机械手完成的主要动作为：

⑴　取毛坯⑵　机床１上、下料⑶　机床２上、下料⑷　放成品

机械手的两个运动轴由ＧＰＣ１０００Ａ控制，将这两个轴配置到同一通道中，定义水平方向轴名为Ｘ，垂直方向轴名为Ｙ。机械手定位到相应位置后，进行工件的抓取、放置动作。如图

４，生产过程

图2 生产线现场布局

图

3 与机械手相关的控制循环流程

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中机械手的定位点有８个。

在进行运动程序设计时，首先为这８个定位点定义数据寄存器，作为定位点坐标数据，以方便调试阶段时修改坐标值。如下表１（ＧＰＣ　１０００Ａ的寄存器Ｄ０－Ｄ　９９９为断电记忆寄存器）。

对照图４，上述定位点中，①③⑤⑦为动作准备位置，分别为取毛坯、机床１上／下料、机床２上／下料、放置成品动作完成后返回的动作准备位置。假定垂直方向Ｙ轴的坐标相同。

当机械手开始动作前，需事先确认当前机械手是否在动作

图4 机械手主要动作

图5 位置定位X 轴移动Y 轴移动

定位点

位置

寄存器

①原点，位于料盘上方X[D100],Y[D110]②料盘取工件位置X[D100],Y[D111]③机床1上方X[D101],Y[D110]④机床1上、下料位置

X[D101],Y[D112]⑤机床2上方X[D102],Y[D110]⑥机床2上、下料位置

X[D102],Y[D113]⑦成品架上方X[D103],Y[D110]⑧

成品架放工件位置

X[D103],Y[D114]

表

1 定位点坐标数据

准备位置，以避免机械手臂与下方的设备发生干涉。根据机械手定位的特征，使用下面两个程序即可完成所有位置的定位（图５）。

配合逻辑控制的梯形图程序，根据当前工步定位的目标位置，将坐标值分别赋给Ｘ，Ｙ轴的坐标值寄存器Ｄ１２０、Ｄ１２１后，再根据移动顺序判别结果调用上述运动程序Ｏ１或Ｏ２，完成机械手的定位。

以取毛坯动作为例，机械手分几个工步完成动作：

１）从准备位置移动到位置①２）移动到料盘取料位置②３）取料４）回位置①

取毛坯动作的工步顺序流程如图６。

依此类推，进行其他动作的工步顺序流程的设计，完成梯形图程序和运动程序编写。

4 人机界面组态

在ＧＰＣ１０００Ａ用户程序设计阶段，为机械手定义了８个定位点。在确认工步顺序逻辑无误后，

使用手动操作调试确定这８

个定位点的坐标。

图6 取毛坯动作的工步顺序流程