[发明专利]机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统及方法，控制系统包括升降伺服电机，所述升降伺服电机与减速机连接，所述减速机通过皮带传动与机器人升降轴连接，所述机器人升降轴的末端安装有机器人夹具，所述机器人夹具上安装有平衡气缸，所述平衡气缸通过气路与精密压力传感器、精密比例减压阀和气动动力源连接，所述减速机与机器人升降轴之间设有力传感器，所述力传感器、精密压力传感器、精密比例减压阀和升降伺服电机与控制处理系统相连。本发明可自调节平衡气缸内的空气压力，从而产生与机器人升降轴运动相匹配的推力和拉力，在机器人升降轴整个运动过程中做到始终平衡自重产生的惯量，从而延长了机械装置的使用寿命。

技术领域

本发明属于钣金加工行业用轨道式五自由度直角坐标型机器人自动控制技术领域，具体涉及一种机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统及方法。

背景技术

在制造业转型升级的当下环境中，人口老年化问题日益突出，用工荒现象日益增多，作为制造业基础的钣金加工行业也同样如此。为了提高利润和发展空间，目前在钣金加工行业已开始逐步使用工业机器人替代人工工作。

目前在钣金行业中应用的机器人类型有轨道式直角坐标型、球面坐标型和多关节型，因钣金件的特点和加工方式较其他行业不同，轨道式五自由度直角坐标型机器人更适用于钣金行业，所以目前使用量较多。

直角坐标型机器人具有空间相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部位置，其工作空间为一长方体。在直角坐标系Z方向运动的我们称为机器人的升降轴，升降轴通过升降伺服电机驱动减速机和皮带的方式控制升降轴做升降运动，为了降低升降伺服电机的功率，提高升降方向运动的稳定性和精度，需要平衡升降轴及工件的重量，目前普遍的做法是通过气动气缸平衡升降轴及工件的自重。

通过气动气缸平衡自重的工作原理是通过调节气缸内压力产生与重力方向相反的力来平衡升降轴及工件的自重，升降轴上升时气缸产生向下的推力，升降轴下降时气缸产生向上的拉力。现在的做法是当机器人要抓取的工件重量发生改变时，操作人员只能靠经验手动调节压力阀改变气缸内压力来平衡自重，在整个升降运动过程中气缸内压力只能平衡升降轴静止状态下的自重。但是在实际使用过程中，升降轴在上升和下落及停止时会由自重产生一个不断变化的惯量，这种惯量的变化除了对机械装置造成一定的损耗，还会造成升降伺服电机输出力矩急剧变化，导致升降运动和定位精度不稳定，进而造成加工产品质量不稳定，给用户带来不必要的经济损失。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的操作人员只能靠经验手动调节压力阀改变气缸内压力来平衡自重以及在整个升降运动过程中气缸内压力只能平衡升降轴静止状态下自重的技术问题，提供一种机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统及方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统，包括升降伺服电机，所述升降伺服电机与减速机连接，所述减速机通过皮带传动与机器人升降轴连接，所述机器人升降轴的末端安装有机器人夹具，所述机器人夹具上安装有平衡气缸，所述平衡气缸通过气路与精密压力传感器、精密比例减压阀和气动动力源连接，所述减速机与机器人升降轴之间设有力传感器，所述力传感器、精密压力传感器、精密比例减压阀和升降伺服电机与控制处理系统相连。

进一步地，所述控制处理系统包括机箱以及安装在机箱内的处理器、运动板卡、AO接口模块和AI接口模块，所述处理器、运动板卡、AO接口模块和AI接口模块通过背板通讯交换信息，所述运动板卡与伺服驱动器连接，所述伺服驱动器与升降伺服电机连接，所述AO接口模块与精密比例减压阀连接，所述AI接口模块与精密压力传感器和力传感器连接，所述处理器通过通讯电缆与信息输入装置连接。