CN101774058A - 切割机器人双驱动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种切割机器人双驱动装置及其控制方法，包括右底座导轨、左底座导轨、右横梁支架、左横梁支架、横梁、PLC控制单元。左、右横梁支架安装有左、右伺服电机，PLC控制单元分别与左、右伺服电机相电连接。左、右伺服电机上的编码器单元与PLC控制单元相电连接，左、右伺服电机上的编码器单元将当前的码盘值传输给PLC控制单元，并进行比较，PLC控制单元上设置有报警器，当差值大于等于预存在PLC控制单元内的阀值时，报警单元报警，左、右伺服电机暂停工作。本发明通过保持两伺服电机同步运动，从根本上消除因一侧轨道运动的滞后，从而消除振荡。双驱动装置上的报警器可对于两伺服电机出现的位置偏差进行报警。

Description

切割机器人双驱动装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种切割机器人双驱动装置及其控制方法。

背景技术

如今，为适应大型板材的切割加工要求，如对大型船舶的船体钢板进行切割加工，常需采用轨道式数控切割机器人。这种切割机器人的典型结构是：由X方向的电机驱动位于门式横梁上的切割头(小车)；由安装于轨道一侧的Z方向的电机驱动位于轨道上的门式横梁(大车)。两电机在数控系统的指挥下联动，使切割头实现加工平面内任意的轨迹运动，完成切割加工任务。

对于这种大车驱动电机位于轨道一侧的结构，当大车运动时，电机将首先驱动与电机同侧轨道上方的机械部分运动，使之拖动横梁。由于两轨道机械传动链中都不可避免地存在间隙和摩擦阻力等非线性因素，加上运动中机械惯量对横梁弹性变形的影响，横梁移动时位于非驱动侧轨道上方的机械部分运动将必然滞后于电机侧轨道上方机械部分的运动。这种非驱动侧运动的滞后，在大车作变速运动时很容易诱发非驱动侧轨道上方的机械产生振荡，形成切割轨迹的抖动。位于另一侧的伺服驱动系统对这种振荡的抑制能力随着横梁跨距的增大而变得十分微弱，振荡一旦形成，将很难消失，而跨距越大，这种振荡现象越容易发生，对切割质量的影响也将越严重。

因此在实际运行中，为了提高加工质量，数控切割机器人通常通过对大车的速度变化率加以较严格的限制来尽可能避免诱发振荡或减小振幅，但这将会显著降低系统的加工效率，同时对轨道非驱动侧的机械精度要求也较高。

参照专利号为210821056032.3的专利：《用于激光切割机双驱动伺服电机齿轮齿侧间隙调整机构》，它是一种用于激光切割机的双驱动伺服电机齿轮齿侧间隙调整的机构。该机构包括横梁、伺服电机、减速器、固定在所述的减速器下端并位于安装孔下端的齿轮、与所述的齿轮啮合连接的齿条。此外，还包括减速器座、一对支头螺钉和一对拉螺钉。所述的减速器通过减速器座插装在所述的横梁的安装通孔中的槽壁上；所述的减速器座相对所述的横梁垂直部的一侧面上开设一对螺纹孔，而在所述的横梁垂直部的端面上对应该螺纹孔开设一对用于拉螺钉穿过的通孔，所述的拉螺钉穿过该通孔后旋接在所述的减速器座的螺纹孔中；在所述的横梁垂直部相对所述的减速器座一侧面的端面上开设有一对螺纹通孔，所述的支头螺钉旋接并穿过该螺纹通孔后抵顶在所述的减速器座的一侧面上。但是该装置只是提到激光切割机上的伺服电机齿轮齿侧间隙的调整机构，而并未完全解决来源于非驱动侧运动的滞后和相对的失控而造成的振荡。

发明内容

本发明的目的是提供一种切割机器人双驱动装置。

本发明的另一个目的是提供一种切割机器人双驱动装置的控制方法。

为达到上述的一个目的，本发明采用的技术方案是：

一种切割机器人双驱动装置，该装置包括右底座导轨、与所述的右底座导轨相平行的左底座导轨、固定在所述的右底座导轨上的右横梁支架、固定在所述的左底座导轨上的左横梁支架、两端部分别固定在所述的右横梁支架与左横梁支架上的横梁、PLC控制单元。所述的左横梁支架安装有左伺服电机，所述的右横梁支架上安装有右伺服电机，所述的左伺服电机和右伺服电机的规格完全相同，所述的PLC控制单元分别与所述的左伺服电机和右伺服电机相电连接以控制其工作，所述的左伺服电机上的编码器单元与所述的PLC控制单元相电连接，所述的右伺服电机上的编码器单元与所述的PLC控制单元相电连接，所述的左伺服电机上的编码器单元将当前的码盘值传输给所述的PLC控制单元，所述的右伺服电机上的编码器单元将当前的码盘值传输给所述的PLC控制单元，所述的PLC控制单元将所述的左伺服电机的码盘值与所述的右伺服电机的码盘值进行比较，所述的PLC控制单元上设置有报警器，当所述的左伺服电机的码盘值与所述的右伺服电机的码盘值的差值大于等于预存在PLC控制单元内的阀值时，所述的PLC控制单元上的报警单元开始报警，所述的左伺服电机和右伺服电机暂停工作，当两者的差值小于预存在所述的PLC控制单元内的阀值时，所述的左伺服电机和右伺服电机正常工作。

为达到上述的一个目的，本发明采用的技术方案是：

一种切割机器人双驱动装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、将所述的切割机器人双驱动系统进行初始化配置，使得所述的左伺服电机与右伺服电机的双驱位置偏差为零；

步骤二、将所述的左伺服电机的编码器单元上当前的码盘值传输给所述的PLC控制单元，与此同时也将所述的右伺服电机的编码器单元上当前的码盘值传输给所述的PLC控制单元，所述的PLC控制单元将所述的左伺服电机的码盘值与所述的右伺服电机的码盘值进行比较；当两个码盘值的差值大于等于阀值时，所述的PLC控制单元上的报警器开始报警，并且停止驱动所述的左伺服电机与所述的右伺服电机工作；当两个码盘值的差值小于阀值时，所述的左伺服电机、右伺服电机以及PLC控制单元正常工作。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：本发明通过对大车采用两轨道侧各一台伺服电机驱动的双驱动方案，并确保在运动中保持两伺服电机同步运动，就可从根本上消除因一侧轨道运动的滞后，从而消除振荡。此外在双驱动装置上安装的位置配置系统和位置偏差报警系统可对于两伺服电机出现的位置偏差进行报警和自动纠偏。

附图说明

附图1为本发明的切割机器人双驱动装置的左视图；

附图2为本发明的切割机器人双驱动装置的右视图；

附图3为本发明的左伺服电机装配图；

附图4为本发明的双驱动装置的位置配置方法流程图；

其中：1、右底座导轨；2、横梁；3、气体分流箱；4、第一拖链电缆；5、X轴和Z轴驱动装置；6、气体喷嘴；7、右横梁支架；8、操作台；9、气体控制阀；10、触摸屏；11、左横梁支架；12、左伺服电机；13、工控机控制柜；14、气体分流阀；15、PLC控制柜；16、第二拖链电缆；17、左底座导轨；18、右伺服电机；19、固定板；20、螺栓；21、伺服电机支架；22、齿轮；24、垫片；25、弹簧；26、减速机。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

如附图1、2所示的一种切割机器人双驱动装置，该装置包括右底座导轨1、与右底座导轨1相平行的左底座导轨17、固定在右底座导轨1上的右横梁支架7、固定在左底座导轨17上的左横梁支架11、两端部分别固定在右横梁支架7与左横梁支架11上的横梁2、设置在PLC控制柜15内的PLC控制单元。

左横梁支架11安装有左伺服电机12，右横梁支架7上安装有右伺服电机18，左伺服电机12和右伺服电机18的规格完全相同。

如附图3所示，本实施例中的伺服电机，以左伺服电机12为例，其结构为：左伺服电机12固定在一减速机26上，并通过减速机26驱动齿轮22传动。左伺服电机12和减速机26都固定在伺服电机支架21上，伺服电机支架21绞接在固定板19上，固定板19通过若干个螺栓20固定在左横梁支架11上，并且使齿轮22与左底座导轨17上设置的齿槽啮合。此外，有一垫片24和弹簧25套在一螺栓20上并固定在伺服电机支架21上，用于压紧齿轮22与左底座导轨17上的齿槽啮合。

PLC控制柜15内的PLC控制单元用于控制横梁2、左横梁支架11和右横梁支架7在切割机器人的底座导轨上运动、驱动X轴和Z轴驱动装置5运动，并控制气体分流阀14和气体分流箱3内的电磁阀开关。操作人员在操作台8上，通过调节触摸屏10和气体控制阀9控制切割机器人的切割。触摸屏10通过串口与工控机控制柜13内的工控机相连，工控机控制柜13内的工控机相连通过串口与PLC控制柜15内的PLC控制单元相连。

工作时，PLC控制柜15内PLC控制单元分别与左伺服电机12和右伺服电机18相电连接以控制其工作，左伺服电机12上的编码器单元与PLC控制单元相电连接；右伺服电机18上的编码器单元与PLC控制单元相电连接。左伺服电机12上的编码器单元将当前的码盘值传输给PLC控制单元，右伺服电机18上的编码器单元将当前的码盘值传输给PLC控制单元，PLC控制单元将左伺服电机12的码盘值与右伺服电机18的码盘值进行比较。

PLC控制单元上设置有报警器，当左伺服电机12的码盘值与右伺服电机18的码盘值的差值大于等于预存在PLC控制单元内的阀值时，PLC控制单元上的报警单元开始报警，左伺服电机12和右伺服电机18暂停工作；当两者的差值小于预存在PLC控制单元内的阀值时，左伺服电机12和右伺服电机18正常工作。

在切割过程中，用于切割的低穿孔氧气送气管、高穿孔氧气送气管、切割氧气送气管、乙炔气体送气管和380交流电流电缆通过第二拖链电缆16与切割机器人相连接，其中380交流电流电缆为PLC控制柜15提供电源，PLC控制柜内15的电源又为工控机控制柜13提供电源。低穿孔氧气送气管、高穿孔氧气送气管、切割氧气送气管、乙炔气体送气管通过气体分流阀14为气体一次分流，并通过气体分流箱3为气体二次分流，气体分流阀14和气体分流箱3也通过送气管相连。气体分流箱3内的送气管通过第一拖链电缆4为气体喷嘴6送气。另外，由工控机控制柜13和PLC控制柜15输出的控制信号和驱动信号电缆也通过第一拖链电缆4与X轴和Z轴驱动装置5相连，并控制X轴和Z轴驱动装置5的运动。气体喷嘴6也固定在X轴和Z轴驱动装置5上，并由X轴和Z轴驱动装置5带动气体喷嘴6进行切割。

如附图4所示，以下具体阐述下切割机器人双驱动装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、将切割机器人双驱动系统进行初始化配置，使得左伺服电机12与右伺服电机18的双驱位置偏差为零；

步骤二、将左伺服电机12的编码器单元上当前的码盘值传输给PLC控制单元，与此同时也将右伺服电机18的编码器单元上当前的码盘值传输给所述的PLC控制单元，PLC控制单元将左伺服电机12的码盘值与右伺服电机18的码盘值进行比较；

当两个码盘值的差值大于等于阀值时，PLC控制单元上的报警器开始报警，并且停止驱动左伺服电机12与右伺服电机18的工作；当两个码盘值的差值小于阀值时，左伺服电机12、右伺服电机18以及PLC控制单元正常工作。

本实施例中该阀值的判断为双驱的位置偏差量的绝对值是否大于等于10mm，当双驱的位置偏差的绝对值大于等于10mm时，PLC控制单元上的报警器开始报警，左伺服电机12或右伺服电机18分别进行前后调节直至双驱配对。此外，在切割过程中，位置偏差报警系统每隔20ms执行一次。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种切割机器人双驱动装置，该装置包括右底座导轨(1)、与所述的右底座导轨(1)相平行的左底座导轨(17)、固定在所述的右底座导轨(1)上的右横梁支架(7)、固定在所述的左底座导轨(17)上的左横梁支架(11)、两端部分别固定在所述的右横梁支架(7)与左横梁支架(11)上的横梁(2)、PLC控制单元(15)，其特征在于：所述的左横梁支架(11)安装有左伺服电机(12)，所述的右横梁支架(7)上安装有右伺服电机(18)，所述的左伺服电机(12)和右伺服电机(18)的规格完全相同，所述的PLC控制单元(15)分别与所述的左伺服电机(12)和右伺服电机(18)相电连接以控制其工作，所述的左伺服电机(12)上的编码器单元与所述的PLC控制单元(15)相电连接，所述的右伺服电机(18)上的编码器单元与所述的PLC控制单元(15)相电连接，所述的左伺服电机(12)上的编码器单元将当前的码盘值传输给所述的PLC控制单元(15)，所述的右伺服电机(18)上的编码器单元将当前的码盘值传输给所述的PLC控制单元(15)，所述的PLC控制单元(15)将所述的左伺服电机(12)的码盘值与所述的右伺服电机(18)的码盘值进行比较，所述的PLC控制单元(15)上设置有报警器，当所述的左伺服电机(12)的码盘值与所述的右伺服电机(18)的码盘值的差值大于等于预存在PLC控制单元内的阀值时，所述的PLC控制单元(15)上的报警单元开始报警，所述的左伺服电机(12)和右伺服电机(18)暂停工作，当两者的差值小于预存在所述的PLC控制单元内的阀值时，所述的左伺服电机(12)和右伺服电机(18)正常工作。

2.一种实现如权利要求1所述的切割机器人双驱动装置的控制方法，其特征在于：

步骤一、将所述的切割机器人双驱动系统进行初始化配置，使得所述的左伺服电机(12)与右伺服电机(18)的双驱位置偏差为零；

步骤二、将所述的左伺服电机(12)的编码器单元上当前的码盘值传输给所述的PLC控制单元(15)，与此同时也将所述的右伺服电机(18)的编码器单元上当前的码盘值传输给所述的PLC控制单元(15)，所述的PLC控制单元(15)将所述的左伺服电机(12)的码盘值与所述的右伺服电机(18)的码盘值进行比较；当两个码盘值的差值大于等于阀值时，所述的PLC控制单元(15)上的报警器开始报警，并且停止驱动所述的左伺服电机(12)与所述的右伺服电机(18)工作；当两个码盘值的差值小于阀值时，所述的左伺服电机(12)、右伺服电机(18)以及PLC控制单元(15)正常工作。

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