CN104690738A - 用于机械手的气压式电磁力吸盘装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体为用于机械手的气压式电磁力吸力盘装置；其特征是：它包括底座、前盖、后盖、气缸、活塞、线圈；前盖、后盖分别安装于气缸的两端以形成缸体，活塞设于该缸体内并可在气缸内往复滑移；缸体通过前盖、后盖固定于底座上，底座与机械手连接；前盖、后盖上均开有与缸体内腔相通的气孔，该位于缸体两端的气孔与气路管道连接并通过该两个气孔控制活塞在气缸内的滑移方向；线圈缠绕在活塞上。本发明采用上述设计，能实现不改变原有控制系统的基础上，灵活控制磁性吸盘的磁力大小，提高机械手的适用范围，增强其灵活性，且成本低、结构简单。

Description

用于机械手的气压式电磁力吸盘装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车冲压工艺领域，具体为用于机械手的气压式电磁力吸力盘装置及其控制方法。

背景技术

在高度自动化的生产车间，进行汽车加工工艺时，一般采用全自动化的机械手进行搬运。在全自动化的汽车门内板冲压工艺车间，使用的机械手的吸盘装置一般为气压驱动。汽车门内板结构形状复杂，尺寸面积大，表面凹凸不平整，而且孔多。在搬运汽车门内板时由于没有足够平整的位置一般不适合采用气压式塑料吸盘，换成较小的塑料吸盘时，却又吸力不够抓不起来板件。针对现有国外引进的全自动冲压设备，由于其技术垄断很难改变其机械手的控制系统。而其提供的气压式永磁吸力盘装置是通过改变距离来调整吸附力来控制抓起和放下动作，由于其磁力固定，易造成轻的板件放不下，重的板件抓不起，无法适用于不同质量的门内板板件，灵活性不强。

发明内容

本发明的目的在于，在不改变原有控制系统基础上，发明一种能适用于不同重量汽车门内版的吸盘装置，并且与原来的机械手不产生干涉。提高机械手的使用范围，增强其灵活性。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：

一种用于机械手的气压式电磁力吸盘装置，其特征是：它包括底座、前盖、后盖、气缸、活塞、线圈；前盖、后盖分别安装于气缸的两端以形成缸体，活塞设于该缸体内并可在气缸内往复滑移；缸体通过前盖、后盖与底座的螺纹连接而固定于底座上，所述底座与机械手插接连接；前盖、后盖上均开有与缸体内腔相通的气孔，该位于缸体两端的气孔与气路管道连接并通过该两个气孔控制活塞在气缸内的滑移方向；线圈缠绕在活塞上形成电磁铁，前盖的材质为铁，后盖及气缸的材质为铝，活塞的材质为硅钢。

所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置，还包括防滑套圈，该防滑套圈套接在前盖上面，其表面具有凹凸的防滑纹路。

所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置，还包括密封垫片，所述密封垫片分别设于前盖与气缸之间，后盖与气缸之间。

所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置，还包括密封环；活塞的剖面呈工字状，线圈缠绕于活塞中段的凹槽间，两端凸起部分分别有两个凹槽，在凹槽中套入密封环。

所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置的控制方法，包括输入设备、处理器、电磁铁驱动器，还包括下述步骤：

步骤1、根据板件的不同类型通过输入设备向处理器输入与之对应的预设参数；

步骤2、处理器将参数转换为PWM信号并发送给电磁铁驱动器；

步骤3、电磁铁驱动器驱动电磁铁工作将板件吸取并抓紧；

其中，电磁铁驱动器采用PID算法实时监测并向处理器反馈电磁铁的电流数值和压力数值，处理器根据所得反馈数值实时调整向电磁铁驱动器发送的PMW信号。

所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置的控制方法中，电磁铁驱动器包括转换PWM信号的光耦隔离模块、与光耦隔离模块连接的MOSFET驱动模块、与MOSFET驱动模块连接的MOS半桥，与MOS半桥连接的电磁铁电流检测模块及电磁铁压力检测模块；所述MOSFET驱动模块包括IR2014芯片，IR2014芯片接收到转换后的PWM信号后，控制MOSFET上下臂的开合而达到控制电磁铁电流的目的；所述电磁铁电流检测模块包括一个电流传感器，其将监测到的电磁铁的电流数值回传给处理器；所述电磁铁压力检测模块包括一个具有由压敏电阻构建的惠更斯电桥电路的差分式放大电路，其将检测到的电磁铁的压力数值回传给处理器。

本发明采用上述设计，能实现不改变原有控制系统的基础上，灵活控制磁性吸盘的磁力大小，提高机械手的适用范围，增强其灵活性，且成本低、结构简单。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明沿气孔中心内部剖面示意图。

图3为本发明的侧视图。

图4为本发明实现放下动作气流运动方向。

图5为本发明实现抓起动作气流运动方向。

图6为本发明磁性吸附力控制方法示意图。

图7为本发明磁性电流控制电路原理图。

图8为本发明磁性电流控制程序流程图。

部件说明。

前盖1、气缸2、固定底座3、后盖4、防滑套圈5、线圈6、活塞7、密封垫片8、气孔9、气孔10、密封环11。

具体实施方式

以下参考附图，详细说明适合本发明的实施例。

如图1和图2所示，一种汽车内门板气压式电磁力吸力盘装置，它包括前盖1、气缸2、固定底座3、后盖4、防滑套圈5、线圈6、活塞7、密封环8以及密垫片11等组成。

为了将吸盘装置搭载在机械手上面，活塞气缸安装于固定底座3上面，底座3呈T字形状，采用的材料为铝。T形的一字平面用于安装缸体，用四颗螺钉固定在前后盖上。底座3的另一头呈圆柱状，圆柱上面有一个凹槽13，安装时插入机械手的圆孔内，孔内有一个弹性的销刚好掐在凹槽13内，防止吸盘滑落。另外圆柱头部圆柱面有一平面12，用于防止吸盘转动。

所述的前盖1和后盖4分别安装于气缸2两端，中间加有密封垫片11防止漏气，用四个螺栓紧固。气缸中间呈圆孔状，用于活塞运动，前盖前部是圆柱状，用于安装防滑套圈。气缸2和后盖4采用的材料为铝，为了防止磁性吸附力阻碍活塞运动，前盖1采用的材料是铁，用于增强磁性吸附力。另外为了控制活塞运动方向，在前盖和后盖上分别有一个气孔9、10。

所述的活塞7呈圆形工字状，采用的材料是硅钢，线圈6缠绕于活塞中间凹槽间，两端凸起部分分别有两个凹槽，在凹槽中套入密封环8，活塞7安装于气缸2内。

如图3所示，防滑套圈5呈圆柱状且中间有圆孔，防滑套圈5安装于前盖1上，采用的材料是橡胶材料，表面刻有凹凸不平的花纹。加入防滑套圈5的作用是可以防止板件滑动影响机械手定位及加工精度，另外是可以保护吸附零件的表面质量。

如图4和图5所示，利用气压系统控制前后盖的两个气孔气流方向以控制活塞运动方向，通过改变活塞位置控制吸附力的大小。当气流方向如图4所示，活塞向右运动，磁性吸盘由于远离金属板件，磁性力变小从而实现控制机械手装置的放下动作。当气流方向如图5所示，活塞向左运动，磁性力变大从而实现控制机械手装置的抓起动作。

如图6所示，所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置的控制方法，包括输入设备、处理器、电磁铁驱动器，还包括下述步骤：

步骤1、根据板件的不同类型通过输入设备以RS232串口的形式向处理器输入与之对应的预设参数；

步骤2、处理器将参数转换为PWM信号并发送给电磁铁驱动器；

步骤3、电磁铁驱动器驱动电磁铁工作将板件吸取并抓紧；

其中，电磁铁驱动器采用PID算法实时监测并向处理器反馈电磁铁的电流数值和压力数值，处理器根据所得反馈数值实时调整向电磁铁驱动器发送的PMW信号的占空比，以达到最稳定，最高效的电流输出效果，而检测压力主要是为了保证吸附力足够吸附板件，不让其受到外部干扰而导致板件掉落。

如图7所示，所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置的控制方法中，电磁铁驱动器包括转换PWM信号的光耦隔离模块、与光耦隔离模块连接的MOSFET驱动模块、与MOSFET驱动模块连接的MOS半桥、与MOS半桥连接的电磁铁电流检测模块及电磁铁压力检测模块；所述MOSFET驱动模块包括IR2014芯片，IR2014芯片接收到转换后的PWM信号后，控制MOSFET上下臂的开合而达到控制电磁铁电流的目的；所述电磁铁电流检测模块包括一个霍尔电流传感器，其将监测到的电磁铁的电流数值回传给处理器；所述电磁铁压力检测模块包括一个具有由压敏电阻构建的惠更斯电桥电路的差分式放大电路，其将检测到的电磁铁的压力数值回传给处理器。

如图8所示，本吸盘装置的操作方法如下：上电后系统开始初始化，包括信号较零，板件默认参数读取等。初始化后等待参数设置或者等待使用默认参数。参数确定后等待串口屏按下开始，开始后先检测电磁铁和板件是否贴合，贴合后即输出PWM信号给电磁铁驱动器以驱动电磁铁，同时实时检测电磁铁的电流和压力信号，做闭环控制，并且检测是否出现异常（如压力信号突然归零，过流）或者是否流程结束，若有异常或者结束则重新初始化系统等待下一次工作。

本发明采用上述设计，能实现不改变原有控制系统的基础上，灵活控制磁性吸盘的磁力大小，提高机械手的适用范围，增强其灵活性，且成本低、结构简单。

 本发明，在不脱离其主旨或者主要特征的情况下，可以以其他各种形态进行实施。因此，上述实施形态在所有方面只不过是单纯的例示。本发明的范围为权利要求所示的范围。不受本发明书任何约束。进而，属于权利要求范围内的变形及变更，全部属于本发明范围之内的内容。

Claims (6)

1. 一种用于机械手的气压式电磁力吸盘装置，其特征是：它包括底座、前盖、后盖、气缸、活塞、线圈；前盖、后盖分别安装于气缸的两端以形成缸体，活塞设于该缸体内并可在气缸内往复滑移；缸体通过前盖、后盖与底座的螺纹连接而固定于底座上，所述底座与机械手插接连接；前盖、后盖上均开有与缸体内腔相通的气孔，该位于缸体两端的气孔与气路管道连接并通过该两个气孔控制活塞在气缸内的滑移方向；线圈缠绕在活塞上形成电磁铁，前盖的材质为铁，后盖及气缸的材质为铝，活塞的材质为硅钢。

2.根据权利要求1所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置，其特征是：还包括防滑套圈，该防滑套圈套接在前盖上面，其表面具有凹凸的防滑纹路。

3.根据权利要求1所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置，其特征是：还包括密封垫片，所述密封垫片分别设于前盖与气缸之间，后盖与气缸之间。

4.根据权利要求1所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置，其特征是：还包括密封环；活塞的剖面呈工字状，线圈缠绕于活塞中段的凹槽间，两端凸起部分分别有两个凹槽，在凹槽中套入密封环。

5.一种权利要求1所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置的控制方法，包括输入设备、处理器、电磁铁驱动器，其特征是，包括下述步骤：

步骤1、根据板件的不同类型通过输入设备向处理器输入与之对应的预设参数；

步骤2、处理器将参数转换为PWM信号并发送给电磁铁驱动器；

步骤3、电磁铁驱动器驱动电磁铁工作将板件吸取并抓紧；

其中，电磁铁驱动器采用PID算法实时监测并向处理器反馈电磁铁的电流数值和压力数值，处理器根据所得反馈数值实时调整向电磁铁驱动器发送的PMW信号。

6.根据权利要求5所述的用于机械手的气压式电磁力吸盘装置的控制方法，其特征是：电磁铁驱动器包括转换PWM信号的光耦隔离模块、与光耦隔离模块连接的MOSFET管驱动芯片模块、与MOSFET驱动模块连接的MOS管半桥、与MOS管半桥连接的电磁铁电流检测模块及电磁铁压力检测模块；所述MOSFET管驱动模块包括IR2014芯片，IR2014芯片接收到转换后的PWM信号后，控制MOSFET管上下臂的开合而达到控制电磁铁电流的目的；所述电磁铁电流检测模块包括一个电流传感器，其将监测到的电磁铁的电流数值回传给处理器；所述电磁铁压力检测模块包括一个具有由压敏电阻构建的惠更斯电桥电路的差分式放大电路，其将检测到的电磁铁的压力数值回传给处理器。