CN202735777U

CN202735777U - 一种基于弯丝机器人的控制电路

Info

Publication number: CN202735777U
Application number: CN 201220435016
Authority: CN
Inventors: 姚斌; 卢杰; 王静; 杨博
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2022-08-29

Abstract

一种基于弯丝机器人的控制电路，涉及一种设备控制电路。提供一种可实现弯丝机器人的送料轴、折弯轴、剪切轴、换模轴和大转臂轴的运动控制，完成二维和三维数控弯丝的功能，响应速度快、精度高、可靠性和稳定性好的基于弯丝机器人的控制电路。设有控制模块、伺服驱动模块、辅助模块和电源供应模块；电源供应模块的电源输出端分别与控制模块、伺服驱动模块和辅助模块的电源输入端电连接；控制模块的控制信号输出端分别与控制伺服驱动模块和辅助模块的信号输入端电连接；伺服驱动模块的信号输出端与辅助模块的信号输入端电连接；辅助模块的信号输出端与控制模块的控制信号输入端电连接。

Description

一种基于弯丝机器人的控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种设备控制电路，尤其是涉及一种用于具有开放性的线材成形的基于弯丝机器人的控制电路。

背景技术

随着金属线材制品在建筑、家饰及汽车领域中的广泛应用，目前，我国已成为一个金属线材制品的生产大国。然而通过市场调研发现，我国在金属线材的生产方式上还处于劳动密集型阶段，与现代设计制造所倡导的“高效、高精度、高智能化”的理念相背离。随着技术交流的日益扩大，市场上虽然出现了专门用于金属线材自动化生产的数控制造装备，但是相关核心技术仍由国外少数知名企业所掌握。与此同时，国内许多企业在金属线材弯曲成形制造加工方面的也做了相当量的工作，然而至今，除了看到天津市建科机械制造等少数的几家公司在钢筋弯曲二维成形方面实现数控化控制外，其他类线材在数控弯曲成形方面都很少看到国内有其相关的报道。国内线材成形工艺方法主要还是以劳动力密集型的生产方式为主，采用简单的手动弯丝模具，加上少许半自动的成形设备居多，不具有数控功能。目前国内同类产品生产的工艺方法大多采用人工或专用的设备辅以相应的靠模来完成，要完成较为复杂的弯丝加工，往往需要多台设备、多道工序、多副模具。效率低、耗能多，制件的品质差、柔性低。

总之，目前我国在数控弯丝机领域的技术水平远落后于国外，缺乏自主研发的核心技术和相关知识产权，在此领域的研究基本上还处于初级阶段。国内五金行业的弯丝机器人市场基本上都被上述国外企业所垄断。因此从国家长远发展考虑，在根本上改变这一落后局面，有必要对金属线材的数控加工技术进行深入研究，从而开发具有自主知识产权的三维线材成型数控设备，以弥补国内同类产品的一项空白。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可实现弯丝机器人的送料轴、折弯轴、剪切轴、换模轴和大转臂轴的运动控制，完成二维和三维数控弯丝的功能，响应速度快、精度高、可靠性和稳定性好的基于弯丝机器人的控制电路。

为了实现上述目的，本实用新型所述的控制电路是在已有的机械结构基础上，采用PC+运动控制卡的开放式数控方式来设计。

本实用新型设有控制模块、伺服驱动模块、辅助模块和电源供应模块；

电源供应模块的电源输出端分别与控制模块、伺服驱动模块和辅助模块的电源输入端电连接；控制模块的控制信号输出端分别与控制伺服驱动模块和辅助模块的信号输入端电连接；伺服驱动模块的信号输出端与辅助模块的信号输入端电连接；辅助模块的信号输出端与控制模块的控制信号输入端电连接；

所述控制模块包括工控机、PMAC卡、DTC板（PMAC保护板）、I/O接口板和光耦板；工控机与PMAC卡之间采用以太网通讯方式通过网线进行通信；DTC板通过扁平线与PMAC连接，并通过DB端子与客户端连接；I/O和伺服驱动器的信号线通过DTC板与PMAC通讯；I/O接口板信号输入端与PMAC卡控制信号输出端电连接，I/O接口板信号输出端与辅助模块中的各模位电磁阀电连接，光耦板分别与辅助模块中的各零位传感器和各限位开关电连接；

所述伺服驱动模块包括送料伺服驱动器和送料伺服电机，折弯伺服驱动器和折弯伺服电机，剪切伺服驱动器和剪切伺服电机，换模伺服驱动器和换模伺服电机，以及大转臂伺服驱动器和大转臂伺服电机；各伺服驱动器分别通过信号线与DTC板电连接，接受来自PMAC的控制指令，各伺服驱动器分别通过各自的伺服电机编码器与各自的伺服电机电信号连接，各伺服驱动器的电源输出端分别接各自的伺服电机电源输入端；

所述辅助模块包括折弯轴零位传感器、剪切轴零位传感器、换模轴零位传感器、大转臂轴零位传感器、换模左限位开关、换模右限位开关、1号模位下限位开关、1号模位上限位开关、2号模位下限位开关、2号模位上限位开关、1号模位电磁阀、2号模位电磁阀、滑环、送料轴编码器和手轮控制器；各零位传感器和各限位开关均与所述控制模块的光耦板电连接，并通过所述I/O接口板接PMAC的控制信号输出端，手轮控制器中的脉冲发生器与所述控制模块的DTC板电连接，手轮控制器中的坐标轴选开关接口和倍率放大开关接口与所述控制模块的的I/O接口板电连接；手轮控制器用于手动控制弯丝机器人各个轴的动作；送料轴编码器与所述控制模块的DTC板电连接，可将送料轴的进给量反馈到PMAC卡上，从而提高送料精度；所述控制模块的的I/O接口板分别与1号模位电磁阀和2号模位电磁阀电连接，可控制1号模位电磁阀和2号模位电磁阀的工况；滑环与外部弯丝机大转臂上的所有电源线、信号线和气管均连接，集导电与导气为一体，可解决大转臂旋转时线路和管路的缠绕和传输问题；

所述电源供应模块包括2个380V/220V的三相交流变压器，2个380V/220V的直流变压器，1个220V/24V的直流变压器，1个12V直流变压器和1个5V的直流变压器，以及1台三相滤波器；电源经三相滤波器，通过各三相交流变压器接各伺服驱动器的电源输入端，另通过各直流变压器接工控机、PMAC卡、DTC板和I/O接口板的电源输入端。

本实用新型使用时，操作人员通过人性化的触摸屏界面，将控制指令输入工控机，工控机通过以太网将信号传输到PMAC卡上，PMAC卡经过运算处理，得到相应的指令信号并输出，经由DTC板提高电压并传输到伺服驱动器，控制伺服电机，使各轴电机按照操作人员的指令运行。另通过I/O接口板和光耦板控制电磁阀，实现折弯模位的上下运动，并通过I/O接口板和光耦板连接各个传感器，以得到各轴电机运动实时情况和实现各轴的回零功能。

与现有技术比较，本实用新型具有如下突出优点：

控制模块中工控机与PMAC卡之间采用以太网通讯方式通过网线进行通信。为了防止烧坏PMAC控制主板及I/O口，采用DTC板通过扁平线与PMAC连接，并通过DB端子与客户端连接。I/O信号装置和伺服驱动器信号线通过DTC板与PMAC通讯。另外由于DTC接口功能有限，为了扩展接口功能，又设置了I/O接口板，该I/O接口板同样也可实现保护PMAC控制卡I/O接口的作用；伺服模块中伺服驱动器通过信号线与DTC板连接，接受来自PMAC的控制指令，通过连接伺服电机编码器，接受伺服电机的反馈信号，并向伺服电机提供电源；辅助模块包括各个轴的零位传感器、限位开关、手轮控制器以及送料轴的编码器。其中零位传感器和限位开关都连接到光耦板，通过I/O接口板接收PMAC的信号，手轮控制器的脉冲发生器连接到DTC板上，其坐标轴选开关接口和倍率放大开关接口连接到I/O接口板，手轮的主要功能是利用手动控制弯丝机器人各个轴的动作；送料轴编码器通过连接DTC板，将送料轴的进给量反馈到PMAC卡上，从而提高送料精度；电源供应模块中电源经三相滤波器，通过三相交流变压器连接伺服驱动器，通过直流变压器为工控机、PMAC卡、各个DTC板、I/O接口板等提供电源。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电路框图。

图2为图1的电路原理图。

在图1和2中，各标记如下：

1：控制模块，2：伺服驱动模块，3：辅助模块，4：电源供应模块；

A0：工控机；

A3：2号DTC板；

A6：3号I/O接口板；

B1：三相滤波器；

C1：换模左限位开关；

C4：剪切轴零位传感器；

C7：1号模位上限位开关；

C10：2号模位下限位开关；

M1：送料伺服电机；

M4：换模伺服电机；

U2：折弯伺服驱动器；

U5：大转臂伺服驱动器；

Y3：220V直流变压器；

Y6：24V直流变压器；

A1：PMAC卡；

A4：1号I/O接口板；

A7：4号I/O接口板；

B2：手轮控制器；

C2：换模右限位开关；

C5：折弯轴零位传感器；

C8：1号模位下限位开关；

C11：1号模位电磁阀；

M2：折弯伺服电机；

M5：大转臂伺服电机；

U3：剪切伺服驱动器；

Y1：220V三相交流变压器；

Y4：220V三相交流变压器；

Y7：24V直流变压器；

A2：1号DTC板；

A5：2号I/O接口板；

A8：光耦板；

B3：送料轴编码器；

C3：换模轴零位传感器；

C6：大转臂轴零位传感器；

C9：2号模位上限位开关；

C12：2号模位电磁阀；

M3：剪切伺服电机；

U1：送料伺服驱动器；

U4：换模伺服驱动器；

Y2：220V三相交流变压器；

Y5：5V、12V直流变压器；

B4：滑环。

具体实施方式

参见图1，本实用新型实施例设有控制模块1、伺服驱动模块2、辅助模块3和电源供应模块4。

电源供应模块4的电源输出端分别与控制模块1、伺服驱动模块2和辅助模块3的电源输入端电连接；控制模块1的控制信号输出端分别与控制伺服驱动模块2和辅助模块3的信号输入端电连接；伺服驱动模块2的信号输出端与辅助模块3的信号输入端电连接；辅助模块3的信号输出端与控制模块1的控制信号输入端电连接。

参见图2，本实用新型设有控制模块1、伺服驱动模块2、辅助模块3和电源供应模块4。其中：

控制模块1包括工控机A0、PMAC卡A1、1号DTC板A2、2号DTC板A3、1号I/O接口板/A4、2号I/O接口板和A5、3号I/O接口板A6、4号I/O接口板A7和1块光耦板A8。

伺服驱动模块2包括：送料伺服电机M1和送料伺服驱动器U1、折弯伺服电机M2和折弯伺服驱动器U2、剪切伺服电机M3和剪切伺服驱动器U3、换模伺服电机M4和换模伺服驱动器U4、大转臂伺服电机M5和大转臂伺服驱动器U5。

辅助模块3包括：换模轴零位传感器C3、剪切轴零位传感器C4、折弯轴零位传感器C5、大转臂轴零位传感器C6、换模左限位开关C1、换模右限位开关C2、1号模位上限位开关C7、1号模位下限位开关C8、2号模位上限位开关C9、2号模位下限位开关C10、1号模位电磁阀C11、2号模位电磁阀C12、手轮控制器B2、送料编码器B3和滑环B4。

电源供应模块包括：220V的三相交流变压器Y1、220V的三相交流变压器Y2、220V的直流变压器Y3、220V的直流变压器Y4、24V直流变压器Y6、24V直流变压器Y7、以及5V、12V直流变压器Y5和三相滤波器B1。

电源供应模块4为其它3个模块1～3提供电源，其中通过380V转220V三相交流变压器的输出端与伺服驱动模块2的伺服驱动器电源输入端相连接，分别通过380V转220V的直流变压器和220V转24V、12V和5V的直流变压器与控制模块1中的工控机和PMAC卡以及DTC板、I/O接口板、滑环B4与电源输入端相连接，另通过220V转24V的直流变压器与辅助模块3的各轴回零限位传感器、限位开关及电磁阀的电源输入端相连接；控制模块1通过2个DTC板的信号输出端与伺服驱动模块2中的各轴伺服驱动器信号端口和辅助模块3的送料编码器以及手轮控制器相信号发送端相连接，且通过光耦板的信号输出端与辅助模块3的各轴回零限位传感器、限位开关及电磁阀的信号端口相连接，从而发送指令并控制伺服驱动模块2和辅助模块3，同时接受伺服驱动模块2的伺服编码器反馈脉冲信号和辅助模块3所反馈的各轴实时位置和运动状态的信号。与此同时，伺服驱动模块2的各轴伺服电机在运动过程中会改变辅助模块3的各轴传感器和限位开关的工作状态，而辅助模块3会通过信号线将工作状态的变化信息反馈给控制模块1，控制模块1通过运算处理来控制伺服驱动模块2的运动状态，从而达到制约伺服驱动模块2的各轴伺服电机运动状态。

下面给出本实施例具体电路结构和工作原理：

QF为空气开关，用于接入外部电源，SB1为启动按钮，用于启动电路。SB2为急停按钮，用于关闭电路。KM1、KM2、KM3都是电磁继电器，用于启动并保持电路。B1为三相滤波器。FU1-FU6为熔断器，用于防止电路因电流过大而烧毁。Y1和Y2为AC 380V转AC 220V三相交流变压器。其中Y1为送料伺服驱动器U1、折弯伺服驱动器U2和剪切伺服驱动器U3传输电源，Y2为换模伺服驱动器U4和大转臂伺服驱动器U5传输电源。Y3和Y4都是AC 380V转DC 220V直流变压器，其中Y3为Y5、Y6、Y7传输电源，Y4为工控机A0传输电源。Y5为DC 220V转5V、-12V、+12V直流变压器。Y6和Y7都是DC 220V转24V直流变压器。

工控机A0作为人机界面并完成程序导入和指令输入等功能。PMAC卡A1作为控制电路的核心部分，包括J3、J4、J8、J9、A-J3、A-J4和以太网等接口。用于接受并处理来自工控机A0的指令，并将处理后的指令发送到各个DTC和I/O接口板，同时接收传感器的反馈信号并分析，以得到各轴运动状态信号。1号DTC板A2接收来自PMAC卡A1的J3口信号，并根据信号指令控制送料轴、折弯轴、剪切轴和换模轴。2号DTC板A3接受来自PMAC卡A1的A-J3口信号，并根据信号指令控制大转臂轴，且接收送料编码器B3和手轮控制器B2的脉冲发生器信号，并将信号分别反馈和传输给PMAC卡A1。1号I/O接口板A4接收手轮控制器B2的坐标轴选开关和倍频放大开关的指令信号，并将信号经J8口传入PMAC卡A1。2号I/O接口板A5接收换模左限位开关C1、换模右限位开关C2、换模轴零位传感器C3、剪切轴零位传感器C4和折弯轴零位传感器C5的信号，并将信号经J4口传入PMAC卡A1。3号I/O接口板A6接收大转臂轴零位传感器C6的信号，并将信号经A-J4口传入PMAC卡A1。4号I/O接口板A7接受来自PMAC卡J9口的信号，并根据信号指令控制1号模位电磁阀C11和2号模位电磁阀C12，另接收来自1号模位上限位开关C7、1号模位下限位开关C8、2号模位上限位开关C9、2号模位下限位开关C10的信号，并将信号经J9口传入PMAC卡A1。光耦板A8主要是将来自2号I/O接口板A5、3号I/O接口板A6、4号I/O接口板A7的5V信号转换为24V信号，并起隔离和保护电路的作用。送料伺服驱动器U1、折弯伺服驱动器U2、剪切伺服驱动器U3、换模伺服驱动器U4都接收1号DTC板A2相应接口端的信号，并根据信号指令控制相应的伺服电机。大转臂伺服驱动器U1接收2号DTC板相应接口端的信号，并根据信号指令控制大转臂伺服电机M5。滑环B4集导电与导气为一体，主要用于解决电源线、信号线以及气管在无限旋转时的缠绕和传输问题。

Claims

1.一种基于弯丝机器人的控制电路，其特征在于设有控制模块、伺服驱动模块、辅助模块和电源供应模块；

控制模块包括工控机、PMAC卡、DTC板、I/O接口板和光耦板；工控机与PMAC卡之间采用以太网通讯方式通过网线进行通信；DTC板通过扁平线与PMAC连接，并通过DB端子与客户端连接；I/O和伺服驱动器的信号线通过DTC板与PMAC通讯；I/O接口板信号输入端与PMAC卡控制信号输出端电连接，I/O接口板信号输出端与辅助模块中的各模位电磁阀电连接，光耦板分别与辅助模块中的各零位传感器和各限位开关电连接；

伺服驱动模块包括送料伺服驱动器和送料伺服电机，折弯伺服驱动器和折弯伺服电机，剪切伺服驱动器和剪切伺服电机，换模伺服驱动器和换模伺服电机，以及大转臂伺服驱动器和大转臂伺服电机；各伺服驱动器分别通过信号线与DTC板电连接，各伺服驱动器分别通过各自的伺服电机编码器与各自的伺服电机电信号连接，各伺服驱动器的电源输出端分别接各自的伺服电机电源输入端；

辅助模块包括折弯轴零位传感器、剪切轴零位传感器、换模轴零位传感器、大转臂轴零位传感器、换模左限位开关、换模右限位开关、1号模位下限位开关、1号模位上限位开关、2号模位下限位开关、2号模位上限位开关、1号模位电磁阀、2号模位电磁阀、滑环、送料轴编码器和手轮控制器；各零位传感器和各限位开关均与所述控制模块的光耦板电连接，并通过所述I/O接口板接PMAC的控制信号输出端，手轮控制器中的脉冲发生器与所述控制模块的DTC板电连接，手轮控制器中的坐标轴选开关接口和倍率放大开关接口与所述控制模块的的I/O接口板电连接；送料轴编码器与所述控制模块的DTC板电连接；所述控制模块的的I/O接口板分别与1号模位电磁阀和2号模位电磁阀电连接，可控制1号模位电磁阀和2号模位电磁阀的工况；滑环与外部弯丝机大转臂上的所有电源线、信号线和气管均连接；

电源供应模块包括2个三相交流变压器、5个直流变压器及1台三相滤波器；电源经三相滤波器，通过各三相交流变压器接各伺服驱动器的电源输入端，另通过各直流变压器接工控机、PMAC卡、DTC板和I/O接口板的电源输入端。

2.如权利要求1所述的一种基于弯丝机器人的控制电路，其特征在于所述电源供应模块中，2个三相交流变压器均为380V转220V的三相交流变压器；5个直流变压器中2个为380V转220V的直流变压器，1个为220V转24V的直流变压器，1个为12V直流变压器，1个为5V的直流变压器。