圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，包括底座、旋轉(zhuǎn)定位裝置、軸徑向移動定位裝置、手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置和PLC控制器；軸徑向移動定位裝置的橫軸和豎軸組成本機(jī)械手的手臂，通過圓柱坐標(biāo)空間位移方式控制底座的轉(zhuǎn)角、手臂的伸縮半徑及其升降高度，在機(jī)械手的腕部還可以控制手爪的回轉(zhuǎn)角，這樣機(jī)械手在空間可實(shí)現(xiàn)四自由度的位移，非常方便地完成所需執(zhí)行的任務(wù)，在每個自由度位移機(jī)構(gòu)上都設(shè)有傳感器，用來限制機(jī)械手的動作范圍及進(jìn)行限位保護(hù)。本實(shí)用新型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單，通過PLC控制器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、電磁閥和氣動裝置，并借助傳感器對機(jī)械手的各自由度進(jìn)行控制，可方便、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手的位置控制。
【專利說明】圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及檢測技術(shù)、電氣控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是涉及一種圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械手是能模仿人手和臂的某些動作功能，按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全；因此，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械手一般為直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)，通過豎軸、橫軸和縱軸三個自由度的直線運(yùn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的空間移動和操作。缺少一種結(jié)構(gòu)簡單、性能好、可靠性高，且能夠限制機(jī)械手各自由度動作范圍及進(jìn)行限位保護(hù)的圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，通過PLC控制器的控制能夠在空間實(shí)現(xiàn)四自由度的位移，非常方便地完成所需執(zhí)行的任務(wù)，且能夠準(zhǔn)確限制機(jī)械手各自由度的動作范圍及進(jìn)行限位保護(hù)，且結(jié)構(gòu)簡單、性能好、靈活通用、可靠性高。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，包括底座、旋轉(zhuǎn)定位裝置、軸徑向移動定位裝置、手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置和PLC控制器；旋轉(zhuǎn)定位裝置包括設(shè)于底座上能夠相對底座周向轉(zhuǎn)動的底盤和固設(shè)于底座上驅(qū)動底盤周向轉(zhuǎn)動和定位的底盤直流電機(jī)；軸徑向移動定位裝置包括固接于底盤上的豎軸、滑動設(shè)于豎軸上的滑座、設(shè)于豎軸背向底座的一端的驅(qū)動滑座沿豎軸移動和定位的豎軸步進(jìn)電機(jī)、滑動設(shè)于滑座上的橫軸和設(shè)于橫軸一端的驅(qū)動滑座沿橫軸移動和定位的橫軸步進(jìn)電機(jī)；手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置包括固設(shè)于橫軸另一端的手爪、驅(qū)動手爪周向轉(zhuǎn)動和定位的手爪直流電機(jī)和驅(qū)動手爪夾緊和松開的氣動裝置；底盤直流電機(jī)、豎軸步進(jìn)電機(jī)、橫軸步進(jìn)電機(jī)、手爪直流電機(jī)和氣動裝置分別與PLC控制器電連接；靠近豎軸的兩端，豎軸上設(shè)有第一微動開關(guān)和第二微動開關(guān)；豎軸步進(jìn)電機(jī)和橫軸步進(jìn)電機(jī)通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器分別與PLC控制器的對應(yīng)的輸出端電連接，底盤直流電機(jī)和手爪直流電機(jī)通過中間繼電器分別與PLC控制器的對應(yīng)的輸出端電連接；手爪通過電磁閥與PLC控制器對應(yīng)的輸出端電連接；第一、第二微動開關(guān)與PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。
[0006]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，靠近橫軸的兩端，橫軸上設(shè)有第三微動開關(guān)和第四微動開關(guān)，第三、第四微動開關(guān)與PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。
[0007]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，底座中部周向間隔設(shè)有用于限制底盤周向轉(zhuǎn)動范圍的第一接近開關(guān)和第二接近開關(guān)，第一、第二接近開關(guān)與PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)有一呈L型的固定塊，固定塊包括水平固定部和垂直固定部，水平固定部固設(shè)于橫軸背向橫軸步進(jìn)電機(jī)的一端，垂直手爪直流電機(jī)固設(shè)于垂直固定部上，垂直固定部上周向間隔設(shè)有用于限制手爪周向轉(zhuǎn)動范圍的第三接近開關(guān)和第四接近開關(guān)，第三、第四接近開關(guān)與PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，底盤上方設(shè)有一旋轉(zhuǎn)碼盤，旋轉(zhuǎn)碼盤包括一小圓盤和一設(shè)于小圓盤周邊的光電傳感器，靠近小圓盤的邊緣處等距間隔設(shè)有若干個小孔，小圓盤下方固連一被動齒輪，底盤下方固連一主動齒輪，被動齒輪與主動齒輪哨合，底盤直流電機(jī)的動力輸出軸與主動齒輪固接，光電傳感器與PLC控制器電連接。
[0010]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，豎軸步進(jìn)電機(jī)通過設(shè)于豎軸內(nèi)的第一滾珠絲桿組件驅(qū)動滑座沿豎軸移動和定位，橫軸步進(jìn)電機(jī)通過設(shè)于橫軸內(nèi)的第二滾珠絲桿組件驅(qū)動滑座沿橫軸移動和定位。
[0011]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，另設(shè)有一用于控制手爪夾緊與松開的電磁閥，電磁閥通電時，手爪張開；電磁閥失電時，手爪夾緊。
[0012]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)有急停按鈕、手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、自動開始按鈕、豎軸步進(jìn)電機(jī)手動控制按鈕、橫軸步進(jìn)電機(jī)手動控制按鈕、底盤直流電機(jī)手動控制按鈕、手爪直流電機(jī)手動控制按鈕和手爪動作手動按鈕。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型提供一種圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，通過PLC控制器控制底盤直流電機(jī)驅(qū)動底盤周向轉(zhuǎn)動、控制豎軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滑座相對豎軸軸向移動和定位、控制橫軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滑座相對橫軸徑向移動和定位，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手在圓柱坐標(biāo)內(nèi)三自由度自動運(yùn)行，通過PLC控制器控制手爪直流電機(jī)驅(qū)動手爪周向旋轉(zhuǎn)，控制氣動裝置驅(qū)動手爪夾緊和松開，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手在另一自由度自動運(yùn)行。且通過第一、第二微動開關(guān)能夠限制機(jī)械手滑座在豎軸上的動作范圍，從而達(dá)到對機(jī)械手進(jìn)行限位保護(hù)目的。本實(shí)用新型上述結(jié)構(gòu)簡單、通過直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動性能好、靈活通用、可靠性高，通過微動開關(guān)(位置傳感器)能夠?qū)崿F(xiàn)限制對機(jī)械手的動作范圍，從而達(dá)到對機(jī)械手進(jìn)行限位保護(hù)的目的。較佳的，通過在靠近橫軸的兩端設(shè)有第三微動開關(guān)和第四微動開關(guān)，能夠限制機(jī)械手滑座在橫軸上的動作范圍，從而達(dá)到對機(jī)械手進(jìn)行限位保護(hù)目的。較佳的，通過在底座中部周向間隔設(shè)有用于限制所述底盤周向轉(zhuǎn)動范圍的第一接近開關(guān)和第二接近開關(guān)，能夠限制機(jī)械手底盤的動作范圍，從而達(dá)到對機(jī)械手進(jìn)行限位保護(hù)目的。較佳的，設(shè)有固定塊，通過在固定塊周向間隔設(shè)有用于限制所述手爪周向轉(zhuǎn)動范圍的第三接近開關(guān)和第四接近開關(guān)，能夠限制機(jī)械手手爪的動作范圍，從而達(dá)到對機(jī)械手進(jìn)行限位保護(hù)目的。較佳的，通過光電傳感器采集小圓盤上小孔的信號，通過PLC控制器接收來自光電傳感器的脈沖信號，進(jìn)而控制底盤直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)碼盤對機(jī)械手底盤的轉(zhuǎn)角定位功能。較佳的，由橫軸和豎軸組成機(jī)械手的手臂，分別由橫軸、豎軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動對應(yīng)的滾珠絲杠組件，完成手臂的伸縮半徑和手臂的升降高度的改變。較佳的，手爪的夾緊與松開由一個單線圈雙位置電磁閥控制，當(dāng)電磁閥線圈通電時，手爪張開；當(dāng)線圈失電時，手爪夾緊。這樣，能夠防止突然停電時夾持物體掉落。綜上，本實(shí)用新型控制系統(tǒng)通過PLC控制器對機(jī)械手每個自由度的電機(jī)控制來完成特定動作，同時接收位置傳感器(微動開關(guān)或接近開關(guān))反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。采用了 PLC控制器進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作，達(dá)到了自動化的要求，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能好、易于編程、靈活通用、可靠性高等一系列特性，因此能夠廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型中機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型控制系統(tǒng)原理的示意圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器原理示意圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型中直流電機(jī)原理示意圖；
[0018]圖5為本實(shí)用新型中旋轉(zhuǎn)碼盤示意圖；
[0019]圖6為本實(shí)用新型控制系統(tǒng)自動工作流程圖。
[0020]結(jié)合附圖，作以下說明:
[0021]I—底座11—第一接近開關(guān)
[0022]12——第二接近開關(guān) 2——旋轉(zhuǎn)定位裝置
[0023]21——底盤22——底盤直流電機(jī) [0024]3——軸徑向移動定位裝置31——豎軸
[0025]311—第一微動開關(guān) 312——第二微動開關(guān)
[0026]32——滑座33——豎軸步進(jìn)電機(jī)
[0027]34—橫軸341——第三微動開關(guān)
[0028]342—第四微動開關(guān) 35——橫軸步進(jìn)電機(jī)
[0029]4——手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置 41——手爪
[0030]42——手爪直流電機(jī) 5——固定塊
[0031]51-7jC平固定部 52-垂直固定部
[0032]521—第三接近開關(guān) 522——第四接近開關(guān)
[0033]61——小圓盤62——光電傳感器
[0034]63-小孔
【具體實(shí)施方式】
[0035]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0036]如圖1和圖2所示，一種圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，包括底座
1、旋轉(zhuǎn)定位裝置2、軸徑向移動定位裝置3、手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置4和PLC控制器；所述旋轉(zhuǎn)定位裝置包括設(shè)于所述底座上能夠相對所述底座周向轉(zhuǎn)動的底盤21和固設(shè)于所述底座上驅(qū)動所述底座周向轉(zhuǎn)動和定位的底盤直流電機(jī)22;軸徑向移動定位裝置包括固接于所述底盤上的豎軸31、滑動設(shè)于所述豎軸上的滑座32、設(shè)于所述豎軸背向所述底座的一端的驅(qū)動所述滑座沿所述豎軸移動和定位的豎軸步進(jìn)電機(jī)33、滑動設(shè)于所述滑座上的橫軸34和設(shè)于所述橫軸一端的驅(qū)動所述滑座沿所述橫軸移動和定位的橫軸步進(jìn)電機(jī)35 ;手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置包括固設(shè)于所述橫軸另一端的手爪41、驅(qū)動所述手爪周向轉(zhuǎn)動和定位的手爪直流電機(jī)42和驅(qū)動所述手爪夾緊和松開的氣動裝置；靠近豎軸的兩端，豎軸上設(shè)有第一微動開關(guān)311和第二微動開關(guān)312 ;豎軸步進(jìn)電機(jī)和橫軸步進(jìn)電機(jī)通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器分別與PLC控制器的對應(yīng)的輸出端電連接，底盤直流電機(jī)和手爪直流電機(jī)通過中間繼電器分別與PLC控制器的對應(yīng)的輸出端電連接；手爪通過電磁閥與PLC控制器對應(yīng)的輸出端電連接；第一、第二微動開關(guān)與PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。這樣，通過PLC控制器控制底盤直流電機(jī)驅(qū)動底盤周向轉(zhuǎn)動、控制豎軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滑座相對豎軸軸向移動和定位、控制橫軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滑座相對橫軸徑向移動和定位，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手在圓柱坐標(biāo)內(nèi)三自由度自動運(yùn)行，通過PLC控制器控制手爪直流電機(jī)驅(qū)動手爪周向旋轉(zhuǎn)，控制氣動裝置驅(qū)動手爪夾緊和松開，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手在另一自由度自動運(yùn)行。且通過第一、第二微動開關(guān)能夠限制機(jī)械手滑座在豎軸上的動作范圍，從而達(dá)到對機(jī)械手進(jìn)行限位保護(hù)目的。上述結(jié)構(gòu)簡單、通過直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動性能好、靈活通用、可靠性高，通過微動開關(guān)(位置傳感器)能夠?qū)崿F(xiàn)限制對機(jī)械手的動作范圍，從而達(dá)到對機(jī)械手進(jìn)行限位保護(hù)的目的。
[0037]優(yōu)選的，靠近所述橫軸的兩端，所述橫軸上設(shè)有第三微動開關(guān)341和第四微動開關(guān)342，第三、第四微動開關(guān)與PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。這樣，通過第三、第四微動開關(guān)反饋位置信號給PLC控制器，PLC控制器進(jìn)而控制橫軸步進(jìn)電機(jī)，能夠限制機(jī)械手滑座在橫軸上的動作范圍，從而達(dá)到對機(jī)械手進(jìn)行限位保護(hù)目的。
[0038]優(yōu)選的，底座中部周向間隔設(shè)有用于限制所述底盤周向轉(zhuǎn)動范圍的第一接近開關(guān)11和第二接近開關(guān)12，所述第一、第二接近開關(guān)與所述PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。這樣，通過第一、第二接近開關(guān)反饋位置信號給PLC控制器，PLC控制器進(jìn)而控制底盤直流電機(jī)，能夠限制機(jī)械手底盤的動作范圍，從而達(dá)到對機(jī)械手進(jìn)行限位保護(hù)目的。
[0039]優(yōu)選的，設(shè)有一呈L型的固定塊5，所述固定塊包括水平固定部51和垂直固定部52，所述水平固定部固設(shè)于所述橫軸背向所述橫軸步進(jìn)電機(jī)的一端，所述垂直手爪直流電機(jī)固設(shè)于所述垂直固定部上，所述垂直固定部上周向間隔設(shè)有用于限制所述手爪周向轉(zhuǎn)動范圍的第三接近開關(guān)521和第四接近開關(guān)522，所述第三、第四接近開關(guān)與所述PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。這樣，通過第三、第四接近開關(guān)反饋位置信號給PLC控制器，PLC控制器進(jìn)而控制手爪直流電機(jī)，能夠限制機(jī)械手手爪的動作范圍，從而達(dá)到對機(jī)械手進(jìn)行限位保護(hù)目的。
[0040]優(yōu)選的，參見圖5，所述底盤上方設(shè)有一旋轉(zhuǎn)碼盤，所述旋轉(zhuǎn)碼盤包括一小圓盤61和一設(shè)于所述小圓盤周邊的光電傳感器62，靠近所述小圓盤的邊緣處等距間隔設(shè)有若干個小孔63，所述小圓盤下方固連一被動齒輪，所述底盤下方固連一主動齒輪，所述被動齒輪與所述主動齒輪嚙合,所述底盤直流電機(jī)的動力輸出軸與所述主動齒輪固接,所述光電傳感器與所述PLC控制器電連接。這樣，通過光電傳感器采集小圓盤上小孔的信號，通過PLC控制器接收來自光電傳感器的脈沖信號，進(jìn)而控制底盤直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)碼盤對機(jī)械手底盤的轉(zhuǎn)角定位功能。
[0041]優(yōu)選的，所述豎軸步進(jìn)電機(jī)通過設(shè)于所述豎軸內(nèi)的第一滾珠絲桿組件驅(qū)動所述滑座沿所述豎軸移動和定位，所述橫軸步進(jìn)電機(jī)通過設(shè)于所述橫軸內(nèi)的第二滾珠絲桿組件驅(qū)動所述滑座沿所述橫軸移動和定位。這樣，由橫軸和豎軸組成機(jī)械手的手臂，分別由橫軸、豎軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動對應(yīng)的滾珠絲杠組件，完成手臂的伸縮半徑和手臂的升降高度的改變。
[0042]優(yōu)選的，另設(shè)有一用于控制所述手爪夾緊與松開的電磁閥，所述電磁閥通電時，所述手爪張開；所述電磁閥失電時，所述手爪夾緊。具體實(shí)施時，手爪的夾緊與松開由一個單線圈雙位置電磁閥控制，當(dāng)電磁閥線圈通電時，手爪張開；當(dāng)線圈失電時，手爪夾緊。這樣，能夠防止突然停電時夾持物體掉落。
[0043]綜上，本實(shí)用新型控制系統(tǒng)通過PLC控制器對機(jī)械手每個自由度的電機(jī)控制來完成特定動作，同時接收對應(yīng)位置傳感器(微動開關(guān)或接近開關(guān))反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。采用了 PLC控制器進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作，達(dá)到了自動化的要求，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能好、易于編程、靈活通用、可靠性高等一系列特性，因此能夠廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)。
[0044]具體實(shí)施時,機(jī)械手橫軸、豎軸分別用I臺步進(jìn)電機(jī)控制，步進(jìn)電機(jī)帶動滾珠絲杠作為機(jī)械手橫向、縱向進(jìn)給；底盤、手爪分別用I臺直流電機(jī)控制，通過直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)完成底盤、手爪的周向轉(zhuǎn)動，手爪的夾緊與松開由一電磁閥控制氣動裝置完成。PLC控制器可采用松下FPO - C32T主控單元及FPO — E16RS擴(kuò)展單元，操作信號和位置傳感器作為PLC控制器的輸入，共有2 I個，分別是急停按鈕SB0、手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)SA、自動開始按鈕SB1、各電機(jī)的手動控制按鈕SB2-SB9、手爪動作手動按鈕SB10、四自由度各位移的位置信號SQ1-SQ8和光電傳感器(旋轉(zhuǎn)編碼器)脈沖信號；電機(jī)和電磁閥等執(zhí)行兀件作為PLC輸出，共有9個，分別是控制橫軸和豎軸步進(jìn)電機(jī)速度與方向的步進(jìn)脈沖與方向電平、控制底盤電機(jī)和手爪電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)中間繼電器KAl、KA2和KA3、KA4以及控制手爪氣動裝置的電磁閥YV。步進(jìn)電機(jī)可選二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)，步距角為0.9° /1.8°。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器用于把控制系統(tǒng)的PLC控制器發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，即控制系統(tǒng)每發(fā)I個脈沖信號，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器主要包括電源輸入部分(DC+、DC-)、信號輸入部分(步進(jìn)脈沖、方向電平、脫機(jī)電平、公共陽端)和輸出部分(A十、A —、B +、B —),參見圖3,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器原理圖；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器信號輸入有4路信號，即接PLC控制器的輸出繼電器YO (或Yl)的步進(jìn)脈沖信號、接PLC控制器的輸出繼電器Y2(或Y3)的方向電平、系統(tǒng)懸空不接的脫機(jī)電平和外接24 V電源的公共陽端；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的輸出部分與步進(jìn)電機(jī)的A+、A—、B +和B —連接,機(jī)械手控制系統(tǒng)的底盤直流電機(jī)、手爪直流電機(jī)可選24 V永磁直流電機(jī)，型號，用于控制它的中間繼電器電路相同，參見圖4所示。
[0045]本實(shí)用新型圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作原理如下:
[0046]首先，機(jī)械手先行復(fù)位，即不論機(jī)械手原來在什么位置，都要先回到初始位置，為機(jī)械手開始動作做準(zhǔn)備。機(jī)械手初始位置狀態(tài)為:機(jī)械手臂處于右極限狀態(tài)(第三微動開關(guān))和上極限狀態(tài)(第一微動開關(guān))，底盤處于回位狀態(tài)(底盤正轉(zhuǎn)限位，第一接近開關(guān))，手爪處于回位狀態(tài)(正轉(zhuǎn)限位，第三接近開關(guān))，且手爪夾緊。工作時，機(jī)械手手臂前伸至所需位置，手爪反轉(zhuǎn)至要求取貨位置，手爪張開，機(jī)械手臂(橫軸)下降至物品處，手爪夾緊物品，機(jī)械手臂(橫軸)上升將物品拿起，機(jī)械手臂收回(以免運(yùn)行中與其他設(shè)備相撞)，底盤反轉(zhuǎn)至相應(yīng)出貨位置，機(jī)械手臂前伸到位后，手爪正轉(zhuǎn)到位，手臂下降到位后，手爪張開將物品放下，機(jī)械手臂上升到位，手爪夾緊。至此，一個工作周期結(jié)束，完成一個物品的兩地搬運(yùn)。
[0047]圖6是本實(shí)用新型圓柱坐標(biāo)式四自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)自動工作時流程圖；根據(jù)工藝要求，機(jī)械手工作時有時要求作手動調(diào)整，所以，設(shè)置了手動與自動兩種控制方式，并在系統(tǒng)設(shè)計中設(shè)置了急停、終端保護(hù)等環(huán)節(jié)，確保工作的安全性。
[0048]綜上，由橫軸和豎軸組成本實(shí)用新型機(jī)械手的手臂，分別由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠組件，完成手臂的伸縮半徑和手臂的升降高度改變。手爪的夾緊與松開由一單線圈雙位置的電磁閥控制，當(dāng)電磁閥線圈通電時，手爪張開；當(dāng)線圈失電時，手爪夾緊，以防止突然停電時夾持物體掉落。由手爪直流電機(jī)控制本實(shí)用新型機(jī)械手手爪的周向轉(zhuǎn)動，手爪直流電機(jī)驅(qū)動手爪，可做正反向周向轉(zhuǎn)動，具體轉(zhuǎn)動角度可設(shè)定為± 2 7 0 °的轉(zhuǎn)動。整個機(jī)械手在底盤的帶動下，由底盤直流電機(jī)驅(qū)動，具體轉(zhuǎn)動角度可設(shè)定為± 2 7 0 °的周向轉(zhuǎn)動。在每個自由度位移機(jī)構(gòu)上都設(shè)有傳感器(微動開關(guān)或接近開關(guān))，用來限制機(jī)械手的動作范圍及進(jìn)行限位保護(hù)，其中，手臂伸縮和升降用微動開關(guān)作限位保護(hù)，手爪轉(zhuǎn)動和底盤擺動用接近開關(guān)做位置檢測。因此，本實(shí)用新型機(jī)械手通過圓柱坐標(biāo)空間位移方式控制底座的轉(zhuǎn)角、手臂的伸縮半徑及其升降高度，在機(jī)械手的腕部還可以控制手爪的回轉(zhuǎn)角，這樣機(jī)械手在空間可實(shí)現(xiàn)四自由度的位移，非常方便地完成所需執(zhí)行的任務(wù)。且本實(shí)用新型控制系統(tǒng)采用功能強(qiáng)大、可靠性高的PLC控制器，通過PLC控制器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、電磁閥和氣動裝置，并借助傳感器對機(jī)械手的各自由度進(jìn)行控制，可方便、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手的位置控制。
[0049]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:包括底座(1)、旋轉(zhuǎn)定位裝置(2 )、軸徑向移動定位裝置(3 )、手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置(4 )和PLC控制器；所述旋轉(zhuǎn)定位裝置包括設(shè)于所述底座上能夠相對所述底座周向轉(zhuǎn)動的底盤(21)和固設(shè)于所述底座上驅(qū)動所述底座周向轉(zhuǎn)動和定位的底盤直流電機(jī)(22);軸徑向移動定位裝置包括固接于所述底盤上的豎軸(31)、滑動設(shè)于所述豎軸上的滑座(32)、設(shè)于所述豎軸背向所述底座的一端的驅(qū)動所述滑座沿所述豎軸移動和定位的豎軸步進(jìn)電機(jī)(33)、滑動設(shè)于所述滑座上的橫軸(34)和設(shè)于所述橫軸一端的驅(qū)動所述滑座沿所述橫軸移動和定位的橫軸步進(jìn)電機(jī)(35);手爪旋轉(zhuǎn)拾取裝置包括固設(shè)于所述橫軸另一端的手爪(41)、驅(qū)動所述手爪周向轉(zhuǎn)動和定位的手爪直流電機(jī)(42)和驅(qū)動所述手爪夾緊和松開的氣動裝置；靠近所述豎軸的兩端，所述豎軸上設(shè)有第一微動開關(guān)(311)和第二微動開關(guān)(312);所述豎軸步進(jìn)電機(jī)和所述橫軸步進(jìn)電機(jī)通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器分別與所述PLC控制器的對應(yīng)的輸出端電連接，所述底盤直流電機(jī)和所述手爪直流電機(jī)通過中間繼電器分別與所述PLC控制器的對應(yīng)的輸出端電連接；所述手爪通過電磁閥與所述PLC控制器對應(yīng)的輸出端電連接；所述第一、第二微動開關(guān)與所述PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:靠近所述橫軸的兩端，所述橫軸上設(shè)有第三微動開關(guān)(341)和第四微動開關(guān)(342)，所述第三、第四微動開關(guān)與所述PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:所述底座中部周向間隔設(shè)有用于限制所述底盤周向轉(zhuǎn)動范圍的第一接近開關(guān)(11)和第二接近開關(guān)(12)，所述第一、第二接近開關(guān)與所述PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求 3所述的圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:設(shè)有一呈L型的固定塊(5)，所述固定塊包括水平固定部(51)和垂直固定部(52)，所述水平固定部固設(shè)于所述橫軸背向所述橫軸步進(jìn)電機(jī)的一端，所述垂直手爪直流電機(jī)固設(shè)于所述垂直固定部上，所述垂直固定部上周向間隔設(shè)有用于限制所述手爪周向轉(zhuǎn)動范圍的第三接近開關(guān)(521)和第四接近開關(guān)(522)，所述第三、第四接近開關(guān)與所述PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:所述底盤上方設(shè)有一旋轉(zhuǎn)碼盤，所述旋轉(zhuǎn)碼盤包括一小圓盤(61)和一設(shè)于所述小圓盤周邊的光電傳感器(62)，靠近所述小圓盤的邊緣處等距間隔設(shè)有若干個小孔(63)，所述小圓盤下方固連一被動齒輪，所述底盤下方固連一主動齒輪，所述被動齒輪與所述主動齒輪嚙合，所述底盤直流電機(jī)的動力輸出軸與所述主動齒輪固接，所述光電傳感器與所述PLC控制器對應(yīng)的輸入端電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:所述豎軸步進(jìn)電機(jī)通過設(shè)于所述豎軸內(nèi)的第一滾珠絲桿組件驅(qū)動所述滑座沿所述豎軸移動和定位，所述橫軸步進(jìn)電機(jī)通過設(shè)于所述橫軸內(nèi)的第二滾珠絲桿組件驅(qū)動所述滑座沿所述橫軸移動和定位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:另設(shè)有一用于控制所述手爪夾緊與松開的電磁閥，所述電磁閥通電時，所述手爪張開；所述電磁閥失電時，所述手爪夾緊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱坐標(biāo)式四自由度限位保護(hù)機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征在于:設(shè)有急停按鈕、手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、自動開始按鈕、豎軸步進(jìn)電機(jī)手動控制按鈕、橫軸步進(jìn)電機(jī)手動控制按鈕、底盤直流電機(jī)手動控制按鈕、手爪直流電機(jī)手動控制按鈕和手爪動作手 動按鈕。
【文檔編號】B25J9/04GK203818138SQ201420200169
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】應(yīng)明峰, 劉利娟, 周黎英, 張靜, 張玉 申請人:金陵科技學(xué)院