專利名稱：一種單軸運動控制實訓裝置及上下料方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機器人實訓教育技術領域，具體涉及一種單軸運動控制實訓裝置及上下料方法。
背景技術：
直角坐標機器人是能夠實現(xiàn)自動控制的、可重復編程的、多自由度的、運動自由度建成空間直角關系的、多用途的操作機。其工作的行為方式主要是通過完成沿著X、Y、Z軸上的線性運動。單軸控制搬運機器人則是基礎的一種直角坐標機器人，主要用于完成沿單個軸上的線性運動。直角坐標機器人可以非常方便的用作各種自動化設備，完成如焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、(軟仿型)噴涂、目標跟隨、排爆等一系列工作。特別適用于多品種、大批量的柔性化作業(yè)，對于穩(wěn)定提高產品質量，提高勞動生產率，改善勞動條件和產品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。隨著直角坐標機器人的應用越來越廣泛，機器人技術應用教學工作日益顯得重要，而目前國內機器人技術教學還處于一個未普及階段，基礎性的教學實驗平臺仍需不斷豐富。工業(yè)上應用的直角坐標機器人一般體積較大，結構及計算機編程較為復雜，不利于在教學中使用，無法使得學員準確的掌握直角坐標機器人的工作原理及結構部件的選用。因此，鑒于以上問題，有必要提出一種單軸運動控制實訓裝置，結構簡單、操作方便，便于實際教學使用，使學生充分的了解機器人的工作原理及各機構部件的選擇、設計，以提高學生在機電系統(tǒng)方面的設計、裝配及調試能力
發(fā)明內容
·有鑒于此，本發(fā)明提供了一種單軸運動控制實訓裝置及上下料方法，該裝置結構簡單、操作方便，便于實際教學使用，使學生充分的了解機器人的工作原理及各機構部件的選擇、設計，以達到提高學生在機電系統(tǒng)方面的設計、裝配及調試能力的目的。根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種單軸運動控制實訓裝置，包括實驗臺、位于所述實驗臺上的上下料機構及控制所述上下料機構運行的控制機構，所述上下料機構的下方對應設置有用于放置樣件的支架，所述支架至少為兩個；所述上下料機構包括機架、設置于所述機架上可前后移動的機械手，以及帶動所述機械手移動的驅動機構；所述實訓裝置還包括用于檢測樣件位置的檢測機構，所述檢測機構與所述控制機構電連接，通過檢測機構將樣件的位置信號傳遞給控制機構，控制機構控制機械手運行，由支架上拾取樣件并帶動樣件移動后放置于另一支架上。優(yōu)選的，所述機械手包括氣動執(zhí)行機構以及連接于所述氣動執(zhí)行機構下端的真空吸附頭。
優(yōu)選的，所述氣動執(zhí)行機構為氣缸，所述氣缸兩端設置有用于檢測氣缸運行情況的磁性傳感器，所述磁性傳感器與所述控制機構電連接，所述控制機構根據(jù)氣缸運行情況控制所述真空吸附頭的通斷。優(yōu)選的，所述驅動機構包括步進電機、聯(lián)軸器、與所述聯(lián)軸器傳動連接的滾珠絲杠，所述滾珠絲杠上設置有滑塊，所述滑塊與所述滾珠絲杠的連接處設置有滾珠絲杠絲母，所述機械手固定連接于所述滑塊的一側。優(yōu)選的，所述機架上與所述滾珠絲杠平行設置有至少一根導向光軸，所述滑塊上與所述導向光軸連接處設置有直線軸承。

優(yōu)選的，所述檢測機構包括位于所述支架上用于檢測樣件存在與否的漫反射傳感器。優(yōu)選的，所述檢測機構還包括設置于所述機架上用于檢測定位所述機械手的傳感器，所述傳感器與所述各支架對應設置。優(yōu)選的，所述機架的兩端還設置有用于限定所述機械手移動行程的微動開關。優(yōu)選的，所述控制機構為PLC控制器。一種單軸運動上下料方法，采用所述的單軸運動控制實訓裝置，具體操作步驟如下:(一)、通過漫反射傳感器檢測支架上是否存在實驗樣件，并將信息傳遞給控制機構，控制機構紀錄相應信息；(二)、檢測完成后，控制機構根據(jù)檢測信號控制步進電機運轉，步進電機通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠旋轉，滾珠絲杠絲母在滑塊與導向光軸的作用下，將滾珠絲杠的旋轉運動轉換為滑塊沿滾珠絲杠軸線作直線運動，使得滑塊帶動機械手移動至樣件所在支架相對應的傳感器處，傳感器將信號傳遞給控制機構，控制機構控制步進電機停止；(三)、控制機構控制氣動執(zhí)行機構運行，氣缸帶動真空吸附頭下移至設定位置，磁性傳感器檢測到氣缸到位后，將信號傳遞給控制機構，控制機構控制打開真空吸附開關，真空吸附頭通電拾取樣件，后氣缸上移復位；(四)、控制機構控制步進電機繼續(xù)運轉，帶動機械手前移至下一傳感器位置處，步進電機停止運轉；(五)、控制機構控制氣動執(zhí)行機構運行，氣缸帶動真空吸附頭下移至設定位置，磁性傳感器檢測到氣缸到位后，將信號傳遞給控制機構，控制機構控制斷開真空吸附開關，真空吸附頭將樣件放置于支架上，后氣缸上移復位，如此循環(huán)操作；(六)、最后步進電機帶動機械手復位至初始位置。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明公開的單軸運動控制實訓裝置及上下料方法的優(yōu)點是:該裝置通過設置控制機構驅動機械手運行，將樣件由前一支架移動至后一支架，通過設置檢測機構，便于機械手對樣件的拾取并精確定位，該裝置結構簡單，操作方便、靈活，具有高可靠性、高速度、高精度等特征，可用于長期教學使用無需維護，使用成本較低，便于學生充分的了解機器人的工作原理及各機構部件的選擇、設計，提高學生在機電系統(tǒng)方面的設計、裝配及調試能力。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明公開的一種單軸運動控制實訓裝置的結構示意圖。圖2為本發(fā)明公開的上下料機構的立體圖。圖3為本發(fā)明公開的上下料機構的后視圖。圖4為本發(fā)明公開的支架的結構示意圖。圖中的數(shù)字或字母所代表的相應部件的名稱:1、實驗臺2、上下料機構3、控制機構4、按鈕控制單元5、支架6、漫反射傳感器21、機架22、機械手23、驅動機構24、氣缸25、真空吸附頭26、磁性傳感器27、步進電機28、聯(lián)軸器29、滾珠絲杠30、滑塊31、滾珠絲杠絲母32、導向光軸33、直線軸承34、光電傳感器35、微動開關36、拉手
具體實施例方式隨著直角坐標機器人的應用越來越廣泛，機器人技術應用教學工作日益顯得重要，而目前國內機器人技術教學還處于一個未普及階段，基礎性的教學實驗平臺仍需不斷豐富。且工業(yè)上應用的直角坐標機器人一般體積較大，結構及計算機編程較為復雜，不利于在教學中使用，無法使得學員準確的掌握直角坐標機器人的工作原理及結構部件的選用。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供了一種單軸運動控制實訓裝置及上下料方法，該裝置結構簡單、操作方`便，便于實際教學使用，使學生充分的了解機器人的工作原理及各機構部件的選擇、設計，以達到提高學生在機電系統(tǒng)方面的設計、裝配及調試能力的目的。下面將通過具體實施方式
對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。請一并參見圖1至圖4，圖1為本發(fā)明公開的一種單軸運動控制實訓裝置的結構示意圖。圖2為本發(fā)明公開的上下料機構的立體圖。圖3為本發(fā)明公開的上下料機構的后視圖。圖4為本發(fā)明公開的支架的結構示意圖。如圖所示，一種單軸運動控制實訓裝置，包括實驗臺1、位于實驗臺I上的上下料機構2及控制上下料機構2運行的控制機構3，控制機構3的一側設置有按鈕控制單元4，上下料機構2的下方對應設置有用于放置樣件的支架
5,支架5至少為兩個。上下料機構2包括機架21、設置于機架21上可前后移動的機械手22，以及帶動機械手22移動的驅動機構23 ;通過驅動機構23帶動機械手前后移動將樣件由前一工位移送至下一工位，實現(xiàn)樣件的直線輸送。其中，驅動機構包括步進電機27、聯(lián)軸器28、與聯(lián)軸器28傳動連接的滾珠絲杠29，滾珠絲杠29上設置有滑塊30，滑塊30與滾珠絲杠29的連接處設置有滾珠絲杠絲母31，機械手22固定連接于滑塊30的一側。滾珠絲杠絲母在滑塊的作用下，將滾珠絲杠的旋轉運動轉換為滑塊沿滾珠絲杠軸線作直線運動。此外，驅動機構還可為電動推桿或氣缸等，可實現(xiàn)滑塊的直線運動即可，具體實施方式
在此不做限制。實訓裝置還包括用于檢測樣件位置的檢測機構，檢測機構與控制機構3電連接，通過檢測機構將樣件的位置信號傳遞給控制機構3，控制機構控制機械手22運行，由支架上拾取樣件并帶動樣件移動后放置于另一支架21上。機械手22包括氣動執(zhí)行機構以及連接于氣動執(zhí)行機構下端的真空吸附頭25。氣動執(zhí)行機構為氣缸24，氣缸兩端設置有用于檢測氣缸運行情況的磁性傳感器26，用于檢測氣缸伸縮是否到位，磁性傳感器26與控制機構3電連接，控制機構3根據(jù)氣缸運行情況控制真空吸附頭的通斷。機架21上與滾珠絲杠29平行設置有至少一根導向光軸32，滑塊30上與導向光軸32的連接處設置有直線軸承33。通過設置導向光軸對滑塊的直線移動進行導向，避免滑塊出現(xiàn)偏轉等問題，保證機械手位置的準確性。其中導向光軸可為1、2或多根，具體數(shù)量根據(jù)使用需要而定，在此不做限制。檢測機構包括位于支架5上用于檢測樣件存在與否的漫反射傳感器6。漫反射傳感器6與控制機構3電連接，通過漫反射傳感器6檢測樣件并將信號傳遞給控制機構，控制機構可確定哪個支架上設置有樣件，便于后續(xù)驅動機械手移動至對應位置處。檢測機構還包括設置于機架21上用于檢測定位機械手22的傳感器，傳感器與各支架對應設置，通過在機架上設置與支架對應的傳感器，當確定樣件所在的支架后，控制機構可控制機械手移動，到達樣件所在支架所 對應的傳感器處停止移動對樣件進行下一步的拾取工作。其中傳感器為光電傳感器34或壓力傳感器或位移傳感器等，具體不做限制。機架21的兩端還設置有用于限定機械手22移動行程的微動開關35。微動開關35與控制機構電連接，機械手移動至微動開關處時，控制機構控制步進電機停止，避免出現(xiàn)機械手移動超出設定行程與機架產生碰撞等問題，避免出現(xiàn)裝置的損壞。其中，控制機構為PLC控制器。靈敏度及精度均較高。實驗臺采用優(yōu)質鋁型材搭建，且實驗臺I兩端還設置有拉手36，方便實驗與運輸。一種單軸運動上下料方法，采用單軸運動控制實訓裝置，具體操作步驟如下:(一)、通過漫反射傳感器26檢測支架5上是否存在實驗樣件，并將信息傳遞給控制機構，控制機構紀錄相應信息；用以確定樣件所在的位置，以便于控制驅動機構帶動機械手移動拾取樣件。(二)、檢測完成后，控制機構根據(jù)檢測信號控制步進電機運轉，步進電機通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠旋轉，滾珠絲杠絲母在滑塊與導向光軸的作用下，將滾珠絲杠的旋轉運動轉換為滑塊沿滾珠絲杠軸線作直線運動，使得滑塊帶動機械手移動至樣件所在支架相對應的傳感器處，傳感器將信號傳遞給控制機構，控制機構控制步進電機停止。(三)、控制機構控制氣動執(zhí)行機構運行，氣缸24帶動真空吸附頭25下移至設定位置，磁性傳感器26檢測到氣缸到位后，將信號傳遞給控制機構3，控制機構控制打開真空吸附開關，真空吸附頭通電拾取樣件，后氣缸上移復位。(四)、控制機構控制步進電機繼續(xù)運轉，帶動機械手22前移至下一傳感器位置處，步進電機停止運轉。(五)、控制機構控制氣動執(zhí)行機構運行，氣缸24帶動真空吸附頭25下移至設定位置，磁性傳感器26檢測到氣缸到位后，將信號傳遞給控制機構3，控制機構控制斷開真空吸附開關，真空吸附頭將樣件放置于支架上，后氣缸上移復位，如此循環(huán)操作。(六)、最后步進電機帶動機械手復位至初始位置。本發(fā)明公開了一種單軸運動控制實訓裝置及上下料方法，該裝置通過設置控制機構驅動機械手運行，將樣件由前一支架移動至后一支架，通過設置檢測機構，便于機械手對樣件的拾取并精確定位。該裝置結構簡單，體積較小，操作方便、靈活，具有高可靠性、高速度、高精度等特征，可用于長期教學使用無需維護，使用成本較低，便于學生充分的了解機器人的工作原理及各機構部件的選擇、設計，提高學生在機電系統(tǒng)方面的設計、裝配及調試能力。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范 圍。
權利要求
1.一種單軸運動控制實訓裝置，其特征在于，包括實驗臺、位于所述實驗臺上的上下料機構及控制所述上下料機構運行的控制機構，所述上下料機構的下方對應設置有用于放置樣件的支架，所述支架至少為兩個； 所述上下料機構包括機架、設置于所述機架上可前后移動的機械手，以及帶動所述機械手移動的驅動機構； 所述實訓裝置還包括用于檢測樣件位置的檢測機構，所述檢測機構與所述控制機構電連接，通過檢測機構將樣件的位置信號傳遞給控制機構，控制機構控制機械手運行，由支架上拾取樣件并帶動樣件移動后放置于另一支架上。
2.如權利要求1所述的單軸運動控制實訓裝置，其特征在于，所述機械手包括氣動執(zhí)行機構以及連接于所述氣動執(zhí)行機構下端的真空吸附頭。
3.如權利要求2所述的單軸運動控制實訓裝置，其特征在于，所述氣動執(zhí)行機構為氣缸，所述氣缸兩端設置有用于檢測氣缸運行情況的磁性傳感器，所述磁性傳感器與所述控制機構電連接，所述控制機構根據(jù)氣缸運行情況控制所述真空吸附頭的通斷。
4.如權利要求1所述的單軸運動控制實訓裝置，其特征在于，所述驅動機構包括步進電機、聯(lián)軸器、與所述聯(lián)軸器傳動連接的滾珠絲杠，所述滾珠絲杠上設置有滑塊，所述滑塊與所述滾珠絲杠的連接處設置有滾珠絲杠絲母，所述機械手固定連接于所述滑塊的一側。
5.如權利要求4所述的單軸運動控制實訓裝置，其特征在于，所述機架上與所述滾珠絲杠平行設置有至少一根導向光軸，所述滑塊上與所述導向光軸連接處設置有直線軸承。
6.如權利要求1所述的單軸運動控制實訓裝置，其特征在于，所述檢測機構包括位于所述支架上用于檢測樣件存在與否的漫反射傳感器。
7.如權利要求6所 述的單軸運動控制實訓裝置，其特征在于，所述檢測機構還包括設置于所述機架上用于檢測定位所述機械手的傳感器，所述傳感器與所述各支架對應設置。
8.如權利要求1所述的單軸運動控制實訓裝置，其特征在于，所述機架的兩端還設置有用于限定所述機械手移動行程的微動開關。
9.如權利要求1所述的單軸運動控制實訓裝置，其特征在于，所述控制機構為PLC控制器。
10.一種單軸運動上下料方法，其特征在于，采用權利要求1-9任一項所述的單軸運動控制實訓裝置，具體操作步驟如下: (一)、通過漫反射傳感器檢測支架上是否存在實驗樣件，并將信息傳遞給控制機構，控制機構紀錄相應信息； (二)、檢測完成后，控制機構根據(jù)檢測信號控制步進電機運轉，步進電機通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠旋轉，滾珠絲杠絲母在滑塊與導向光軸的作用下，將滾珠絲杠的旋轉運動轉換為滑塊沿滾珠絲杠軸線作直線運動，使得滑塊帶動機械手移動至樣件所在支架相對應的傳感器處，傳感器將信號傳遞給控制機構，控制機構控制步進電機停止； (三)、控制機構控制氣動執(zhí)行機構運行，氣缸帶動真空吸附頭下移至設定位置，磁性傳感器檢測到氣缸到位后，將信號傳遞給控制機構，控制機構控制打開真空吸附開關，真空吸附頭通電拾取樣件，后氣缸上移復位； (四)、控制機構控制步進電機繼續(xù)運轉，帶動機械手前移至下一傳感器位置處，步進電機停止運轉；(五)、控制機構控制氣動執(zhí)行機構運行，氣缸帶動真空吸附頭下移至設定位置，磁性傳感器檢測到氣缸到位后，將信號傳遞給控制機構，控制機構控制斷開真空吸附開關，真空吸附頭將樣件放置于支架上，后氣缸上移復位，如此循環(huán)操作； (六)、最后步進電機 帶動機械手復位至初始位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單軸運動控制實訓裝置及上下料方法，該裝置包括實驗臺、上下料機構、用于檢測樣件位置的檢測機構、及控制機構，檢測機構與所述控制機構電連接，所述上下料機構的下方對應設置有用于放置樣件的支架，所述支架至少為兩個；該裝置通過設置控制機構驅動機械手運行，將樣件由前一支架移動至后一支架，通過設置檢測機構，便于機械手對樣件的拾取并精確定位，該裝置結構簡單，操作方便、靈活，具有高可靠性、高速度、高精度等特征，可用于長期教學使用無需維護，使用成本較低，便于學生充分的了解機器人的工作原理及各機構部件的選擇、設計，提高學生在機電系統(tǒng)方面的設計、裝配及調試能力。
文檔編號G09B25/02GK103231367SQ20131018862
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月20日 優(yōu)先權日2013年5月20日
發(fā)明者王振華, 陳國棟, 林睿, 楊清義, 孫立寧 申請人:蘇州大學