一种双轴控制搬运机械手的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种双轴控制搬运机械手包括：实验台，双轴控制搬运机器人、传感器系统、真空吸附系统、气路系统、机械手控制系统、按钮控制单元、实验样件与样件支架，其中所述双轴控制搬运机器人、气路系统、机械手控制系统和按钮控制单元、实验样件与样件支架均固定于所述实验台上方，所述真空吸附系统安装于所述双轴控制搬运机器人内。本实用新型采用二自由度直线机器人与末端真空吸附气动系统进行自动化搬运实验工件。并以寓教于乐的方式实训基础机器人教学。
【专利说明】一种双轴控制搬运机械手
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机器人教育领域，特别涉及一种基础典型的平面型双轴控制搬运机械手。
【背景技术】
[0002]直角坐标机器人是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。其工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。
[0003]直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、(软仿型)喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。特别适用于多品种、便批量的柔性化作业，对于稳定提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
[0004]随着直角坐标机器人的应用越来越广泛，机器人技术应用教学工作日益显得重要，而目前国内机器人技术教学还处于一个普及阶段，基础性的教学实验平台仍需不断丰
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[0005]另外，企业为了不断扩大产品的市场竞争力和实现自身利润的最大化，在工业设计上，降低节约生产成本依然是企业寻求其解决办法的重点之一。
实用新型内容
[0006]本实用新型解决的问题是:提供一种模块化设计、成本低廉、能够用于基础性教学的双轴控制搬运机械手。
[0007]一种双轴控制搬运机械手，其特征在于，包括:实验台(I )，双轴控制搬运机器人
(2)、传感器系统(3)、真空吸附系统(4)、气路系统(5)、机械手控制系统(6)、按钮控制单元
[7]、实验样件与样件支架(8)，其中所述双轴控制搬运机器人(2)、气路系统(5)、机械手控制系统(6)和按钮控制单元(7)、实验样件与样件支架(8)均固定于所述实验台(I)上方，所述真空吸附系统(4)安装于所述双轴控制搬运机器人(2)内。
[0008]优选地，所述双轴控制搬运机器人(2)包括相互垂直的第一直线执行机构(101)和第二直线执行机构(102)、作为辅助支撑的直线光轴导轨(11)、气动执行机构(9)以及与所述直线光轴导轨(11)构成桁架结构的第一桥式架体(26)和第二桥式架体(27)，所述双轴控制搬运机器人(2)通过所述第一桥式架体(26)和第二桥式架体(27)安装于所述实验台(I)上方，所述第一直线执行机构(101)和第二直线执行机构(102 )水平安装于第一桥式架体和第二桥式架体之间，所述第一直线执行机构(101)的两端分别固定在所述第一桥式架体(26)，所述第二直线执行机构(102)的两端分别固定在第二桥式架体(27)。
[0009]优选地，所述第一直线执行机构(101)和第二直线执行机构(102)均由滚珠丝杠
(18)和直线光轴(22)构成，每一组直线执行机构还包括电机(16)、带动所述滚珠丝杠的联轴器(17)、能动地安装在所述滚珠丝杠上的滑块(201或202)，所述每条直线光轴(22)下方均设有一个水平支架，所述光电传感器(14)和所述微动开关(15)安装于该水平支架之上。
[0010]优选地，所述第一直线执行机构的滑块(201)滑动平面与第二直线执行机构的滑块(202)滑动平面垂直，所述第二直线执行机构(101)与第一直线执行机构(102)固定在第二直线执行机构(101)的滑块(202)上。
[0011]优选地，所述每一组直线执行机构中的微动开关(15)的数量为两个。
[0012]优选地，所述气动执行机构(9 )设有气缸(23 )、气缸支架(24)、磁性传感器(25 )，所述第二直线执行机构(102 )包括一个滑块(202 )，所述气缸(23 )通过两个气缸支架(24 )固定于上述滑块(202)的一侧，所述真空吸附系统(4)固定于气缸(23)末端，实现对物体的搬运。
[0013]优选地，所述传感器系统(3)包括漫反射传感器(13)、光电传感器(14)、微动开关(15)、以及磁性传感器(25)。
[0014]优选地，所述机械手控制系统(6)设有一个控制器。
[0015]优选地，所述的气路系统(5)包含真空开关检测反馈元件。
[0016]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:双自由度控制搬运机械手作为基础机器人技术教学平台使用，布局合理，便于操作，安全可靠。运用模块化设计，以实现产品生产加工成本最小化。通过寓教于乐，提高学生学习兴趣，并是其了解机器人的基础组成和工作原理，了解机器人基本单元技术(机构、控制、传感器)，了解模块化构型等设计理念等，可完成不同位置下的搬运实验，让学生全面掌握机械传动部件的选择，结构件的设计，传感器的选择和使用，电机的 选择和使用，计算机编程和调试，使学生的机电系统的设计、装配、调试能力均能得到提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清晰地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本实用新型实施例双轴控制搬运机械手的整体结构示意图；
[0019]图2为本实用新型实施例中双轴控制搬运机器人的轴测图A ；
[0020]图3为本实用新型实施例中双轴控制搬运机器人的轴测图B ；
[0021]图4为本实用新型实施例中第一直线执行机构的结构安装示意图；
[0022]图5为本实用新型实施例中第二直线执行机构B结构安装示意图；
[0023]图6为本实用新型实施例中实验样件与样件支架、漫反射传感器安装示意图。
[0024]其中:
[0025]1、铝合金实验台；2、双轴控制搬运机器人；3、传感器系统；
[0026]4、真空吸附系统；5、气路系统；6、机械手控制系统；
[0027]7、按钮控制面板；8、实验样件与样件支架；9、气动执行机构；
[0028]101、第一直线执行机构；102、第二直线执行机构；
[0029]11、直线光轴导轨；12、滑架；13、漫反射传感器；
[0030]14、光电传感器；15、微动开关；16、步进电机；[0031]17、联轴器； 18、滚珠丝杠；19、丝杠丝母；201、
第一滑块；
[0032]202、第二滑块；21、直线轴承；22、直线光轴；23、气缸；
[0033]24、气缸支架；25、磁性传感器；26、第一桥式支架；
[0034]27、第二桥式支架；281、第一电机安装板；282、第二电机安装板；
[0035]291、第一前导杆架；292、第二前导杆架；301、第一后导杆架；
[0036]302、第二后导杆架；311、第一水平支架；312、第二水平支架。
【具体实施方式】
[0037]本实用新型公开了一种双轴控制搬运机械手，下面根据附图所示的优选实施例，对本实用新型进行具体描述。
[0038]一种双轴控制搬运机械手，如图1所示，包括实验台1、双轴控制搬运机器人2、传感器系统3、真空吸附系统4、气路系统5、机械手控制系统6、按钮控制面板7、实验样件与样件支架8。其中，所述双轴控制搬运机器人2、气路系统5、机械手控制系统6、按钮控制单元
7、实验样件与样件支架8均 直接安装在所述实验台I上。
[0039]作为本实用新型实施方式的进一步改进，由于该实验台I必须具备一定的质量和硬度，因此采用优质铝型材搭建，其左右各固定方形拉手，方便实验与运输。
[0040]作为本实用新型实施方式的进一步改进，上述按钮控制单元7包括一个触摸屏控制开关。
[0041]如图2及图3所示，上述双轴控制搬运机器人2包括直线执行机构、作为辅助支撑的直线光轴导轨11、气动执行机构9以及与所述直线光轴导轨11构成桁架结构的第一桥式架体26和第二桥式架体27。上述双轴控制搬运机器人2通过上述第一桥式架体26和第二桥式架体27的底座安装在上述实验台I上方。
[0042]其中，如图3及图4所示，上述直线执行机构分为两组:第一直线执行机构101和第二直线执行机构102。上述第一直线执行机构101由滚珠丝杠18和直线光轴22构成，还包括一个电机16、一个联轴器17、一个第一滑块201、光电传感器14、微动开关15,所述电机16通过所述联轴器17带动滚珠丝杠18，滚珠丝杠18上设有带动第一滑块201做直线运动的丝杠丝母19，上述第一滑块201的两侧内部固定有直线轴承21，通过直线光轴22导向。上述光电传感器14和微动开关15用以实现对第一滑块201的位置反馈。
[0043]如图2-图5所示，上述第二直线执行机构102与第一直线执行机构101相互垂直，其各个对应零部件的尺寸参数均一致，为同一模块。第一直线执行机构101通过第一电机连接板281和第一前导杆架291固定于第一桥式架体26,第一后导杆架301固定于第二桥式架体27，而第二直线执行机构102通过第二电机连接板282和第二前导杆架292固定于第一直线执行机构101的第一滑块201上侧，第二后导杆架302固定于直线光轴导轨11的滑架12之上。
[0044]如图5所不,上述气动执行机构9包括气缸23、一对上下设置的气缸支架24、以及磁性传感器25,该气动执行机构9通过气缸支架24垂直固定于第二直线执行机构102的第二滑块202 —侧。上述磁性传感器25与上述气缸23安装于两片气缸支架24之间，真空吸附系统4安装于上述气缸23末端。其中，磁性传感器用于检测气缸活塞信号是否有效，即可判定气缸伸出或缩回位置到位，达到设计要求，相应的，在气缸活塞上安装有磁性元件。
[0045]优选的，上述气缸23为不锈钢管气缸。
[0046]通过上述两组水平安装的直线执行机构101和102，位置检测反馈，及直角坐标原理以实现在二维平面上点点之间的移动。在第二直线执行机构102的第二滑块202上安装气动执行机构9，以配合模块化直线执行机构101和102及真空吸附系统4实现对物体的搬
运工作。
[0047]如图4-图6所示，上述传感器系统3包括安装于样件支架8之下的漫反射传感器13、以及安装在两套直线执行机构上的光电传感器14和微动开关15。在上述第一直线执行机构101和第二直线执行机构102的下方，对应安装第一水平支架311和第二水平支架312，上述每一个水平支架上各安装有一个光电传感器14和两个微动开关15。配合光电传感器14的通断使得气动执行机构9动作，通过磁性传感器25通断，真空吸附系统4工作。
[0048]上述气路系统5中包含真空开关检测反馈元件。真空开关反馈元件通常是一种采用真空压力开关，有机械式和数显等模式，本系统中可应用数显真空压力开关。本实用新型中的真空吸附系统依次连接有无有静音气泵、调压过滤器、控制电磁阀、真空发生器、数显真空压力开关、真空过滤器和真空吸盘。当末端真空吸附盘在气缸23和滚珠丝杠18平移台带动下，移动到弓箭上方，控制电磁阀动作，吸盘负压吸取工作进行搬运工作，此时真空压力开关的信号有无可疑检测真空吸附负压状态是否正常，或者说是否在足够的负压或吸力状态下，保证系统能够正常运行。如果信号不正常，坑内会发生吸附力不够，吸不住工件，或在吸住工件移动过程中，工件掉路偶的情况发生。
[0049]优选的，机械手控制系统6配置三菱PLC控制系统。
[0050]机械手操作过程:将本实用新型双轴控制搬运机械手通电，触摸屏控制按下复位按钮，双轴控制搬运机器人2复位运动后停止，通过漫反射传感器13检测实验样件支架中是否有实验样件存在，系统记录信息。检测完毕，在系统控制下，双轴控制搬运机械手的步进电机16开始动作，通过联轴器17带动滚珠丝杠18旋转，滚珠丝杠丝母19在滑块20和直线光轴22作用下，将滚珠丝杠18的旋转运动，使得滑块20沿滚珠丝杠18的轴线作直线运动，根据机械手控制系统6的设定移动至实验样件存在的光电传感器14标定位置，此时步进电机16停止，控制气动执行机构9动作(通过磁性传感器25的通断判定)，并且真空吸附系统4开始工作，实现对实验样件的抓取，通过机械手控制系统6控制，步进电机16运转，重复上述直线执行机构9运动步骤，移动实验样件至放置位置(系统下个光电传感器14标定位),此时步进电机16停止运转，气动执行机构9动作(通过磁性传感器25判定)，并且真空吸附系统4开始工作，实现对实验样件的放置，如此循环可单次或反复进行搬运操作。
[0051]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0052](I)本实用新型操作灵活，布局合理，具有高可靠性；
[0053](2)本实用新型机械手采用自动控制技术，可复制编程，所有的运动均按程序运行，具有闻速度、闻精度的特征；
[0054](3)本实用新型可长期使用面维护，其结构典型简易，具有代表性；
[0055](4)本实用新型趣味性强，寓教于乐，提高学生学习兴趣，帮助学生了解机器人的基础组成和工作原理，了解机器人的基本单元技术，让学生全面掌握机械传动部件的选择，结构件的设计，传感器的选择和使用，电机的选择和使用，计算机编程和调试，使学生的机电系统的设计、装配、调试能力均能得到提高；
[0056](5)本实用新型中涉及到模块化理念，尽量将结构模块化，将零部件通用化，以实现产品生产加工成本最小化。
[0057]对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0058]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1.一种双轴控制搬运机械手，其特征在于，包括:实验台(1)，双轴控制搬运机器人(2)、传感器系统(3)、真空吸附系统(4)、气路系统(5)、机械手控制系统(6)、按钮控制单元(7)、实验样件与样件支架(8)，其中所述双轴控制搬运机器人(2)、气路系统(5)、机械手控制系统(6)和按钮控制单元(7)、实验样件与样件支架(8)均固定于所述实验台(I)上方，所述真空吸附系统(4)安装于所述双轴控制搬运机器人(2)内。
2.根据权利要求1所述的双轴控制搬运机械手，其特征在于，所述双轴控制搬运机器人(2)包括相互垂直的第一直线执行机构(101)和第二直线执行机构(102)、作为辅助支撑的直线光轴导轨(11)、气动执行机构(9)以及与所述直线光轴导轨(11)构成桁架结构的第一桥式架体(26 )和第二桥式架体(27 )，所述双轴控制搬运机器人(2 )通过所述第一桥式架体(26 )和第二桥式架体(27 )安装于所述实验台(I)上方，所述第一直线执行机构(101)和第二直线执行机构(102)水平安装于第一桥式架体和第二桥式架体之间，所述第一直线执行机构(101)的两端分别固定在所述第一桥式架体(26)，所述第二直线执行机构(102)的两端分别固定在第二桥式架体(27 )。
3.根据权利要求2所述的双轴控制搬运机械手，其特征在于，所述第一直线执行机构(101)和第二直线执行机构(102)均由滚珠丝杠(18)和直线光轴(22)构成，每一组直线执行机构还包括电机(16)、带动所述滚珠丝杠的联轴器(17)、能动地安装在所述滚珠丝杠上的滑块(201或202)，所述每条直线光轴(22)下方均设有一个水平支架，所述光电传感器(14)和所述微动开关(15)安装于该水平支架之上。
4.根据权利要求3所述的双轴控制搬运机械手，其特征在于，所述第一直线执行机构的滑块(201)滑动平面与第二直线执行机构的滑块(202)滑动平面垂直，所述第二直线执行机构(101)与第一直线执行机构(102)固定在第二直线执行机构(101)的滑块(202)上。
5.根据权利要求3所述的双轴控制搬运机械手，其特征在于，所述每一组直线执行机构中的微动开关(15)的数量为两个。
6.根据权利要求2所述的双轴控制搬运机械手，其特征在于，所述气动执行机构(9)设有气缸(23)、气缸支架(24)、磁性传感器(25)，所述第二直线执行机构(102)包括一个滑块(202),所述气缸(23)通过两个气缸支架(24)固定于上述滑块(202)的一侧，所述真空吸附系统(4)固定于气缸(23)末端，实现对物体的搬运。
7.根据权利要求1所述的双轴控制搬运机械手，其特征在于，所述传感器系统(3)包括漫反射传感器(13)、光电传感器(14)、微动开关(15)、以及磁性传感器(25)。
8.根据权利要求1所述的双轴控制搬运机械手，其特征在于，所述机械手控制系统(6)设有一个控制器。
9.根据权利要求1所述的双轴控制搬运机械手，其特征在于，所述的气路系统(5)包含真空开关检测反馈元件。
【文档编号】B25J9/02GK203449311SQ201320445964
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】王振华, 陈国栋, 孙立宁 申请人:苏州大学