带限位保护的机械手控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了带限位保护的机械手控制器，该控制器的电回路包括指令输入模块（1）、H桥驱动模块（2）、驱动电源模块（3）、反转限位正转续流模块（4）、正转限位反转续流模块（5）组成，指令输入模块（1）连接H桥驱动模块（2），驱动电源模块（3）连接H桥驱动模块（2）的驱动电源输入端，H桥驱动模块（2）的两个驱动电源输出端分别连接正转限位反转续流模块（5）和反转限位正转续流模块（4）的输入端，正转限位反转续流模块（5）和反转限位正转续流模块（4）的输出端分别连接控制机械手运动的直流电机（6），整体构成带限位保护的机械手控制器的电回路。本实用新型成本低，性价比高，安全可靠，用于机器人系统中作为机械手的控制保护电路，实现对机械手、电机的安全保护。
【专利说明】带限位保护的机械手控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机械手，具体涉及带限位保护的机械手控制器。
【背景技术】
[0002]目前，机器人的应用越来越广泛，特别是在工业生产领域，如汽车等大型现代化生产企业中，已经有多种形式的机器人代替人工操作，完成特点加工任务。机器人通过机械手完成各种工作任务，大部分机械手的运动都由直流电机驱动，运动形式有平移和旋转，在正常情况下平移运动和旋转运动被限制在一定的空间范围内。由于机器人工作场所的电磁环境恶劣，机器人可能会受到电磁干扰，发出错误的指令，或控制机械手运动的电机控制电路故障，都会造成机械手的超限运动，机械手的超限运动会对其附近的人员或其他设备造成损害，也会引起驱动电机的烧毁等，造成安全生产事故。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于:提供一种带限位保护的机械手控制器，为由直流电机驱动的机器人机械手提供驱动和保护电路，防止机器人机械手的超限运动，保护人身和机器人等生产设备的安全，减少安全事故，降低人身和财产损失。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:该控制器的电回路由指令输入模块、H桥驱动模块、正转限位反转续流模块、反转限位正转续流模块、驱动电源模块组成；指令输入模块连接H桥驱动模块，为H桥驱动模块提供工作电源和控制信号；驱动电源模块连接H桥驱动模块的驱动电源输入端，在指令输入模块控制信号的控制下，在H桥驱动模块输出端产生极性可控的电压源；H桥驱动模块的两个驱动电源输出端分别连接正转限位反转续流模块和反转限位正转续流模块的输入端，正转限位反转续流模块和反转限位正转续流模块的输出端分别连接控制机械手运动的直流电机，整体构成带限位保护的机械手控制器的电回路。
[0005]安装时，将正转限位反转续流模块安装在电机正转时机械手所允许到达的极限位置，将反转限位正转续流模块安装在电机反转时机械手允许到达的极限位置；指令输入模块的控制信号由机器人的控制中心产生，DIR为数字信号(O——低电平，I高电平)，控制H桥输出驱动的电压源极性，对机械手工作电机进行正转和反转控制，实现机械手的正向和反向运动，PWM为脉宽调制信号，实现对电机的调速控制；驱动电源由机器人的供电系统提供，与受控电机的工作电源要求一致(应略高于电机工作电源)，H桥输出的驱动电源经过正转限位反转续流模块和反转限位正转续流模块再送给电机，电机带动机械手运动将被限制在设定的空间范围内；如果由于受到电磁干扰等原因，控制信号失常，电机带动机械手超限运动，机械手将会碰触设置在其运动行程中的限位开关，强制切断电机的供电回路，使电机停止，保护电机及机器人等生产设备的安全；该控制器只对机械手的一个自由度进行控制，多自由度机械手控制采用多个相同的控制器。
[0006]本实用新型的优点是:1、集机械手的正向、反向运动和调速控制与一体，同时具有限位保护功能；2、灵活配置，适应具有不同自由度机械手的运动控制和保护；3、机器人提供驱动电源和控制信号，控制器的成本低，性价比高。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0008]图1是本实用新型的结构框图。
[0009]图2是图1的机械手运动限位保护示意图。
[0010]图中:I指令输入模块，2H桥驱动模块，3驱动电源模块，4反转限位正转续流模块，5正转限位反转续流模块，6电机。
【具体实施方式】
[0011]如图1所示，该控制器的电回路由指令输入模块1、H桥驱动模块2、驱动电源模块
3、反转限位正转续流模块4、正转限位反转续流模块5组成，指令输入模块I连接H桥驱动模块2，驱动电源模块3连接H桥驱动模块2的驱动电源输入端，H桥驱动模块2的两个驱动电源输出端分别连接正转限位反转续流模块5和反转限位正转续流模块4的输入端，正转限位反转续流模块5和反转限位正转续流模块4的输出端分别连接控制机械手运动的直流电机6，整体构成带限位保护的机械手控制器的电回路。
[0012]其具体电路连接描述如下:指令输入模块I是机器人与其机械手控制器之间的接口，指令信号由机器人控制中心产生；指令输入模块I的VCCl与H桥驱动模块2的VCCl相连，指令输入模块I的GND与H桥驱动模块2的GND相连；指令输入模块I的DIR与H桥驱动模块2中的驱动芯片LMD18200T的3脚(DIR)相连，且与电阻R2 —端相连，R2另一端连接到GND，R2为DIR信号提供偏置电路；DIR信号为数字逻辑信号(O——低电平，I——高电平)，控制驱动芯片LMD18200T输出端2脚(OUTl)和10脚(0UT2)间输出驱动电源的极性，用于机械手的运动方向控制；指令输入模块I的PWM与H桥驱动模块2中的驱动芯片LMD18200T的5脚(PWM)相连，且与电阻Rl的一端相连，Rl的另一端连接到VCCl，Rl为PWM信号提供偏置电路；PWM是数字信号，当PWM=I (高电平)时，电机运行，机械手运动，当PWM=O (低电平)时，电机停止，机械手不运动，当PWM为脉冲信号时，改变PWM信号的占空比对电机进行调速控制桥驱动模块2中芯片LMD18200T的4脚(BREA)连接到GND，BREA是芯片的刹车控制信号，BREA是数字信号，当BREA=I时，LMD18200T输出停止，当BREA=O时，LMD18200T允许输出，输出受PWM、DIR信号控制；将BREA直接连接到GND，使LMD18200T —直处于允许输出状态，通过PWM、DIR信号的配合使用实现对电机的正反向调速控制，从而控制机械手的正反向运动控制和运动速度调节桥驱动模块2中芯片LMD18200T的8脚(SOUT)通过电阻R3连接到GND，R3为芯片LMD18200T的电流信号取样电阻；H桥驱动模块2中芯片LMD18200T的I脚(BOTl)通过电容Cl连接到芯片的2脚(0UT1 )，芯片的11脚(B0T2)通过电容C2连接到芯片的10脚(0UT2 )，Cl、C2为自举电容，和芯片内部的电路构成充电泵电路，为LMD18200T内部的DMOS功率器件提供栅极控制电压；H桥驱动模块2中C3、R4串联起来，并联连接在LMD18200T的2脚(OUTl)和10脚(0UT2)之间，用于吸收外接感性负载在通断过程中产生的干扰信号，保护LMD18200T芯片；驱动电源模块3提供电机驱动电源，由机器人供电系统提供；驱动电源模块3的VCC2与H桥驱动模块2中的驱动芯片LMD18200T的6脚(VS)相连，驱动电源模块3的GND与H桥驱动模块2中的驱动芯片LMD18200T的7脚(GND)相连，在指令输入模块I的PWM、DIR信号控制下，在LMD18200T的2脚(0UT1 )、10脚(OUT2)间输出极性受控的输出驱动电源；反转限位正转续流模块4中的Dl为二极管，Kl是行程开关(用常闭触点)，D1、K1并联起来构成限位续流电路，二极管正极端连接H桥驱动模块2中的LMD18200T的10脚(OUT2)，二极管负极端连接到MOTOR的“ + ” ；正转限位反转续流模块5中的D2为二极管，K2是行程开关(用常闭触点)，D2、K2并联起来构成限位续流电路，二极管正极端连接H桥驱动模块2中的LMD18200T的2脚(0UT1 )，二极管负极端连接到MOTOR的输出驱动电源经过反转限位正转续流模块4和正转限位反转续流模块5对机械手进行限位控制；例如:LMD18200T的10脚(0UT2)输出高，2脚(0UT1)输出低，驱动电源经过0UT2 — Kl — MOTOR — K2 — OUTl构成通路，电机正转，机械手正向运动，正转限位反转续流模块5安装在机械手正向运动的反向上，如果机械手连续不停正向运动(失控时)，就会碰到正转限位行程开关K2，K2断开，由于此时二极管D2的极性方向与电流方向相反，处于截止状态(二极管的单向导电性)，所以电机的电流回路被断开，电机停止，限制机械手继续移动；此时虽然K2断开，施加反向的驱动电源，仍然控制机械手反向运动；施加反向驱动电源，即LMD18200T的2脚(0UT1)输出高，10脚(0UT2)输出低，二极管D2的极性方向与电流方向一致，进入导通状态，驱动电源经过OUTl — D2 — MOTOR — Kl — 0UT2构成通路，电机反转，机械手反向运动，离开限位开关后，K2恢复闭合状态将二极管D2短路，电流通过K2保持电流通路；反向运动过程中限位保护原理与正向运动限位原理相同，二极管Dl的功能与D2 —样；电路中的行程开关K1、DU K2、D2四个器件的配合使用实现机械手正反向运动的限位控制和被限位停止后的反方向重新启动。
[0013]其中，所述的限位续流模块是指由任一型号、规格的行程开关和任一型号规格、型号的二极管构成的并联电路；所述H桥驱动电路是指由晶体管、场效应管构成的H桥电路，以及由LMD18200T、L298、BTN7960、BTS7960电机驱动集成电路构成的H桥电路(图中采用的是 LMD18200T)。
[0014]使用时，带限位保护的机械手控制器作为机器人控制电路的一部分，指令输入模块I的信号由机器人控制中心产生，驱动电源模块3由机器人自身的供电系统提供，反转限位正转续流模块4安装在机械手反向运动允许行程的极限位置，正转限位反转续流模块5安装在机械手正向运动允许行程的极限位置，然后连接到驱动机械手的电机6，如图2所
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【权利要求】
1.带限位保护的机械手控制器，其特征是:该控制器的电回路包括指令输入模块(I)、H桥驱动模块(2)、驱动电源模块(3)、反转限位正转续流模块(4)、正转限位反转续流模块(5 )组成，指令输入模块(I)连接H桥驱动模块(2 )，驱动电源模块(3 )连接H桥驱动模块(2)的驱动电源输入端，H桥驱动模块(2)的两个驱动电源输出端分别连接正转限位反转续流模块(5 )和反转限位正转续流模块(4 )的输入端，正转限位反转续流模块(5 )和反转限位正转续流模块(4)的输出端分别连接控制机械手运动的直流电机(6)，整体构成带限位保护的机械手控制器的电回路。
2.根据权利要求1所述的带限位保护的机械手控制器，其特征是该控制器的具体电路连接如下:指令输入模块(I)是机器人与其机械手控制器之间的接口，指令信号由机器人控制中心产生；指令输入模块(I)的VCCl与H桥驱动模块(2)的VCCl相连，指令输入模块(I)的GND与H桥驱动模块(2 )的GND相连；指令输入模块(I)的DIR与H桥驱动模块(2 )中的驱动芯片LMD18200T的3脚DIR相连，且与电阻R2 —端相连，R2另一端连接到GND，R2为DIR信号提供偏置电路 ；DIR信号为数字逻辑信号，控制驱动芯片LMD18200T输出端2脚OUTl和10脚0UT2间输出驱动电源的极性，用于机械手的运动方向控制；指令输入模块(I)的PWM与H桥驱动模块(2 )中的驱动芯片LMD18200T的5脚PWM相连，且与电阻Rl的一端相连，Rl的另一端连接到VCCl，Rl为PWM信号提供偏置电路；PWM是数字信号，当PWM=I高电平时，电机运行，机械手运动，当PWM=O低电平时，电机停止，机械手不运动，当PWM为脉冲信号时，改变PWM信号的占空比对电机进行调速控制；H桥驱动模块2中芯片LMD18200T的4脚BREA连接到GND，BREA是芯片的刹车控制信号，BREA是数字信号，当BREA=I时，LMD18200T输出停止，当BREA=O时，LMD18200T允许输出，输出受PWM、DIR信号控制JfBREA直接连接到GND，使LMD18200T —直处于允许输出状态，通过PWM、DIR信号的配合使用实现对电机的正反向调速控制，从而控制机械手的正反向运动控制和运动速度调节桥驱动模块(2)中芯片LMD18200T的8脚SOUT通过电阻R3连接到GND，R3为芯片LMD18200T的电流信号取样电阻桥驱动模块(2)中芯片LMD18200T的I脚BOTl通过电容Cl连接到芯片的2脚0UT1，芯片的11脚B0T2通过电容C2连接到芯片的10脚0UT2，Cl、C2为自举电容，和芯片内部的电路构成充电泵电路，为LMD18200T内部的DMOS功率器件提供栅极控制电压出桥驱动模块(2)中C3、R4串联起来，并联连接在LMD18200T的2脚OUTl和10脚0UT2之间，用于吸收外接感性负载在通断过程中产生的干扰信号，保护LMD18200T芯片；驱动电源模块(3)提供电机驱动电源，由机器人供电系统提供；驱动电源模块(3)的VCC2与H桥驱动模块(2)中的驱动芯片LMD18200T的6脚VS相连，驱动电源模块(3)的GND与H桥驱动模块(2)中的驱动芯片LMD18200T的7脚GND相连，在指令输入模块(I)的PWM、DIR信号控制下，在LMD18200T的2脚0UTU10脚0UT2间输出极性受控的输出驱动电源；反转限位正转续流模块(4)中的Dl为二极管，Kl是行程开关用常闭触点，D1、K1并联起来构成限位续流电路，二极管正极端连接H桥驱动模块(2)中的LMD18200T的10脚0UT2，二极管负极端连接到MOTOR的“ + ” ；正转限位反转续流模块(5)中的D2为二极管，K2是行程开关用常闭触点，D2、K2并联起来构成限位续流电路，二极管正极端连接H桥驱动模块(2 )中的LMD18200T的2脚OUTl，二极管负极端连接到MOTOR的输出驱动电源经过反转限位正转续流模块(4)和正转限位反转续流模块(5)对机械手进行限位控制。
3.根据权利要求1所述的带限位保护的机械手控制器，其特征是:所述的限位续流模块是指由任一型号、规格的行程开关和任一型号规格、型号的二极管构成的并联电路；所述H桥驱动电路是指由晶体管、场效应管构成的H桥电路，以及由LMD18200T、L298、BTN7960、BTS7960电机驱动集成电 路构成的H桥电路。
【文档编号】B25J13/00GK203697012SQ201420015146
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】徐江海, 王海燕, 朱彩霞 申请人:淮安信息职业技术学院