工业自动下料机械手臂系统的制作方法

本实用新型涉及一种机械手臂系统，具体涉及一种工业自动下料机械手臂系统。

背景技术：

作为工业机器人的一个重要分支，近几十年，机械手臂高速发展。其优点是可编程控制，按照人们的预想完成各种各样的作业任务，在构造和性能上拥有机器和人的各自特点，特别体现在人的智能和适应上。机械手臂具有准确性和各种环境中完成作业的能力。在国民经济与人们的日常生活中拥有广阔的发展前景。自动化的发展，在减轻工人劳动强度的同时，大大提高了劳动生产效率。但是在加工的部分工序，比如上下料，仍然采用人工操作或者传统的继电器半自动化装置。相比自动化控制，人工操作费时、效率低，传统的继电器电路设计复杂，抗干扰性差，并且维修困难。

机械手臂拥有多个自由度，具有自动定位的功能，并且可根据实际需要编程程序的多功能机器装置，在不同的工作环境中完成搬运工作。其通常由五部分构成，分别为控制系统、检测系统、驱动系统、执行机构及远程监控系统，涉及机械学、电气学、力学、传感器技术、自动控制技术以及计算机控制技术等，是一门综合性很强的技术。

机械手臂应用于生产，可提高自动化水平、提高生产效率、减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产。机械手臂可代替工人做些单调、频繁和重复的长时间作业以及危险、环境恶劣下的工作，例如压力铸造、热处理、焊接、涂料、机械加工或者简单装配工序上，以及在对易碎品或者对人体有害物料的搬运或者工艺操作。越来越广泛用于交通运输业、轻工业等生活生产领域。

此外，在一些新兴产业如半导体生产、太阳能产业，对于生产环境要非常苛刻，不允许一点污染，因此在运输中，应尽量避免人手搬运。易于维护、自由度容易扩展、具有较高灵活度的机械手臂能够使生产效率更高，降低成产成本。在控制上，要求运用适用的算法使其实现更高的定位精度，并且稳定性高、易于修改控制程序、具有良好的扩展性。

技术实现要素：

根据现有技术的不足，提供一种反应速度快，定位精度高，抗干扰能力强，兼容性好的基于Kinetis K60工业自动下料机械手臂系统。

本实用新型按以下技术方案实现：

一种工业自动下料机械手臂系统，包括电源模块、控制器、检测模块、执行模块，所述检测模块包括红外模块，所述红外模块由发射管、接收管和红外电路组成，所述发射管和接收管分别位于下料传输带的两侧；所述控制器由控制芯片、复位电路、晶振电路和RC电路组成，所述控制芯片分别与复位电路、晶振电路和RC电路相连；所述执行模块包括步进电机和机械手，所述步进电机位于下料传输带上的导轨一端，带动下料传输带传输，所述机械手位于下料传输带的末端且由六个舵机组成，能够实现六自由度运动的夹取物件。

优选的是，所述红外模块中的数字信号线与控制器的GPIO口相连接，当无物件到达指定位置，反馈信号为0，当有物件到达指定位置，反馈信号为1，实现物件的自动检测。

优选的是，所述步进电机与红外模块中的检测信号线相连接，当有红外模块反馈信号为0，步进电机处于运行状态，当有红外模块反馈信号为1，步进电机处于停止状态。

优选的是，所述机械手与红外模块中的反馈信号线相对应，当红外模块反馈信号为0，机械手处于初始状态，当红外模块反馈信号为1，机械手夹取物件。

优选的是，所述控制器采用Kinetis K60DN512ZVLQ10控制器。

优选的是，所述步进电机采用42系列步进电机。

优选的是，所述机械手由六个RB-150MG伺服舵机组成。

本实用新型有益效果：

1、当模块检测到前方有障碍物时信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时OUT端口持续输出低电平信号，该模块检测距离2-30cm，检测角度35度，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调节电位器，检测的距离增加；逆时针调节电位器，检测的距离减少；

2、传感器主动红外线反射探测，因此目标的反射率和形状是探测距离的关键，其中黑色探测距离最小，白色距离大；小面积物体距离小，大面积距离大；

3、传感器模块输出端OUT可直接与控制器IO口连接即可，也可以直接驱动一个5V继电器；

4、采用Kinetis K60DN512ZVLQ10控制器，基于ARM Cortex-M4内核，具有超强可扩展性的低功耗、混合信号微控制器，包含超过两百种器件，具有丰富的IO口，处理速度快；

5、采用RB-150MG伺服舵机，内部采用直流有刷空心杯电机，内部采用无铁转子，具有能量转换效率高、激活制动响应速度快、运行稳定可靠、自适应能力强、电磁干扰少等优点。

附图说明

图1为本实用新型系统框图；

图2为红外模块电路图；

图中：1—电源模块，2—控制器，2-1—控制芯片，2-2—复位电路，2-3—晶振电路，2-4—RC电路，3—检测模块，4—执行模块，5—红外模块，5-1—发射管，5-2—接收管，5-3—红外电路，6—步进电机，7—机械手。

具体实施方式

结合附图，通过具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1、图2所示，一种工业自动下料机械手臂系统，包括电源模块1、控制器2、检测模块3、执行模块4，检测模块3包括红外模块5，红外模块5由发射管5-1、接收管5-2和红外电路5-3组成，发射管5-1和接收管5-2分别位于下料传输带的两侧；控制器2由控制芯片2-1、复位电路2-2、晶振电路2-3和RC电路2-4组成，控制芯片2-1分别与复位电路2-2、晶振电路2-3和RC电路2-4相连；执行模块4包括步进电机6和机械手7，步进电机6位于下料传输带上的导轨一端，带动下料传输带传输，机械手7位于下料传输带的末端且由六个舵机组成，能够实现六自由度运动的夹取物件。

红外模块5中的数字信号线与控制器2的GPIO口相连接，当无物件到达指定位置，反馈信号为0，当有物件到达指定位置，反馈信号为1，实现物件的自动检测。该模块对光线适应能力较强，发射管5-1射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍后，红外反射回来被接收管5-2接收，经过比较器处理之后，绿色指示灯会亮，同时信号输出接口输出数字信号。可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围2-3cm，工作电压为3.3V-5V，具有干扰小、便于装配、使用方便等特点，广泛用于避障小车、机器人避障、流水线计数、以及黑白线循迹等多种场合。该模块具有以下优点：a、当模块检测到前方有障碍物时信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时OUT端口持续输出低电平信号，该模块检测距离2-30cm，检测角度35度，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调节电位器，检测的距离增加；逆时针调节电位器，检测的距离减少；b、传感器主动红外线反射探测，因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。其中黑色探测距离最小，白色距离大；小面积物体距离小，大面积距离大；c、传感器模块输出端OUT可直接与单片机IO口连接即可，也可以直接驱动一个5V继电器；d、比较器采用LM393，工作稳定；e、可采用3-5V直流电源对其供电，当电源接通时，红色指示灯点亮。

步进电机6与红外模块5中的检测信号线相连接，当有红外模块5反馈信号为0，步进电机6使能，当有红外模块5反馈信号为1，步进电机6不使能。步进电机6采用42步进电机。该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍(0.007°/微步)。驱动器采用TB6560步进电机驱动器，该驱动器是一款具有高稳定性、可靠性和抗干扰性的经济型步进电机驱动器，适用于各种工业控制环境。该驱动器主要用于驱动35、39、 42、57型4、6、8线两相混合式步进电机。其细分数有4种，最大16细分；其驱动电流范围为0.3A－3A，输出电流共有14档，电流的分辨率约为0.2A；具有自动半流，低压关断、过流保护和过热停车功能，适合各种大型自动化设备。

机械手7与红外模块5中的反馈信号线相对应，当红外模块5反馈信号为0，机械手7处于初始状态，当红外模块5反馈信号为1，机械手7夹取物件。机械手7由六个RB-150MG伺服舵机组成。RB-150MG是奥松机器人推出的一代全金属大扭矩大转角大范围的机器人专用伺服舵机，内部采用直流有刷空心杯电机，内部采用无铁转子，具有能量转换效率高、激活制动响应速度快、运行稳定可靠、自适应能力强、电磁干扰少等优点，与同功率的铁芯电机相比体积小、重量轻；舵机反馈电位器采用导电塑料电位器；电机控制集成电路采用数字芯片与功率开关组成H桥电路，电压控制双极性驱动方式具有反应速度更快、无反应区范围小、定位精度高、抗干扰能力强兼容性好等特点。

控制器2采用Kinetis K60DN512ZVLQ10控制器。Kinetis K60DN512ZVLQ10控制器工作电压为3.3V，红外模块工作电压为5V，TB6560步进电机驱动器工作电压为12V，信号端口需接入3.3V电压与5V电压，伺服电机工作电压为5V。电源只能提供12V直流电源，故需要稳压电路输出需要的电压。AMS1117是正向低压降稳压器，内部带有集成过热保护和限流电路，是电池供电和便携式计算机供电的最佳选择，输入电压最大为15V，满足要求。