一种机械手组件及控制该机械手组件的控制单元的制作方法

本发明涉及机械控制技术领域，更具体地说，它涉及一种机械手组件及控制该机械手组件的控制单元。

背景技术：

随着电子计算机、自动化控制理论发展和工业生产需要及空间技术的进步。逐步出现了更多的机器人商品，并在工业生产中逐步推广应用，同时也推动了机器人技术的发展。80年代以后，机器人在工业中开始普及应用。工业化国家的机器人产值逐年上升，其中高性能的机器人所占比例不断增加。

目前，机械工业的规模和技术水平，是衡量一个国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，各国都把发展机械工业作为发展经济的战略重点之一。在机床、专用设备、交通运输工具、机械设备、电子通讯设备、仪器、石油化工、化学纤维、医药制造业、橡胶、塑料、食品、饮料、烟草加工、服装、纺织、皮革、木材加工、家具、印刷等各种行业中，机械手的使用就大大提高了工作效率，解放了人力劳动，是一种生产力的进步，但目前的机械手用图比较单一，只能使用在本领域、本行业内，不能实现各个行业的通用，这就使得一种机械手只能在某一领域内使用，不能使用各个行业的通用。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种机械手组件及控制该机械手组件的控制单元，其有机地将机械设计与电气技术结合在一起,能够实现各个领域中的通用，适用范围广,成本低，容易实现。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种机械手组件，包括底座，所述底座上设置有纵轴，垂直于所述纵轴设置有横轴，其中所述纵轴的底部且处于底座上设置有旋转码盘，所述旋转码盘上设置有传感器，所述纵轴内部设置有第一滚轴丝杆，所述滚轴丝杆连接有纵轴步进电机，所述横轴内部设置有第二滚轴丝杆，所述第二滚轴丝杆连接有横轴步进电机，所述纵轴内部的底部还设置直流电机，所述纵轴和横轴内部均设置有限位开关，所述横轴的端部设置有机械手。

通过采用上述技术方案，本发明能够使机械手实现x轴与y轴平面上的任意位置处的物体抓取，并通过旋转码盘上设置的传感器传递脉冲，纵轴步进电机和横轴步进电机将输入电脉冲信号转换成机械的运动量(诸如角位移或直线位移)加以输出，每输入一个电脉冲，便转过一个固定的电角度，通过这种方式移动纵轴和横轴。

进一步地，所述机械手包括用于抓取物体的相对设置的一对可拆卸夹爪和驱动夹爪运动的夹爪电机，且所述夹爪之间的距离为10mm-800mm。

通过采用上述技术方案，本发明能够实现10mm-800mm内的物体抓取。

进一步地，所述传感器为接近开关。

通过采用上述技术方案，本发明在当物体相对于传感器移动时，反射回来的信号与原先的信号相比较，产生频移，集成电路再把微弱的频移信号进行放大，再经多普勒检测、放大、限幅等措施，最后取得和物体移动信号相关的直流信号输出电平。

进一步地，所述横轴步进电机和纵轴步进电机内部设置步进电机驱动模块，所述步进电机驱动模块设置有脉冲分配器和与所述脉冲分配器连接的功率放大器。

通过采用上述技术方案，能够驱动横轴步进电机和纵轴步进电机的运动。

进一步地，所述旋转码盘在沿着盘体圆周方向等间距布置有一组透光孔。

通过采用上述技术方案，本发明能够以一定的频率传递脉冲。

进一步地，所述的控制单元包括主控单元，与所述主控单元连接有外围设备和存储器，所述控制单元还连接有工控机，所述工控机连接有总控中心，所述主控单元设置成控制纵轴步进电机、横轴步进电机、直流电机以及机械手。

通过采用上述技术方案，能够通过总控中心下达指令，实现对纵轴步进电机、横轴步进电机、直流电机以及机械手的调控。

进一步地，所述主控单元为基于plc可编程控制器的主控单元。

通过采用上述技术方案，主控单元的命令可根据用户需求进行调整；

进一步地，所述外围设备(13)为编程器、彩色图形显示器、打印机、盒式磁带机、磁盘驱动器或eprom写入器中的任意一种。

通过采用上述技术方案，可实现本发明各种功能的任务输出；

进一步地，所述主控单元(16)的控制方法为：

(1)运行监控任务；通过运行旋转码盘(5)采集脉冲信号，并对采样的信号进行运算和处理，并把运算结果输出到生产过程的执行机构；

(2)与所述plc可编程控制器交换信息任务；把运算结果输出到所述plc可编程控制器，使得所述plc可编程控制器获得运算结果；

(3)与数字处理器dpu交换信息任务；把运算结果输出到数字处理器dpu，使得所述数字处理器dpu获得运算结果；

(4)与外围设备接口交换信息任务：将运算结果通过所述外围设备，通过外围设备执行输出结果；

(5)执行用户程序任务；采用循环扫描的方式，不断地对输入和输出变量进行采样和输出，使得变量满足程序条件时及时有相应的输出使执行机构动作；

(6)输入输出任务；所述工控机在所述总控中心的控制下，输入任务，输出结果通过所述主控单元传递到所述工控机，再通过所述工控机上传至所述总控中心，由所述总控中心重新决定是否下达新的指令。

通过采用上述技术方案，实现了主控单元(16)的控制过程。

进一步地，所述工控机与所述总控中心之间的通讯方式采用rs485通讯或gsm无线通讯方式。

通过采用上述技术方案，实现所述工控机与所述总控中心之间的信息对话。

附图说明

图1为本发明提供的一种机械手组件的结构示意图；

图2为本发明提供的一种机械手组件中的传感器的结构示意图；

图3为本发明提供的一种机械手组件中的旋转码盘的结构示意图；

图4为本发明提供的一种控制机械手组件的控制单元的结构示意图；

图5为本发明提供的一种控制机械手组件的控制单元的控制流程示意图；

图中：1、纵轴步进电机；2、第一滚轴丝杆；3、限位开关；4、机械手；5、旋转码盘；6、底座；7、传感器；8、直流电机；9、横轴步进电机；10、纵轴；11、横轴；12、第二滚轴丝杆；13、外围设备；14、总控中心；15、工控机；16、主控单元；17、存储器。

具体实施方式

实施例：

以下结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。

一种机械手组件，如图1所示，包括底座6，所述底座6上设置有纵轴10，垂直于所述纵轴10设置有横轴11，其中所述纵轴10的底部且处于底座6上设置有旋转码盘5，所述旋转码盘5上设置有传感器7，所述纵轴10内部设置有第一滚轴丝杆2，所述第一滚轴丝杆2连接有纵轴步进电机1，所述横轴11内部设置有第二滚轴丝杆12，所述第二滚轴丝杆12连接有横轴步进电机9，所述纵轴10内部的底部还设置直流电机8，所述纵轴10和横轴11内部均设置有限位开关3，所述横轴11的端部设置有机械手4。

通过采用上述技术方案，本发明能够使机械手4实现x轴与y轴平面上的任意位置处的物体抓取，并通过旋转码盘上设置的传感器传递脉冲，纵轴步进电机1和横轴步进电机9将输入电脉冲信号转换成机械的运动量(诸如角位移或直线位移)加以输出，每输入一个电脉冲，便转过一个固定的电角度，通过这种方式移动纵轴10和横轴11。

在本发明进一步的实施例中，所述机械手4包括用于抓取物体的相对设置的一对可拆卸夹爪和驱动夹爪运动的夹爪电机，且所述夹爪之间的距离为10mm-800mm。本发明能够实现10mm-800mm内的物体抓取。

在本发明进一步的实施例中，所述传感器7为接近开关。如图2所示，在当物体相对于传感器7移动时，反射回来的信号与原先的信号相比较，产生频移，集成电路再把微弱的频移信号进行放大，再经多普勒检测、放大、限幅等措施，最后取得和物体移动信号相关的直流信号输出电平。接近开关有三根连接线(红、蓝、黑)，红色接电源的正极、黑色接电源的负极、蓝色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。

在本发明进一步的实施例中，所述横轴步进电机9和纵轴步进电机1内部设置步进电机驱动模块，所述步进电机驱动模块设置有脉冲分配器和与所述脉冲分配器连接的功率放大器。如图3所示，为了驱动横轴步进电机9和纵轴步进电机1，必须由一个决定电动机速度和旋转角度的脉冲发生器、一个使电动机绕组电流按规定次序通断的脉冲分配器、一个保证电动机正常运行的功率放大器，以及一个直流功率电源等组成一个驱动系统，把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说，控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。通过上述方式驱动横轴步进电机9和纵轴步进电机1的运动。

在本发明进一步的实施例中，所述旋转码盘5在沿着盘体圆周方向等间距布置有一组透光孔。在具体实施例中，机械手4每旋转3°便发出一个脉冲，能够控制底座6旋转角度的大小。

在本发明进一步的实施例中，如图4所示，所述的控制单元包括主控单元16，与所述主控单元16连接有外围设备13和存储器17，所述控制单元还连接有工控机15，所述工控机15连接有总控中心14，所述主控单元16设置成控制纵轴步进电机1、横轴步进电机9、直流电机8以及机械手4。能够通过总控中心14下达指令，实现对纵轴步进电机1、横轴步进电机9、直流电机8以及机械手4的调控。

在本发明进一步的实施例中，所述主控单元16为基于plc可编程控制器的主控单元。主控单元的命令可根据用户需求进行调整，可编程控制器被用于连续、重复地检测系统输入，解决电流控制逻辑和更新系统输出。

在本发明进一步的实施例中，所述外围设备13为编程器、彩色图形显示器、打印机、盒式磁带机、磁盘驱动器或eprom写入器中的任意一种，从而可实现本发明各种功能的任务输出。

在本发明进一步的实施例中，如图5所示，所述主控单元16的控制方法为：

(1)运行监控任务；通过运行旋转码盘5采集脉冲信号，并对采样的信号进行运算和处理，并把运算结果输出到生产过程的执行机构；

(2)与所述plc可编程控制器交换信息任务；把运算结果输出到所述plc可编程控制器，使得所述plc可编程控制器获得运算结果；

(3)与数字处理器dpu交换信息任务；把运算结果输出到数字处理器dpu，使得所述数字处理器dpu获得运算结果；

(4)与外围设备接口交换信息任务：将运算结果通过所述外围设备，通过外围设备执行输出结果；

(5)执行用户程序任务；采用循环扫描的方式，不断地对输入和输出变量进行采样和输出，使得变量满足程序条件时及时有相应的输出使执行机构动作；

(6)输入输出任务；所述工控机15在所述总控中心14的控制下，输入任务，输出结果通过所述主控单元16传递到所述工控机15，再通过所述工控机15上传至所述总控中心14，由所述总控中心14重新决定是否下达新的指令。其中所述工控机15与所述总控中心14之间的通讯方式采用rs485通讯或gsm无线通讯方式。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明有机地将机械设计与电气技术结合在一起,能够实现各个领域中的通用，适用范围广,成本低；

2、本发明采用可拆卸机械手实现多种不同类型机械手的替换，从而实现各个技术领域中的通用；

3、本发明通过旋转码盘5在沿着盘体圆周方向等间距布置有一组透光孔，使得机械手4每旋转3°便发出一个脉冲，能够控制底座6旋转角度的大小；

4、本发明通过总控中心14实现对工控机15的命令下达，实现对主控单元16控制类型的界定，使得主控单元16可选地控制纵轴步进电机1、横轴步进电机9、直流电机8和机械手4；

5、本发明采用基于plc可编程控制器的主控单元16使得用户根据需求进行编程，编程内容可擦除。

工作原理：

在工作时，本发明通过总控中心14下达控制指令，即通过总控中心14实现对工控机15的命令下达，实现对主控单元16控制类型的界定，使得主控单元16可选地控制纵轴步进电机1、横轴步进电机9、直流电机8和机械手4，在横轴步进电机9和纵轴步进电机1的作用下，能够使机械手4实现x轴与y轴平面上的任意位置处的移动，从而实现在空间位置范围内的物体抓取，不论机械手4原来在什么位置，都先回到初始位置，为机械手4开始动作做准备。当初始化完成后(这是以机械手4碰到限位后为标志)，横轴11前升，手开始旋转至所需位置，手张开，纵轴10下降至物品处，手加紧物品，纵轴10上升将物品拿起。横轴11收回，旋转码盘5旋转，横轴11前升，手旋转，纵轴10下降，手张开将物品放下。纵轴10上升，手复位，至此，整个机械手4的动作全部结束。因此，通过这种方法实现了机械手4对物体的抓取。并通过旋转码盘上设置的传感器传递脉冲，纵轴步进电机1和横轴步进电机9将输入电脉冲信号转换成机械的运动量(诸如角位移或直线位移)加以输出，每输入一个电脉冲，便转过一个固定的电角度，通过这种方式移动纵轴10和横轴11，控制纵轴10和横轴11的移动角度。控制任务输出信息可通过主控单元16在存储器17中进行存储，并将控制任务输出信息上传至工控机15，通过工控机15上传至总控中心14，总控中心14根据执行结果再次下达执行指令。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。