一种基于智能气缸的功能可配置搬运机械手及搬运方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于智能气缸的功能可配置搬运机械手及搬运方法，包括上位机、第一~第二直线智能气缸、压控智能气缸，其中，直线智能气缸包括带有活塞的磁性气缸、电磁阀、磁性传感器和控制模块；压控智能气缸包括真空发生器、真空吸盘、压力传感器、电磁阀和控制模块；控制模块包括控制单元、串口、信号采集单元、无线通讯单元、驱动单元和继电器。搬运方法将搬运机械手的动作时序以输入输出关系通过状态表的方式表示，机械手在运行过程中根据获取的输入状态的信息查找并输出对应的输出状态进而控制磁性气缸的运动，从而实现机械手的搬运功能，本发明设计的搬运机械手功能可灵活配置，可应用于不同场合。
【专利说明】
一种基于智能气缸的功能可配置搬运机械手及搬运方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于智能气缸的功能可配置搬运机械手及搬运方法，属于智能汽缸技术领域。
【背景技术】
[0002]机械手是社会发展与科技进步的产物。一方面，机械手可以替代部分甚至全部的人力操作，解放了劳动力，便于生产的工业化；另一方面，机械手可以克服高温、高压、污染性、放射性等恶劣工作条件进行作业，特别是在一些危险性大的行业生产中应用更为广泛。因此，机械手适合现代化的生产趋势，具有较强的生命力。
[0003]机械手的驱动主要有液压驱动、气压驱动、机械驱动和电机驱动。其中气压传动在加工制造业领域越来越受到人们的重视。一方面，气动技术是被誉为工业自动化的“肌肉”的传动与控制技术，随着自动化控制技术的迅猛发展，气动技术也以工程实际应用为目标在不断创新；另一方面，气动技术作为“廉价的自动化技术”，其元器件性能不断提高，生产成本也不断降低。因此气动技术在工业生产上的应用越来越广泛。
[0004]目前，国内外现有的机械手应用在各行各业，有喷涂机器人、点焊机器人、装卸载机器人等等。这些机器人一旦定型之后，按照存在的控制程序、运动轨迹和工艺要求模拟人手的部分动作，实现自动操作。但是，这些机械手都具有固定的场合，其功能往往较单一。因此研究一种能够根据不同应用场合灵活配置功能的机械手至关重要。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于智能气缸的功能可配置搬运机械手及搬运方法，该搬运机械手能够根据实际需要，基于智能气缸实现可自由配置，功能比较灵活。
[0006]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种基于智能气缸的功能可配置搬运机械手，包括上位机、第一?第二直线智能气缸、压控智能气缸，所述第一?第二直线智能气缸和压控智能气缸分别与上位机连接，且第一直线智能气缸的连杆与第二直线智能气缸的缸体连接，第二直线智能气缸的连杆与压控智能气缸的缸体连接。
[0007]作为本发明的一个优选方案，所述第一、第二直线智能气缸均包括磁性气缸、控制模块、第一?第四电磁阀、第一?第二磁性传感器，所述第一?第四电磁阀中，每个电磁阀的电路与控制模块连接，气路与磁性气缸连接，第一?第二磁性传感器分别与控制模块连接，且第一?第二磁性传感器分别设置于磁性气缸两端。
[0008]作为本发明的一个优选方案，所述压控智能气缸包括真空发生器、真空吸盘、压力传感器、第五?第六电磁阀、控制模块，所述第五?第六电磁阀中，每个电磁阀的电路与控制模块连接，气路与真空发生器连接，压力传感器的两端分别连接控制模块和真空发生器，真空发生器与真空吸盘相连。
[0009]作为本发明的一个优选方案，所述控制模块包括信号采集单元、控制单元、驱动单元、继电器、无线通讯单元和串口，所述信号采集单元、驱动单元、无线通讯单元、串口分别与控制单元连接，驱动单元与继电器连接，串口与上位机连接;第一?第二直线智能气缸中，控制模块的信号采集单元分别与第一?第二磁性传感器连接，控制模块的继电器分别与第一?第四电磁阀连接;压控智能气缸中，控制模块的信号采集单元分别与第五?第六电磁阀连接，控制模块的继电器与压力传感器连接。
[0010]—种搬运方法，利用如上所述基于智能气缸的功能可配置搬运机械手实现，包括如下步骤:
步骤1，利用上位机编写搬运机械手的动作流程表及每个动作对应工作的智能气缸，通过串口将各智能气缸要做的动作及流程次序，发送到对应的控制单元并存储起来；
步骤2，当搬运机械手启动后，各智能气缸的控制单元读取存储的第一个流程动作，经过驱动单元驱动继电器，进而控制各智能气缸对应的电磁阀动作，使搬运机械手到达初始位置；
步骤3，各智能气缸的控制单元查找是否存储有第二个流程动作，如果有，则进行步骤4，否则，不工作；
步骤4，该智能气缸的控制单元将当前流程动作转换成相应的电压信号经驱动模块驱动继电器，进而控制对应的电磁阀使智能气缸动作；
步骤5，若步骤4的智能气缸为直线智能气缸，当直线智能气缸的活塞到达磁性传感器位置，磁性传感器接通并产生电信号，信号采集单元采集该电信号并传送到控制单元，控制单元输出信号使电磁阀失电;若步骤4的智能气缸为压控智能气缸，压力传感器测量真空吸盘内的压力值，并经信号采集单元传送至控制单元，控制单元判断压力值达到测定值时，输出信号使电磁阀失电；
步骤6，当前工作的智能气缸通过无线通讯单元向其他智能气缸发送进行下一个流程工作的指令，其他智能气缸收到指令后，查找是否存储有下一个流程工作，如果有，则进行步骤4，否则，不工作；
步骤7，重复步骤4-步骤6，直至完成最后一个流程动作。
[0011]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
本发明将搬运机械手的功能模块化，每个功能模块由单独的控制单元进行控制。利用状态表的特性，即输入输出的关系对应，将搬运机械手的工作流程用状态表的形式表示出来。当用户需要实现机械手功能时，通过上位机设置机械手工作流程并配置到各个智能气缸。因此，本发明设计的搬运机械手，适合批量生产，降低成本，能够在工业自动化领域中广泛应用。
【附图说明】
[0012]图1是本发明基于智能气缸的功能可配置搬运机械手的组成结构示意图。
[0013]图2是本发明中直线智能气缸结构示意图。
[0014]图3是本发明中压控智能气缸结构示意图。
[0015]其中，I为空气压缩机，2为控制模块，3为消声器，4、5、6、7、11、12均为电磁阀，8、9均为磁性传感器，10为磁性气缸，13为压力传感器，14为真空发生器，15为真空吸盘，16、17均为直线智能气缸，18为压控智能气缸，19为上位机，201为信号采集单元，202为控制单元，203为驱动单元，204为继电器，205为无线通讯单元，206为串口。
[0016]图4是本发明基于智能气缸的功能可配置搬运机械手的上位机界面图。
【具体实施方式】
[0017]下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0018]如图1所示，基于智能气缸的功能可配置搬运机械手，包括上位机19，直线智能气缸16、17和压控智能气缸18。直线智能气缸16的连杆和直线智能气缸17的缸体相连，压控智能气缸18的缸体和直线智能气缸17的连杆相连。
[0019 ]如图2所示，直线智能气缸包括带有活塞的磁性气缸1，电磁阀4、5、6、7，磁性传感器8、9，控制模块2，空气压缩机I以及消声器3;其中电磁阀4、5、6、7和磁性传感器8、9与控制模块2相连，控制模块2通过串口 206与上位机19相连，电磁阀4、5、6、7与磁性气缸10相连，磁性传感器8、9安装在磁性气缸10的两端。
[0020]如图3所示，压控智能气缸包括真空发生器14、真空吸盘15、压力传感器13、电磁阀
11、12和控制模块2、空气压缩机I以及消声器3;其中电磁阀11、12和压力传感器13与控制模块2相连，控制模块2通过串口206与上位机19相连，电磁阀11、12和真空吸盘15与真空发生器14相连。
[0021]控制模块2包括信号采集单元201、控制单元202、驱动单元203、继电器204、无线通讯单元205以及串口 206。图2中的磁性传感器8、9与信号采集单元201相连，图3中的压力传感器13与信号采集单元201相连，信号采集单元201、驱动单元203、无线通讯单元205和串口206分别与控制单元202相连，图2中的继电器204与电磁阀4、5、6、7相连，图3中的继电器204与电磁阀11、12相连，继电器204与驱动单元203相连。
[0022]如图4所示，基于智能气缸的功能可配置搬运机械手的状态表配置界面，由上位机19编写完成，通过串口 206发送到各个智能气缸的控制模块2。
[0023]本发明提供的基于智能气缸的功能可配置搬运机械手工作原理包括以下步骤:
1)根据实际需要组装三个智能气缸形成搬运机械手的结构，连接好气路，进气口接空气压缩机，排气口经消声器接入大气；
2)利用上位机编写搬运机械手的动作状态表；
3)上位机通过串口将各个智能气缸的状态表发送到控制模块并存储到模块内部存储单元中；
4)获取启动信号后，各个智能气缸的控制单元读取存储的状态表的第一个动作，经过驱动单元驱动继电器，进而控制直线智能气缸的电磁阀和压控智能气缸的电磁阀使搬运机械手回到初始位置；
5)各个智能气缸的控制单元根据输入状态查找存储的状态表判断当前流程动作是否存在，不存在转至9);
6)当前流程动作存在，控制单元将当前流程动作信息转换成相应的电压信号经驱动单元驱动继电器，进而控制直线智能气缸的电磁阀和压控智能气缸的电磁阀使磁性气缸动作；
7)直线智能气缸的活塞到达指定位置，磁性传感器接通产生电信号经信号采集单元输入到控制单元，控制单元输出信号使电磁阀失电；压控智能气缸利用压力传感器测量真空吸盘内的压力经信号采集单元输入到控制单元，当压力达到测定值时，控制单元输出信号使电磁阀失电；
8)控制单元设置无线通讯单元为发送模式，向剩余智能气缸发送下一流程信息；
9)控制单元设置无线通讯单元为接收模式，等待接收其他智能气缸发送的信息，接收到的信息即为输入状态；
10)重复5)至9)，直至搬运工作结束。
[0024]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于智能气缸的功能可配置搬运机械手，其特征在于，包括上位机(19)、第一?第二直线智能气缸(16)?(17)、压控智能气缸(18)，所述第一?第二直线智能气缸(16)?(17)和压控智能气缸(18)分别与上位机(19)连接，且第一直线智能气缸(16)的连杆与第二直线智能气缸(17)的缸体连接，第二直线智能气缸(17)的连杆与压控智能气缸(18)的缸体连接。2.根据权利要求1所述基于智能气缸的功能可配置搬运机械手，其特征在于，所述第一、第二直线智能气缸(16)、( 17)均包括磁性气缸(1)、控制模块(2)、第一?第四电磁阀(4)?(7)、第一?第二磁性传感器(8)?(9)，所述第一?第四电磁阀(4)?(7)中，每个电磁阀的电路与控制模块(2)连接，气路与磁性气缸(10)连接，第一?第二磁性传感器(8)?(9)分别与控制模块(2)连接，且第一?第二磁性传感器(8)?(9)分别设置于磁性气缸(10)两端。3.根据权利要求1所述基于智能气缸的功能可配置搬运机械手，其特征在于，所述压控智能气缸(18)包括真空发生器(14)、真空吸盘(15)、压力传感器(13)、第五?第六电磁阀(I I)?(12 )、控制模块(2 )，所述第五?第六电磁阀(11)?(12)中，每个电磁阀的电路与控制模块(2)连接，气路与真空发生器(14)连接，压力传感器(13)的两端分别连接控制模块(2)和真空发生器(14)，真空发生器(14)与真空吸盘(15)相连。4.根据权利要求2或3所述基于智能气缸的功能可配置搬运机械手，其特征在于，所述控制模块(2)包括信号采集单元(201)、控制单元(202)、驱动单元(203)、继电器(204)、无线通讯单元(205)和串口(206)，所述信号采集单元(201)、驱动单元(203)、无线通讯单元(205)、串口(206)分别与控制单元(202)连接，驱动单元(203)与继电器(204)连接，串口(206)与上位机(19)连接;第一?第二直线智能气缸(16)?(17)中，控制模块(2)的信号采集单元(201)分别与第一?第二磁性传感器(8)?(9)连接，控制模块(2)的继电器(204)分别与第一?第四电磁阀(4)?(7)连接;压控智能气缸(18)中，控制模块(2)的信号采集单元(201)分别与第五?第六电磁阀(11)?(12)连接，控制模块(2)的继电器(204)与压力传感器(13)连接。5.—种搬运方法，利用权利要求4所述基于智能气缸的功能可配置搬运机械手实现，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I，利用上位机编写搬运机械手的动作流程表及每个动作对应工作的智能气缸，通过串口将各智能气缸要做的动作及流程次序，发送到对应的控制单元并存储起来； 步骤2，当搬运机械手启动后，各智能气缸的控制单元读取存储的第一个流程动作，经过驱动单元驱动继电器，进而控制各智能气缸对应的电磁阀动作，使搬运机械手到达初始位置； 步骤3，各智能气缸的控制单元查找是否存储有第二个流程动作，如果有，则进行步骤.4，否则，不工作； 步骤4，该智能气缸的控制单元将当前流程动作转换成相应的电压信号经驱动模块驱动继电器，进而控制对应的电磁阀使智能气缸动作； 步骤5，若步骤4的智能气缸为直线智能气缸，当直线智能气缸的活塞到达磁性传感器位置，磁性传感器接通并产生电信号，信号采集单元采集该电信号并传送到控制单元，控制单元输出信号使电磁阀失电;若步骤4的智能气缸为压控智能气缸，压力传感器测量真空吸盘内的压力值，并经信号采集单元传送至控制单元，控制单元判断压力值达到测定值时，输出信号使电磁阀失电； 步骤6，当前工作的智能气缸通过无线通讯单元向其他智能气缸发送进行下一个流程工作的指令，其他智能气缸收到指令后，查找是否存储有下一个流程工作，如果有，则进行步骤4，否则，不工作； 步骤7，重复步骤4-步骤6，直至完成最后一个流程动作。
【文档编号】B25J9/14GK105904453SQ201610256540
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】姚恩涛, 姜宁, 曾九玉, 夹尚远, 严罡, 邹华章, 彭媛宁
【申请人】南京航空航天大学