CN102990641B - 一种可移动物体定位取放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机电控制领域，具体涉及一种具有自动搜寻取放点并完成取放物体功能的定位取放装置。本发明包括框架、滚珠滑道、同步带轮、伺服电机、舵机、机械手、激光阵列，机械手设置在第三同步带轮与第四同步带轮控制的第三滚珠滑道上，长方体结构框架的底层设有检测物体位置的激光阵列。本发明整个控制过程采用大闭环的控制方式，故能够快速精确定位可移动物体的位置并完成取放动作；因为控制算法简单，能够在单片机级别的处理能力基础上实现功能，使整个装置的重量减轻，价格降低，容易实现量产。

Description

一种可移动物体定位取放装置

技术领域

本发明涉及机电控制领域，具体涉及一种具有自动搜寻取放点并完成取放物体功能的定位取放装置。

背景技术

随着各行业的快速发展，自动控制已经得到了广泛的用途，在工业生产线上，经常会用到能够快速定位取放物体的装置，根据控制方式划分，可分为开环控制和闭环控制。工业中的机械手定位取放在定位要求不高的情况下通常采用开环控制，如流水线上的包装盒的取放，在定位要求比较高的情况下会采用闭环控制，如电子元器件的摆放。闭环控制需要传感器的反馈信号，现代工业中，为定位取放机械手提供反馈信号的传感器主要是摄像头传感器，摄像头传感器的优点是信息量大、功能多，不过因为反馈信号的信息量较大，工业计算机处理速度比较慢，尤其对于单片机或嵌入式芯片来说，处理速度就会更慢，在实时性要求较高的场合，将不能满足要求。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种结构简单、能够自动识别物体位置的定位取放装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明包括框架、滚珠滑道、同步带轮、伺服电机、舵机、机械手、激光阵列，框架呈长方体结构用铆接垫片铆接而成，第一滚珠滑道、第二滚珠滑道设置在长方体结构顶层矩形面的两条对边上，第三滚珠滑道设置在长方体结构顶层矩形面的第三条边上，第三滚珠滑道可以在第一滚珠滑道、第二滚珠滑道构成的线路上滑动，顶层矩形面的第四条边装有第一同步带轮，第三滚珠滑道上装有第二同步带轮，第三滚珠滑道的两端固定有第三同步带轮和第四同步带轮，第二、第三同步带轮均由伺服电机控制，第一同步带轮与第二同步带轮通过同步带连接、第三同步带轮与第四同步带轮通过同步带连接，机械手设置在第三同步带轮与第四同步带轮控制的第三滚珠滑道上，长方体结构框架的底层设有检测物体位置的激光阵列。

第二同步带轮的伺服电机通过电机固定板固定在滚珠滑道的一端。

激光阵列包括在底层矩形结构的相邻两边设置激光管与印制电路板，另外两边设置激光接收管。

本发明的有益效果在于：

本发明整个控制过程采用大闭环的控制方式，故能够快速精确定位可移动物体的位置并完成取放动作；因为控制算法简单，能够在单片机级别的处理能力基础上实现功能，使整个装置的重量减轻，价格降低，容易实现量产。

附图说明

图1是可移动物体定位取放装置的右前视图；

图2是可移动物体定位取放装置的正视图；

图3是可移动物体定位取放装置左视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述

跟踪机械手结构选择了直角坐标式定位方式。它具有结构简单，易于控制的特点。且由于采用的激光矩阵的传感器为矩形结构，直角坐标定位取放装置更适合与传感器搭接。可由激光矩阵直接读出所取放物体的位置，直接映射在直角坐标系中，而不要任何转换与计算。如果选择关节式坐标，则需要求解非线性方程求解蜡烛头位置，增加了计算成本，对于单片机作为控制器的控制系统，将影响跟踪的实时性。

主要包括：取放装置框架（1）、（3）、（11），铆接垫片（2），主框架采用不锈钢铆接而成，这样可保证框架的刚度，保证刚度是为了激光灯与激光接收管能够实时保证对准，增加装置的可靠性，又因为机器人比赛对机器人重量的要求，钢管的壁厚应尽量薄；滚珠滑道（4）、（6）、（13），取放物体的机械手在三个滑道的配合下完成平面内的精确移动；同步带轮（5）、（9）、（12），此装置采用同步带的传动方式，这样才能保证机械手在传动的过程中不会发生滑移，保证机械手能迅速到达目标位置；直流伺服电机（8）（10），电机固定板（7），电机运用光电码盘进行反馈控制，电机固定板采用电木板制作，能够实现在较轻的重量下电机与框架的刚度与强度；舵机（15），机械手（17），机械手的动力由舵机提供，这样做的目的是舵机控制简易、体积小、重量轻，可夹取的物体最大重量可以达到2kg左右；激光阵列（14）、（16），激光阵列采用激光管与印制电路板焊接而成，激光阵列的对面对应着相同间距的激光接收管，目的是检测物体的位置。

结合图1，方形框架的制作需要保证精度、保证刚度、重量轻，因此机器人框架材料采用宽度为10mm的不锈钢管，钢管的连接采用电木连接片铆接而成，也可以采用焊接，但因为焊接时钢管会变形，所以在焊接之前应该用固定胶水将钢管预先固定好。伺服电机、同步带轮、滚珠滑道的固定一般可采取传统的铆接，是为了保证刚度，但应注意随着使用次数的增加，同步带会变松，因此在带轮上应加上张紧装置。激光对管焊在做好的印刷电路板上，印刷电路板用螺栓、螺母固定在不锈钢管上，激光对管的对准是此装置制作过程中会遇到的最大难题，需要在对准过程中参照控制系统中的反馈信号，这样才能确保激光对管对准与否，每排激光管会有几十个，因此对准激光对管的过程中要细心。

结合图2，图3，激光对管会检测到物体所在位置，物体共有两种运动方式，一种是静止，静止的方式比较容易实现，即根据激光管检测到的物体遮挡激光管的号码和数量，算出坐标值，比如物体挡住的是6、7、8号激光管，那么坐标就是（6+7+8）/3=7,这是X坐标方向，Y坐标方向同样原理，最终就能确定物体所在的坐标点，将机械手移动到坐标点夹紧或松开即可；一种是不规则摆动，根据扫描的位置值确定摆动的最高点位置，进行摆动轨迹预测，根据观察摆动的轨迹，一共有大致两种轨迹：一是最理想的轨迹——直线，比较容易实现轨迹预测；二是最不理想的轨迹——跟踪的思想是最高点预测原则：根据摆动在最高点速度为0的原理，反馈回来的位置值feedback，与前一个数值pre_feedback进行比较，如果feedback<pre_feedback,则将此数值存储在position变量里，如果开始出现feedback>pre_feedback,则将pre_feedback值通过电机命令发送出去，驱动电机行走到这个位置，直到出现feedback<pre_feedback，将物体放下。

Claims (2)

1.一种可移动物体定位取放装置，包括框架、滚珠滑道、同步带轮、伺服电机、舵机、机械手、激光阵列，其特征在于：框架呈长方体结构用铆接垫片铆接而成，第一滚珠滑道、第二滚珠滑道设置在长方体结构顶层矩形面的两条对边上，第三滚珠滑道设置在长方体结构顶层矩形面的第三条边上，第三滚珠滑道可以在第一滚珠滑道、第二滚珠滑道构成的线路上滑动，顶层矩形面的第四条边装有第一同步带轮，第三滚珠滑道上装有第二同步带轮，第三滚珠滑道的两端固定有第三同步带轮和第四同步带轮，第二、第三同步带轮均由伺服电机控制，第一同步带轮与第二同步带轮通过同步带连接、第三同步带轮与第四同步带轮通过同步带连接，机械手设置在第三同步带轮与第四同步带轮控制的第三滚珠滑道上，长方体结构框架的底层设有检测物体位置的激光阵列；激光阵列包括在底层矩形结构的相邻两边设置激光管与印制电路板，另外两边设置激光接收管，由于采用的激光矩阵的传感器为矩形结构，直角坐标定位取放装置更适合与传感器搭接,可由激光矩阵直接读出所取放物体的位置，直接映射在直角坐标系中。

2.根据权利要求1所述的一种可移动物体定位取放装置，其特征在于：所述的第二同步带轮的伺服电机通过电机固定板固定在第三滚珠滑道的一端。