CN202862218U - 一种机械手的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种机械手的控制系统，属于电子技术领域。它解决了现有的机械手功能单一、适用范围小且操作繁琐的问题。本机械手的控制系统，包括控制模块、用于输入操作命令的操作模块、驱动电机以及一端用于安装机械手的调整臂，所述的驱动电机设置于上述调整臂上且能通过驱动调整臂的动作来调整上述机械手的位置，所述的驱动电机与操作模块均与上述控制模块相连接。本机械手的控制系统具有功能多样、适用范围广以及操作简便的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于电子技术领域，涉及一种控制系统，尤其涉及一种机械手的控制系统。
背景技术
机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，是用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
但是，现有机械手的控制一般是按固定程序工作的，仅能实现从一点移动到另一点的动作，当更换其工作场所时，其功能往往无法达到使用要求，适用范围较小。此外，如要将机械手应用到另一工作流程中，则需要根据工作需求重新编写程序，但编写好程序的机械手在实际使用中仍要根据实际情况重新进行调整，操作较为繁琐。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种操作简便且适用范围广的机械手的控制系统。
本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：
一种机械手的控制系统，其特征在于，所述的控制系统包括控制模块、用于输入操作命令的操作模块、驱动电机以及一端用于安装机械手的调整臂，所述的驱动电机设置于上述调整臂上且能通过驱动调整臂的动作来调整上述机械手的位置，所述的驱动电机与操作模块均与上述控制模块相连接。
本机械手的控制系统在使用时，可根据预先设定的固定程序进行工作，也可通过在操作模块处输入相应的操作命令来手动控制机械手的动作，方便根据实际情况调节机械手的位置与动作。
在上述的一种机械手的控制系统中，所述的调整臂包括一底座、设置于底座上方的旋转座、一端与旋转座处铰接的纵向设置的第一摆动杆、一端与第一摆动杆的另一端铰接的横向设置的第二摆动杆以及连接于第二摆动杆的另一端的用于安装和控制机械手的控制部，上述驱动电机包括设置于底座下方的能驱动旋转座周向转动的第一驱动电机、设置于第一摆动杆与旋转座的铰接处的能驱动第一摆动杆绕该铰接处来回摆动的第二驱动电机、设置于第二摆动杆与第一摆动杆的铰接处的能驱动第二摆动杆绕该铰接处来回摆动的第三驱动电机以及设置于上述控制部处的能控制机械手的抓取与松开动作的控制驱动电机。通过第一驱动电机控制旋转座转动可改变机械手的方向，通过第二驱动电机和第三驱动电机来控制第一摆动杆与第二摆动杆的摆动可调节安装于第二摆动杆端部的机械手的纵向位置以及前后位置，通过这三个电机的控制可将机械手调整至所需的位置，再通过控制驱动电机驱动机械手抓取或松开产品。这样使得机械手可活动的范围大大增加，使其可被应用于更多的工作场所。
在上述的一种机械手的控制系统中，所述的操作模块包括具有摇杆的手摇脉冲发生器以及能调节机械手的工作模式和工作状态的按键模块。操作人员可根据实际使用需求的不同操作按键模块来选择机械手的工作模式与工作状态，而通过操作摇杆则能方便地控制机械手的动作与位置。
在上述的一种机械手的控制系统中，所述的按键模块包括数个模式选择按键以及数个复用键。这里，复用键是指在各个工作模式下，每个复用键的作用均不相同，即在模式选择按键选择了不同的工作模式时，复用键的作用也不同。
在上述的一种机械手的控制系统中，所述的模式选择按键为6个，包括回零按键、手摇按键、示教按键、自动运行按键、单步运行按键以及程序查看按键。顾名思义，回零模式即为可使机械手返回预先设定的零点；手摇模式为可通过手摇脉冲发生器控制机械手的动作；示教模式可以手动操作机械手并存储运行时的轨迹和速度；自动运行模式为可以选择需要的程序让机械手进行循环运行；单步运行模式为可以让机械手以步为单位运行，具体查看每步的运行状况；程序查看模式为可以看到已保存的程序的每一步的数据，包括坐标和运行速度。
在上述的一种机械手的控制系统中，所述的复用按键为6～12个。复用键可根据实际使用的需要来确定数量。
在上述的一种机械手的控制系统中，所述的控制模块包括能通过串口通信的上位机以及下位机，上述驱动电机与操作模块均与上位机相连接，所述的下位机处还连接有一液晶显示器。上位机与下位机的设置可方便数据的处理、输送与显示。
在上述的一种机械手的控制系统中，所述的控制模块与上述驱动电机之间还连接有电机驱动电路。在系统中加入电机驱动电路，可对输出的脉冲和方向信号进行放大，以便于接收。
在上述的一种机械手的控制系统中，所述的操作模块与上述控制模块之间还连接有一能处理操作模块所发送的操作命令的扩展模块。设置扩展模块可解决上位机资源不足的情况，这里采用了74LS165扩展模块来处理按键和手摇脉冲发生器发出的信号，再与上位机进行数据交换。
在上述的一种机械手的控制系统中，所述的控制系统还包括与上述控制模块相连接的限位开关。限位开关用于限制调整臂的位置，当其达到极限位置时，限位开关限制其移动。
与现有技术相比，本机械手的控制系统能控制机械手作各个角度与位置的移动，移动范围增大，适用范围也增大。同时，本控制系统具有回零、手摇、示教、自动运行、单步运行以及程序查看等工作模式，能满足各种车间、实验室等地的使用需求，也能方便操作人员对机械手状态的了解与调整。
附图说明
图1是本机械手的控制系统的原理结构框图。
图2是本机械手的控制系统的调整臂处的结构示意图。
图中，1、上位机；2、下位机；3、调整臂31、底座；32、旋转座；33、第一摆动杆；34、第二摆动杆；35、控制部；4、机械手；5、驱动电机；51、第一驱动电机；52、第二驱动电机；53、第三驱动电机；54、控制驱动电机；6、手摇脉冲发生器；7、按键模块；8、电机驱动电路；9、扩展模块；10、液晶显示器；11、限位开关。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
如图1所示，本机械手的控制系统包括能通过串口通信的上位机1和下位机2、与下位机2相连接的液晶显示器10、用于输入操作命令的操作模块、连接于操作模块与上位机1之间的能处理操作模块所发送的操作命令的扩展模块9、驱动电机5、一端用于安装机械手4的调整臂3以及用于锁定调整臂3的位置的限位开关11，其中，驱动电机5设置于调整臂3上且能通过驱动调整臂3的动作来调整机械手4的位置。在本实施例中，上位机1与驱动电机5之间还连接有一可对输出的脉冲和方向信号进行放大的电机驱动电路8；操作模块包括具有摇杆的手摇脉冲发生器6以及能调节机械手4的工作模式和工作状态的按键模块7。
按键模块7还包括数个模式选择按键以及数个复用键，其中，模式选择按键包括回零按键、手摇按键、示教按键、自动运行按键、单步运行按键以及程序查看按键这6个按键。而复用键在模式选择按键选择了不同的工作模式时，其作用也不同，这里，共设置8个复用键。
顾名思义，回零模式为可使机械手4返回预先设定的零点，在此模式下，复用键包括设零点、回零点、取消回零、抱闸以及解除抱闸等功能。当按下回零按键时，进入“回零”模式。此时，液晶显示器10显示各轴坐标、回零、限位、抱闸状态和提示信息。当机械手4不在零点时，按下回零点的复用键，机械手4便启动回零。当回零结束时，“回零状态”显示“到达”。在运行过程中，按下取消回零的复用键可以使机械手4停止运行。而按下设零点的复用键则可临时把当前点设置成零点。
手摇模式为可通过手摇脉冲发生器6控制机械手4的动作，在系统开机进入手摇模式时，系统是抱闸状态，即锁定状态。此时“抱闸状态”显示“抱紧”，“提示信息”显示“请开抱闸”，在此状态下，无法使用手摇脉冲发生器6，需先解除抱闸。在使用手摇脉冲发生器6时，具体的轴选和轴选倍率显示在“当前轴选”，方便操作。当机械手4运行到极限时，“限位状态”显示“到达”，此时应反向操作，在操作过程中，液晶显示器10会实时显示各轴的当前坐标值。
示教模式可以手动操作机械手4并存储运行时的轨迹和速度，可以新建和删除程序，在此模式下，复用键包括更新程序、保存学习、抱闸、解除抱闸、程序选择+、程序选择-、运行速度+以及运行速度-等功能。本系统可以存储8段程序，程序名称从001～008，每个程序最大由36个动作组成。当进入示教模式时，
坐标区域会显示第一个程序的第一个动作，当第一个程序为空时，“提示信息”显示“空的程序”。
新建程序流程：
1.按“程序选择+”键，此时“程序名称”会从001～008.循环显示；
2.选择要删除的程序名称，按下“更新程序”键，各轴坐标会显示当前坐标值，“运行速度”和“动作序号”初始为001；
3.按下“运行速度+”和“运行速度-”键，选择合适的速度，再用手摇脉冲发生器6把机械手4调到需要的位置；
4.按下“程序学习”键，即可保存第一个动作数据，此时“动作序号”自动加1，显示002；
5.如此循环操作，直到完成所有动作，此时按下“保存学习”键，完成一个程序学习的全部流程。
自动运行模式为可以选择需要的程序让机械手4进行循环运行；有全程循环和单程循环两种运行方式，全程循环是让机械手4一直运行，直到按下停止键为止，单程循环是让机械手4执行一遍程序，便会自动停止。该模式下，复用键包括全程循环启动/停止、单程循环启动/停止、程序选择+、程序选择-、速度倍率+、速度倍率-、抱闸以及解除抱闸等功能。
刚进入自动运行模式时，“程序名称”、“动作序号”初始化为001，速度倍率初始化为20％，“运行状态”显示停止。
循环启动流程：
1.按下“程序选择+”键或“程序选择-”键，选择合适的程序；
2.按下“全程循环启动/停止”键和“单程循环启动/停止”键，启动需要的运行模式；此时“运行状态”显示全程或单程，“动作序号”会根据运行情况自动显示当前序号；
3.如需停止运行，再次按下“全程循环启动/停止”键和“单程循环启动/停止”键。
4.在运行过程中，按“速度倍率+”或“速度倍率-”可以调节速度倍率，范围从20％～200％。
单步运行模式为可以让机械手4以步为单位运行，具体查看每步的运行状况，复用键的功能与自动运行模式大致相同，不同之处在于：全程循环启动/停止和单程循环启动/停止的功能替换为单步运行启动和单步运行停止功能。
刚进入单步运行模式时，“程序名称”、“动作序号”初始化为001，速度倍率初始化为20％，“运行状态”显示停止。
操作流程：
按下“程序选择+”键或“程序选择-”键，选择合适的程序；
按下“单步运行启动”键启动，“运行状态”显示运行，当运行完成时，“动作序号”自动加1，“运行状态”显示停止；
3.运行过程中如需停止，按下“单步运行停止”键即可。
4.按“速度倍率+”或“速度倍率-”可以调节速度倍率，范围从20％～200％。
程序查看模式为可以看到已保存的程序的每一步的数据，包括坐标和运行速度。此模式下，复用键包括程序选择+、程序选择-、动作序号+、动作序号-、抱闸以及解除抱闸等功能。
刚进入程序查看模式时，“程序名称”、“动作序号”初始化为001，显示总动作数，当程序为空时，全部数据显示0。
操作流程：
按下“程序选择+”键或“程序选择-”键，选择合适的程序；此时会显示第一个动作序号的数据；
按下“动作序号+”键或“动作序号-”键，查看程序每步的数据。
如图2所示，调整臂3包括一底座31、设置于底座31上方的旋转座32、一端与旋转座32处铰接的纵向设置的第一摆动杆33、一端与第一摆动杆33的另一端铰接的横向设置的第二摆动杆34以及连接于第二摆动杆34的另一端的用于安装和控制机械手4的控制部35，驱动电机5包括设置于底座31下方的能驱动旋转座32周向转动的第一驱动电机51、设置于第一摆动杆33与旋转座32的铰接处的能驱动第一摆动杆33绕该铰接处来回摆动的第二驱动电机52、设置于第二摆动杆34与第一摆动杆33的铰接处的能驱动第二摆动杆34绕该铰接处来回摆动的第三驱动电机53以及设置于控制部35处的能控制机械手4的抓取与松开动作的控制驱动电机54。通过第一驱动电机51控制旋转座32转动可改变机械手4的方向，通过第二驱动电机52和第三驱动电机53来控制第一摆动杆33与第二摆动杆34的摆动可调节安装于第二摆动杆34端部的机械手4的纵向位置以及前后位置，通过这三个电机的控制即可将机械手4调整至所需的位置，再通过控制驱动电机54驱动机械手4抓取或松开产品。这样使得机械手4可活动的范围大大增加，使其可被应用于更多的工作场所。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种机械手的控制系统，其特征在于，所述的控制系统包括控制模块、用于输入操作命令的操作模块、驱动电机(5)以及一端用于安装机械手(4)的调整臂(3)，所述的驱动电机(5)设置于上述调整臂(3)上且能通过驱动调整臂(3)的动作来调整上述机械手(4)的位置，所述的驱动电机(5)与操作模块均与上述控制模块相连接。
2.根据权利要求1所述的一种机械手的控制系统，其特征在于，所述的调整臂(3)包括一底座(31)、设置于底座(31)上方的旋转座(32)、一端与旋转座(32)处铰接的纵向设置的第一摆动杆(33)、一端与第一摆动杆(33)的另一端铰接的横向设置的第二摆动杆(34)以及连接于第二摆动杆(34)的另一端的用于安装和控制机械手(4)的控制部(35)，上述驱动电机(5)包括设置于底座(31)下方的能驱动旋转座(32)周向转动的第一驱动电机(51)、设置于第一摆动杆(33)与旋转座(32)的铰接处的能驱动第一摆动杆(33)绕该铰接处来回摆动的第二驱动电机(52)、设置于第二摆动杆(34)与第一摆动杆(33)的铰接处的能驱动第二摆动杆(34)绕该铰接处来回摆动的第三驱动电机(53)以及设置于上述控制部(35)处的能控制机械手(4)的抓取与松开动作的控制驱动电机(54)。
3.根据权利要求1或2所述的一种机械手的控制系统，其特征在于，所述的操作模块包括具有摇杆的手摇脉冲发生器(6)以及能调节机械手(4)的工作模式和工作状态的按键模块(7)。
4.根据权利要求3所述的一种机械手的控制系统，其特征在于，所述的按键模块(7)包括数个模式选择按键以及数个复用键。
5.根据权利要求4所述的一种机械手的控制系统，其特征在于，所述的模式选择按键为6个，包括回零按键、手摇按键、示教按键、自动运行按键、单步运行按键以及程序查看按键。
6.根据权利要求4所述的一种机械手的控制系统，其特征在于，所述的复用按键为6～12个。
7.根据权利要求1或2所述的一种机械手的控制系统，其特征在于，所述的控制模块包括能通过串口通信的上位机(1)以及下位机(2)，上述驱动电机(5)与操作模块均与上位机(1)相连接，所述的下位机(2)处还连接有一液晶显示器(10)。
8.根据权利要求1或2所述的一种机械手的控制系统，其特征在于，所述的控制模块与上述驱动电机(5)之间还连接有电机驱动电路(8)。
9.根据权利要求1或2所述的一种机械手的控制系统，其特征在于，所述的操作模块与上述控制模块之间还连接有一能处理操作模块所发送的操作命令的扩展模块(9)。
10.根据权利要求1或2所述的一种机械手的控制系统，其特征在于，所述的控制系统还包括与上述控制模块相连接的限位开关(11)。
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| CN105945989A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-09-21 | 北京航空航天大学 | 一种基于液压摆动缸驱动关节的机器人液压机械臂 |
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