CN205500314U - 一种蛋盘自动装卸机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种蛋盘自动装卸机控制系统，该系统包括控制器、电源模块、多个光电开关、红外测距传感器、步进电机驱动模块、X步进电机、Y步进电机、Z步进电机、机械手、升降平台和键盘；所述控制器分别与电源模块、多个光电开关、红外测距传感器、步进电机驱动模块和键盘相连接；所述步进电机驱动模块分别与X步进电机、Y步进电机和Z步进电机相连接；所述X步进电机和Y步进电机分别与机械手相连接；所述Z步进电机连接升降平台；还包括掉电保护模块，所述掉电保护模块与控制器相连接。本实用新型结构简单，设计新颖，完全替代工人对蛋盘进行装卸，提高工人工作效率，减少工人劳动强度。

Description

一种蛋盘自动装卸机控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种控制系统，具体涉及一种蛋盘自动装卸机控制系统。

背景技术

目前，孵化厅自动化设备已成为孵化场现代化生产不可或缺的组成部分，而国内绝大多数孵化场的搬运蛋盘工人效率低，劳动强度大，针对这情况，本实用新型设计一种微控制技术的自动控制装置，可以代替工人对蛋盘进行装卸。

发明内容

根据现有技术的不足，提供一种结构简单，设计新颖，反应灵敏的蛋盘自动装卸机控制系统。

本实用新型按以下技术方案实现：

一种蛋盘自动装卸机控制系统，该系统包括控制器、电源模块、多个光电开关、红外测距传感器、步进电机驱动模块、X步进电机、Y步进电机、Z步进电机、机械手、升降平台和键盘；所述控制器分别与电源模块、多个光电开关、红外测距传感器、步进电机驱动模块和键盘相连接；所述步进电机驱动模块分别与X步进电机、Y步进电机和Z步进电机相连接；所述X步进电机和Y步进电机分别与机械手相连接；所述Z步进电机连接升降平台；还包括掉电保护模块，所述掉电保护模块与控制器相连接。

优选的是，所述控制器包括单片机、驱动模块、检测模块和反馈模块；所述单片机分别与驱动模块、检测模块和反馈模块相连接。

优选的是，光电开关为四个，分别安装在升降平台的X轴与Y轴的顶点位置，X轴有三个光电开关，Y轴有一个光电开关，其中X轴与Y轴上的各一个光电开关作为零点基准，每次完成规定的动作后，机械手回到原点；X轴上的另两个光电开关是为了检测到蛋盘是否已由机械手取出，当蛋盘经过光电开关时，升降平台开始运动，运送到指定的检测处。

优选的是，所述单片机采用STC89C4051型单片机。

系统工作原理：系统开始工作时，红外测距传感器检测机械手在前方有无蛋盘，确定有蛋盘后，红外测距传感器给控制器发送信号，在控制器收到信号后，分别控制三个步进电机，完成各个功能的运动，机械手逐渐靠近蛋盘，当机械手托起蛋盘时，光电开关发送检测信号，控制器在收到检测信号后，控制皮带运动，将蛋盘装入升降台中。

本实用新型有益效果：

本实用新型结构简单，设计新颖，完全替代工人对蛋盘进行装卸，提高工人工作效率，减少工人劳动强度。

附图说明

图1为本实用新型控制系统框图；

图2为控制器连接框图；

图3为单片机控制步进电机原理图；

图4为检测电路原理图；

图5为掉电保护电路原理图；

图中：1—控制器，1-1—单片机，1-2—驱动模块，1-3—检测模块，1-4—反馈模块，2—电源模块，3—光电开关，4—红外测距传感器，5—步进电机驱动模块，6—X步进电机，7—Y步进电机，8—Z步进电机，9—机械手，10—升降平台，11—键盘，12—掉电保护模块。

具体实施方式

以下结合附图，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，一种蛋盘自动装卸机控制系统，该系统包括控制器1、电源模块2、多个光电开关3、红外测距传感器4、步进电机驱动模块5、X步进电机6、Y步进电机7、Z步进电机8、机械手9、升降平台10和键盘11；控制器1分别与电源模块2、多个光电开关3、红外测距传感器4、步进电机驱动模块5和键盘11相连接；步进电机驱动模块5分别与X步进电机6、Y步进电机7和Z步进电机8相连接；X步进电机6和Y步进电机7分别与机械手9相连接；Z步进电机8连接升降平台10；还包括掉电保护模块12，掉电保护模块12与控制器1相连接。控制器1包括单片机1-1、驱动模块1-2、检测模块1-3和反馈模块1-4；单片机1-1分别与驱动模块1-2、检测模块1-3和反馈模块1-4相连接。光电开关3为四个，分别安装在升降平台10的X轴与Y轴的顶点位置，X轴有三个光电开关，Y轴有一个光电开关，其中X轴与Y轴上的各一个光电开关作为零点基准，每次完成规定的动作后，机械手9回到原点；X轴上的另两个光电开关是为了检测到蛋盘是否已由机械手9取出，当蛋盘经过光电开关时，升降平台10开始运动，运送到指定的检测处。单片机1-1采用STC89C4051型单片机。

机械手9由勾手和传送带组成，即X步进电机6控制勾手，Y步进电机7控制传送带，步进电机是将脉冲信号转化为角位移或线位移的控制元件，主要分为三种类型：反应式、永磁式和混合式。电机的停转只取决于脉冲信号的脉冲数与频率，与负载无关，当电机驱动器接收到单片机发出的信号时，它就会驱动步进电机按照一定的方向运行一定的步数。本实用新型升降平台10和机械手9的步进电机采用两相四线制，12V直流电压供电，步距角1.8°，半步方式工作时步距角为0.9°，电压为12V。本实用新型选用ULN2003A芯片，ULN2003A芯片是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN复合晶体管组成，可以用来驱动步进电机。

因为步进电机的步距角度比较大而且在运行的过程中转动时稳定性较差，所以在步进电机运动时使用一-二相励磁方式，在这种运行方式下，单片机每发出一个脉冲信号，通过功率放大后，步进电机就会旋转半步，这样的励磁方式能够让步进电机运行时平稳，本实用新型步进电机是利用低电平来驱动的，根据ULN2003A芯片的特点，需要单片机1-1控制口输出高电平，才能驱动步进电机不停的转动，只需要将励磁信号反方向发出，就可以使步进电机反转。

此次步进电机的控制采用半闭环控制，由单片机1-1发出信号，驱动电路在控制信号下控制步进电机运动，使用光电编码器作为反馈元件，安装在各个步进电机的末端，可以将步进电机的旋转信号转换为方波，在经过放大电路后，将方波数量记录传给单片机1-1。单片机1-1可以查询计数器的数值来推断出步进电机的转数和转速。

单片机1-1输出的信号不足以使步进电机正常工作，需要一个放大电路来对单片机1-1的信号进行放大从而能够驱动步进电机。因此选用ULN2003A芯片作为信号放大芯片。ULN2003A是一个7路反向器电路，当输入端为高电平时输出端为低电平，反之输入为低电平时输出为高电平。本实用新型使用两片ULN2003A芯片驱动三个步进电机。

单片机1-1控制步进电机的具体电路如图3所示，K1、K2、K3是芯片与单片机1-1的接口。控制X步进电机6和Y步进电机7分别由单片机P2口低四位和高四位控制，接两片ULN2003A的输出端口OUT1～OUT4和OUT3～OUT6，Z部件电机8由单片机P1口低四位控制，分别连接两片ULN2003A的OUT6、OUT7、OUT1、OUT2输出端口。电路中电源模块2由12V直流开关电源提供。由于ULN2003A芯片是通过电流来使其工作，因此需要在输出端接上三组上拉电阻R3～R6、R7～R10、R11～R14。

本实用新型采用光电编码器作为反馈元件，运行时步进电动机控制系统中的光电编码器的输出反馈给控制电路，控制电路根据反馈的输出调整步进电动机的角度。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲、数字量或模拟量信号输出的传感器。利用它可以实现角度、直线位移、转速等模拟物理量的测量。根据信号原理，编码器可以分为增量式编码器、绝对式编码器和混合式编码器。根据检测原理来分，编码器可以分为光学式、感应式和电容式等。本次设计采用增量式光电编码器，TRD-SH系列，分辨率为10～2500（脉冲/转），输出形式为NPN开路集电极输出，线驱动器输出。

如图4所示，当蛋盘通过升降台时，此时蛋盘挡住光线并把部分光线反射回来，受光器就接到信号，给单片机1-1一个信号，SIG与单片机P3.4口相连，电路上电后，当蛋盘进过时，就会把发射管发射的光线反射回来，接收到信号后，SIG由高电平变为低电平。单片机1-1检测到P3.4口电平变化，此时，单片机1-1将发出信号，驱动机械手9或升降平台10。本实用新型的光电开关3选择漫反射式光电开关传感器，电源电压为DC.6-36DC输出方式:NPN常开。

红外测距传感器4具有一对红外信号发射与接收二极管，利用的红外测距传感器LDM301发射出一束红外光，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收信号，红外测距传感器4非线性输出，GP2Y0D02YK（数字输出）探测范围80cm。

如图5所示，步进电机在转动时，难免会出现电机堵转或过负载等情况，在电路设计方面可以加装断路器，这样在堵转和过载可以自我保护，使电路断开，不至于烧坏电机。当电机突然掉电时，为了保护装置，需要一个自锁电路，普通步进电机断电不会自锁，上电才会自锁，要实现断电自锁，需在步进电机尾部加装一个抱闸装置，并且并联在步进装置的电路上，电机上电时，抱闸也上电，当断电时，刹车释放紧紧抱住电机轴。在运行时，机械手9有可能超出预定的范围，为了防止运行时越界，在工作台末端安装接近开关，通过单片机1-1读取接近开关的信号。

Claims (4)

1.一种蛋盘自动装卸机控制系统，其特征在于：该系统包括控制器（1）、电源模块（2）、多个光电开关（3）、红外测距传感器（4）、步进电机驱动模块（5）、X步进电机（6）、Y步进电机（7）、Z步进电机（8）、机械手（9）、升降平台（10）和键盘（11）；

所述控制器（1）分别与电源模块（2）、多个光电开关（3）、红外测距传感器（4）、步进电机驱动模块（5）和键盘（11）相连接；所述步进电机驱动模块（5）分别与X步进电机（6）、Y步进电机（7）和Z步进电机（8）相连接；所述X步进电机（6）和Y步进电机（7）分别与机械手（9）相连接；所述Z步进电机（8）连接升降平台（10）；

还包括掉电保护模块（12），所述掉电保护模块（12）与控制器（1）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种蛋盘自动装卸机控制系统，其特征在于：所述控制器（1）包括单片机（1-1）、驱动模块（1-2）、检测模块（1-3）和反馈模块（1-4）；所述单片机（1-1）分别与驱动模块（1-2）、检测模块（1-3）和反馈模块（1-4）相连接。

3.根据权利要求1所述的一种蛋盘自动装卸机控制系统，其特征在于：光电开关（3）为四个，分别安装在升降平台（10）的X轴与Y轴的顶点位置，X轴有三个光电开关，Y轴有一个光电开关，其中X轴与Y轴上的各一个光电开关作为零点基准，每次完成规定的动作后，机械手（9）回到原点；X轴上的另两个光电开关是为了检测到蛋盘是否已由机械手（9）取出，当蛋盘经过光电开关时，升降平台（10）开始运动，运送到指定的检测处。

4.根据权利要求2所述的一种蛋盘自动装卸机控制系统，其特征在于：所述单片机（1-1）采用STC89C4051型单片机。