CN211761534U - 一种三轴桁架机械手系统和一种三轴桁架机械手控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种三轴桁架机械手系统和一种三轴桁架机械手控制系统，三轴桁架机械手系统包括三轴桁架机械手和控制系统，控制系统包括人机交互界面、待抓取物品到位检测器、控制器、待抓取物品运动位置检测器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器和抓取机构驱动器。待抓取物品到位检测器检测到待抓取物品到位后，待抓取物品运动位置检测器检测待抓取物品的位置，控制器控制X轴驱动电机、Y轴驱动电机和Z轴驱动电机运行，带动抓取机构运动至待抓取物品的位置上方，抓取待抓取物品，然后移动到指定位置。全过程都实现了自动化操作，从而代替了人工搬运，提高了生产效率，同时也降低了工作的劳动强度和企业的生产经营成本。

Description

一种三轴桁架机械手系统和一种三轴桁架机械手控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种三轴桁架机械手系统和一种三轴桁架机械手控制系统。

背景技术

目前，绝大多数钢包以及中间包都装上了滑动水口系统。滑板砖是滑动水口的关键组成部分，是直接控制钢水、决定滑动水口功能的部件。滑板砖的制造工艺与以前的耐火材料不同，它具有钢水注入功能和流量调整功能，滑板砖的制造除了混炼、成型、烧成、检查这些工序以外，还有滑动面的机械加工，安装加工及外部整体调整工序。因为滑板砖属于大件盘类不规则易碎工件，因此现有的耐火搬砖生产工厂里边耐火滑板砖的码垛及运输主要靠人力来实现，费时费力效率低下，增加了工人的劳动强度，且企业需要雇佣较多的搬运工人，也增加了企业的生产经营成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种三轴桁架机械手系统和一种三轴桁架机械手控制系统，用以解决人力运输的效率比较低的问题。

为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：一种三轴桁架机械手系统，包括：三轴桁架机械手以及控制系统；

所述三轴桁架机械手包括三轴桁架机械手本体、X轴驱动电机、Y轴驱动电机、Z轴驱动电机和抓取机构；

所述控制系统包括人机交互界面、待抓取物品到位检测器、控制器、待抓取物品运动位置检测器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器和用于驱动所述抓取机构的抓取机构驱动器；

所述待抓取物品到位检测器和待抓取物品运动位置检测器的信号输出端连接所述控制器的信号输入端；所述控制器的信号输出端连接所述X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器和抓取机构驱动器；所述控制器的通信端与所述人机交互界面相连接，实现与人机交互界面进行交互；

所述X轴电机驱动器连接所述X轴驱动电机，所述Y轴电机驱动器连接所述Y轴驱动电机，所述Z轴电机驱动器连接所述Z轴驱动电机，所述抓取机构驱动器连接所述抓取机构。

可选地，所述三轴桁架机械手本体包括机架、X轴组件、Y轴组件和Z轴组件，所述X轴组件安装在所述机架上，所述Y轴组件可移动安装在所述X轴组件上，所述Z轴组件可移动安装在所述Y轴组件上，所述抓取机构可移动安装在所述Z轴组件上，所述X轴驱动电机用于驱动所述Y轴组件在所述X轴组件上移动，所述Y轴驱动电机用于驱动所述Z轴组件在所述Y轴组件上移动，所述Z轴驱动电机用于驱动所述抓取机构在所述Z轴组件上移动。

可选地，所述控制器采用西门子S7-1500系列 CPU 1515-2PN型PLC。

可选地，所述待抓取物品到位检测器为光电传感器。

可选地，所述待抓取物品运动位置检测器为工业相机。

可选地，所述工业相机采用固高Kestrel智能相机。

可选地，所述X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器均采用雷赛MA860C型电机驱动器。

可选地，所述人机交互界面采用西门子SMART 700 IE V3型触摸屏。

可选地，所述抓取机构驱动器为气动电磁换向阀，所述抓取机构为夹爪。

一种三轴桁架机械手控制系统，包括人机交互界面、待抓取物品到位检测器、控制器、待抓取物品运动位置检测器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器和抓取机构驱动器；

所述待抓取物品到位检测器和待抓取物品运动位置检测器的信号输出端连接所述控制器的信号输入端；所述控制器的信号输出端连接所述X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器和抓取机构驱动器；所述控制器的通信端与所述人机交互界面相连接，实现与人机交互界面进行交互；

所述X轴电机驱动器用于连接三轴桁架机械手中的X轴驱动电机，以驱动所述X轴驱动电机；所述Y轴电机驱动器用于连接三轴桁架机械手中的Y轴驱动电机，以驱动所述Y轴驱动电机；所述Z轴电机驱动器用于连接三轴桁架机械手中的Z轴驱动电机，以驱动所述Z轴驱动电机；所述抓取机构驱动器用于连接三轴桁架机械手中的抓取机构，以驱动连接所述抓取机构。

本实用新型的有益效果为：通过人机交互界面可以进行启动控制，待抓取物品到位检测器检测到待抓取物品到位后，还可以结合待抓取物品运动位置检测器检测到的待抓取物品的位置，控制器通过控制X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器和Z轴电机驱动器来驱动X轴驱动电机、Y轴驱动电机和Z轴驱动电机，带动抓取机构运行至待抓取物品的位置上方，驱动抓取机构动作，抓取机构抓取待抓取物品，并通过控制X轴驱动电机、Y轴驱动电机和Z轴驱动电机带动抓取机构运行，移动到指定位置，释放待抓取物品。然后抓取机构回到起始位置，等待抓取下一个待抓取物品。该三轴桁架机械手系统是通过机械设备进行自动化操作，无需人力介入，代替了人工搬运，提高了生产效率，同时也降低了工作的劳动强度和企业的生产经营成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍：

图1是本实用新型的三轴桁架机械手的结构图；

图2是本实用新型的三轴桁架机械手控制系统的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图1、2和具体实施例对本实用新型的技术方案做出进一步的说明。

三轴桁架机械手系统实施例：

本实施例提供一种三轴桁架机械手系统，三轴桁架机械手系统用于搬运耐火滑板砖，则耐火滑板砖就是待抓取物品。三轴桁架机械手系统包括两部分，分别是三轴桁架机械手和三轴桁架机械手控制系统。

如图1所示，三轴桁架机械手包括三轴桁架机械手本体、X轴驱动电机5、Y轴驱动电机6、Z轴驱动电机7和抓取机构8。

三轴桁架机械手本体是一种比较常用的设备，目前的结构种类由很多种，本实施例提供一种具体的结构，如图1所示，三轴桁架机械手本体包括机架1、X轴组件2、Y轴组件3和Z轴组件4，X轴组件2安装在机架1上，Y轴组件3可移动安装在X轴组件2上，Z轴组件4可移动安装在Y轴组件3上，抓取机构8可移动安装在Z轴组件4上。X轴驱动电机5用于驱动Y轴组件在X轴组件2上移动，Y轴驱动电机6用于驱动Z轴组件4在Y轴组件3上移动，Z轴驱动电机7用于驱动抓取机构8在Z轴组件4上移动。X轴驱动电机5、Y轴驱动电机6和Z轴驱动电机7就能够驱动抓取机构8分别沿X、Y、Z方向移动。本实施例中，X轴驱动电机5、Y轴驱动电机6和Z轴驱动电机7均为步进电机。

如图2所示，控制系统包括人机交互界面9、控制器10、待抓取物品到位检测器11、待抓取物品运动位置检测器12、X轴电机驱动器13、Y轴电机驱动器14、Z轴电机驱动器15和抓取机构驱动器16。

其中，在工作时，所有的控制命令和参数设置都可以通过人机交互界面9完成，并且，开机前，可以先通过人机交互界面9设置步进电机速度、待搬运耐火滑板砖的数量等参数，并通过人机交互界面9发出启动命令。当然，人机交互界面9还可以实现相关数据的显示功能。本实施例中，为了提高控制可靠性以及参数设置稳定性，人机交互界面9采用西门子SMART 700 IE V3型触摸屏。

控制器10为三轴桁架机械手系统的控制核心和数据处理核心，可以为常规的控制芯片，比如单片机或者PLC，本实施例中，控制器10为PLC，并且，采用西门子S7-1500系列CPU 1515-2PN型PLC，能够提升控制可靠性。

待抓取物品到位检测器11用于检测耐火滑板砖是否到位，即是否到抓取位置。本实施例中，待抓取物品到位检测器11为光电传感器，当耐火滑板砖没有到位时，光电传感器没有被遮挡，输出高电平信号；当耐火滑板砖到位时，光电传感器被遮挡，输出低电平信号。作为其他的实施方式，待抓取物品到位检测器11还可以为其他种类的检测器，比如接近开关，耐火滑板砖是否到位决定着接近开关的开关状态，则通过检测接近开关的开关状态来检测耐火滑板砖是否到位。

待抓取物品运动位置检测器12用于检测耐火滑板砖的位置，以得到位置坐标，本实施例中，待抓取物品运动位置检测器12为工业相机，通过采集耐火滑板砖的图像得到其位置，进一步地，工业相机采用固高Kestrel智能相机，固高Kestrel智能相机即视觉图像采集和视觉图像处理为一体的高速相机，具备高性能的图像处理能力，能够提升耐火滑板砖的位置的识别准确性，使得快速准确地得到耐火滑板砖的位置。待抓取物品运动位置检测器12可以在进行抓取前检测待抓取物品的位置，并输出给控制器10，还可以在抓取前不检测待抓取物品的位置，而是在待抓取物品被抓取后的运输过程中实时监控待抓取物品的位置变化以及运行轨迹的采集。作为其他的实施方式，待抓取物品运动位置检测器12还可以采用其他类型的检测设备，比如包括多个设置在不同位置的雷达，通过雷达检测耐火滑板砖位置。

X轴电机驱动器13连接X轴驱动电机5，Y轴电机驱动器14连接Y轴驱动电机6，Z轴电机驱动器15连接Z轴驱动电机7，X轴电机驱动器13用于驱动X轴驱动电机5，Y轴电机驱动器14用于驱动Y轴驱动电机6，Z轴电机驱动器15用于驱动Z轴驱动电机7。X轴电机驱动器13、Y轴电机驱动器14和Z轴电机驱动器15均为步进电机驱动器，本实施例中，为了提高电机驱动的可靠性和稳定性，X轴电机驱动器13、Y轴电机驱动器14和Z轴电机驱动器15均采用雷赛MA860C型电机驱动器。

抓取机构驱动器16连接抓取机构8，抓取机构驱动器16用于驱动抓取机构8动作，本实施例中，抓取机构驱动器16为气动电磁换向阀，抓取机构8为夹爪。通过控制气动电磁换向阀的换向实现夹爪的抓取和释放。

待抓取物品到位检测器11和待抓取物品运动位置检测器12的信号输出端连接控制器10的信号输入端，控制器10的信号输出端连接X轴电机驱动器13、Y轴电机驱动器14、Z轴电机驱动器15和抓取机构驱动器16，控制器10的通信端与人机交互界面9相连接，实现与人机交互界面进行交互。控制器10就PLC而言，其通信端口中可以集成有2个以太网通信端口，一个以太网通信端口和人机交互界面9通讯，实现人机交互；另一个以太网通讯接口和待抓取物品运动位置检测器12通信，实现待抓取搬运的耐火滑板砖的位置坐标的采集和传输。因此，虽然待抓取物品运动位置检测器12的信号输出端连接控制器10的信号输入端，但是，实际上，控制器10还可以向待抓取物品运动位置检测器12输出控制信号，以控制待抓取物品运动位置检测器12何时进行数据采集。

另外，该三轴桁架机械手系统可由交流电通过整流之后进行供电。

在工作时，所有的控制命令和参数设置都通过人机交互界面9完成，而且，开机前，先通过人机交互界面9设置X轴驱动电机5、Y轴驱动电机6和Z轴驱动电机7的速度、待搬运耐火滑板砖的数量等参数，通过人机交互界面9发出启动命令。光电传感器检测到耐火滑板砖到位后，PLC控制工业相机开始采集图像，确定耐火滑板砖的位置坐标，并传送到PLC，PLC通过X轴电机驱动器13、Y轴电机驱动器14和Z轴电机驱动器15驱动X轴驱动电机5、Y轴驱动电机6和Z轴驱动电机7移动夹爪到待抓取搬运的耐火滑板砖的上方。然后，PLC控制气动电磁换向阀改变气体方向，夹爪将耐火滑板砖夹起，移动到指定位置码放堆垛整齐，完成一个耐火滑板砖的搬运码垛。然后，控制夹爪回到起始位置，等待抓取下一个耐火滑板砖。

该三轴桁架机械手系统实现了耐火滑板砖搬运的自动化控制，提高了生产效率的同时，也降低了工作的劳动强度和企业的生产经营成本。

需要说明的是，本申请保护的是三轴桁架机械手系统的硬件结构，不包括其中涉及到的具体控制过程，该具体控制过程可以采用常规的控制过程。或者，在生产时只生产该三轴桁架机械手系统的硬件结构，本申请也只保护该硬件结构，而其中的具体控制过程可以由下游的厂家专门负责。综上，本申请保护的是三轴桁架机械手系统的硬件结构，不局限于具体控制过程，也不受具体控制过程的约束。

三轴桁架机械手控制系统实施例：

本实施例提供一种三轴桁架机械手控制系统，该控制系统的结构以及运行过程在上述三轴桁架机械手系统实施例中已进行了详细地描述，不再赘述。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本实用新型的技术方案，任何对本实用新型进行的等同替换及不脱离本实用新型精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型权利要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种三轴桁架机械手系统，其特征在于，包括：三轴桁架机械手以及控制系统；

所述三轴桁架机械手包括三轴桁架机械手本体、X轴驱动电机、Y轴驱动电机、Z轴驱动电机和抓取机构；

所述控制系统包括人机交互界面、待抓取物品到位检测器、控制器、待抓取物品运动位置检测器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器和用于驱动所述抓取机构的抓取机构驱动器；

所述待抓取物品到位检测器和待抓取物品运动位置检测器的信号输出端连接所述控制器的信号输入端；所述控制器的信号输出端连接所述X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器和抓取机构驱动器；所述控制器的通信端与所述人机交互界面相连接，实现与人机交互界面进行交互；

所述X轴电机驱动器连接所述X轴驱动电机，所述Y轴电机驱动器连接所述Y轴驱动电机，所述Z轴电机驱动器连接所述Z轴驱动电机，所述抓取机构驱动器连接所述抓取机构。

2.根据权利要求1所述的三轴桁架机械手系统，其特征在于，所述三轴桁架机械手本体包括机架、X轴组件、Y轴组件和Z轴组件，所述X轴组件安装在所述机架上，所述Y轴组件可移动安装在所述X轴组件上，所述Z轴组件可移动安装在所述Y轴组件上，所述抓取机构可移动安装在所述Z轴组件上，所述X轴驱动电机用于驱动所述Y轴组件在所述X轴组件上移动，所述Y轴驱动电机用于驱动所述Z轴组件在所述Y轴组件上移动，所述Z轴驱动电机用于驱动所述抓取机构在所述Z轴组件上移动。

3.根据权利要求1所述的三轴桁架机械手系统，其特征在于，所述控制器采用西门子S7-1500系列 CPU 1515-2PN型PLC。

4.根据权利要求1所述的三轴桁架机械手系统，其特征在于，所述待抓取物品到位检测器为光电传感器。

5.根据权利要求1所述的三轴桁架机械手系统，其特征在于，所述待抓取物品运动位置检测器为工业相机。

6.根据权利要求5所述的三轴桁架机械手系统，其特征在于，所述工业相机采用固高Kestrel智能相机。

7.根据权利要求1所述的三轴桁架机械手系统，其特征在于，所述X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器均采用雷赛MA860C型电机驱动器。

8.根据权利要求1所述的三轴桁架机械手系统，其特征在于，所述人机交互界面采用西门子SMART 700 IE V3型触摸屏。

9.根据权利要求1所述的三轴桁架机械手系统，其特征在于，所述抓取机构驱动器为气动电磁换向阀，所述抓取机构为夹爪。

10.一种三轴桁架机械手控制系统，其特征在于，包括人机交互界面、待抓取物品到位检测器、控制器、待抓取物品运动位置检测器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器和抓取机构驱动器；

所述待抓取物品到位检测器和待抓取物品运动位置检测器的信号输出端连接所述控制器的信号输入端；所述控制器的信号输出端连接所述X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、Z轴电机驱动器和抓取机构驱动器；所述控制器的通信端与所述人机交互界面相连接，实现与人机交互界面进行交互；

所述X轴电机驱动器用于连接三轴桁架机械手中的X轴驱动电机，以驱动所述X轴驱动电机；所述Y轴电机驱动器用于连接三轴桁架机械手中的Y轴驱动电机，以驱动所述Y轴驱动电机；所述Z轴电机驱动器用于连接三轴桁架机械手中的Z轴驱动电机，以驱动所述Z轴驱动电机；所述抓取机构驱动器用于连接三轴桁架机械手中的抓取机构，以驱动连接所述抓取机构。

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