本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械手臂系統(tǒng)，具體涉及一種工業(yè)自動(dòng)下料機(jī)械手臂系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

作為工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，近幾十年，機(jī)械手臂高速發(fā)展。其優(yōu)點(diǎn)是可編程控制，按照人們的預(yù)想完成各種各樣的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上擁有機(jī)器和人的各自特點(diǎn)，特別體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)上。機(jī)械手臂具有準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力。在國民經(jīng)濟(jì)與人們的日常生活中擁有廣闊的發(fā)展前景。自動(dòng)化的發(fā)展，在減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率。但是在加工的部分工序，比如上下料，仍然采用人工操作或者傳統(tǒng)的繼電器半自動(dòng)化裝置。相比自動(dòng)化控制，人工操作費(fèi)時(shí)、效率低，傳統(tǒng)的繼電器電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，抗干擾性差，并且維修困難。

機(jī)械手臂擁有多個(gè)自由度，具有自動(dòng)定位的功能，并且可根據(jù)實(shí)際需要編程程序的多功能機(jī)器裝置，在不同的工作環(huán)境中完成搬運(yùn)工作。其通常由五部分構(gòu)成，分別為控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，涉及機(jī)械學(xué)、電氣學(xué)、力學(xué)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等，是一門綜合性很強(qiáng)的技術(shù)。

機(jī)械手臂應(yīng)用于生產(chǎn)，可提高自動(dòng)化水平、提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。機(jī)械手臂可代替工人做些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時(shí)間作業(yè)以及危險(xiǎn)、環(huán)境惡劣下的工作，例如壓力鑄造、熱處理、焊接、涂料、機(jī)械加工或者簡單裝配工序上，以及在對易碎品或者對人體有害物料的搬運(yùn)或者工藝操作。越來越廣泛用于交通運(yùn)輸業(yè)、輕工業(yè)等生活生產(chǎn)領(lǐng)域。

此外，在一些新興產(chǎn)業(yè)如半導(dǎo)體生產(chǎn)、太陽能產(chǎn)業(yè)，對于生產(chǎn)環(huán)境要非?？量?，不允許一點(diǎn)污染，因此在運(yùn)輸中，應(yīng)盡量避免人手搬運(yùn)。易于維護(hù)、自由度容易擴(kuò)展、具有較高靈活度的機(jī)械手臂能夠使生產(chǎn)效率更高，降低成產(chǎn)成本。在控制上，要求運(yùn)用適用的算法使其實(shí)現(xiàn)更高的定位精度，并且穩(wěn)定性高、易于修改控制程序、具有良好的擴(kuò)展性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種反應(yīng)速度快，定位精度高，抗干擾能力強(qiáng)，兼容性好的基于Kinetis K60工業(yè)自動(dòng)下料機(jī)械手臂系統(tǒng)。

本實(shí)用新型按以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種工業(yè)自動(dòng)下料機(jī)械手臂系統(tǒng)，包括電源模塊、控制器、檢測模塊、執(zhí)行模塊，所述檢測模塊包括紅外模塊，所述紅外模塊由發(fā)射管、接收管和紅外電路組成，所述發(fā)射管和接收管分別位于下料傳輸帶的兩側(cè)；所述控制器由控制芯片、復(fù)位電路、晶振電路和RC電路組成，所述控制芯片分別與復(fù)位電路、晶振電路和RC電路相連；所述執(zhí)行模塊包括步進(jìn)電機(jī)和機(jī)械手，所述步進(jìn)電機(jī)位于下料傳輸帶上的導(dǎo)軌一端，帶動(dòng)下料傳輸帶傳輸，所述機(jī)械手位于下料傳輸帶的末端且由六個(gè)舵機(jī)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)的夾取物件。

優(yōu)選的是，所述紅外模塊中的數(shù)字信號線與控制器的GPIO口相連接，當(dāng)無物件到達(dá)指定位置，反饋信號為0，當(dāng)有物件到達(dá)指定位置，反饋信號為1，實(shí)現(xiàn)物件的自動(dòng)檢測。

優(yōu)選的是，所述步進(jìn)電機(jī)與紅外模塊中的檢測信號線相連接，當(dāng)有紅外模塊反饋信號為0，步進(jìn)電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)有紅外模塊反饋信號為1，步進(jìn)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。

優(yōu)選的是，所述機(jī)械手與紅外模塊中的反饋信號線相對應(yīng)，當(dāng)紅外模塊反饋信號為0，機(jī)械手處于初始狀態(tài)，當(dāng)紅外模塊反饋信號為1，機(jī)械手夾取物件。

優(yōu)選的是，所述控制器采用Kinetis K60DN512ZVLQ10控制器。

優(yōu)選的是，所述步進(jìn)電機(jī)采用42系列步進(jìn)電機(jī)。

優(yōu)選的是，所述機(jī)械手由六個(gè)RB-150MG伺服舵機(jī)組成。

本實(shí)用新型有益效果：

1、當(dāng)模塊檢測到前方有障礙物時(shí)信號時(shí)，電路板上綠色指示燈點(diǎn)亮電平，同時(shí)OUT端口持續(xù)輸出低電平信號，該模塊檢測距離2-30cm，檢測角度35度，檢測距離可以通過電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，順時(shí)針調(diào)節(jié)電位器，檢測的距離增加；逆時(shí)針調(diào)節(jié)電位器，檢測的距離減少；

2、傳感器主動(dòng)紅外線反射探測，因此目標(biāo)的反射率和形狀是探測距離的關(guān)鍵，其中黑色探測距離最小，白色距離大；小面積物體距離小，大面積距離大；

3、傳感器模塊輸出端OUT可直接與控制器IO口連接即可，也可以直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)5V繼電器；

4、采用Kinetis K60DN512ZVLQ10控制器，基于ARM Cortex-M4內(nèi)核，具有超強(qiáng)可擴(kuò)展性的低功耗、混合信號微控制器，包含超過兩百種器件，具有豐富的IO口，處理速度快；

5、采用RB-150MG伺服舵機(jī)，內(nèi)部采用直流有刷空心杯電機(jī)，內(nèi)部采用無鐵轉(zhuǎn)子，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、激活制動(dòng)響應(yīng)速度快、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、自適應(yīng)能力強(qiáng)、電磁干擾少等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)框圖；

圖2為紅外模塊電路圖；

圖中：1—電源模塊，2—控制器，2-1—控制芯片，2-2—復(fù)位電路，2-3—晶振電路，2-4—RC電路，3—檢測模塊，4—執(zhí)行模塊，5—紅外模塊，5-1—發(fā)射管，5-2—接收管，5-3—紅外電路，6—步進(jìn)電機(jī)，7—機(jī)械手。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

如圖1、圖2所示，一種工業(yè)自動(dòng)下料機(jī)械手臂系統(tǒng)，包括電源模塊1、控制器2、檢測模塊3、執(zhí)行模塊4，檢測模塊3包括紅外模塊5，紅外模塊5由發(fā)射管5-1、接收管5-2和紅外電路5-3組成，發(fā)射管5-1和接收管5-2分別位于下料傳輸帶的兩側(cè)；控制器2由控制芯片2-1、復(fù)位電路2-2、晶振電路2-3和RC電路2-4組成，控制芯片2-1分別與復(fù)位電路2-2、晶振電路2-3和RC電路2-4相連；執(zhí)行模塊4包括步進(jìn)電機(jī)6和機(jī)械手7，步進(jìn)電機(jī)6位于下料傳輸帶上的導(dǎo)軌一端，帶動(dòng)下料傳輸帶傳輸，機(jī)械手7位于下料傳輸帶的末端且由六個(gè)舵機(jī)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)的夾取物件。

紅外模塊5中的數(shù)字信號線與控制器2的GPIO口相連接，當(dāng)無物件到達(dá)指定位置，反饋信號為0，當(dāng)有物件到達(dá)指定位置，反饋信號為1，實(shí)現(xiàn)物件的自動(dòng)檢測。該模塊對光線適應(yīng)能力較強(qiáng)，發(fā)射管5-1射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測方向遇到障礙后，紅外反射回來被接收管5-2接收，經(jīng)過比較器處理之后，綠色指示燈會(huì)亮，同時(shí)信號輸出接口輸出數(shù)字信號?？赏ㄟ^電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測距離，有效距離范圍2-3cm，工作電壓為3.3V-5V，具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點(diǎn)，廣泛用于避障小車、機(jī)器人避障、流水線計(jì)數(shù)、以及黑白線循跡等多種場合。該模塊具有以下優(yōu)點(diǎn)：a、當(dāng)模塊檢測到前方有障礙物時(shí)信號時(shí)，電路板上綠色指示燈點(diǎn)亮電平，同時(shí)OUT端口持續(xù)輸出低電平信號，該模塊檢測距離2-30cm，檢測角度35度，檢測距離可以通過電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，順時(shí)針調(diào)節(jié)電位器，檢測的距離增加；逆時(shí)針調(diào)節(jié)電位器，檢測的距離減少；b、傳感器主動(dòng)紅外線反射探測，因此目標(biāo)的反射率和形狀是探測距離的關(guān)鍵。其中黑色探測距離最小，白色距離大；小面積物體距離小，大面積距離大；c、傳感器模塊輸出端OUT可直接與單片機(jī)IO口連接即可，也可以直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)5V繼電器；d、比較器采用LM393，工作穩(wěn)定；e、可采用3-5V直流電源對其供電，當(dāng)電源接通時(shí)，紅色指示燈點(diǎn)亮。

步進(jìn)電機(jī)6與紅外模塊5中的檢測信號線相連接，當(dāng)有紅外模塊5反饋信號為0，步進(jìn)電機(jī)6使能，當(dāng)有紅外模塊5反饋信號為1，步進(jìn)電機(jī)6不使能。步進(jìn)電機(jī)6采用42步進(jìn)電機(jī)。該種電機(jī)的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅(qū)動(dòng)器后，步距角減少為0.9°，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后其步距角可細(xì)分達(dá)256倍(0.007°/微步)。驅(qū)動(dòng)器采用TB6560步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器是一款具有高穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾性的經(jīng)濟(jì)型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，適用于各種工業(yè)控制環(huán)境。該驅(qū)動(dòng)器主要用于驅(qū)動(dòng)35、39、 42、57型4、6、8線兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。其細(xì)分?jǐn)?shù)有4種，最大16細(xì)分；其驅(qū)動(dòng)電流范圍為0.3A－3A，輸出電流共有14檔，電流的分辨率約為0.2A；具有自動(dòng)半流，低壓關(guān)斷、過流保護(hù)和過熱停車功能，適合各種大型自動(dòng)化設(shè)備。

機(jī)械手7與紅外模塊5中的反饋信號線相對應(yīng)，當(dāng)紅外模塊5反饋信號為0，機(jī)械手7處于初始狀態(tài)，當(dāng)紅外模塊5反饋信號為1，機(jī)械手7夾取物件。機(jī)械手7由六個(gè)RB-150MG伺服舵機(jī)組成。RB-150MG是奧松機(jī)器人推出的一代全金屬大扭矩大轉(zhuǎn)角大范圍的機(jī)器人專用伺服舵機(jī)，內(nèi)部采用直流有刷空心杯電機(jī)，內(nèi)部采用無鐵轉(zhuǎn)子，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、激活制動(dòng)響應(yīng)速度快、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、自適應(yīng)能力強(qiáng)、電磁干擾少等優(yōu)點(diǎn)，與同功率的鐵芯電機(jī)相比體積小、重量輕；舵機(jī)反饋電位器采用導(dǎo)電塑料電位器；電機(jī)控制集成電路采用數(shù)字芯片與功率開關(guān)組成H橋電路，電壓控制雙極性驅(qū)動(dòng)方式具有反應(yīng)速度更快、無反應(yīng)區(qū)范圍小、定位精度高、抗干擾能力強(qiáng)兼容性好等特點(diǎn)。

控制器2采用Kinetis K60DN512ZVLQ10控制器。Kinetis K60DN512ZVLQ10控制器工作電壓為3.3V，紅外模塊工作電壓為5V，TB6560步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作電壓為12V，信號端口需接入3.3V電壓與5V電壓，伺服電機(jī)工作電壓為5V。電源只能提供12V直流電源，故需要穩(wěn)壓電路輸出需要的電壓。AMS1117是正向低壓降穩(wěn)壓器，內(nèi)部帶有集成過熱保護(hù)和限流電路，是電池供電和便攜式計(jì)算機(jī)供電的最佳選擇，輸入電壓最大為15V，滿足要求。