專利名稱：四自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，具體是一種四自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)系 統(tǒng)，采用運(yùn)動(dòng)控制器同時(shí)控制四個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。
技術(shù)背景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制類、智能化和自動(dòng)化產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代， 推動(dòng)了社會(huì)進(jìn)步，加快了科技的進(jìn)程。同時(shí)隨著社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)分工越來(lái) 越細(xì)，生產(chǎn)率也在不斷提高，機(jī)械手(機(jī)器人)應(yīng)運(yùn)而生，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中越 來(lái)越多的使用機(jī)械手(機(jī)器人)已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)。為了能讓學(xué)生在走出 校門之前就對(duì)機(jī)械手(機(jī)器人)有比較深的了解和應(yīng)用，培養(yǎng)機(jī)械手(機(jī)器 人)設(shè)計(jì)和操作人才也成為了機(jī)械手(機(jī)器人)發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)，于是這 種面向教學(xué)研究，旨在培養(yǎng)機(jī)械手(機(jī)器人)方面人才的教學(xué)機(jī)械手也就產(chǎn) 生了。它可以應(yīng)用于《自動(dòng)控制原理》，《運(yùn)動(dòng)控制》，《機(jī)電傳動(dòng)與控制》，《機(jī) 電一體化系統(tǒng)》，《傳感器檢測(cè)與應(yīng)用》和《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》等課程的實(shí)驗(yàn) 教學(xué)和課題研究?，F(xiàn)有技術(shù)中教學(xué)上還沒有一種較完善的四自由度機(jī)械手教 學(xué)實(shí)物模型。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型提供了一種四自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下..四自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括上位PC機(jī) (預(yù)裝上位機(jī)軟件)和由其控制的四自由度機(jī)械手，所述上位PC機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng) 控制部分控制機(jī)械手的四自由度運(yùn)動(dòng)，上位PC機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制部分之間采用并 行通訊結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制部分包括運(yùn)動(dòng)控制器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)；所述 四自由度機(jī)械手包括底盤，底盤的盤面上設(shè)置驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的底盤步進(jìn)電機(jī)， 底盤上設(shè)置縱向滾珠絲杠，橫向滾珠絲杠通過(guò)滑塊設(shè)置在縱向滾珠絲杠上， 縱向滾珠絲杠的上端設(shè)置縱向滾珠絲杠步進(jìn)電機(jī)，橫向滾珠絲杠的一端設(shè)置 橫向滾珠絲杠步進(jìn)電機(jī)，橫向滾珠絲杠的另一端設(shè)置電動(dòng)手爪和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)手 爪的電動(dòng)手爪步進(jìn)電機(jī)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以通過(guò)上位機(jī)軟件的控制實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)，完成所要求的 教學(xué)實(shí)驗(yàn)。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)平臺(tái)、四自由度控制，電動(dòng)手爪的設(shè)計(jì)和動(dòng)作為系 統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供了保證。為了提高定位精度機(jī)械平臺(tái)底盤采用齒輪和軸承配合傳動(dòng)，手臂采用精度較高的滾珠絲杠傳動(dòng)。各軸的運(yùn)動(dòng)控制采用上位機(jī) 和運(yùn)動(dòng)控制部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器采用并行通訊，上位機(jī)通過(guò)軟 件把控制信號(hào)以脈沖信號(hào)和方向信號(hào)的形式傳輸給運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制部 分由運(yùn)動(dòng)控制器，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器及步進(jìn)電機(jī)組成，上位機(jī)為普通配置的PC即可。 為了能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手搬運(yùn)物體的功能，電動(dòng)手爪以DC24V為電源，接收來(lái)自 控制器和繼電器的信號(hào)，應(yīng)用電磁鐵原理完成對(duì)物體的夾緊、移動(dòng)和釋放動(dòng) 作，并且可以裝夾多種形狀的物體。整個(gè)系統(tǒng)是由底盤、滾珠絲杠和電動(dòng)手爪搭建的硬件平臺(tái)，各軸電機(jī)的 運(yùn)動(dòng)由運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出的脈沖和方向信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)器，信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器的 運(yùn)算和比較再去控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)上位機(jī)軟件程序控制單軸或多軸協(xié)調(diào) 運(yùn)動(dòng);電動(dòng)手爪的夾緊和釋放運(yùn)用了電磁鐵原理和機(jī)械工藝設(shè)計(jì)加工而成， 電動(dòng)手爪和四個(gè)軸的配合運(yùn)動(dòng)完成一系列的完整動(dòng)作。采用上述技術(shù)方案，給本實(shí)用新型帶來(lái)的有益效果是為教學(xué)中提供了 一種較完善的四自由度機(jī)械手教學(xué)實(shí)物模型，用于培養(yǎng)機(jī)械手(機(jī)器人)設(shè)
計(jì)和操作人才，它可以應(yīng)用在《自動(dòng)控制原理》、《運(yùn)動(dòng)控制》、《機(jī)電傳動(dòng)與 控制》、《機(jī)電一體化系統(tǒng)》、《傳感器檢測(cè)與應(yīng)用》和《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》等 課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課題研究；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，在教學(xué)中有利 于學(xué)生的理解和掌握。


'圖1是本實(shí)用新型的一種控制原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型機(jī)械手的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體 的說(shuō)明。實(shí)施例參看圖l，本實(shí)用新型的控制結(jié)構(gòu)包括上位PC機(jī)(預(yù)裝上位機(jī) 軟件)和由其控制的四自由度機(jī)械手，所述上位PC機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制部分控制 機(jī)械手的四自由度運(yùn)動(dòng)，上位PC機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制部分之間采用并行通訊結(jié)構(gòu)； 運(yùn)動(dòng)控制部分包括運(yùn)動(dòng)控制器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)。參看圖2，四自由度機(jī)械手包括底盤7，底盤7的盤面上設(shè)置驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng) 的底盤步進(jìn)電機(jī)6，底盤7上設(shè)置縱向滾珠絲杠2，橫向滾珠絲杠3通過(guò)滑塊 9設(shè)置在縱向滾珠絲杠2上，縱向滾珠絲杠2的上端設(shè)置縱向滾珠絲杠步進(jìn)電 機(jī)1，橫向滾珠絲杠3的一端設(shè)置橫向滾珠絲杠步進(jìn)電機(jī)8，橫向滾珠絲杠3 的另一端設(shè)置電動(dòng)手爪5和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)手爪的電動(dòng)手爪步進(jìn)電機(jī)4。手臂采用精度較高的滾珠絲杠傳動(dòng)，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以靈活運(yùn)行，性能穩(wěn) 定。整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)空間四個(gè)自由度的運(yùn)行，在本系統(tǒng)中把橫向滾珠 絲杠所在的軸定義為第1軸，把縱向滾珠絲杠所在的軸定義為第2軸，把底 盤所在的軸定義為第3軸，把電動(dòng)手爪所在的軸定義為第4軸，這四個(gè)軸加 上帶動(dòng)它們運(yùn)動(dòng)的四個(gè)步進(jìn)電機(jī)電機(jī)以及步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制器、限位開
關(guān)、電源和PC機(jī)就組成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，通過(guò)裝載本系統(tǒng)的上位機(jī)軟件，可以分別完成四個(gè)軸的點(diǎn)動(dòng)、連動(dòng)和多軸的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，通常把橫向滾珠 絲杠步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)稱為手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，把縱向滾珠絲杠步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng) 稱為手臂的升降運(yùn)動(dòng)，把底盤步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)稱為底盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，把電動(dòng) 手爪步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)稱為手爪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)都是通過(guò)軟件把命 令傳給運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器把脈沖和方向信號(hào)再給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)驅(qū) 動(dòng)器再去控制電機(jī)，電機(jī)最終把運(yùn)動(dòng)力量施加到四個(gè)軸從而完成各個(gè)軸的靈 活運(yùn)動(dòng)，為了保護(hù)系統(tǒng)，分別在四個(gè)軸的適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b了限位開關(guān)，以便 檢測(cè)和反饋位置信號(hào)，避免各軸超出其運(yùn)動(dòng)行程。電動(dòng)手爪是根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)的，它采用了電磁鐵原理和四桿機(jī)構(gòu)原理， 殼體釆用質(zhì)量輕鋼性好的硬鋁合金，并對(duì)表面進(jìn)行了發(fā)黑處理，兩個(gè)手指由表面白色氧化的硬鋁合金加工而成，手爪線圈供電電源為DC24V，運(yùn)動(dòng)控制 器控制繼電器的線圈，手爪電源通過(guò)繼電器的一對(duì)常開觸點(diǎn)控制，當(dāng)需要夾 緊物體時(shí)，上位機(jī)發(fā)出命令給運(yùn)動(dòng)控制器，這時(shí)繼電器線圏得電，常開觸點(diǎn) 閉合接通電源手爪動(dòng)作，移動(dòng)物體時(shí)這個(gè)信號(hào)處于保持狀態(tài)，到達(dá)目的地時(shí)， 運(yùn)動(dòng)控制器接到相應(yīng)的命令使手爪線圈失電，常閉觸點(diǎn)斷開從而釋放物體， 控制簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)施例僅是本實(shí)用新型較有代表性的例子。顯然， 本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，還可以有許多變形。凡是依據(jù)本實(shí)用新型的 技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬 于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種四自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括上位PC機(jī)和由其控制的四自由度機(jī)械手，其特征是在所述上位PC機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制部分控制機(jī)械手的四自由度運(yùn)動(dòng)，上位PC機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制部分之間采用并行通訊結(jié)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)控制部分包括運(yùn)動(dòng)控制器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種四自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。其上位PC機(jī)控制四自由度機(jī)械手，上位PC機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制部分控制機(jī)械手的四自由度運(yùn)動(dòng)，上位PC機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制部分之間采用并行通訊結(jié)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)控制部分包括運(yùn)動(dòng)控制器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)；四自由度機(jī)械手包括底盤，底盤的盤面上設(shè)置驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的底盤步進(jìn)電機(jī)，底盤上設(shè)置縱向滾珠絲杠，橫向滾珠絲杠通過(guò)滑塊設(shè)置在縱向滾珠絲杠上，縱向滾珠絲杠的上端設(shè)置縱向滾珠絲杠步進(jìn)電機(jī)，橫向滾珠絲杠的一端設(shè)置橫向滾珠絲杠步進(jìn)電機(jī)，橫向滾珠絲杠的另一端設(shè)置電動(dòng)手爪和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)手爪的電動(dòng)手爪步進(jìn)電機(jī)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以通過(guò)上位機(jī)軟件的控制實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)，完成所要求的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G09B25/00GK201007874SQ20062014005
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月20日
發(fā)明者姚建平, 李堅(jiān)堅(jiān), 鄭善東 申請(qǐng)人:浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司