[实用新型]四自由度柔性工业取料机械手控制系统

说明书

技术领域

本实用新型属于工业机器人控制技术领域，特别基于嵌入式系统的四自由度柔性工业取料机械手控制系统。

背景技术

目前在各种不同的工业企业中，比如注塑行业，铸件行业等，经常有工件等需要搬运，特别是各种零件在机电、日用品、五金中占很大比例(70％以上)，但目前绝大多数是采用手工取料，从而引发了大量的工伤事故。据报导，全国每年至少冲掉5万只手指。而最有效的安全生产措施，是在冲床上采用取料机械手取代人工取料去进行上下料操作。机械手不但可以实现安全操作，也提高了产品质量(避免人工送料、取料时因疲劳往往送料、取料不准等)。就像人手对于人的重要性一样，柔性机械手是送料、取料系统的关键部件。

工业机械手相对来说夹持机构控制器较多，对位置的要求比较容易实现。而一只真正的操作机械手，要有较好的柔性处理技术，因此这只机械手的手指灵活性要求越来越高，且有更多的适应性和更多的灵巧性。通用的机械手按照抓取的功能可以分为两大类：一类是具有多种抓取功能的通用机械手，最典型代表就是多指灵巧手；另一类是满足特定抓取任务的专用夹持器。多指灵巧手在结构上和人手很相像，可以完成像拿鸡蛋、弹钢琴、端杯子、拿扇子之类的轻巧动作，但负载能力差、驱动元件多，控制复杂。专用夹持器可以完成像写字、拧螺丝刀、搬运重物之类大负载的动作，并且控制简单，但形状适应能力差，缺乏灵活性。对于用在工业环境的自动取料机械手系统主要是在上述机械手的基础上针对特定的应用场合采用丝杠、丝杆结构来实现动作，同时具有多轴联动功能，自动吸附功能。

实用新型内容

本实用新型的目的是：克服现有技术的不足之处，利用嵌入式技术，设计一种基于嵌入式系统的四自由度柔性工业取料机械手控制系统，使其既能完成送料、取料，又具有比较高的定位精度，比较好的稳定性和适应性。

实现本实用新型目的的方案是：一种四自由度柔性工业取料机械手控制系统，包括微处理器控制模块、气动控制模块、信号反相模块、继电器驱动模块、编码器信号调理模块和横移电机；所述微处理器控制模块负责控制整个系统，其控制指令经信号反相模块后传给继电器驱动模块；所述继电器驱动模块驱动气动控制模块；所述气动控制模块负责控制四自由度柔性工业取料机械手引拔方向、竖直方向、旋转方向的运动以及对工件的吸放；所述横移电机负责控制四自由度柔性工业取料机械手横移方向的运动，并通过编码器信号调理模块将位置信息反馈给微处理器控制模块。

所述气动控制模块包括引拔汽缸、竖直汽缸、旋转汽缸、磁性开关、单向节流阀、二位五通电磁阀、真空发生器组件和吸盘；引拔汽缸、竖直汽缸、旋转汽缸分别采用磁性开关实现中间位置的控制，分别由二位五通电磁阀控制汽缸，分别由单向节流阀控制汽缸速度；真空发生器组件采用带缓冲的垂直真空口连接吸盘。

所述引拔汽缸和竖直汽缸的运动行程为600mm，中间行程可调；所述旋转汽缸运动行程为100mm，可以旋转90度；所述真空发生器组件所需真空度为0.125Mpa。

四自由度柔性工业取料机械手控制系统所述引拔汽缸、竖直汽缸均为CP95SDB50-600-Y59AL，旋转汽缸的型号为CP95SDB50-100-Y59AL；所述真空发生器组件内置真空过滤器、消声器、真空发生器用空气供给阀、真空破坏阀和真空用压力开关，型号为ZM101M-Q5。

四自由度柔性工业取料机械手控制系统所述微处理器控制模块采用AVR嵌入式8位微处理器ATMEGE128为主控芯片。

四自由度柔性工业取料机械手控制系统还包括变频器；所述继电器驱动模块驱动气动控制模块电磁阀继电器信号、变频器接口信号以及对输入信号进行光电隔离；气动控制模块的电磁阀继电器信号以及变频器的接口信号经光耦芯片TLP521输入功率放大芯片ULN2003，功率放大芯片ULN2003的输出接入继电器线圈的低电平输入端；输入信号与光耦芯片TLP521相接，然后接入微处理器控制模块的输入口。

所述编码器信号调理模块负责旋转编码器输出信号的滤波；编码器输出经过2级滤波，编码器信号输出为集电极开路输出，接入上拉电阻，第一级A、B、Z三路编码器信号与高速光耦芯片6N137输入相接，输出再经过一级滤波，与施密特触发器741s14相接，信号输出接入微处理器控制模块，编码器采用5线旋转式增量编码器，型号为E6BECWZ6C1000P/R。