CN103231367B - 一种单轴运动控制实训装置及上下料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单轴运动控制实训装置及上下料方法，该装置包括实验台、上下料机构、用于检测样件位置的检测机构、及控制机构，检测机构与所述控制机构电连接，所述上下料机构的下方对应设置有用于放置样件的支架，所述支架至少为两个；该装置通过设置控制机构驱动机械手运行，将样件由前一支架移动至后一支架，通过设置检测机构，便于机械手对样件的拾取并精确定位，该装置结构简单，操作方便、灵活，具有高可靠性、高速度、高精度等特征，可用于长期教学使用无需维护，使用成本较低，便于学生充分的了解机器人的工作原理及各机构部件的选择、设计，提高学生在机电系统方面的设计、装配及调试能力。

Description

一种单轴运动控制实训装置及上下料方法

技术领域

本发明属于机器人实训教育技术领域，具体涉及一种单轴运动控制实训装置及上下料方法。

背景技术

直角坐标机器人是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。其工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。单轴控制搬运机器人则是基础的一种直角坐标机器人，主要用于完成沿单个轴上的线性运动。

直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。特别适用于多品种、大批量的柔性化作业，对于稳定提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。随着直角坐标机器人的应用越来越广泛，机器人技术应用教学工作日益显得重要，而目前国内机器人技术教学还处于一个未普及阶段，基础性的教学实验平台仍需不断丰富。

工业上应用的直角坐标机器人一般体积较大，结构及计算机编程较为复杂，不利于在教学中使用，无法使得学员准确的掌握直角坐标机器人的工作原理及结构部件的选用。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种单轴运动控制实训装置，结构简单、操作方便，便于实际教学使用，使学生充分的了解机器人的工作原理及各机构部件的选择、设计，以提高学生在机电系统方面的设计、装配及调试能力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种单轴运动控制实训装置及上下料方法，该装置结构简单、操作方便，便于实际教学使用，使学生充分的了解机器人的工作原理及各机构部件的选择、设计，以达到提高学生在机电系统方面的设计、装配及调试能力的目的。

根据本发明的目的提出的一种单轴运动控制实训装置，包括实验台、位于所述实验台上的上下料机构及控制所述上下料机构运行的控制机构，所述上下料机构的下方对应设置有用于放置样件的支架，所述支架至少为两个；

所述上下料机构包括机架、设置于所述机架上可前后移动的机械手，以及带动所述机械手移动的驱动机构；

所述实训装置还包括用于检测样件位置的检测机构，所述检测机构与所述控制机构电连接，通过检测机构将样件的位置信号传递给控制机构，控制机构控制机械手运行，由支架上拾取样件并带动样件移动后放置于另一支架上。

优选的，所述机械手包括气动执行机构以及连接于所述气动执行机构下端的真空吸附头。

优选的，所述气动执行机构为气缸，所述气缸两端设置有用于检测气缸运行情况的磁性传感器，所述磁性传感器与所述控制机构电连接，所述控制机构根据气缸运行情况控制所述真空吸附头的通断。

优选的，所述驱动机构包括步进电机、联轴器、与所述联轴器传动连接的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上设置有滑块，所述滑块与所述滚珠丝杠的连接处设置有滚珠丝杠丝母，所述机械手固定连接于所述滑块的一侧。

优选的，所述机架上与所述滚珠丝杠平行设置有至少一根导向光轴，所述滑块上与所述导向光轴连接处设置有直线轴承。

优选的，所述检测机构包括位于所述支架上用于检测样件存在与否的漫反射传感器。

优选的，所述检测机构还包括设置于所述机架上用于检测定位所述机械手的传感器，所述传感器与所述各支架对应设置。

优选的，所述机架的两端还设置有用于限定所述机械手移动行程的微动开关。

优选的，所述控制机构为PLC控制器。

一种单轴运动上下料方法，采用所述的单轴运动控制实训装置，具体操作步骤如下：

（一）、通过漫反射传感器检测支架上是否存在实验样件，并将信息传递给控制机构，控制机构纪录相应信息；

（二）、检测完成后，控制机构根据检测信号控制步进电机运转，步进电机通过联轴器带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠丝母在滑块与导向光轴的作用下，将滚珠丝杠的旋转运动转换为滑块沿滚珠丝杠轴线作直线运动，使得滑块带动机械手移动至样件所在支架相对应的传感器处，传感器将信号传递给控制机构，控制机构控制步进电机停止；

（三）、控制机构控制气动执行机构运行，气缸带动真空吸附头下移至设定位置，磁性传感器检测到气缸到位后，将信号传递给控制机构，控制机构控制打开真空吸附开关，真空吸附头通电拾取样件，后气缸上移复位；

（四）、控制机构控制步进电机继续运转，带动机械手前移至下一传感器位置处，步进电机停止运转；

（五）、控制机构控制气动执行机构运行，气缸带动真空吸附头下移至设定位置，磁性传感器检测到气缸到位后，将信号传递给控制机构，控制机构控制断开真空吸附开关，真空吸附头将样件放置于支架上，后气缸上移复位，如此循环操作；

（六）、最后步进电机带动机械手复位至初始位置。

与现有技术相比，本发明公开的单轴运动控制实训装置及上下料方法的优点是：该装置通过设置控制机构驱动机械手运行，将样件由前一支架移动至后一支架，通过设置检测机构，便于机械手对样件的拾取并精确定位，该装置结构简单，操作方便、灵活，具有高可靠性、高速度、高精度等特征，可用于长期教学使用无需维护，使用成本较低，便于学生充分的了解机器人的工作原理及各机构部件的选择、设计，提高学生在机电系统方面的设计、装配及调试能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种单轴运动控制实训装置的结构示意图。

图2为本发明公开的上下料机构的立体图。

图3为本发明公开的上下料机构的后视图。

图4为本发明公开的支架的结构示意图。

图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：

1、实验台2、上下料机构3、控制机构4、按钮控制单元5、支架6、漫反射传感器

21、机架22、机械手23、驱动机构24、气缸25、真空吸附头26、磁性传感器27、步进电机28、联轴器29、滚珠丝杠30、滑块31、滚珠丝杠丝母32、导向光轴33、直线轴承34、光电传感器35、微动开关36、拉手

具体实施方式

随着直角坐标机器人的应用越来越广泛，机器人技术应用教学工作日益显得重要，而目前国内机器人技术教学还处于一个未普及阶段，基础性的教学实验平台仍需不断丰富。且工业上应用的直角坐标机器人一般体积较大，结构及计算机编程较为复杂，不利于在教学中使用，无法使得学员准确的掌握直角坐标机器人的工作原理及结构部件的选用。

本发明针对现有技术中的不足，本发明提供了一种单轴运动控制实训装置及上下料方法，该装置结构简单、操作方便，便于实际教学使用，使学生充分的了解机器人的工作原理及各机构部件的选择、设计，以达到提高学生在机电系统方面的设计、装配及调试能力的目的。

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请一并参见图1至图4，图1为本发明公开的一种单轴运动控制实训装置的结构示意图。图2为本发明公开的上下料机构的立体图。图3为本发明公开的上下料机构的后视图。图4为本发明公开的支架的结构示意图。如图所示，一种单轴运动控制实训装置，包括实验台1、位于实验台1上的上下料机构2及控制上下料机构2运行的控制机构3，控制机构3的一侧设置有按钮控制单元4，上下料机构2的下方对应设置有用于放置样件的支架5，支架5至少为两个。

上下料机构2包括机架21、设置于机架21上可前后移动的机械手22，以及带动机械手22移动的驱动机构23；通过驱动机构23带动机械手前后移动将样件由前一工位移送至下一工位，实现样件的直线输送。

其中，驱动机构包括步进电机27、联轴器28、与联轴器28传动连接的滚珠丝杠29，滚珠丝杠29上设置有滑块30，滑块30与滚珠丝杠29的连接处设置有滚珠丝杠丝母31，机械手22固定连接于滑块30的一侧。滚珠丝杠丝母在滑块的作用下，将滚珠丝杠的旋转运动转换为滑块沿滚珠丝杠轴线作直线运动。

此外，驱动机构还可为电动推杆或气缸等，可实现滑块的直线运动即可，具体实施方式在此不做限制。

实训装置还包括用于检测样件位置的检测机构，检测机构与控制机构3电连接，通过检测机构将样件的位置信号传递给控制机构3，控制机构控制机械手22运行，由支架上拾取样件并带动样件移动后放置于另一支架21上。

机械手22包括气动执行机构以及连接于气动执行机构下端的真空吸附头25。气动执行机构为气缸24，气缸两端设置有用于检测气缸运行情况的磁性传感器26，用于检测气缸伸缩是否到位，磁性传感器26与控制机构3电连接，控制机构3根据气缸运行情况控制真空吸附头的通断。

机架21上与滚珠丝杠29平行设置有至少一根导向光轴32，滑块30上与导向光轴32的连接处设置有直线轴承33。通过设置导向光轴对滑块的直线移动进行导向，避免滑块出现偏转等问题，保证机械手位置的准确性。其中导向光轴可为1、2或多根，具体数量根据使用需要而定，在此不做限制。

检测机构包括位于支架5上用于检测样件存在与否的漫反射传感器6。漫反射传感器6与控制机构3电连接，通过漫反射传感器6检测样件并将信号传递给控制机构，控制机构可确定哪个支架上设置有样件，便于后续驱动机械手移动至对应位置处。

检测机构还包括设置于机架21上用于检测定位机械手22的传感器，传感器与各支架对应设置，通过在机架上设置与支架对应的传感器，当确定样件所在的支架后，控制机构可控制机械手移动，到达样件所在支架所对应的传感器处停止移动对样件进行下一步的拾取工作。其中传感器为光电传感器34或压力传感器或位移传感器等，具体不做限制。

机架21的两端还设置有用于限定机械手22移动行程的微动开关35。微动开关35与控制机构电连接，机械手移动至微动开关处时，控制机构控制步进电机停止，避免出现机械手移动超出设定行程与机架产生碰撞等问题，避免出现装置的损坏。

其中，控制机构为PLC控制器。灵敏度及精度均较高。

实验台采用优质铝型材搭建，且实验台1两端还设置有拉手36，方便实验与运输。

一种单轴运动上下料方法，采用单轴运动控制实训装置，具体操作步骤如下：

（一）、通过漫反射传感器26检测支架5上是否存在实验样件，并将信息传递给控制机构，控制机构纪录相应信息；用以确定样件所在的位置，以便于控制驱动机构带动机械手移动拾取样件。

（二）、检测完成后，控制机构根据检测信号控制步进电机运转，步进电机通过联轴器带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠丝母在滑块与导向光轴的作用下，将滚珠丝杠的旋转运动转换为滑块沿滚珠丝杠轴线作直线运动，使得滑块带动机械手移动至样件所在支架相对应的传感器处，传感器将信号传递给控制机构，控制机构控制步进电机停止。

（三）、控制机构控制气动执行机构运行，气缸24带动真空吸附头25下移至设定位置，磁性传感器26检测到气缸到位后，将信号传递给控制机构3，控制机构控制打开真空吸附开关，真空吸附头通电拾取样件，后气缸上移复位。

（四）、控制机构控制步进电机继续运转，带动机械手22前移至下一传感器位置处，步进电机停止运转。

（五）、控制机构控制气动执行机构运行，气缸24带动真空吸附头25下移至设定位置，磁性传感器26检测到气缸到位后，将信号传递给控制机构3，控制机构控制断开真空吸附开关，真空吸附头将样件放置于支架上，后气缸上移复位，如此循环操作。

（六）、最后步进电机带动机械手复位至初始位置。

本发明公开了一种单轴运动控制实训装置及上下料方法，该装置通过设置控制机构驱动机械手运行，将样件由前一支架移动至后一支架，通过设置检测机构，便于机械手对样件的拾取并精确定位。该装置结构简单，体积较小，操作方便、灵活，具有高可靠性、高速度、高精度等特征，可用于长期教学使用无需维护，使用成本较低，便于学生充分的了解机器人的工作原理及各机构部件的选择、设计，提高学生在机电系统方面的设计、装配及调试能力。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种单轴运动控制实训装置，其特征在于，包括实验台、位于所述实验台上的上下料机构及控制所述上下料机构运行的控制机构，所述上下料机构的下方对应设置有用于放置样件的支架，所述支架至少为两个；

所述上下料机构包括机架、设置于所述机架上可前后移动的机械手，以及带动所述机械手移动的驱动机构；

所述实训装置还包括用于检测样件位置的检测机构，所述检测机构与所述控制机构电连接，通过检测机构将样件的位置信号传递给控制机构，控制机构控制机械手运行，由支架上拾取样件并带动样件移动后放置于另一支架上；

所述机械手包括气动执行机构，所述气动执行机构两端设置有用于检测气动执行机构运行情况的磁性传感器；

所述驱动机构包括步进电机、联轴器、与所述联轴器传动连接的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上设置有滑块，所述滑块与所述滚珠丝杠的连接处设置有滚珠丝杠丝母，所述机械手固定连接于所述滑块的一侧。

2.如权利要求1所述的单轴运动控制实训装置，其特征在于，所述机械手包括气动执行机构以及连接于所述气动执行机构下端的真空吸附头。

3.如权利要求2所述的单轴运动控制实训装置，其特征在于，所述气动执行机构为气缸，所述气缸两端设置有用于检测气缸运行情况的磁性传感器，所述磁性传感器与所述控制机构电连接，所述控制机构根据气缸运行情况控制所述真空吸附头的通断。

4.如权利要求1所述的单轴运动控制实训装置，其特征在于，所述机架上与所述滚珠丝杠平行设置有至少一根导向光轴，所述滑块上与所述导向光轴连接处设置有直线轴承。

5.如权利要求1所述的单轴运动控制实训装置，其特征在于，所述检测机构包括位于所述支架上用于检测样件存在与否的漫反射传感器。

6.如权利要求5所述的单轴运动控制实训装置，其特征在于，所述检测机构还包括设置于所述机架上用于检测定位所述机械手的传感器，所述传感器与各所述支架对应设置。

7.如权利要求1所述的单轴运动控制实训装置，其特征在于，所述机架的两端还设置有用于限定所述机械手移动行程的微动开关。

8.如权利要求1所述的单轴运动控制实训装置，其特征在于，所述控制机构为PLC控制器。

9.一种单轴运动上下料方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的单轴运动控制实训装置，具体操作步骤如下：

(一)、通过漫反射传感器检测支架上是否存在实验样件，并将信息传递给控制机构，控制机构纪录相应信息；

(二)、检测完成后，控制机构根据检测信号控制步进电机运转，步进电机通过联轴器带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠丝母在滑块与导向光轴的作用下，将滚珠丝杠的旋转运动转换为滑块沿滚珠丝杠轴线作直线运动，使得滑块带动机械手移动至样件所在支架相对应的传感器处，传感器将信号传递给控制机构，控制机构控制步进电机停止；

(三)、控制机构控制气动执行机构运行，气缸带动真空吸附头下移至设定位置，磁性传感器检测到气缸到位后，将信号传递给控制机构，控制机构控制打开真空吸附开关，真空吸附头通电拾取样件，后气缸上移复位；

(四)、控制机构控制步进电机继续运转，带动机械手前移至下一传感器位置处，步进电机停止运转；

(五)、控制机构控制气动执行机构运行，气缸带动真空吸附头下移至设定位置，磁性传感器检测到气缸到位后，将信号传递给控制机构，控制机构控制断开真空吸附开关，真空吸附头将样件放置于支架上，后气缸上移复位，如此循环操作；

(六)、最后步进电机带动机械手复位至初始位置。