一種基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手及搬運(yùn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手及搬運(yùn)方法，包括上位機(jī)、第一~第二直線智能氣缸、壓控智能氣缸，其中，直線智能氣缸包括帶有活塞的磁性氣缸、電磁閥、磁性傳感器和控制模塊；壓控智能氣缸包括真空發(fā)生器、真空吸盤、壓力傳感器、電磁閥和控制模塊；控制模塊包括控制單元、串口、信號(hào)采集單元、無(wú)線通訊單元、驅(qū)動(dòng)單元和繼電器。搬運(yùn)方法將搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作時(shí)序以輸入輸出關(guān)系通過(guò)狀態(tài)表的方式表示，機(jī)械手在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)獲取的輸入狀態(tài)的信息查找并輸出對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)進(jìn)而控制磁性氣缸的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的搬運(yùn)功能，本發(fā)明設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)械手功能可靈活配置，可應(yīng)用于不同場(chǎng)合。
【專利說(shuō)明】
一種基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手及搬運(yùn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手及搬運(yùn)方法，屬于智能汽缸技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械手是社會(huì)發(fā)展與科技進(jìn)步的產(chǎn)物。一方面，機(jī)械手可以替代部分甚至全部的人力操作，解放了勞動(dòng)力，便于生產(chǎn)的工業(yè)化；另一方面，機(jī)械手可以克服高溫、高壓、污染性、放射性等惡劣工作條件進(jìn)行作業(yè)，特別是在一些危險(xiǎn)性大的行業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。因此，機(jī)械手適合現(xiàn)代化的生產(chǎn)趨勢(shì)，具有較強(qiáng)的生命力。
[0003]機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其中氣壓傳動(dòng)在加工制造業(yè)領(lǐng)域越來(lái)越受到人們的重視。一方面，氣動(dòng)技術(shù)是被譽(yù)為工業(yè)自動(dòng)化的“肌肉”的傳動(dòng)與控制技術(shù)，隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，氣動(dòng)技術(shù)也以工程實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)在不斷創(chuàng)新；另一方面，氣動(dòng)技術(shù)作為“廉價(jià)的自動(dòng)化技術(shù)”，其元器件性能不斷提高，生產(chǎn)成本也不斷降低。因此氣動(dòng)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)械手應(yīng)用在各行各業(yè)，有噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、裝卸載機(jī)器人等等。這些機(jī)器人一旦定型之后，按照存在的控制程序、運(yùn)動(dòng)軌跡和工藝要求模擬人手的部分動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。但是，這些機(jī)械手都具有固定的場(chǎng)合，其功能往往較單一。因此研究一種能夠根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合靈活配置功能的機(jī)械手至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手及搬運(yùn)方法，該搬運(yùn)機(jī)械手能夠根據(jù)實(shí)際需要，基于智能氣缸實(shí)現(xiàn)可自由配置，功能比較靈活。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
一種基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手，包括上位機(jī)、第一?第二直線智能氣缸、壓控智能氣缸，所述第一?第二直線智能氣缸和壓控智能氣缸分別與上位機(jī)連接，且第一直線智能氣缸的連桿與第二直線智能氣缸的缸體連接，第二直線智能氣缸的連桿與壓控智能氣缸的缸體連接。
[0007]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述第一、第二直線智能氣缸均包括磁性氣缸、控制模塊、第一?第四電磁閥、第一?第二磁性傳感器，所述第一?第四電磁閥中，每個(gè)電磁閥的電路與控制模塊連接，氣路與磁性氣缸連接，第一?第二磁性傳感器分別與控制模塊連接，且第一?第二磁性傳感器分別設(shè)置于磁性氣缸兩端。
[0008]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述壓控智能氣缸包括真空發(fā)生器、真空吸盤、壓力傳感器、第五?第六電磁閥、控制模塊，所述第五?第六電磁閥中，每個(gè)電磁閥的電路與控制模塊連接，氣路與真空發(fā)生器連接，壓力傳感器的兩端分別連接控制模塊和真空發(fā)生器，真空發(fā)生器與真空吸盤相連。
[0009]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述控制模塊包括信號(hào)采集單元、控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、繼電器、無(wú)線通訊單元和串口，所述信號(hào)采集單元、驅(qū)動(dòng)單元、無(wú)線通訊單元、串口分別與控制單元連接，驅(qū)動(dòng)單元與繼電器連接，串口與上位機(jī)連接;第一?第二直線智能氣缸中，控制模塊的信號(hào)采集單元分別與第一?第二磁性傳感器連接，控制模塊的繼電器分別與第一?第四電磁閥連接;壓控智能氣缸中，控制模塊的信號(hào)采集單元分別與第五?第六電磁閥連接，控制模塊的繼電器與壓力傳感器連接。
[0010]—種搬運(yùn)方法，利用如上所述基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟:
步驟1，利用上位機(jī)編寫搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作流程表及每個(gè)動(dòng)作對(duì)應(yīng)工作的智能氣缸，通過(guò)串口將各智能氣缸要做的動(dòng)作及流程次序，發(fā)送到對(duì)應(yīng)的控制單元并存儲(chǔ)起來(lái)；
步驟2，當(dāng)搬運(yùn)機(jī)械手啟動(dòng)后，各智能氣缸的控制單元讀取存儲(chǔ)的第一個(gè)流程動(dòng)作，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)繼電器，進(jìn)而控制各智能氣缸對(duì)應(yīng)的電磁閥動(dòng)作，使搬運(yùn)機(jī)械手到達(dá)初始位置；
步驟3，各智能氣缸的控制單元查找是否存儲(chǔ)有第二個(gè)流程動(dòng)作，如果有，則進(jìn)行步驟4，否則，不工作；
步驟4，該智能氣缸的控制單元將當(dāng)前流程動(dòng)作轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)繼電器，進(jìn)而控制對(duì)應(yīng)的電磁閥使智能氣缸動(dòng)作；
步驟5，若步驟4的智能氣缸為直線智能氣缸，當(dāng)直線智能氣缸的活塞到達(dá)磁性傳感器位置，磁性傳感器接通并產(chǎn)生電信號(hào)，信號(hào)采集單元采集該電信號(hào)并傳送到控制單元，控制單元輸出信號(hào)使電磁閥失電;若步驟4的智能氣缸為壓控智能氣缸，壓力傳感器測(cè)量真空吸盤內(nèi)的壓力值，并經(jīng)信號(hào)采集單元傳送至控制單元，控制單元判斷壓力值達(dá)到測(cè)定值時(shí)，輸出信號(hào)使電磁閥失電；
步驟6，當(dāng)前工作的智能氣缸通過(guò)無(wú)線通訊單元向其他智能氣缸發(fā)送進(jìn)行下一個(gè)流程工作的指令，其他智能氣缸收到指令后，查找是否存儲(chǔ)有下一個(gè)流程工作，如果有，則進(jìn)行步驟4，否則，不工作；
步驟7，重復(fù)步驟4-步驟6，直至完成最后一個(gè)流程動(dòng)作。
[0011]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
本發(fā)明將搬運(yùn)機(jī)械手的功能模塊化，每個(gè)功能模塊由單獨(dú)的控制單元進(jìn)行控制。利用狀態(tài)表的特性，即輸入輸出的關(guān)系對(duì)應(yīng)，將搬運(yùn)機(jī)械手的工作流程用狀態(tài)表的形式表示出來(lái)。當(dāng)用戶需要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手功能時(shí)，通過(guò)上位機(jī)設(shè)置機(jī)械手工作流程并配置到各個(gè)智能氣缸。因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)械手，適合批量生產(chǎn)，降低成本，能夠在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明中直線智能氣缸結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明中壓控智能氣缸結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中，I為空氣壓縮機(jī)，2為控制模塊，3為消聲器，4、5、6、7、11、12均為電磁閥，8、9均為磁性傳感器，10為磁性氣缸，13為壓力傳感器，14為真空發(fā)生器，15為真空吸盤，16、17均為直線智能氣缸，18為壓控智能氣缸，19為上位機(jī)，201為信號(hào)采集單元，202為控制單元，203為驅(qū)動(dòng)單元，204為繼電器，205為無(wú)線通訊單元，206為串口。
[0016]圖4是本發(fā)明基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手的上位機(jī)界面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0018]如圖1所示，基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手，包括上位機(jī)19，直線智能氣缸16、17和壓控智能氣缸18。直線智能氣缸16的連桿和直線智能氣缸17的缸體相連，壓控智能氣缸18的缸體和直線智能氣缸17的連桿相連。
[0019 ]如圖2所示，直線智能氣缸包括帶有活塞的磁性氣缸1，電磁閥4、5、6、7，磁性傳感器8、9，控制模塊2，空氣壓縮機(jī)I以及消聲器3;其中電磁閥4、5、6、7和磁性傳感器8、9與控制模塊2相連，控制模塊2通過(guò)串口 206與上位機(jī)19相連，電磁閥4、5、6、7與磁性氣缸10相連，磁性傳感器8、9安裝在磁性氣缸10的兩端。
[0020]如圖3所示，壓控智能氣缸包括真空發(fā)生器14、真空吸盤15、壓力傳感器13、電磁閥
11、12和控制模塊2、空氣壓縮機(jī)I以及消聲器3;其中電磁閥11、12和壓力傳感器13與控制模塊2相連，控制模塊2通過(guò)串口206與上位機(jī)19相連，電磁閥11、12和真空吸盤15與真空發(fā)生器14相連。
[0021]控制模塊2包括信號(hào)采集單元201、控制單元202、驅(qū)動(dòng)單元203、繼電器204、無(wú)線通訊單元205以及串口 206。圖2中的磁性傳感器8、9與信號(hào)采集單元201相連，圖3中的壓力傳感器13與信號(hào)采集單元201相連，信號(hào)采集單元201、驅(qū)動(dòng)單元203、無(wú)線通訊單元205和串口206分別與控制單元202相連，圖2中的繼電器204與電磁閥4、5、6、7相連，圖3中的繼電器204與電磁閥11、12相連，繼電器204與驅(qū)動(dòng)單元203相連。
[0022]如圖4所示，基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手的狀態(tài)表配置界面，由上位機(jī)19編寫完成，通過(guò)串口 206發(fā)送到各個(gè)智能氣缸的控制模塊2。
[0023]本發(fā)明提供的基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手工作原理包括以下步驟:
1)根據(jù)實(shí)際需要組裝三個(gè)智能氣缸形成搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，連接好氣路，進(jìn)氣口接空氣壓縮機(jī)，排氣口經(jīng)消聲器接入大氣；
2)利用上位機(jī)編寫搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作狀態(tài)表；
3)上位機(jī)通過(guò)串口將各個(gè)智能氣缸的狀態(tài)表發(fā)送到控制模塊并存儲(chǔ)到模塊內(nèi)部存儲(chǔ)單元中；
4)獲取啟動(dòng)信號(hào)后，各個(gè)智能氣缸的控制單元讀取存儲(chǔ)的狀態(tài)表的第一個(gè)動(dòng)作，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)繼電器，進(jìn)而控制直線智能氣缸的電磁閥和壓控智能氣缸的電磁閥使搬運(yùn)機(jī)械手回到初始位置；
5)各個(gè)智能氣缸的控制單元根據(jù)輸入狀態(tài)查找存儲(chǔ)的狀態(tài)表判斷當(dāng)前流程動(dòng)作是否存在，不存在轉(zhuǎn)至9);
6)當(dāng)前流程動(dòng)作存在，控制單元將當(dāng)前流程動(dòng)作信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)繼電器，進(jìn)而控制直線智能氣缸的電磁閥和壓控智能氣缸的電磁閥使磁性氣缸動(dòng)作；
7)直線智能氣缸的活塞到達(dá)指定位置，磁性傳感器接通產(chǎn)生電信號(hào)經(jīng)信號(hào)采集單元輸入到控制單元，控制單元輸出信號(hào)使電磁閥失電；壓控智能氣缸利用壓力傳感器測(cè)量真空吸盤內(nèi)的壓力經(jīng)信號(hào)采集單元輸入到控制單元，當(dāng)壓力達(dá)到測(cè)定值時(shí)，控制單元輸出信號(hào)使電磁閥失電；
8)控制單元設(shè)置無(wú)線通訊單元為發(fā)送模式，向剩余智能氣缸發(fā)送下一流程信息；
9)控制單元設(shè)置無(wú)線通訊單元為接收模式，等待接收其他智能氣缸發(fā)送的信息，接收到的信息即為輸入狀態(tài)；
10)重復(fù)5)至9)，直至搬運(yùn)工作結(jié)束。
[0024]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手，其特征在于，包括上位機(jī)(19)、第一?第二直線智能氣缸(16)?(17)、壓控智能氣缸(18)，所述第一?第二直線智能氣缸(16)?(17)和壓控智能氣缸(18)分別與上位機(jī)(19)連接，且第一直線智能氣缸(16)的連桿與第二直線智能氣缸(17)的缸體連接，第二直線智能氣缸(17)的連桿與壓控智能氣缸(18)的缸體連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手，其特征在于，所述第一、第二直線智能氣缸(16)、( 17)均包括磁性氣缸(1)、控制模塊(2)、第一?第四電磁閥(4)?(7)、第一?第二磁性傳感器(8)?(9)，所述第一?第四電磁閥(4)?(7)中，每個(gè)電磁閥的電路與控制模塊(2)連接，氣路與磁性氣缸(10)連接，第一?第二磁性傳感器(8)?(9)分別與控制模塊(2)連接，且第一?第二磁性傳感器(8)?(9)分別設(shè)置于磁性氣缸(10)兩端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手，其特征在于，所述壓控智能氣缸(18)包括真空發(fā)生器(14)、真空吸盤(15)、壓力傳感器(13)、第五?第六電磁閥(I I)?(12 )、控制模塊(2 )，所述第五?第六電磁閥(11)?(12)中，每個(gè)電磁閥的電路與控制模塊(2)連接，氣路與真空發(fā)生器(14)連接，壓力傳感器(13)的兩端分別連接控制模塊(2)和真空發(fā)生器(14)，真空發(fā)生器(14)與真空吸盤(15)相連。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手，其特征在于，所述控制模塊(2)包括信號(hào)采集單元(201)、控制單元(202)、驅(qū)動(dòng)單元(203)、繼電器(204)、無(wú)線通訊單元(205)和串口(206)，所述信號(hào)采集單元(201)、驅(qū)動(dòng)單元(203)、無(wú)線通訊單元(205)、串口(206)分別與控制單元(202)連接，驅(qū)動(dòng)單元(203)與繼電器(204)連接，串口(206)與上位機(jī)(19)連接;第一?第二直線智能氣缸(16)?(17)中，控制模塊(2)的信號(hào)采集單元(201)分別與第一?第二磁性傳感器(8)?(9)連接，控制模塊(2)的繼電器(204)分別與第一?第四電磁閥(4)?(7)連接;壓控智能氣缸(18)中，控制模塊(2)的信號(hào)采集單元(201)分別與第五?第六電磁閥(11)?(12)連接，控制模塊(2)的繼電器(204)與壓力傳感器(13)連接。5.—種搬運(yùn)方法，利用權(quán)利要求4所述基于智能氣缸的功能可配置搬運(yùn)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I，利用上位機(jī)編寫搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作流程表及每個(gè)動(dòng)作對(duì)應(yīng)工作的智能氣缸，通過(guò)串口將各智能氣缸要做的動(dòng)作及流程次序，發(fā)送到對(duì)應(yīng)的控制單元并存儲(chǔ)起來(lái)； 步驟2，當(dāng)搬運(yùn)機(jī)械手啟動(dòng)后，各智能氣缸的控制單元讀取存儲(chǔ)的第一個(gè)流程動(dòng)作，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)繼電器，進(jìn)而控制各智能氣缸對(duì)應(yīng)的電磁閥動(dòng)作，使搬運(yùn)機(jī)械手到達(dá)初始位置； 步驟3，各智能氣缸的控制單元查找是否存儲(chǔ)有第二個(gè)流程動(dòng)作，如果有，則進(jìn)行步驟.4，否則，不工作； 步驟4，該智能氣缸的控制單元將當(dāng)前流程動(dòng)作轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)繼電器，進(jìn)而控制對(duì)應(yīng)的電磁閥使智能氣缸動(dòng)作； 步驟5，若步驟4的智能氣缸為直線智能氣缸，當(dāng)直線智能氣缸的活塞到達(dá)磁性傳感器位置，磁性傳感器接通并產(chǎn)生電信號(hào)，信號(hào)采集單元采集該電信號(hào)并傳送到控制單元，控制單元輸出信號(hào)使電磁閥失電;若步驟4的智能氣缸為壓控智能氣缸，壓力傳感器測(cè)量真空吸盤內(nèi)的壓力值，并經(jīng)信號(hào)采集單元傳送至控制單元，控制單元判斷壓力值達(dá)到測(cè)定值時(shí)，輸出信號(hào)使電磁閥失電； 步驟6，當(dāng)前工作的智能氣缸通過(guò)無(wú)線通訊單元向其他智能氣缸發(fā)送進(jìn)行下一個(gè)流程工作的指令，其他智能氣缸收到指令后，查找是否存儲(chǔ)有下一個(gè)流程工作，如果有，則進(jìn)行步驟4，否則，不工作； 步驟7，重復(fù)步驟4-步驟6，直至完成最后一個(gè)流程動(dòng)作。
【文檔編號(hào)】B25J9/14GK105904453SQ201610256540
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】姚恩濤, 姜寧, 曾九玉, 夾尚遠(yuǎn), 嚴(yán)罡, 鄒華章, 彭媛寧
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)