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    三自由度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)機(jī)器人平臺(tái)技術(shù)方案

    技術(shù)編號(hào):8656423 閱讀:181 留言:0更新日期:2013-05-02 00:11
    本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種三自由度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)機(jī)器人平臺(tái),它包括有底板、支架、X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、拖鏈、平行爪手、爪指、顏色傳感器、激光傳感器、用于安放工件的托板、若干個(gè)不同顏色的工件塊、伺服電機(jī)、伺服電機(jī)控制器、障礙板、多軸運(yùn)動(dòng)控制器、計(jì)算機(jī)、觸摸屏和小型空氣壓縮機(jī)等。所述的支架安裝在底板上,X、Y、Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在支架上,Z軸下端安裝有爪手、顏色傳感器和激光傳感器。安放工件的兩塊托板固定在障礙板兩側(cè),不同顏色的工件安放于工件安放槽中。機(jī)器人通過傳感器檢測(cè)自動(dòng)抓取工件塊,繞過障礙物并按照人機(jī)界面上的顏色設(shè)置,自動(dòng)碼放到另一塊工件托板上,循環(huán)進(jìn)行。

    【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

    本專利技術(shù)涉及機(jī)電一體化的機(jī)器人
    ,尤其涉及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)器人教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置的開發(fā),包括工件的自動(dòng)識(shí)別、抓取、避障、輸送與碼放等。
    技術(shù)介紹
    機(jī)械制造是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),我國是制造業(yè)大國,但非制造業(yè)強(qiáng)國,其中一個(gè)重要原因是高級(jí)技術(shù)人才的培養(yǎng)存在一定的問題,我國現(xiàn)行的高等教育存在重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)象,事實(shí)上,實(shí)踐教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)在人才培養(yǎng)過程中占有非常重要的地位,為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高質(zhì)量的優(yōu)秀應(yīng)用型人才的目標(biāo),就必須使學(xué)生在校期間就能夠接受高質(zhì)量的工程訓(xùn)練。目前對(duì)機(jī)械制造及自動(dòng)化類學(xué)科,大多數(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本不具備模擬真實(shí)生產(chǎn)現(xiàn)場的功能,一般只能做到電動(dòng)機(jī)級(jí),雖然有些高校購入了非常昂貴的高檔設(shè)備、但這些設(shè)備又過于復(fù)雜、只能讓學(xué)生進(jìn)行認(rèn)識(shí)參觀,無法讓學(xué)生親自動(dòng)手調(diào)試與編程。
    技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
    本專利技術(shù)的目的是提供一套能夠讓學(xué)生親自動(dòng)手編程的簡單實(shí)用而原理清晰的三自由度運(yùn)動(dòng)控制機(jī)器人實(shí)訓(xùn)設(shè)備,解決上述目前教學(xué)設(shè)備的不足之處。本專利技術(shù)解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種三自由度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)機(jī)器人平臺(tái),它包括底板、龍門式支架、X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),X軸伺服電機(jī)和伺服控制器、Y軸伺服電機(jī)和伺服控制器、Z軸伺服電機(jī)和伺服控制器、拖鏈、用于安放工件的開有mXn個(gè)槽位的托板、mXn個(gè)不同顏色的工件塊、平行氣動(dòng)或電動(dòng)爪手,開有橫向鋸齒紋的爪指、顏色傳感器、若干個(gè)反射線束型激光傳感器、障礙板、多軸運(yùn)動(dòng)控制器、分布式I/O模板、計(jì)算機(jī)、觸摸屏、靜音式氣泵氣源等所述的六柱或四柱龍門式支架安裝在底板上,X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在六柱或四柱龍門式支架上,X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由并排平行的兩個(gè)軸Xl和X2組成,其中Xl軸為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),通過直線導(dǎo)軌導(dǎo)向,X2軸或與Xl軸一樣,或?yàn)闊o動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、直線導(dǎo)軌導(dǎo)向結(jié)構(gòu);在Xl軸的兩端和中間位置安裝有光電限位開關(guān),所述的Y軸為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),Y軸安裝于X1、X2移動(dòng)滑塊上,橫跨于X1、X2之間,在Y軸的兩端和中間位置安裝有光電限位開關(guān);所述的Z軸為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),Z軸垂直安裝于Y軸滑塊上,在Z軸的兩端和中間位置安裝有光電限位開關(guān);所述的平行氣動(dòng)爪手、顏色傳感器、反射型線束激光傳感器都安裝于Z軸下端,其中顏色傳感器向下照射,激光傳感器中有向下照射的,有向四周橫向照射的;所述的爪指安裝于氣爪上,爪指內(nèi)側(cè)開有橫向的鋸齒紋;所述的安放工件的托板,為開有mXn個(gè)工件安放槽的托板,mXn種不同顏色的工件可以安放于工件槽中,托板的數(shù)量為兩塊,其外形結(jié)構(gòu)相同,分別安裝于障礙板兩側(cè);所述的不同顏色的工件塊為正方形工件塊,四周外側(cè)開有鋸齒文所述的障礙板形式有多種,可以是若干個(gè)錯(cuò)開安裝的擋板組成的迷宮胡同式,也可以是若干開有不同槽寬的擋板式。所述的拖鏈為與X軸、Y軸和Z軸并行安放的塑料拖鏈,并由鋁質(zhì)拖鏈槽支撐,激光傳感器的連接導(dǎo)線、顏色傳感器的連接導(dǎo)線,伺服電機(jī)的連接電纜,光電限位開關(guān)的導(dǎo)線以及氣管通過塑料拖鏈槽被弓I出。所述的伺服電機(jī)共有3臺(tái),分別安裝于Xl軸、Y軸和Z軸的一端,每臺(tái)伺服電機(jī)通過連接電纜與各自的伺服控制器相連,伺服控制器與多軸運(yùn)動(dòng)控制器相連,多軸運(yùn)動(dòng)控制器與分布式I/O模板、計(jì)算機(jī)和觸摸屏相連,計(jì)算機(jī)上安裝有組態(tài)軟件。附圖說明圖1,本專利技術(shù)一種三自由度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)機(jī)器人平臺(tái)系統(tǒng)正面結(jié)構(gòu)示意圖圖2、本專利技術(shù)一種三自由度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)機(jī)器人平臺(tái)系統(tǒng)背面結(jié)構(gòu)示意3、Z軸下端的氣爪、爪指、傳感器、工件拾取局部結(jié)構(gòu)示意4、不同槽寬的擋板式障礙板結(jié)構(gòu)示意5、迷宮胡同式障礙板結(jié)構(gòu)示意6、電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示本專利技術(shù)一種三自由度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)機(jī)器人平臺(tái)包括底板1,、四柱或六柱龍門式支架4、X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之Xl軸10、X2軸5,Xl軸伺服電機(jī)9,Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、Y軸伺服電機(jī)12,Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6、Z軸伺服電機(jī)8、拖鏈11、15、16、平行爪手17,爪指18、爪指上開的鋸齒紋20、顏色傳感器21、反射式線束型激光傳感器22、用于安放工件的托板2、若干個(gè)不同顏色的工件塊3、工件塊上開有鋸齒紋19、擋板式障礙板13、迷宮胡同式障礙板24,多軸運(yùn)動(dòng)控制器、分布式I/O模塊、計(jì)算機(jī)、伺服控制器、觸摸屏、氣泵氣源、電磁閥、限位開關(guān)等組成。I)原點(diǎn)定位本專利技術(shù)的伺服系統(tǒng)采用的編碼器為絕對(duì)值編碼器,控制系統(tǒng)將首先回到平臺(tái)的機(jī)械原點(diǎn),所述機(jī)器人的原點(diǎn)是指X軸、Y軸及Z軸三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)原點(diǎn),其坐標(biāo)值為0,原則上坐標(biāo)原點(diǎn)可以設(shè)在系統(tǒng)有效行程的任何位置,本實(shí)施例中將坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在平臺(tái)的左前側(cè)的某點(diǎn)上,其他位置坐標(biāo)都是相對(duì)于此原點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。原點(diǎn)坐標(biāo)確定之后、工件托板上的每一個(gè)工件安放槽的坐標(biāo)值隨之確定2)工件檢測(cè)a)各個(gè)槽位上有無工件的檢測(cè)識(shí)別所采用的反射型線束激光傳感器,可以設(shè)定檢測(cè)距離閥值,也就是可以用工件托板上槽位高度值來識(shí)別槽位上有無工件,因此可以用此向下照射的激光傳感器來識(shí)別每個(gè)槽位上是否有工件。b)工件顏色的檢測(cè)識(shí)別所采用的顏色傳感器,可以識(shí)別槽位上所放工件的顏色,較佳的顏色傳感器的顏色通道為8通道或4通道,有兩種識(shí)別工件顏色的方法,一種是通過三軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng),使顏色傳感器在每個(gè)槽位的上方檢測(cè)槽位上工件的顏色,另一種是夾起工件后再識(shí)別被夾起的工件的顏色。3)工件的拾取避障定位碼放動(dòng)作的詳細(xì)說明(a)操作人員在上位計(jì)算機(jī)的人機(jī)界面上,確定好準(zhǔn)備碼放在相應(yīng)槽位上的工件的顏色,啟動(dòng)機(jī)器人;(b)機(jī)器人首先進(jìn)行原點(diǎn)定位,然后按照事先確定的插補(bǔ)軌跡運(yùn)動(dòng),通過向下的激光傳感器識(shí)別相應(yīng)工件槽位上有無工件,通過顏色傳感器識(shí)別相應(yīng)工件顏色。(C)機(jī)器人通過平行氣爪爪指夾起相應(yīng)槽位上的工件,繞過迷宮胡同式障礙板、或者穿過開有開槽的擋板式障礙板,將工件放在另一個(gè)托板上的正確的槽位上。(d)放下工件后,機(jī)器人繞過障礙板返回到原托板上方,按照順序繼續(xù)拾取工件,識(shí)別顏色,然后繞過障礙板將工件放在正確的位置上,如此反復(fù),直至工件都搬運(yùn)完畢。(e)當(dāng)工件搬運(yùn)完畢后,再按照相反的搬運(yùn)方式,將工件搬運(yùn)回原來的托板槽位上,如此反復(fù)。(f)爪指上的鋸齒紋與工件上的鋸齒紋具有定位和增加接觸摩擦力的作用,可以防止工件被抓起時(shí)前后翻動(dòng)和滑動(dòng)。(g)圖3所示的夾頭局部圖中還有若干個(gè)未被畫出的向四周照射的激光傳感器,可以用之來測(cè)量擋板的開槽寬度、迷宮擋板之間的胡同寬度等,以此來自動(dòng)判斷夾頭是否可以順利通過,為后續(xù)的學(xué)生開發(fā)更多的功能提供方便。本文檔來自技高網(wǎng)...

    【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
    一種三自由度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)機(jī)器人平臺(tái),其特征在于:它包括有底板、支架、X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、拖鏈、平行爪手,爪指、顏色傳感器、激光傳感器、用于安放工件的托板、若干個(gè)不同顏色的工件塊、伺服電機(jī)、伺服電機(jī)控制器、障礙板、多軸運(yùn)動(dòng)控制器、計(jì)算機(jī)、觸摸屏和小型空氣壓縮機(jī);所述的支架為龍門式支架,該龍門式支架上具有六個(gè)柱體或四個(gè)柱體,該龍門式支架安裝在底板上,X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在龍門式支架上;X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由并排平行的兩個(gè)軸X1和軸X2組成,其中軸X1為滾珠絲杠結(jié)構(gòu),由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),利用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向;軸X2為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)或無動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的直線導(dǎo)軌導(dǎo)向軸、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、利用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向,在軸X1的兩端和中間位置安裝有光電限位開關(guān);所述的Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于軸X1、軸X2上的移動(dòng)滑塊上,橫跨于軸X1與軸X2之間,在Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩端和中間位置安裝有光電限位開關(guān),Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)垂直安裝于Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)滑塊上,在Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩端和中間位置安裝有光電限位開關(guān);在X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一側(cè)分別安排有拖鏈,在拖鏈中安放連接導(dǎo)線氣管。...

    【技術(shù)特征摘要】
    1.一種三自由度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)機(jī)器人平臺(tái),其特征在于:它包括有底板、支架、X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、拖鏈、平行爪手,爪指、顏色傳感器、激光傳感器、用于安放工件的托板、若干個(gè)不同顏色的工件塊、伺服電機(jī)、伺服電機(jī)控制器、障礙板、多軸運(yùn)動(dòng)控制器、計(jì)算機(jī)、觸摸屏和小型空氣壓縮機(jī);所述的支架為龍門式支架,該龍門式支架上具有六個(gè)柱體或四個(gè)柱體,該龍門式支架安裝在底板上,X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在龍門式支架上;x軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由并排平行的兩個(gè)軸Xl和軸X2組成,其中軸Xl為滾珠絲杠結(jié)構(gòu),由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),利用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向;軸X2為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)或無動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的直線導(dǎo)軌導(dǎo)向軸、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、利用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向,在軸Xl的兩端和中間位置安裝有光電限位開關(guān);所述的Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于軸X1、軸X2上的移動(dòng)滑塊上,橫跨于軸Xl與軸X2之間,在Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩端和中間位置安裝有光電限位開關(guān),Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)垂直安裝于Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)滑塊上,在Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩端和中間位置安裝有光電限位開關(guān);在X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一側(cè)分別安排有拖鏈,在拖鏈中安放連接導(dǎo)線氣管。2.如權(quán)利要求1所述一種三自由度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)機(jī)器人平臺(tái),其特征在于:所述的平行爪手為氣動(dòng)爪手或電動(dòng)抓手,安裝于Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的下端。3.如權(quán)利要求2所述一種三自由度運(yùn)動(dòng)控制系...

    【專利技術(shù)屬性】
    技術(shù)研發(fā)人員:閆寶瑞陳聯(lián)李志江
    申請(qǐng)(專利權(quán))人:北京化工大學(xué)
    類型:發(fā)明
    國別省市:

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