[实用新型]四自由度机械手实验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种教学实验系统，具体是一种四自由度机械手实验系统，采用运动控制器同时控制四个轴的运动，实现多轴协调运动。

背景技术

随着计算机技术的发展，控制类、智能化和自动化产品不断更新换代，推动了社会进步，加快了科技的进程。同时随着社会的发展，社会分工越来越细，生产率也在不断提高，机械手(机器人)应运而生，在工业现场中越来越多的使用机械手(机器人)已经成为必然的趋势。为了能让学生在走出校门之前就对机械手(机器人)有比较深的了解和应用，培养机械手(机器人)设计和操作人才也成为了机械手(机器人)发展中的重要环节，于是这种面向教学研究，旨在培养机械手(机器人)方面人才的教学机械手也就产生了。它可以应用于《自动控制原理》，《运动控制》，《机电传动与控制》，《机电一体化系统》，《传感器检测与应用》和《计算机控制技术》等课程的实验教学和课题研究。现有技术中教学上还没有一种较完善的四自由度机械手教学实物模型。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本实用新型提供了一种四自由度机械手实验系统。

本实用新型的技术方案如下：四自由度机械手实验系统包括上位PC机(预装上位机软件)和由其控制的四自由度机械手，所述上位PC机通过运动控制部分控制机械手的四自由度运动，上位PC机与运动控制部分之间采用并行通讯结构；运动控制部分包括运动控制器、步进驱动器和步进电机；所述四自由度机械手包括底盘，底盘的盘面上设置驱动其转动的底盘步进电机，底盘上设置纵向滚珠丝杠，横向滚珠丝杠通过滑块设置在纵向滚珠丝杠上，纵向滚珠丝杠的上端设置纵向滚珠丝杠步进电机，横向滚珠丝杠的一端设置横向滚珠丝杠步进电机，横向滚珠丝杠的另一端设置电动手爪和驱动电动手爪的电动手爪步进电机。

整个实验系统可以通过上位机软件的控制实现各种运动，完成所要求的教学实验。其中机械结构平台、四自由度控制，电动手爪的设计和动作为系统的可靠运行提供了保证。为了提高定位精度机械平台底盘采用齿轮和轴承配合传动，手臂采用精度较高的滚珠丝杠传动。各轴的运动控制采用上位机和运动控制部分来实现，上位机和运动控制器采用并行通讯，上位机通过软件把控制信号以脉冲信号和方向信号的形式传输给运动控制器，运动控制部分由运动控制器，步进驱动器及步进电机组成，上位机为普通配置的PC即可。为了能够实现机械手搬运物体的功能，电动手爪以DC24V为电源，接收来自控制器和继电器的信号，应用电磁铁原理完成对物体的夹紧、移动和释放动作，并且可以装夹多种形状的物体。

整个系统是由底盘、滚珠丝杠和电动手爪搭建的硬件平台，各轴电机的运动由运动控制器发出的脉冲和方向信号传输给驱动器，信号经过驱动器的运算和比较再去控制电机的运动，通过上位机软件程序控制单轴或多轴协调运动；电动手爪的夹紧和释放运用了电磁铁原理和机械工艺设计加工而成，电动手爪和四个轴的配合运动完成一系列的完整动作。

采用上述技术方案，给本实用新型带来的有益效果是：为教学中提供了一种较完善的四自由度机械手教学实物模型，用于培养机械手(机器人)设计和操作人才，它可以应用在《自动控制原理》、《运动控制》、《机电传动与控制》、《机电一体化系统》、《传感器检测与应用》和《计算机控制技术》等课程的实验教学和课题研究；系统结构较为简单，设计合理，在教学中有利于学生的理解和掌握。

附图说明

图1是本实用新型的一种控制原理结构示意图；

图2是本实用新型机械手的一种结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：参看图1，本实用新型的控制结构包括上位PC机(预装上位机软件)和由其控制的四自由度机械手，所述上位PC机通过运动控制部分控制机械手的四自由度运动，上位PC机与运动控制部分之间采用并行通讯结构；运动控制部分包括运动控制器、步进驱动器和步进电机。

参看图2，四自由度机械手包括底盘7，底盘7的盘面上设置驱动其转动的底盘步进电机6，底盘7上设置纵向滚珠丝杠2，横向滚珠丝杠3通过滑块9设置在纵向滚珠丝杠2上，纵向滚珠丝杠2的上端设置纵向滚珠丝杠步进电机1，横向滚珠丝杠3的一端设置横向滚珠丝杠步进电机8，横向滚珠丝杠3的另一端设置电动手爪5和驱动电动手爪的电动手爪步进电机4。