CN101204812A - 三自由度直角坐标机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三自由度直角坐标机械手，主要由机械部分和控制部分组成。机械部分由X、Y、Z三个方向机构组成，主要完成在一个立体空间范围内运动，在Z方向加一电磁铁控制的手爪可以抓取物品，三个运动由步进电机直接驱动，再通过螺杆螺母副将电机的旋转运动化成螺母的直线运动，在Z方向加一手爪完成夹持物品的动作。控制部分主要包括上位计算机、单片机、驱动器、步进电机和机械手组成。控制***采用分布式结构分布式控制***由上下位机二级结构。本发明应用环境广泛，功能多样，其次其制造加上精度略低于工业机器人，且性价比高，另外教学机器人体积小，重量轻。该教学机械手以其直观性、易操作性、综合性对教学具有十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种三自由度直角坐标机械手，该***选用单片机作为控制核心。
背景技术
机器人是近年来迅速发展起来的高新技术密集的机电一体化产品，在发达国家工业机器人已经得到广泛应用。随着技术的发展，机器人的应用范围不断扩大，遍及业、国防、宇宙空间、海洋开发、抢险救灾、医疗康复，甚至进入人类生活的各个方面。
教学用机器人是一种适合大中专学生的具有开放式特征的实训实验台，是多种高科技的融合，可以完成电工、电子、单片机、机械设计、传感器、人工智能、机电控制、数字信号处理等许多课程的几百个实训实验。模糊控制、行为控制、人工智能、机器人学、多生命体、导盲机器人、智能家用电器等学科领域在实训实验中可以都得到更好理解和掌握，从而更好的使学生的综合能力得以提高。教学机器人的作用主要以展示机械结构、运动特征和功能关系为主，相对于工业机器人，具有它的特殊性：首先，一台教学机器人相当于一个试验平台，要能显示多种运动性能，因此，应用环境广泛，功能多样。其次，其制造加上精度略低于工业机器人，且性价比高。另外，教学机器人体积小，重量轻。为学生运用识和融合所学知识提供了一个很好的平台。但目前还没有一台完全合适的设备。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种三自由度直角坐标教学机械手。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种三自由度直角坐标机械手，主要由机械部分和控制部分组成，机械部分主要包括底座、直线导轨、螺杆、步进电机、联轴器、轴承座、滑块、深沟球轴承、光杠、电磁铁、手指、圆锥辊子轴承。机械部分由X、Y、Z三个方向机构组成，主要完成在一个立体空间范围内运动，在Z方向加一电磁铁控制的手爪可以抓取物品。三个运动由步进电机直接驱动，再通过螺杆螺母副将电机的旋转运动化成螺母的直线运动，在Z方向加一手爪完成夹持物品的动作。其中，X方向运动的主要零部件有底座、电机、联轴器、螺杆、螺母和直线导轨副。X方向有两根导轨，即Y方向的运动范围。Y方向的零部件组成和X方向组成相同，与X垂直放置，之间用联接板联接。Z方向和X、Y方向的不同在于导轨用两根光杠代替，并且在z方向的螺母上放置一手爪。X、Y、Z三方向的运动分别由三部电机驱动互不干涉，协调运动。
控制部分主要包括上位计算机、单片机、驱动器、步进电机和机械手组成。控制***采用分布式结构分布式控制***由上下位机二级结构，上位计算机采用PC机，在控制***中主机负责整个***管理以及坐标变换和轨迹运算，各从机之间协调及故障检测。下位机(从机)由一个单片机组成，用于控制三个电机，它们并行地完成控制任务，因而提高了工作速度和处理能力。本机械手的控制***并不是实时控制，因此运动更改一次就要对单片机读写一次，因为本机械手主要用于教学，这样有利于学生发挥动手能力和提高学生的学习兴趣。
本发明提供了一种三自由度直角坐标机械手，应用环境广泛，功能多样，其次其制造加上精度略低于工业机器人，且性价比高，另外教学机器人体积小，重量轻。该教学机械手以其直观性、易操作性、综合性对教学具有十分重要的意义。
附图说明
图1为三自由度直角坐标机械手的主视图；
图2为三自由度直角坐标机械手的俯视图；
图3为三自由度直角坐标机械手的左视图；
图4为三自由度直角坐标机械手的控制部分框图。
其中，1、底座a，2、直线导轨，3、螺杆a，4、螺钉，5、联轴器，6、轴承座a，7、步进电机，8、滑块，9、联结板a，10、螺母a，11、深沟球轴承，12、套杯a，13、光杠a，14、联接架，15、螺母b，16、轴承座b，17、螺栓，18、套杯b，19、螺钉b，20、螺杆b，21、光杠b，22、轴承座c，23、电磁铁，24、手腕，25、联接板b，26、手指，27、销，28、轴承座d，29、轴承盖，30、螺钉c，31、底座b，32、联接板c，33、底座c，34、圆锥滚子轴承。
具体实施方式
图1、图2、图3、图4中，一种三自由度直角坐标机械手，机械部分主要包括底座、直线导轨2、螺杆、步进电机7、联轴器5、轴承座、滑块8、深沟球轴承11、光杠、电磁铁23、手指26、圆锥辊子轴承34。机械部分由X、Y、Z三个方向机构组成，Y方向机构，直线导轨2固定通过螺钉4固定在底座b31上，螺杆a3通过联轴器5连接步进电机7的输出轴，螺杆a3两端由轴承座a6支撑。X方向机构与Y方向机构的基本构造相同，两者通过螺母a10连接，Y方向机构通过联结板a9和联接板c 32固定于滑块8上，滑块8可沿底座c33和底座a1方向运动，套杯a12位于深沟球轴承11外面，轴承盖29位于轴承座d28的外面，轴承座d28通过螺钉c30固定于底座b31上。Z方向机构中，光杠a13、螺杆b20、光杠b21的两端由轴承座b16和轴承座c22支撑，轴承座b16和轴承座c22通过螺母b15、螺栓17、套杯b18、螺钉b19固定于联接架14上，轴承座b16内安装有圆锥滚子轴承34，Z方向机构通过联接板b25与固定在可沿X方向机构运动的滑块8上，电磁铁23与手腕24相连，手指26通过销27与手腕24连接。
Y方向的零部件组成和X方向组成相同，与X垂直放置，之间用联接板联接。Z方向和X、Y方向的不同在于导轨用两根光杠代替，并且在z方向的螺母上放置一手爪。X、Y、Z三方向的运动分别由三部电机驱动互不干涉，协调运动。
控制部分主要包括上位计算机、单片机、驱动器、步进电机和机械手组成。控制***采用分布式结构分布式控制***由上下位机二级结构，上位计算机采用PC机，在控制***中主机负责整个***管理以及坐标变换和轨迹运算，各从机之间协调及故障检测。下位机(从机)由一个单片机组成，用于控制三个电机，它们并行地完成控制任务，因而提高了工作速度和处理能力。本机械手的控制***并不是实时控制，因此运动更改一次就要对单片机读写一次，因为本机械手主要用于教学，这样有利于学生发挥动手能力和提高学生的学习兴趣。
Claims (2)
1.一种三自由度直角坐标机械手，包括机械部分和控制部分，机械部分包括底座、直线导轨、螺杆、步进电机、联轴器、轴承座、滑块、深沟球轴承、光杠、电磁铁、手指、圆锥辊子轴承，其特征在于：机械部分由X、Y、Z三个方向机构组成，Y方向机构，直线导轨通过螺钉固定在底座b上，螺杆a通过联轴器连接步进电机的输出轴，螺杆a两端由轴承座a支撑，X方向机构与Y方向机构的基本构造相同，两者通过螺母a连接，Y方向机构通过联结板a和联接板c固定于滑块上，滑块可沿底座c和底座a方向运动，套杯a位于深沟球轴承外面，轴承盖位于轴承座d的外面，Z方向机构中，光杠a、螺杆b、光杠b的两端由轴承座b和轴承座c支撑，轴承座b和轴承座c通过螺母b、螺栓、螺钉b固定于联接架上，轴承座b内安装有圆锥滚子轴承，Z方向机构通过联接板b与固定在可沿X方向机构运动的滑块上，电磁铁与手腕相连，手指通过销与手腕连接。
2.根据权利要求1所述的三自由度直角坐标机械手，其特征在于：控制部分包括上位计算机、单片机、驱动器、步进电机和，上位计算机与单片机连接，单片机通过控制线与三个驱动器连接，三个驱动器后接三个步进电机。
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