CN203882524U - Plc、单片机、计算机多控制方式的气动机械手实训装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有PLC、单片机、计算机多控制方式的气动机械手实训装置，该实训装置由铝基板、气动机械手装置、电磁阀组、气源处理器、位置A和位置B、单片机控制***、PLC转接盒、开关电源组成，采用具有水平轴伸出、垂直轴下降、手指夹紧、垂直轴上升、水平轴缩回、底座旋转轴左转到位置B、手掌旋转轴顺时针翻转180°、手指放松、底座旋转轴右转到位置A、手掌旋转轴逆时针翻转180°度的五自由度的气动机械手单元作为执行对象，通过控制方式选择开关进行PLC、单片机、计算机的控制方式的切换。

Description

PLC、单片机、计算机多控制方式的气动机械手实训装置

技术领域

本实用新型涉及一种气动机械手实训装置，可通过PLC、单片机、计算机多方式对气动机械手单元进行五自由度的控制，主要用于教育及培训行业进行气动机械手原理及结构的讲解和PLC、单片机、计算机应用的教学实训。掌握用PLC控制气动机械手装置的编程思路，掌握用单片机控制气动机械手装置的编程方法及动作要领，掌握用上位机组态监控与气动机械手装置动作的同步原理。

背景技术

目前的教学设备中气动机械手实训装置大多为双关节、三关节的基本动作，而且结构简单、动作逻辑性不强的简单装置，并且只有一种控制方式，一般为PLC控制、或为计算机控制、或为单片机控制。一种实训装置只能进行一种控制方式的实训和教学，不能满足教学的要求和培训大纲的需求，不能提升学生的多种思维能力。

发明内容

本实用新型为了克服以往教学设备中单一气动机械手装置只能进行一种控制方式实训的缺点，提出了一种具有PLC、单片机、计算机多控制方式的气动机械手实训装置。

本实用新型装置采用如下技术方案实现发明目的：

由实现控制方式切换的PLC转接盒、单片机控制***、PLC、有若干个气缸驱动的气动机械手装置、若干个电磁阀组成的电磁阀组、给气动机械手装置提供气源的气源处理器；单片机控制***包括单片机及***电路、与上位机连接的通讯接口、具有若干个继电器的继电器控制接口单元；PLC转接盒包括与单片机连接的USB接口、若干个接插端子、控制气动机械手装置运行的启动按钮、控制气动机械手装置停止的停止按钮、控制方式选择开关；所述的电磁阀组的进气口与气源处理器连接，电磁阀组的每一个电磁阀的出气口依次与气动机械手装置的不同气缸连接；单片机控制***和PLC的信号的输入与输出端口依次与若干个接插端子连接；所述的电磁阀组的每一个电磁阀的线圈通过接插端子与继电器控制接口单元连接；所述的单片机控制***安装于PLC转接盒内。

作为对本技术方案的进一步限定, 所述气动机械手装置的气缸的头部和尾部安装有若干个对气缸状态和位置检测的霍尔传感器；所述的单片机控制***还包括PCF8574P传感器接口单元；所述的霍尔传感器通过接插端子与PCF8574P传感器接口单元连接；所述的PLC与PLC转接盒、电磁阀的线圈与继电器控制接口单元、霍尔传感器与PCF8574P之间的连接均采用香蕉测试线接插连接。

作为对本技术方案的进一步限定，所述的气动机械手装置旁不同的位置固定有气手指抓取工件进行搬运和放置的的工件装置一、工件装置二；所述的工件装置一、工件装置二上都安装有光纤传感器；所述的光纤传感器与PCF8574P传感器接口单元连接；所述的工件装置一或工件装置二上放置有工件；

作为对本技术方案的进一步限定，所述铝基板，是由宽度150，厚度30，槽宽8.5，槽深10.5，槽间距25共5块组成，含有2个把手、四个安装底脚，这样气动机械手单元、电磁阀组、气源处理器、位置A和位置B、单片机控制***、PLC转接盒 、开关电源部件通过“T”螺钉安装在槽形基板上，便于学生反复安装和调整，学生在细调各部件的位置时，不需要将各个部件拆下来，只需松开“T”螺钉，让其在槽形基板上上下左右滑动，方便调节。这样学生在练习实训时，可反复使用，而不变形、破损。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的具有PLC、单片机、计算机多控制方式的气动机械手实训装置，同时具备PLC、单片机、计算机多控制方式，不仅能降低使用单位的成本，提高实训装置的综合利用率，避免重复投资，而且有利于培养学生综合利用所学知识的能力，开拓视野，通过不同的方法解决相同的问题。

附图说明

图1表示具有PLC、单片机、计算机多控制方式的气动机械手实训装置结构示意图。

图2表示PLC转接盒前端结构示意图。

图3表示PLC转接盒后端结构示意图。

图4表示转接盒丝印图示意图。

图5表示工件装置一结构示意图。

图6表示基板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作具体的说明。

 如图1所示，一种具有PLC、单片机、计算机多控制方式的气动机械手实训装置，包括实现控制方式切换的PLC转接盒13、单片机控制***、PLC、有若干个气缸驱动的气动机械手装置、若干个电磁阀组成的电磁阀组10、给气动机械手装置提供气源的气源处理器11。

为了便于说明本实用新型，在这里气动机械手装置采用五自由度气动机械手，它是由底座旋转气缸8、垂直升降气缸5、水平伸缩气缸4、气手指6、手掌旋转轴气缸3组成；垂直升降气缸5安装在底座旋转气缸8上，水平伸缩气缸4安装在垂直升降气缸5上，手掌旋转轴气缸3安装在水平伸缩气缸4上，气手指6安装在手掌旋转轴气缸3上，底座旋转气缸8安装于底座9上。

底座旋转气缸8主要实现气动机械手的水平轴的运动，垂直升降气缸5实现气动机械手的上下运动，水平伸缩气缸4实现气动机械手的水平轴的伸缩，手掌旋转轴气缸3实现气动机械手的的顺时针与逆时针的翻转，一般可翻转180度，通过控制气手指6具有对工件7夹紧与放松的动作。

如图5所示，气动机械手装置旁不同的位置固定有气手指6抓取工件7进行搬运和放置的的工件装置一1、工件装置二31；所述的工件装置一1、工件装置二31上都安装有光纤传感器；工件装置一1、工件装置二31由底部固定作用的安装座27、固定于安装座27上的圆柱形材料2、位于圆柱形材料2的上端用于放置工件的工件圆柱口25。

气动机械手的驱动方式是电磁阀组10、气源处理器11，电磁阀组10上有若干个单控电磁阀，在这里我们使用四个单控电磁阀，电磁阀组10具有一个进气口，且与气源处理器11相连，这样就给电磁阀组10提供气源，而每个电磁阀又分为气路和电路两路***，气路通过气管、调速接头分别与底座旋转气缸8、垂直升降气缸5、水平伸缩气缸4、气手指6、手掌旋转轴气缸3相连，电路是指如何控制电磁阀组10的线圈通断，我们将电磁阀组10的每个电磁阀的线圈连接到74HC595继电器控制接口单元上；目标是实现工件28从工件装置一1搬运到工件装置二31，或者从工件28装置二31搬运到工件装置一1的自动循环过程；对于各气缸的状态和行程检测主要是靠霍尔传感器来判断的，霍尔传感器安装在每个气缸的头部和尾部，工件装置一1和工件装置二31的检测靠光纤传感器来完成的。

如图2和图3所示，PLC转接盒13包括与单片机连接的USB接口29、若干个接插端子18、控制气动机械手装置运行的启动按钮19、控制气动机械手装置停止的停止按钮20、控制方式选择开关21；PLC转接盒13安装有若干个显示气动机械手装置运行状态的指示灯24；指示灯24与继电器控制接口单元连接；PLC转接盒13上还安装有电源插座23、对电源控制的开关22，为了方便使用，安装的电源插座23为“D”型电源插座，开关22为船型开关。

如图4所示，为了让使用者更直观的使用PLC转接盒13，在PLC转接盒上贴有标示组成部分说明的PLC转接盒丝印图30，启动按钮19标有“Start”，停止按钮标20有“Stop”，控制方式选择开关21表示为SA1，为了更清晰明白的使用装置，在PLC转接盒丝印图30上的与PLC转接盒13相对应的位置标注有指示灯24及接插端子18应用的原理图，指示灯相对应的PLC转接盒丝印图上标记为：伸出、缩回、左旋、右旋、上升、下降、前翻、后翻。

单片机控制***包括单片机及***电路、与上位机连接的通讯接口、具有若干个继电器的继电器控制接口单元、PCF8574P传感器接口单元；通讯接口采用RS232和RS485通讯接口电路；继电器控制接口单元采用74HC595继电器控制接口电路；单片机控制***和PLC的信号的输入与输出端口依次与若干个接插端子18连接；所述的电磁阀组10的每一个电磁阀的线圈通过接插端子18与继电器控制接口单元连接；为了便于切换使用的方便，PLC与PLC转接盒13之间的连接采用香蕉测试线接插连接、电磁阀的各个线圈与继电器控制接口单元、霍尔传感器与PCF8574P采用螺钉型接线端子连接， USB口通过一根 一头为“T”型,一头为USB型的电缆与计算机相连，当我们选择不同的方式控制时，只要通过香蕉测试线不同的接插连接和选择控制方式选择开关的控制方式以及USB通迅线的连接就可以实现PLC、单片机控制***和计算机的不同的控制方式。

74HC595继电器控制接口单元采用SPI总线方式，分别连接到电磁阀组10的各个线圈上和运行指示灯24上，通过控制继电器来控制电磁阀组的通断及通过运行指示灯来显示气动机械手相应的的运行状态，而继电器的常开触点与电磁阀组10的线圈相连，从而达到控制电磁阀的通断，PCF8574P传感器接口单元主要采集各气缸上的霍尔传感器、工件装置一1和工件装置二31的光纤传感器的信号以及外部的启动、停止按钮的信号。

单片机采用STC型51系列单片机，通过下位机软件Keil uVision4编写程序，上位机与下位机的连接是通过RS232接口相连，完成程序的下载工作；计算机作为上位机,主要通过软件实现对气动机械手装置的控制, 但同进要进行与单片机连接的USB接口29的设定,如波特率为9600、数据为8位、停止为1位、无奇偶校验,当气动机械手单元在动作时，可通过上位机实时操作和监控气动机械手运行状态，并实现同步原理；为了实现PLC对气动机械手的控制，单片机控制***必须安装在PLC转接盒13内，目的是将气动机械手装置的的传感器信号和电磁阀组10的线圈引到PLC转接盒13上的接插端子18上。另外RS485通迅口是实现多台气动机械手装置的的网络连接，这样可以实训一台计算机控制多台设备即实现1：N网络的控制，而不需要更换计算机。

当工件装置一1的传感器有信号时，水平轴伸出，然后垂直轴下降，接着手指夹紧，当夹起工件28后，垂直轴接着上升，这时水平轴缩回，然后底座旋转轴顺时针左转到工件装置一1的位置，接着手掌旋转轴顺时针翻转180°，然后垂直轴又下降，这时气手指6放松，当工件28放下后，垂直轴又上升；当工件装置二31传感器有信号时，底座旋转轴顺时针左转到工件装置二31的位置，手掌旋转轴顺时针翻转180°，垂直轴下降，气手指6夹紧，当夹起工件后，垂直轴上升，然后底座旋转轴逆时针右转到A位，这时手掌旋转轴逆时针翻转180°度，水平轴开始伸出，水平轴伸出到位后垂直轴才能下降，下降到位后气手指6开始放松，工件28放下后垂直轴再次上升，上升到位后水平轴伸出，这样本新型实训装置如此往复工作，在气动机械手做相应的动作时，PLC转接盒丝印图上标记为伸出、缩回、左旋、右旋、上升、下降、前翻、后翻的相应的指示灯就会通过继电器控制接口单元连接的控制来显示相应的状态。

为了便于携带和操作，气动机械手装置、电磁阀组10、气源处理器11、工件装置一1、工件装置二31、PLC转接盒13安装于平面的基板15上，同时基板15上安装有方便供电的开关电源12。

如图1和图6所示，基板15为长和宽分别为1200毫米、750毫米的铝基板；铝基板是由宽度150毫米，厚度30毫米，槽宽8.5毫米，槽深10.5毫米，槽间距25毫米共5块组成；装置的各个部分通过“T”型螺钉26来固定在槽型铝基板，使用槽形铝基板，便于学生反复安装和调整，学生在细调各部件的位置时，不需要将各个部件拆下来，只需松开“T”型螺钉26，让其在槽形基板上上下左右滑动，方便调节。这样学生在练***放置的安装底脚16；铝基板相对的两侧分别安装有把手17。

以上实施实例仅是众多实例中比较典型的实例，其气动机械手实训装置不仅仅限于五自由度气动机械手单元结构，所有通过改变位置、面板布局、气缸行程、基板尺寸、传感器的安装进行简单修改等均应属于本实行新型保护的范围。

Claims (4)

1.一种具有PLC、单片机、计算机多控制方式的气动机械手实训装置，其特征是：所述装置是由实现控制方式切换的PLC转接盒、单片机控制***、PLC、有若干个气缸驱动的气动机械手装置、若干个电磁阀组成的电磁阀组、给气动机械手装置提供气源的气源处理器；单片机控制***包括单片机及***电路、与上位机连接的通讯接口、具有若干个继电器的继电器控制接口单元；PLC转接盒包括与单片机连接的USB接口、若干个接插端子、控制气动机械手装置运行的启动按钮、控制气动机械手装置停止的停止按钮、控制方式选择开关；所述的电磁阀组的进气口与气源处理器连接，电磁阀组的每一个电磁阀的出气口依次与气动机械手装置的不同气缸连接；单片机控制***和PLC的信号的输入与输出端口依次与若干个接插端子连接；所述的电磁阀组的每一个电磁阀的线圈通过接插端子与继电器控制接口单元连接；所述的单片机控制***安装于PLC转接盒内。

2.根据权利要求1所述的PLC、单片机、计算机多控制方式的气动机械手实训装置，其特征是：所述气动机械手装置是由底座旋转气缸、垂直升降气缸、水平伸缩气缸、气手指、手掌旋转轴气缸组成，能够实现顺时针和逆时针180度翻转控制的手掌旋转轴气缸；垂直升降气缸安装在底座旋转气缸上，水平伸缩气缸安装在垂直升降气缸上，手掌旋转轴气缸安装在水平伸缩气缸上，气手指安装在手掌旋转轴气缸上，底座旋转气缸安装于底座上。

3.根据权利要求1所述的PLC、单片机、计算机多控制方式的气动机械手实训装置，其特征是：所述单片机控制***是由51系列单片机、RS232和RS485通迅口、PCF8574P传感器接口单元、74HC595继电器控制接口单元、MCU主板单元组成。

4.根据权利要求1所述的PLC、单片机、计算机多控制方式的气动机械手实训装置，其特征是：所述PLC转接盒是由22个12mm安全插座、10个LED灯安装孔、USB接口、“D”型电源插座、船形开关、启动“Start”按钮SB1、停止“Stop”按钮SB2、运行指示灯、控制方式选择开关SA1组成,PLC通过香蕉测试线与PLC转接盒相连。