CN204324384U - 基于光电传感器的物体定位和抓取平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于光电传感器的物体定位和抓取平台，涉及装有操作装置的机械手技术领域。所述平台包括机械手支架、传送带支架、X轴方向滑台、Y轴方向滑台、Z轴方向滑台、吸盘、光电传感器和PLC控制器。所述传送带支架位于机械手支架之间，机械手支架和传送带支架都为框架结构，且其下端都是支撑腿，上端为支撑平台。此平台通过红外光电传感器被阻断产生开关信号的原理，测量从传送带上移动的待抓取物的横纵坐标，并且通过此坐标和预设的高度坐标引导吸盘完成抓取任务，有成本低、结构和控制简单、运行稳定的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及装有操作装置的机械手技术领域，尤其涉及一种基于光电传感器的物体定位和抓取平台。
背景技术
目前应用在工业领域当中的为抓取式机械手提供待抓取物坐标的平台基本上都是基于摄像头和图像处理软件完成的，如美国NI公司的VISION图像处理***。因为摄像头、图像处理软件和背景光源的成本都比较高，同时这种***的维护难度比较大，对操作人员的技术要求比较高，所以不能得到普及。当抓取不同的物体时还要对图像处理软件进行重新编程，同时摄像头定位***对工作台的稳定水平要求很高，如果工作台抖动时间过长，会使图像定位产生累计误差，此时就需要维护人员重新校准，不但影响生产效率，而且还要支付额外的维护费用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于光电传感器的物体定位和抓取平台，此平台通过红外光电传感器被阻断产生开关信号的原理，测量从传送带上移动的待抓取物的横纵坐标，并且通过此坐标和预设的高度坐标引导吸盘完成抓取任务，有成本低、结构和控制简单、运行稳定的特点。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种基于光电传感器的物体定位和抓取平台，其特征在于：所述平台包括机械手支架、传送带支架、X轴方向滑台、Y轴方向滑台、Z轴方向滑台、吸盘、光电传感器和PLC控制器，所述传送带支架位于机械手支架之间，托辊支架固定在传送带支架上，所述托辊与托辊支架轴连接，传送带位于托辊的外侧，托辊上设有托辊驱动电机，传感器支架固定在传送带支架上，且传感器支架的高度高于传送带的高度，所述传感器支架为矩形框架结构，若干组X轴向红外光电传感器和若干组Y 轴向红外光电传感器固定在所述传感器支架的内侧；
所述X轴方向滑台位于所述机械手支架上，X轴方向滑台上设有X轴运动驱动电机，X轴方向滑台在X轴运动驱动电机的作用下能够相对于机械手支架左右运动，所述Y轴方向滑台位于X轴方向滑台上，Y轴方向滑台上设有Y轴运动驱动电机，Y轴方向滑台在Y轴运动驱动电机的作用下能够相对于X轴方向滑台前后运动，所述Z轴方向滑台位于Y轴方向滑台上，Z轴方向滑台上设有Z轴运动驱动电机，Z轴方向滑台在Z轴运动驱动电机的作用下能够相对于Y轴方向滑台上下运动，所述Z轴方向滑台朝向传送带支架的一端设有吸盘和气缸，所述X轴向红外光电传感器和Y 轴向红外光电传感器与所述PLC控制器的信号输入端连接，托辊驱动电机、X轴运动驱动电机、Y轴运动驱动电机、Z轴运动驱动电机和气缸受控于所述PLC控制器。
进一步的技术方案在于：所述X轴向红外光电传感器和Y 轴向红外光电传感器包括红外发射装置和红外接收装置，X轴的红外发射装置与X轴的红外接收装置相对设置，Y轴的红外发射装置与Y轴的红外接收装置相对设置。
进一步的技术方案在于：所述托辊驱动电机的动力输出端通过第一减速机与托辊连接。
进一步的技术方案在于：所述X轴方向滑台内设有内置的皮带传动装置，所述X轴运动驱动电机的动力输出端通过第二减速机与皮带传动装置上的驱动轮连接。
进一步的技术方案在于：所述Y轴方向滑台和Z轴方向滑台内设有内置的丝杠，所述Y轴运动驱动电机和Z轴运动驱动电机的动力输出端与所述丝杠固定连接。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：此平台通过红外光电传感器被阻断产生开关信号的原理，测量从传送带上移动的待抓取物的横纵坐标，并且通过此坐标和预设的高度坐标引导吸盘完成抓取任务。本平台是伴随着工业机器人技术发展出现的新型定位抓取装置，具有成本低、机构和控制简单、运行稳定的特点，同时能够通过调整传感器的位置、密度适应不同的抓取任务。应用范围广，极大的扩展了应用领域。同时，平台可以结合控制***设置不同的工作模式，提高了此平台的适应能力。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2-3是图1中传感器支架的结构示意图；
图4是传送带支架和传送带的结构示意图；
图5是机械手支架和传送带支架的结构示意图；
图6是所述平台的控制算法框图；
图7是所述平台的电气结构框图；
图8是所述平台的坐标算法流程图；
图9是传感器支架设定坐标的结构示意图；
其中：1、机械手支架 2、传送带支架 3、X轴方向滑台 4、Y轴方向滑台 5、Z轴方向滑台 6、吸盘 7、托辊支架 8、托辊 9、传送带 10、托辊驱动电机 11、传感器支架 12、X轴运动驱动电机 13、Y轴运动驱动电机 14、Z轴运动驱动电机 15、X轴向红外光电传感器 16、Y 轴向红外光电传感器 17、第一减速机 18、第二减速机 19、红外对射光线 20、待抓取物。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-5所示，本实用新型公开了一种基于光电传感器的物体定位和抓取平台，所述平台包括机械手支架1、传送带支架2、X轴方向滑台3、Y轴方向滑台4、Z轴方向滑台5、吸盘6、光电传感器和PLC控制器。所述传送带支架2位于机械手支架1之间，机械手支架1和传送带支架2都为框架结构，且其下端都是支撑腿，上端为支撑平台。机械手支架1用于支撑X轴方向滑台3、Y轴方向滑台4、Z轴方向滑台5、吸盘6等，传送带支架2用于支撑传送带9、托辊8等。托辊支架7固定在传送带支架2上，所述托辊8与托辊支架7轴连接，托辊8能够围绕托辊支架7转动，传送带9位于托辊8的外侧，托辊8上设有托辊驱动电机10，因传送带的传动速度要求较慢，因此所述托辊驱动电机10的动力输出端通过第一减速机17与托辊8连接，传送带9在托辊驱动电机10和减速机的带动下能够缓慢带动待抓取物20移动。
传送带工作时要把传动轴绷紧，这样保证待抓取物20能够在传送带上平稳移动，如果待抓取物的质量较大可以在上层传送带底部加装托盘，虽然会有一些摩擦影响，但是在保证待检测物体移动时水平高度不变的前提下对整个传送带的运转影响不大。
如图2-3所示，传感器支架11固定在传送带支架2上，且传感器支架11的高度高于传送带9的高度，也就是说当待抓取物20放在传送带上时，其位于传感器支架之间。所述传感器支架11为矩形框架结构，若干组X轴向红外光电传感器15和若干组Y 轴向红外光电传感器16固定在所述传感器支架11的内侧，所述X轴向红外光电传感器15和Y 轴向红外光电传感器16包括红外发射装置和红外接收装置，X轴的红外发射装置与X轴的红外接收装置相对设置，Y轴的红外发射装置与Y轴的红外接收装置相对设置。
发射装置沿图上标定的位置依次安放，X轴、Y轴方向各20个，相对应接收装置安放在发射装置对面上。在此要说明传感器的数量和密度要根据具体待抓取物的尺寸和机械手要求的定位精度确定，并不一定都是X轴、Y轴方向各20个，传感器个数要根据具体情况选定。
如图1和5所示，所述X轴方向滑台3位于所述机械手支架1上，X轴方向滑台3上设有X轴运动驱动电机12，所述X轴方向滑台6内设有内置的皮带传动装置，这样可以提高X轴的速度，并且保证X轴在大行程情况下也能快速完成任务。所述X轴运动驱动电机12的动力输出端通过第二减速机18与皮带传动装置上的驱动轮连接。X轴方向滑台3在X轴运动驱动电机12、第二减速机18和皮带传动装置的作用下能够相对于机械手支架1左右运动。
所述Y轴方向滑台4位于X轴方向滑台3上，Y轴方向滑台4上设有Y轴运动驱动电机13。所述Z轴方向滑台5位于Y轴方向滑台4上，Z轴方向滑台5上设有Z轴运动驱动电机14。所述Y轴方向滑台4和Z轴方向滑台5内设有内置的丝杠，所述Y轴运动驱动电机13和Z轴运动驱动电机14的动力输出端与所述丝杠固定连接。Y轴方向滑台4在Y轴运动驱动电机13和内置丝杠的作用下能够相对于X轴方向滑台3前后运动。通过使用丝杠，在满足行程的情况下，提高了滑台的负载能力，为今后采用非吸盘式的抓取任务和其他抓取功能改装提供方便。Z轴方向滑台5在Z轴运动驱动电机14和内置丝杠的作用下能够相对于Y轴方向滑台4上下运动。
如图1所示，所述Z轴方向滑台5朝向传送带支架2的一端设有吸盘6和气缸，气缸在PLC控制器的控制下作用于吸盘，实现待抓取物20的抓取和放下。所述X轴向红外光电传感器15和Y 轴向红外光电传感器16与所述PLC控制器的信号输入端连接，托辊驱动电机10、X轴运动驱动电机12、Y轴运动驱动电机13、Z轴运动驱动电机14和气缸受控于所述PLC控制器。
下面结合图6-7说明本实用新型的电气部分。本实用新型的电气结构包括电机，（本实用新型中可以使用伺服电机，控制精度要求不高的情况下也可以用直流步进电机代替）、电机驱动器、减速机、PLC控制器、继电器、气缸以及相关电源和导线。PLC控制器设定好传送带工作的速率和工作方式，将信号传给电机驱动器，电机驱动器将相应的信号发送给电机，本平台设定的工作方式为传送带步进式运转。X、Y向光电传感器分别与PLC控制器的输入端相连，将开关量信号传到PLC控制器中，PLC控制器接收到传感器信号后，进行如图8所示的计算，然后PLC控制器将待抓取物体坐标值换算成脉冲和电机运行方向信号传给电机驱动器，电机驱动器驱动滑台上的电机使吸盘运动到指定坐标位置，这时伺服电机完成相应转数会给PLC控制器发完成信号，当X、Y、Z三个方向电机全部返回完成信号时，此时PLC控制继电器打开阀门儿，气缸吸气，吸盘吸住待抓取物。
PLC控制器采用的是三菱公司生产FX3U-128MT，FX3U系列控制器是三菱电机适应用户需求开发出来的第三代微型可编程控制器。它在诸多方面进行了增强，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令：带DOG搜索的原点回归（DSZR），中断单速定位（DVIT）和表格设定定位（TBL），从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。 其内置6点同时100kHz的高速计数功能。 FX3U系列此次新增加了高速输入输出适配器，模拟量输入输出适配器和温度输入适配器，这些适配器不占用***点数，使用方便。其中通过使用高速输出适配器可以实现最多4轴、最高200kHz的定位控制，通过使用高速输入适配器可以实现最高200kHz的高速计数。能够完成本***多输入并且同时控制四个伺服电机的要求。
电机和驱动器：均采用TECO JSDA伺服驱动器搭配JSMA-SC04ABK01伺服电机，Pn：0.4KW；Tn：1.27NM；In：2.30A；Nr：3000rpm，可以完成***的基本要求。减速机采用GEAR HEAD ZD-60ZF5K减速机，价格低，使用方便，能够满足减速要求。传感器采用RAD50CM 红外对射式光电传感器，NPN常开，检测距离：50cm；感应方式：光速遮断(红外)；工作电压：DC 5V；工作电流：发射（20mA）接收（10mA）；输出方式：高低电平NPN常开；输出电流：70mA（可直接驱动继电器）；发射角度：＜5°；接收角度：＜10°响应时间：2ms；工作温度：-10℃~60℃；工作环境室内（不防水）；外形尺寸：长21mm宽11mm高6mm；工作寿命：50000小时。该传感器可以在极短的时间内采集到信号，为机器人提供了极佳的动态性能。电源采用宏胜光电24V、5V电源。该电源经设计者日常长期使用，性能可靠。
图8是所述平台的坐标算法流程图，具体包括以下步骤：
上述平台的抓取方法包括以下步骤：
1.控制器把X、Y轴坐标，换算成脉冲个数，并设置减速时间，传给驱动滑台的伺服电机的伺服驱动器，然后驱动器驱动伺服电机动作；
2.Z轴的坐标并不用获取，只需设定成固定值，因为我们抓取的都是同一种物体，这些物体的高度是定值；
3.当X、Y、Z轴上的伺服电机完成相应的转数后会给控制器发出信号，这时控制器再驱动继电器打开吸盘的阀门完成抓取工作。
具体的，如图9所示，X、Y方向的传感器分别检测物体的X、Y方向长度，并将该距离以开关量信号的形式传送给主控制电路；假设X0—X5，Y7—Y12传感器被触发，其他传感器保持原状态，此外物体再次和传送带一起运动，X1—X6，Y8—Y13被触发，注意虽然物体运动但是被触发的传感器的个数并未改变。主控制电路通过接收到X1—X6，Y8—Y13的开关量信号信息，具体为：X1—X6，Y8—Y13都为ON时，判断物体处于稳定状态，并且可以开始计算；具体计算步骤：单位（mm）X轴的坐标： ；Y轴的坐标：。
此平台通过红外光电传感器被阻断产生开关信号的原理，测量从传送带上移动的待抓取物的横纵坐标，并且通过此坐标和预设的高度坐标引导吸盘完成抓取任务。本平台是伴随着工业机器人技术发展出现的新型定位抓取装置，具有成本低、机构和控制简单、运行稳定的特点，同时能够通过调整传感器的位置、密度适应不同的抓取任务。应用范围广，极大的扩展了应用领域。同时，平台可以结合控制***设置不同的工作模式，提高了此平台的适应能力。
Claims (5)
1.一种基于光电传感器的物体定位和抓取平台，其特征在于：所述平台包括机械手支架（1）、传送带支架（2）、X轴方向滑台（3）、Y轴方向滑台（4）、Z轴方向滑台（5）、吸盘（6）、光电传感器和PLC控制器，所述传送带支架（2）位于机械手支架（1）之间，托辊支架（7）固定在传送带支架（2）上，所述托辊（8）与托辊支架（7）轴连接，传送带（9）位于托辊（8）的外侧，托辊（8）上设有托辊驱动电机（10），传感器支架（11）固定在传送带支架（2）上，且传感器支架（11）的高度高于传送带（9）的高度，所述传感器支架（11）为矩形框架结构，若干组X轴向红外光电传感器（15）和若干组Y 轴向红外光电传感器（16）固定在所述传感器支架（11）的内侧；
所述X轴方向滑台（3）位于所述机械手支架（1）上，X轴方向滑台（3）上设有X轴运动驱动电机（12），X轴方向滑台（3）在X轴运动驱动电机（12）的作用下能够相对于机械手支架（1）左右运动，所述Y轴方向滑台（4）位于X轴方向滑台（3）上，Y轴方向滑台（4）上设有Y轴运动驱动电机（13），Y轴方向滑台（4）在Y轴运动驱动电机（13）的作用下能够相对于X轴方向滑台（3）前后运动，所述Z轴方向滑台（5）位于Y轴方向滑台（4）上，Z轴方向滑台（5）上设有Z轴运动驱动电机（14），Z轴方向滑台（5）在Z轴运动驱动电机（14）的作用下能够相对于Y轴方向滑台（4）上下运动，所述Z轴方向滑台（5）朝向传送带支架（2）的一端设有吸盘（6）和气缸，所述X轴向红外光电传感器（15）和Y 轴向红外光电传感器（16）与所述PLC控制器的信号输入端连接，托辊驱动电机（10）、X轴运动驱动电机（12）、Y轴运动驱动电机（13）、Z轴运动驱动电机（14）和气缸受控于所述PLC控制器。
2.根据权利要求1所述的基于光电传感器的物体定位和抓取平台，其特征在于：所述X轴向红外光电传感器（15）和Y 轴向红外光电传感器（16）包括红外发射装置和红外接收装置，X轴的红外发射装置与X轴的红外接收装置相对设置，Y轴的红外发射装置与Y轴的红外接收装置相对设置。
3.根据权利要求1所述的基于光电传感器的物体定位和抓取平台，其特征在于：所述托辊驱动电机（10）的动力输出端通过第一减速机（17）与托辊（8）连接。
4.根据权利要求1所述的基于光电传感器的物体定位和抓取平台，其特征在于：所述X轴方向滑台（6）内设有内置的皮带传动装置，所述X轴运动驱动电机（12）的动力输出端通过第二减速机（18）与皮带传动装置上的驱动轮连接。
5.根据权利要求1所述的基于光电传感器的物体定位和抓取平台，其特征在于：所述Y轴方向滑台（4）和Z轴方向滑台（5）内设有内置的丝杠，所述Y轴运动驱动电机（13）和Z轴运动驱动电机（14）的动力输出端与所述丝杠固定连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150513 Termination date: 20161121 |