Plc、單片機、計算機多控制方式的氣動機械手實訓(xùn)裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有PLC、單片機、計算機多控制方式的氣動機械手實訓(xùn)裝置，該實訓(xùn)裝置由鋁基板、氣動機械手裝置、電磁閥組、氣源處理器、位置A和位置B、單片機控制系統(tǒng)、PLC轉(zhuǎn)接盒、開關(guān)電源組成，采用具有水平軸伸出、垂直軸下降、手指夾緊、垂直軸上升、水平軸縮回、底座旋轉(zhuǎn)軸左轉(zhuǎn)到位置B、手掌旋轉(zhuǎn)軸順時針翻轉(zhuǎn)180°、手指放松、底座旋轉(zhuǎn)軸右轉(zhuǎn)到位置A、手掌旋轉(zhuǎn)軸逆時針翻轉(zhuǎn)180°度的五自由度的氣動機械手單元作為執(zhí)行對象，通過控制方式選擇開關(guān)進(jìn)行PLC、單片機、計算機的控制方式的切換。
【專利說明】PLC、單片機、計算機多控制方式的氣動機械手實訓(xùn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種氣動機械手實訓(xùn)裝置，可通過PLC、單片機、計算機多方式對 氣動機械手單元進(jìn)行五自由度的控制，主要用于教育及培訓(xùn)行業(yè)進(jìn)行氣動機械手原理及結(jié) 構(gòu)的講解和PLC、單片機、計算機應(yīng)用的教學(xué)實訓(xùn)。掌握用PLC控制氣動機械手裝置的編程 思路，掌握用單片機控制氣動機械手裝置的編程方法及動作要領(lǐng)，掌握用上位機組態(tài)監(jiān)控 與氣動機械手裝置動作的同步原理。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前的教學(xué)設(shè)備中氣動機械手實訓(xùn)裝置大多為雙關(guān)節(jié)、三關(guān)節(jié)的基本動作，而且 結(jié)構(gòu)簡單、動作邏輯性不強的簡單裝置，并且只有一種控制方式，一般為PLC控制、或為計 算機控制、或為單片機控制。一種實訓(xùn)裝置只能進(jìn)行一種控制方式的實訓(xùn)和教學(xué)，不能滿足 教學(xué)的要求和培訓(xùn)大綱的需求，不能提升學(xué)生的多種思維能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型為了克服以往教學(xué)設(shè)備中單一氣動機械手裝置只能進(jìn)行一種控制方 式實訓(xùn)的缺點，提出了一種具有PLC、單片機、計算機多控制方式的氣動機械手實訓(xùn)裝置。
[0004] 本實用新型裝置采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)發(fā)明目的：
[0005] 由實現(xiàn)控制方式切換的PLC轉(zhuǎn)接盒、單片機控制系統(tǒng)、PLC、有若干個氣缸驅(qū)動的 氣動機械手裝置、若干個電磁閥組成的電磁閥組、給氣動機械手裝置提供氣源的氣源處理 器；單片機控制系統(tǒng)包括單片機及外圍電路、與上位機連接的通訊接口、具有若干個繼電器 的繼電器控制接口單元；PLC轉(zhuǎn)接盒包括與單片機連接的USB接口、若干個接插端子、控制 氣動機械手裝置運行的啟動按鈕、控制氣動機械手裝置停止的停止按鈕、控制方式選擇開 關(guān)；所述的電磁閥組的進(jìn)氣口與氣源處理器連接，電磁閥組的每一個電磁閥的出氣口依次 與氣動機械手裝置的不同氣缸連接；單片機控制系統(tǒng)和PLC的信號的輸入與輸出端口依次 與若干個接插端子連接；所述的電磁閥組的每一個電磁閥的線圈通過接插端子與繼電器控 制接口單元連接；所述的單片機控制系統(tǒng)安裝于PLC轉(zhuǎn)接盒內(nèi)。
[0006] 作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述氣動機械手裝置的氣缸的頭部和尾 部安裝有若干個對氣缸狀態(tài)和位置檢測的霍爾傳感器；所述的單片機控制系統(tǒng)還包括 PCF8574P傳感器接口單元；所述的霍爾傳感器通過接插端子與PCF8574P傳感器接口單 元連接；所述的PLC與PLC轉(zhuǎn)接盒、電磁閥的線圈與繼電器控制接口單元、霍爾傳感器與 PCF8574P之間的連接均采用香蕉測試線接插連接。
[0007] 作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述的氣動機械手裝置旁不同的位置固定有氣 手指抓取工件進(jìn)行搬運和放置的的工件裝置一、工件裝置二；所述的工件裝置一、工件裝置 二上都安裝有光纖傳感器；所述的光纖傳感器與PCF8574P傳感器接口單元連接；所述的工 件裝置一或工件裝置二上放置有工件；
[0008] 作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述鋁基板，是由寬度150,厚度30,槽寬8. 5， 槽深10. 5,槽間距25共5塊組成，含有2個把手、四個安裝底腳，這樣氣動機械手單元、電 磁閥組、氣源處理器、位置A和位置B、單片機控制系統(tǒng)、PLC轉(zhuǎn)接盒、開關(guān)電源部件通過"T" 螺釘安裝在槽形基板上，便于學(xué)生反復(fù)安裝和調(diào)整，學(xué)生在細(xì)調(diào)各部件的位置時，不需要將 各個部件拆下來，只需松開"T"螺釘，讓其在槽形基板上上下左右滑動，方便調(diào)節(jié)。這樣學(xué) 生在練習(xí)實訓(xùn)時，可反復(fù)使用，而不變形、破損。
[0009] 本實用新型的有益效果是：本實用新型的具有PLC、單片機、計算機多控制方式的 氣動機械手實訓(xùn)裝置，同時具備PLC、單片機、計算機多控制方式，不僅能降低使用單位的成 本，提高實訓(xùn)裝置的綜合利用率，避免重復(fù)投資，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識的 能力，開拓視野，通過不同的方法解決相同的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1表示具有PLC、單片機、計算機多控制方式的氣動機械手實訓(xùn)裝置結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0011] 圖2表示PLC轉(zhuǎn)接盒前端結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖3表不PLC轉(zhuǎn)接盒后端結(jié)構(gòu)不意圖。
[0013] 圖4表示轉(zhuǎn)接盒絲印圖示意圖。
[0014] 圖5表示工件裝置一結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖6表示基板結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作具體的說明。
[0017] 如圖1所示，一種具有PLC、單片機、計算機多控制方式的氣動機械手實訓(xùn)裝置， 包括實現(xiàn)控制方式切換的PLC轉(zhuǎn)接盒13、單片機控制系統(tǒng)、PLC、有若干個氣缸驅(qū)動的氣動 機械手裝置、若干個電磁閥組成的電磁閥組10、給氣動機械手裝置提供氣源的氣源處理器 11。
[0018] 為了便于說明本實用新型，在這里氣動機械手裝置采用五自由度氣動機械手，它 是由底座旋轉(zhuǎn)氣缸8、垂直升降氣缸5、水平伸縮氣缸4、氣手指6、手掌旋轉(zhuǎn)軸氣缸3組成； 垂直升降氣缸5安裝在底座旋轉(zhuǎn)氣缸8上，水平伸縮氣缸4安裝在垂直升降氣缸5上，手掌 旋轉(zhuǎn)軸氣缸3安裝在水平伸縮氣缸4上，氣手指6安裝在手掌旋轉(zhuǎn)軸氣缸3上，底座旋轉(zhuǎn)氣 缸8安裝于底座9上。
[0019] 底座旋轉(zhuǎn)氣缸8主要實現(xiàn)氣動機械手的水平軸的運動，垂直升降氣缸5實現(xiàn)氣動 機械手的上下運動，水平伸縮氣缸4實現(xiàn)氣動機械手的水平軸的伸縮，手掌旋轉(zhuǎn)軸氣缸3實 現(xiàn)氣動機械手的的順時針與逆時針的翻轉(zhuǎn)，一般可翻轉(zhuǎn)180度，通過控制氣手指6具有對工 件7夾緊與放松的動作。
[0020] 如圖5所示，氣動機械手裝置旁不同的位置固定有氣手指6抓取工件7進(jìn)行搬運 和放置的的工件裝置一 1、工件裝置二31 ;所述的工件裝置一 1、工件裝置二31上都安裝有 光纖傳感器；工件裝置一 1、工件裝置二31由底部固定作用的安裝座27、固定于安裝座27 上的圓柱形材料2、位于圓柱形材料2的上端用于放置工件的工件圓柱口 25。
[0021] 氣動機械手的驅(qū)動方式是電磁閥組10、氣源處理器11，電磁閥組10上有若干個單 控電磁閥，在這里我們使用四個單控電磁閥，電磁閥組10具有一個進(jìn)氣口，且與氣源處理 器11相連，這樣就給電磁閥組10提供氣源，而每個電磁閥又分為氣路和電路兩路系統(tǒng)，氣 路通過氣管、調(diào)速接頭分別與底座旋轉(zhuǎn)氣缸8、垂直升降氣缸5、水平伸縮氣缸4、氣手指6、 手掌旋轉(zhuǎn)軸氣缸3相連，電路是指如何控制電磁閥組10的線圈通斷，我們將電磁閥組10的 每個電磁閥的線圈連接到74HC595繼電器控制接口單元上；目標(biāo)是實現(xiàn)工件28從工件裝置 一 1搬運到工件裝置二31，或者從工件28裝置二31搬運到工件裝置一 1的自動循環(huán)過程； 對于各氣缸的狀態(tài)和行程檢測主要是靠霍爾傳感器來判斷的，霍爾傳感器安裝在每個氣缸 的頭部和尾部，工件裝置一 1和工件裝置二31的檢測靠光纖傳感器來完成的。
[0022] 如圖2和圖3所示，PLC轉(zhuǎn)接盒13包括與單片機連接的USB接口 29、若干個接插端 子18、控制氣動機械手裝置運行的啟動按鈕19、控制氣動機械手裝置停止的停止按鈕20、 控制方式選擇開關(guān)21 ;PLC轉(zhuǎn)接盒13安裝有若干個顯示氣動機械手裝置運行狀態(tài)的指示燈 24 ;指示燈24與繼電器控制接口單元連接；PLC轉(zhuǎn)接盒13上還安裝有電源插座23、對電源 控制的開關(guān)22,為了方便使用，安裝的電源插座23為"D"型電源插座，開關(guān)22為船型開關(guān)。
[0023] 如圖4所示，為了讓使用者更直觀的使用PLC轉(zhuǎn)接盒13，在PLC轉(zhuǎn)接盒上貼有標(biāo)示 組成部分說明的PLC轉(zhuǎn)接盒絲印圖30,啟動按鈕19標(biāo)有"Start"，停止按鈕標(biāo)20有"Stop"， 控制方式選擇開關(guān)21表示為SA1，為了更清晰明白的使用裝置，在PLC轉(zhuǎn)接盒絲印圖30上 的與PLC轉(zhuǎn)接盒13相對應(yīng)的位置標(biāo)注有指示燈24及接插端子18應(yīng)用的原理圖，指示燈相 對應(yīng)的PLC轉(zhuǎn)接盒絲印圖上標(biāo)記為：伸出、縮回、左旋、右旋、上升、下降、前翻、后翻。
[0024] 單片機控制系統(tǒng)包括單片機及外圍電路、與上位機連接的通訊接口、具有若干個 繼電器的繼電器控制接口單元、PCF8574P傳感器接口單元；通訊接口采用RS232和RS485 通訊接口電路；繼電器控制接口單元采用74HC595繼電器控制接口電路；單片機控制系統(tǒng) 和PLC的信號的輸入與輸出端口依次與若干個接插端子18連接；所述的電磁閥組10的每 一個電磁閥的線圈通過接插端子18與繼電器控制接口單元連接；為了便于切換使用的方 便，PLC與PLC轉(zhuǎn)接盒13之間的連接采用香蕉測試線接插連接、電磁閥的各個線圈與繼電 器控制接口單元、霍爾傳感器與PCF8574P采用螺釘型接線端子連接，USB 口通過一根一頭 為"T"型，一頭為USB型的電纜與計算機相連，當(dāng)我們選擇不同的方式控制時，只要通過香 蕉測試線不同的接插連接和選擇控制方式選擇開關(guān)的控制方式以及USB通迅線的連接就 可以實現(xiàn)PLC、單片機控制系統(tǒng)和計算機的不同的控制方式。
[0025] 74HC595繼電器控制接口單元采用SPI總線方式，分別連接到電磁閥組10的各個 線圈上和運行指示燈24上，通過控制繼電器來控制電磁閥組的通斷及通過運行指示燈來 顯示氣動機械手相應(yīng)的的運行狀態(tài)，而繼電器的常開觸點與電磁閥組10的線圈相連，從而 達(dá)到控制電磁閥的通斷，PCF8574P傳感器接口單元主要采集各氣缸上的霍爾傳感器、工件 裝置一 1和工件裝置二31的光纖傳感器的信號以及外部的啟動、停止按鈕的信號。
[0026] 單片機采用STC型51系列單片機，通過下位機軟件Keil uVision4編寫程序，上位 機與下位機的連接是通過RS232接口相連，完成程序的下載工作；計算機作為上位機，主要 通過軟件實現(xiàn)對氣動機械手裝置的控制，但同進(jìn)要進(jìn)行與單片機連接的USB接口 29的設(shè) 定，如波特率為9600、數(shù)據(jù)為8位、停止為1位、無奇偶校驗，當(dāng)氣動機械手單元在動作時， 可通過上位機實時操作和監(jiān)控氣動機械手運行狀態(tài)，并實現(xiàn)同步原理；為了實現(xiàn)PLC對氣 動機械手的控制，單片機控制系統(tǒng)必須安裝在PLC轉(zhuǎn)接盒13內(nèi)，目的是將氣動機械手裝置 的的傳感器信號和電磁閥組10的線圈引到PLC轉(zhuǎn)接盒13上的接插端子18上。另外RS485 通迅口是實現(xiàn)多臺氣動機械手裝置的的網(wǎng)絡(luò)連接，這樣可以實訓(xùn)一臺計算機控制多臺設(shè)備 即實現(xiàn)1 :N網(wǎng)絡(luò)的控制，而不需要更換計算機。
[0027] 當(dāng)工件裝置一 1的傳感器有信號時，水平軸伸出，然后垂直軸下降，接著手指夾 緊，當(dāng)夾起工件28后，垂直軸接著上升，這時水平軸縮回，然后底座旋轉(zhuǎn)軸順時針左轉(zhuǎn)到工 件裝置一 1的位置，接著手掌旋轉(zhuǎn)軸順時針翻轉(zhuǎn)180°，然后垂直軸又下降，這時氣手指6放 松，當(dāng)工件28放下后，垂直軸又上升；當(dāng)工件裝置二31傳感器有信號時，底座旋轉(zhuǎn)軸順時針 左轉(zhuǎn)到工件裝置二31的位置，手掌旋轉(zhuǎn)軸順時針翻轉(zhuǎn)180°，垂直軸下降，氣手指6夾緊， 當(dāng)夾起工件后，垂直軸上升，然后底座旋轉(zhuǎn)軸逆時針右轉(zhuǎn)到A位，這時手掌旋轉(zhuǎn)軸逆時針翻 轉(zhuǎn)180°度，水平軸開始伸出，水平軸伸出到位后垂直軸才能下降，下降到位后氣手指6開 始放松，工件28放下后垂直軸再次上升，上升到位后水平軸伸出，這樣本新型實訓(xùn)裝置如 此往復(fù)工作，在氣動機械手做相應(yīng)的動作時，PLC轉(zhuǎn)接盒絲印圖上標(biāo)記為伸出、縮回、左旋、 右旋、上升、下降、前翻、后翻的相應(yīng)的指示燈就會通過繼電器控制接口單元連接的控制來 顯示相應(yīng)的狀態(tài)。
[0028] 為了便于攜帶和操作，氣動機械手裝置、電磁閥組10、氣源處理器11、工件裝置一 1、工件裝置二31、PLC轉(zhuǎn)接盒13安裝于平面的基板15上，同時基板15上安裝有方便供電 的開關(guān)電源12。
[0029] 如圖1和圖6所示，基板15為長和寬分別為1200毫米、750毫米的錯基板；錯基 板是由寬度150毫米，厚度30毫米，槽寬8. 5毫米，槽深10. 5毫米，槽間距25毫米共5塊 組成；裝置的各個部分通過"T"型螺釘26來固定在槽型鋁基板，使用槽形鋁基板，便于學(xué)生 反復(fù)安裝和調(diào)整，學(xué)生在細(xì)調(diào)各部件的位置時，不需要將各個部件拆下來，只需松開"T"型 螺釘26,讓其在槽形基板上上下左右滑動，方便調(diào)節(jié)。這樣學(xué)生在練習(xí)實訓(xùn)時，可反復(fù)使用， 而不變形、破損。鋁基板的底部四個頂角處固定有保持鋁基板水平放置的安裝底腳16 ;鋁 基板相對的兩側(cè)分別安裝有把手17。
[0030] 以上實施實例僅是眾多實例中比較典型的實例，其氣動機械手實訓(xùn)裝置不僅僅限 于五自由度氣動機械手單元結(jié)構(gòu)，所有通過改變位置、面板布局、氣缸行程、基板尺寸、傳感 器的安裝進(jìn)行簡單修改等均應(yīng)屬于本實行新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有PLC、單片機、計算機多控制方式的氣動機械手實訓(xùn)裝置，其特征是：所述 裝置是由實現(xiàn)控制方式切換的PLC轉(zhuǎn)接盒、單片機控制系統(tǒng)、PLC、有若干個氣缸驅(qū)動的氣 動機械手裝置、若干個電磁閥組成的電磁閥組、給氣動機械手裝置提供氣源的氣源處理器； 單片機控制系統(tǒng)包括單片機及外圍電路、與上位機連接的通訊接口、具有若干個繼電器的 繼電器控制接口單元；PLC轉(zhuǎn)接盒包括與單片機連接的USB接口、若干個接插端子、控制氣 動機械手裝置運行的啟動按鈕、控制氣動機械手裝置停止的停止按鈕、控制方式選擇開關(guān)； 所述的電磁閥組的進(jìn)氣口與氣源處理器連接，電磁閥組的每一個電磁閥的出氣口依次與氣 動機械手裝置的不同氣缸連接；單片機控制系統(tǒng)和PLC的信號的輸入與輸出端口依次與若 干個接插端子連接；所述的電磁閥組的每一個電磁閥的線圈通過接插端子與繼電器控制接 口單元連接；所述的單片機控制系統(tǒng)安裝于PLC轉(zhuǎn)接盒內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC、單片機、計算機多控制方式的氣動機械手實訓(xùn)裝置，其 特征是：所述氣動機械手裝置是由底座旋轉(zhuǎn)氣缸、垂直升降氣缸、水平伸縮氣缸、氣手指、手 掌旋轉(zhuǎn)軸氣缸組成，能夠?qū)崿F(xiàn)順時針和逆時針180度翻轉(zhuǎn)控制的手掌旋轉(zhuǎn)軸氣缸；垂直升 降氣缸安裝在底座旋轉(zhuǎn)氣缸上，水平伸縮氣缸安裝在垂直升降氣缸上，手掌旋轉(zhuǎn)軸氣缸安 裝在水平伸縮氣缸上，氣手指安裝在手掌旋轉(zhuǎn)軸氣缸上，底座旋轉(zhuǎn)氣缸安裝于底座上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC、單片機、計算機多控制方式的氣動機械手實訓(xùn)裝置，其 特征是：所述單片機控制系統(tǒng)是由51系列單片機、RS232和RS485通迅口、PCF8574P傳感 器接口單元、74HC595繼電器控制接口單元、MCU主板單元組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC、單片機、計算機多控制方式的氣動機械手實訓(xùn)裝置，其 特征是：所述PLC轉(zhuǎn)接盒是由22個12mm安全插座、10個LED燈安裝孔、USB接口、"D"型電 源插座、船形開關(guān)、啟動"Start"按鈕SB1、停止"Stop"按鈕SB2、運行指示燈、控制方式選 擇開關(guān)SA1組成，PLC通過香蕉測試線與PLC轉(zhuǎn)接盒相連。
【文檔編號】G09B25/02GK203882524SQ201420079355
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月22日
【發(fā)明者】蔣作棟 申請人:山東棟梁科技設(shè)備有限公司