台4上下运动。
[0029] 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，托棍驱动 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。
[0030] 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。
[0031] 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IOOkHz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IOOkHz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 用系统点数，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。能够完成本系统多 输入并且同时控制四个伺服电机的要求。
[0032] 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，可以完成系统的基本要求。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（IOmA);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°C~60°C ;工作环境室内（不防水）；外形尺寸：长21mm宽Ilmm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。
[0033] 图8是所述平台的坐标算法流程图，具体包括以下步骤：
[0034] 上述平台的抓取方法包括以下步骤：
[0035] 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；
[0036] 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；
[0037] 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。
[0038] 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XO-Χ5, Υ7 - Υ12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，Xl-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Xl-Χ6, Υ8-Υ13的开关量信号信息，具体为：X1-Χ6, Υ8-Υ13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： (6+l)xL2 = 35 ;γ 轴的坐标：（?+8)χ10+2 = 105。
[0039] 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，平台可以结合控制系统设置不同的工作模式，提高了此平台 的适应能力。
【主权项】
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，所述托棍（8)与托棍支架（7)轴连接，传送带（9)位于托棍（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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】B65G47-91, B65G43-00
【公开号】CN204324384
【申请号】CN201420703458
【发明人】甄卓, 刘朝英, 郝存明, 伦青青
【申请人】河北科技大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月21日