一種蛋盤自動裝卸機控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種蛋盤自動裝卸機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括控制器、電源模塊、多個光電開關、紅外測距傳感器、步進電機驅(qū)動模塊、X步進電機、Y步進電機、Z步進電機、機械手、升降平臺和鍵盤；所述控制器分別與電源模塊、多個光電開關、紅外測距傳感器、步進電機驅(qū)動模塊和鍵盤相連接；所述步進電機驅(qū)動模塊分別與X步進電機、Y步進電機和Z步進電機相連接；所述X步進電機和Y步進電機分別與機械手相連接；所述Z步進電機連接升降平臺；還包括掉電保護模塊，所述掉電保護模塊與控制器相連接。本實用新型結構簡單，設計新穎，完全替代工人對蛋盤進行裝卸，提高工人工作效率，減少工人勞動強度。
【專利說明】
一種蛋盤自動裝卸機控制系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種控制系統(tǒng)，具體涉及一種蛋盤自動裝卸機控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，孵化廳自動化設備已成為孵化場現(xiàn)代化生產(chǎn)不可或缺的組成部分，而國內(nèi)絕大多數(shù)孵化場的搬運蛋盤工人效率低，勞動強度大，針對這情況，本實用新型設計一種微控制技術的自動控制裝置，可以代替工人對蛋盤進行裝卸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)現(xiàn)有技術的不足，提供一種結構簡單，設計新穎，反應靈敏的蛋盤自動裝卸機控制系統(tǒng)。
[0004]本實用新型按以下技術方案實現(xiàn):
[0005]—種蛋盤自動裝卸機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括控制器、電源模塊、多個光電開關、紅外測距傳感器、步進電機驅(qū)動模塊、X步進電機、Y步進電機、Z步進電機、機械手、升降平臺和鍵盤;所述控制器分別與電源模塊、多個光電開關、紅外測距傳感器、步進電機驅(qū)動模塊和鍵盤相連接;所述步進電機驅(qū)動模塊分別與X步進電機、Y步進電機和Z步進電機相連接;所述X步進電機和Y步進電機分別與機械手相連接;所述Z步進電機連接升降平臺；還包括掉電保護模塊，所述掉電保護模塊與控制器相連接。
[0006]優(yōu)選的是，所述控制器包括單片機、驅(qū)動模塊、檢測模塊和反饋模塊;所述單片機分別與驅(qū)動模塊、檢測模塊和反饋模塊相連接。
[0007]優(yōu)選的是，光電開關為四個，分別安裝在升降平臺的X軸與Y軸的頂點位置，X軸有三個光電開關，Y軸有一個光電開關，其中X軸與Y軸上的各一個光電開關作為零點基準，每次完成規(guī)定的動作后，機械手回到原點;X軸上的另兩個光電開關是為了檢測到蛋盤是否已由機械手取出，當?shù)氨P經(jīng)過光電開關時，升降平臺開始運動，運送到指定的檢測處。
[0008]優(yōu)選的是，所述單片機采用STC89C4051型單片機。
[0009]系統(tǒng)工作原理:系統(tǒng)開始工作時，紅外測距傳感器檢測機械手在前方有無蛋盤，確定有蛋盤后，紅外測距傳感器給控制器發(fā)送信號，在控制器收到信號后，分別控制三個步進電機，完成各個功能的運動，機械手逐漸靠近蛋盤，當機械手托起蛋盤時，光電開關發(fā)送檢測信號，控制器在收到檢測信號后，控制皮帶運動，將蛋盤裝入升降臺中。
[0010]本實用新型有益效果:
[0011 ]本實用新型結構簡單，設計新穎，完全替代工人對蛋盤進行裝卸，提高工人工作效率，減少工人勞動強度。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型控制系統(tǒng)框圖；
[0013]圖2為控制器連接框圖；
[0014]圖3為單片機控制步進電機原理圖；
[0015]圖4為檢測電路原理圖；
[0016]圖5為掉電保護電路原理圖；
[0017]圖中:I一控制器，1-1一單片機，1-2—驅(qū)動模塊，1-3—檢測模塊，1-4一反饋模塊，2—電源模塊，3—光電開關，4 一紅外測距傳感器，5—步進電機驅(qū)動模塊，6—X步進電機，7一Y步進電機，8—Z步進電機，9一機械手，10—升降平臺，11 一鍵盤，12—掉電保護模塊。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖，通過具體實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0019]如圖1、圖2所示，一種蛋盤自動裝卸機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括控制器1、電源模塊2、多個光電開關3、紅外測距傳感器4、步進電機驅(qū)動模塊5、X步進電機6、Y步進電機7、Z步進電機8、機械手9、升降平臺10和鍵盤11;控制器I分別與電源模塊2、多個光電開關3、紅外測距傳感器4、步進電機驅(qū)動模塊5和鍵盤11相連接;步進電機驅(qū)動模塊5分別與X步進電機6、Y步進電機7和Z步進電機8相連接;X步進電機6和Y步進電機7分別與機械手9相連接;Z步進電機8連接升降平臺10;還包括掉電保護模塊12，掉電保護模塊12與控制器I相連接?？刂破鱅包括單片機1-1、驅(qū)動模塊1-2、檢測模塊1-3和反饋模塊1-4;單片機1-1分別與驅(qū)動模塊1-2、檢測模塊1-3和反饋模塊1-4相連接。光電開關3為四個，分別安裝在升降平臺10的X軸與Y軸的頂點位置，X軸有三個光電開關，Y軸有一個光電開關，其中X軸與Y軸上的各一個光電開關作為零點基準，每次完成規(guī)定的動作后，機械手9回到原點;X軸上的另兩個光電開關是為了檢測到蛋盤是否已由機械手9取出，當?shù)氨P經(jīng)過光電開關時，升降平臺10開始運動，運送到指定的檢測處。單片機1-1采用STC89C4051型單片機。
[0020]機械手9由勾手和傳送帶組成，S卩X步進電機6控制勾手，Y步進電機7控制傳送帶，步進電機是將脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移或線位移的控制元件，主要分為三種類型:反應式、永磁式和混合式。電機的停轉(zhuǎn)只取決于脈沖信號的脈沖數(shù)與頻率，與負載無關，當電機驅(qū)動器接收到單片機發(fā)出的信號時，它就會驅(qū)動步進電機按照一定的方向運行一定的步數(shù)。本實用新型升降平臺10和機械手9的步進電機采用兩相四線制，12V直流電壓供電，步距角1.8°，半步方式工作時步距角為0.9°，電壓為12V。本實用新型選用ULN2003A芯片，ULN2003A芯片是高耐壓、大電流復合晶體管陣列，由七個硅NPN復合晶體管組成，可以用來驅(qū)動步進電機。
[0021]因為步進電機的步距角度比較大而且在運行的過程中轉(zhuǎn)動時穩(wěn)定性較差，所以在步進電機運動時使用一-二相勵磁方式，在這種運行方式下，單片機每發(fā)出一個脈沖信號，通過功率放大后，步進電機就會旋轉(zhuǎn)半步，這樣的勵磁方式能夠讓步進電機運行時平穩(wěn)，本實用新型步進電機是利用低電平來驅(qū)動的，根據(jù)ULN2003A芯片的特點，需要單片機1-1控制口輸出高電平，才能驅(qū)動步進電機不停的轉(zhuǎn)動，只需要將勵磁信號反方向發(fā)出，就可以使步進電機反轉(zhuǎn)。
[0022]此次步進電機的控制采用半閉環(huán)控制，由單片機1-1發(fā)出信號，驅(qū)動電路在控制信號下控制步進電機運動，使用光電編碼器作為反饋元件，安裝在各個步進電機的末端，可以將步進電機的旋轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)換為方波，在經(jīng)過放大電路后，將方波數(shù)量記錄傳給單片機1-1。單片機1-1可以查詢計數(shù)器的數(shù)值來推斷出步進電機的轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)速。
[0023]單片機1-1輸出的信號不足以使步進電機正常工作，需要一個放大電路來對單片機1-1的信號進行放大從而能夠驅(qū)動步進電機。因此選用ULN2003A芯片作為信號放大芯片。ULN2003A是一個7路反向器電路，當輸入端為高電平時輸出端為低電平，反之輸入為低電平時輸出為高電平。本實用新型使用兩片ULN2003A芯片驅(qū)動三個步進電機。
[0024]單片機1-1控制步進電機的具體電路如圖3所示，Kl、K2、K3是芯片與單片機1-1的接口?？刂芚步進電機6和Y步進電機7分別由單片機Ρ2 口低四位和高四位控制，接兩片ULN2003A的輸出端口 OUTl?0UT4和0UT3?0UT6，Z部件電機8由單片機Pl 口低四位控制，分別連接兩片ULN2003A的0UT6、0UT7、OUT 1、0UT2輸出端口。電路中電源模塊2由12V直流開關電源提供。由于ULN2003A芯片是通過電流來使其工作，因此需要在輸出端接上三組上拉電阻R3?R6、R7?R10、R11?R14。
[0025]本實用新型采用光電編碼器作為反饋元件，運行時步進電動機控制系統(tǒng)中的光電編碼器的輸出反饋給控制電路，控制電路根據(jù)反饋的輸出調(diào)整步進電動機的角度?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。
[0026]光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖、數(shù)字量或模擬量信號輸出的傳感器。利用它可以實現(xiàn)角度、直線位移、轉(zhuǎn)速等模擬物理量的測量。根據(jù)信號原理，編碼器可以分為增量式編碼器、絕對式編碼器和混合式編碼器。根據(jù)檢測原理來分，編碼器可以分為光學式、感應式和電容式等。本次設計采用增量式光電編碼器，TRD-SH系列，分辨率為10?2500(脈沖/轉(zhuǎn))，輸出形式為NPN開路集電極輸出，線驅(qū)動器輸出。
[0027]如圖4所示，當?shù)氨P通過升降臺時，此時蛋盤擋住光線并把部分光線反射回來，受光器就接到信號，給單片機1-1 一個信號，SIG與單片機P3.4口相連，電路上電后，當?shù)氨P進過時，就會把發(fā)射管發(fā)射的光線反射回來，接收到信號后，SIG由高電平變?yōu)榈碗娖?。單片機1-1檢測到P3.4 口電平變化，此時，單片機1-1將發(fā)出信號，驅(qū)動機械手9或升降平臺10。本實用新型的光電開關3選擇漫反射式光電開關傳感器，電源電壓為DC.6-36DC輸出方式:NPN常開。
[0028]紅外測距傳感器4具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，利用的紅外測距傳感器LDM301發(fā)射出一束紅外光，在照射到物體后形成一個反射的過程，反射到傳感器后接收信號，紅外測距傳感器4非線性輸出，GP2Y0D02YK(數(shù)字輸出)探測范圍80cm。
[0029]如圖5所示，步進電機在轉(zhuǎn)動時，難免會出現(xiàn)電機堵轉(zhuǎn)或過負載等情況，在電路設計方面可以加裝斷路器，這樣在堵轉(zhuǎn)和過載可以自我保護，使電路斷開，不至于燒壞電機。當電機突然掉電時，為了保護裝置，需要一個自鎖電路，普通步進電機斷電不會自鎖，上電才會自鎖，要實現(xiàn)斷電自鎖，需在步進電機尾部加裝一個抱閘裝置，并且并聯(lián)在步進裝置的電路上，電機上電時，抱閘也上電，當斷電時，剎車釋放緊緊抱住電機軸。在運行時，機械手9有可能超出預定的范圍，為了防止運行時越界，在工作臺末端安裝接近開關，通過單片機1-1讀取接近開關的信號。
【主權項】
1.一種蛋盤自動裝卸機控制系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括控制器(I)、電源模塊(2)、多個光電開關(3)、紅外測距傳感器(4)、步進電機驅(qū)動模塊(5)、X步進電機(6)、Y步進電機(7)、Ζ步進電機(8)、機械手(9)、升降平臺(10)和鍵盤(11); 所述控制器(I)分別與電源模塊(2)、多個光電開關(3)、紅外測距傳感器(4)、步進電機驅(qū)動模塊(5 )和鍵盤(11)相連接;所述步進電機驅(qū)動模塊(5 )分別與X步進電機(6 )、Y步進電機(7)和Z步進電機(8)相連接;所述X步進電機(6)和Y步進電機(7)分別與機械手(9)相連接;所述Z步進電機(8)連接升降平臺(10); 還包括掉電保護模塊(12)，所述掉電保護模塊(12)與控制器(I)相連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種蛋盤自動裝卸機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器(I)包括單片機(1-1)、驅(qū)動模塊(1-2)、檢測模塊(1-3)和反饋模塊(1-4);所述單片機(1-1)分別與驅(qū)動模塊(1-2)、檢測模塊(1-3)和反饋模塊(1-4)相連接。3.根據(jù)權利要求1所述的一種蛋盤自動裝卸機控制系統(tǒng)，其特征在于:光電開關(3)為四個，分別安裝在升降平臺(10)的X軸與Y軸的頂點位置，X軸有三個光電開關，Y軸有一個光電開關，其中X軸與Y軸上的各一個光電開關作為零點基準，每次完成規(guī)定的動作后，機械手(9)回到原點;X軸上的另兩個光電開關是為了檢測到蛋盤是否已由機械手(9)取出，當?shù)氨P經(jīng)過光電開關時，升降平臺(10)開始運動，運送到指定的檢測處。4.根據(jù)權利要求2所述的一種蛋盤自動裝卸機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(1-1)采用STC89C4051型單片機。
【文檔編號】H02P8/00GK205500314SQ201620305763
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】黃培, 梁純, 戚海永
【申請人】江蘇建筑職業(yè)技術學院