一种机械臂真空吸附系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机械臂真空吸附系统及其控制方法，所述系统包括包括吸盘、换向阀、真空泵、流量传感器、压力传感器、控制板、外部中央控制器、机械臂以及图像检测设备，控制板与外部中央控制器连接，外部中央控制器分别与机械臂以及图像检测设备连接，控制板的采集端口分别与流量传感器以及压力传感器连接，控制板的一个IO端口与换向阀连接，控制板的又一个IO端口与真空泵连接，吸盘、换向阀以及真空泵顺次通过气路连通，流量传感器以及压力传感器均置于真空泵所在气路中，电源给整个系统供电；本发明专利技术的优点在于：能够实时调节气压，不是简单的开闭控制，适应机器人智能化趋势的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种机械臂真空吸附系统及其控制方法
本专利技术涉及机器人末端执行器领域，更具体涉及一种机械臂真空吸附系统及其控制方法。
技术介绍
机械臂末端真空吸附系统是安装在机械臂末端利用真空负压抓取和搬运物体的工具。适用于搬运包装盒、纸箱等形状较为规则且具有一定平面的物品，在自动化生产线有广泛应用。目前，机械臂上使用的真空吸盘通常为非标制作，将吸盘安装到机械臂末端，通过气管连接外部的真空发生器、气源和控制阀，缺少能够智能控制的机械臂专用的末端真空吸附系统。现有的机械臂末端真空吸盘存在如下的问题：1、只有简单开闭控制，无法调节气压，不能适应机器人智能化趋势的要求。2、无法根据现场环境实时控制，吸取物品种类单一，不能适用于服务机器人。3、不能跟机械臂联动控制，调试工作麻烦。4、无法智能识别是否成功吸取到物品。中国专利申请号201911137057.5，公开了一种真空吸盘装置及机器人，属于机器人
本专利技术所提供的真空吸盘装置包括吸盘安装座、继电器、真空吸盘组件和电动破空阀，真空吸盘组件包括真空泵和真空吸盘，继电器、真空泵和电动破空阀均设置在吸盘安装座内部，继电器用于外接直流电源以及控制机构，真空泵和电动破空阀均与继电器电连接，电动破空阀被配置为开启时，真空吸盘与外界大气连通，电动破空阀被配置为关闭时，真空吸盘在真空泵的作用下吸附待吸附件。该真空吸盘装置由于不需要使用交流电源，仅在直流电源驱动下就能够实现对待吸附件的抓取作业，因此该真空吸盘装置不仅供电难度小，且结构简单，有利于实现小型化。但是真空吸盘装置只有简单开闭控制，无法调节气压，不能适应机器人智能化趋势的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于现有机械臂真空吸附系统只有简单开闭控制，无法调节气压，不能适应机器人智能化趋势的要求。本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种机械臂真空吸附系统，包括吸盘、换向阀、真空泵、流量传感器、压力传感器、控制板、外部中央控制器、机械臂以及图像检测设备，所述控制板与外部中央控制器连接，外部中央控制器分别与机械臂以及图像检测设备连接，控制板的采集端口分别与流量传感器以及压力传感器连接，控制板的一个IO端口与换向阀连接，控制板的又一个IO端口与真空泵连接，所述吸盘、换向阀以及真空泵顺次通过气路连通，流量传感器以及压力传感器均置于真空泵所在气路中，电源给整个系统供电。本专利技术控制板的采集端口分别与流量传感器以及压力传感器连接，接收流量和压力数据，从而控制真空泵的输入电压和功率以及换向阀的开闭状态，实时调整真空泵的输出压力和流量，从而控制吸取或者放置物体，能够实时调节气压，不是简单的开闭控制，适应机器人智能化趋势的要求。进一步地，所述图像检测设备为相机。进一步地，所述控制板接收流量传感器、压力传感器的数据，使用PWM波方式控制真空泵的输入电压和功率，进而控制真空泵的输出压力和流量。进一步地，所述控制板通过IO端口发送逻辑高低电平，控制换向阀换向，进而控制切换吸盘的吸气和吹气状态。进一步地，所述真空泵有两个气路接口，分别为吸气接口和吹气接口，吸气接口接换向阀的一路进气口上，吹气接口接换向阀的另一路进气口上，换向阀的出气口与吸盘连接，通过控制换向阀的出气口与其中一路进气口连通，图像检测设备检测到物体位置，反馈给外部中央控制器，外部中央控制器控制机械臂携带真空吸附系统移动到物体上方，外部中央控制器给控制板下发指令，控制板启动真空泵，并控制换向阀切换到吸气通道，吸盘吸取物体；压力传感器、流量传感器将气路压力和流量反馈给控制板，吸取时，若控制板检测到压力降低且流量下降到预设值，判断吸到物体，控制板给外部中央控制器反馈指令，外部中央控制器控制机械臂运动到物体放置位置，进行放置操作；若控制板检测到流量值始终超过预设值，说明吸盘与物品没有完全贴合，控制板给外部中央控制器反馈指令重新吸取，放置时，控制板控制换向阀切换到吹气通道，控制真空泵吹气，检测到压力传感器反馈压力为常压或高于常压，判断已将物体放置，控制板关闭真空泵，然后控制板给外部中央控制器反馈指令，进入下一个工作循环。进一步地，所述机械臂真空吸附系统还包括用于指示系统工作状态的指示灯，所述指示灯与控制板连接。进一步地，所述机械臂真空吸附系统还包括用于设置系统参数以及下发操作指令的操作面板，所述操作面板与控制板连接。更进一步地，所述系统包括智能控制模式以及固定输出模式，所述固定输出模式采用操作面板预先设定的系统参数对系统进行控制，所述智能控制模式是控制板实时接收压力和流量数据，实时控制系统的压力和流量，模式选择以及参数设定均通过外部中央控制器预置程序实现或者直接通过操作面板设定。更进一步地，所述操作面板上设有机械臂联动开关，按住机械臂联动开关，开关信号由控制板反馈到外部中央控制器，打开机械臂的拖动示教功能，对整体机器人系统进行拖动示教。本专利技术还提供一种机械臂真空吸附系统的控制方法，图像检测设备检测到物体位置，反馈给外部中央控制器，外部中央控制器控制机械臂携带真空吸附系统移动到物体上方，外部中央控制器给控制板下发指令，控制板启动真空泵，并控制换向阀切换到吸气通道，吸盘吸取物体；压力传感器、流量传感器将气路压力和流量反馈给控制板，吸取时，若控制板检测到压力降低且流量下降到预设值，判断吸到物体，控制板给外部中央控制器反馈指令，外部中央控制器控制机械臂运动到物体放置位置，进行放置操作；若控制板检测到流量值始终超过预设值，说明吸盘与物品没有完全贴合，控制板给外部中央控制器反馈指令重新吸取，放置时，控制板控制换向阀切换到吹气通道，控制真空泵吹气，检测到压力传感器反馈压力为常压或高于常压，判断已将物体放置，控制板关闭真空泵，然后控制板给外部中央控制器反馈指令，进入下一个工作循环。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术控制板的采集端口分别与流量传感器以及压力传感器连接，接收流量和压力数据，从而控制真空泵的输入电压和功率以及换向阀的开闭状态，实时调整真空泵的输出压力和流量，从而控制吸取或者放置物体，能够实时调节气压，不是简单的开闭控制，适应机器人智能化趋势的要求。(2)本专利技术设置压力传感器和流量传感器，向控制板反馈当前气路系统压力和流量数据，控制板通过PWM方式调节真空泵的输入电压和功率，并控制换向阀的开闭和换向，达到智能控制气路系统输出压力和流量的目的，能够根据现场环境实时控制，能适用于服务机器人。(3)本专利技术的系统可切换控制方式，系统既可以使用智能控制模式实时控制系统的压力和流量，也可以使用固定输出模式预先设定系统参数。控制板外接操作面板和外部中央控制器，设定控制方式和气路系统参数的操作可以通过中央控制器程序控制实现，也可以通过操作面板实现。(4)本专利技术提供的真空吸附系统具有与协作机械臂联动调试的功能，可按住操作面板上的机械臂联动开关，开关信号由控制板反馈到外部中央控制器，打开协作机械臂的拖动示教功能，用户可以手握该真空系统设备对整体机器人系统进行拖动示教，方便用户调试。...

【技术保护点】
1.一种机械臂真空吸附系统，其特征在于，包括吸盘、换向阀、真空泵、流量传感器、压力传感器、控制板、外部中央控制器、机械臂以及图像检测设备，所述控制板与外部中央控制器连接，外部中央控制器分别与机械臂以及图像检测设备连接，控制板的采集端口分别与流量传感器以及压力传感器连接，控制板的一个IO端口与换向阀连接，控制板的又一个IO端口与真空泵连接，所述吸盘、换向阀以及真空泵顺次通过气路连通，流量传感器以及压力传感器均置于真空泵所在气路中，电源给整个系统供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种机械臂真空吸附系统，其特征在于，包括吸盘、换向阀、真空泵、流量传感器、压力传感器、控制板、外部中央控制器、机械臂以及图像检测设备，所述控制板与外部中央控制器连接，外部中央控制器分别与机械臂以及图像检测设备连接，控制板的采集端口分别与流量传感器以及压力传感器连接，控制板的一个IO端口与换向阀连接，控制板的又一个IO端口与真空泵连接，所述吸盘、换向阀以及真空泵顺次通过气路连通，流量传感器以及压力传感器均置于真空泵所在气路中，电源给整个系统供电。


2.根据权利要求1所述的一种机械臂真空吸附系统，其特征在于，所述图像检测设备为相机。


3.根据权利要求1所述的一种机械臂真空吸附系统，其特征在于，所述控制板接收流量传感器、压力传感器的数据，使用PWM波方式控制真空泵的输入电压和功率，进而控制真空泵的输出压力和流量。


4.根据权利要求1所述的一种机械臂真空吸附系统，其特征在于，所述控制板通过IO端口发送逻辑高低电平，控制换向阀换向，进而控制切换吸盘的吸气和吹气状态。


5.根据权利要求1所述的一种机械臂真空吸附系统，其特征在于，所述真空泵有两个气路接口，分别为吸气接口和吹气接口，吸气接口接换向阀的一路进气口上，吹气接口接换向阀的另一路进气口上，换向阀的出气口与吸盘连接，通过控制换向阀的出气口与其中一路进气口连通，图像检测设备检测到物体位置，反馈给外部中央控制器，外部中央控制器控制机械臂携带真空吸附系统移动到物体上方，外部中央控制器给控制板下发指令，控制板启动真空泵，并控制换向阀切换到吸气通道，吸盘吸取物体；压力传感器、流量传感器将气路压力和流量反馈给控制板，吸取时，若控制板检测到压力降低且流量下降到预设值，判断吸到物体，控制板给外部中央控制器反馈指令，外部中央控制器控制机械臂运动到物体放置位置，进行放置操作；若控制板检测到流量值始终超过预设值，说明吸盘与物品没有完全贴合，控制板给外部中央控制器反馈指令重新吸取，放置时，控制板控制换向阀切换到吹气通道，控制真空泵吹气，检测到压力传感器反馈压力为常...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振，武帅，丁亮，于振中，金马，洪伟，
申请(专利权)人：哈工大机器人合肥国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34