專利名稱：三維運動防撞機械手的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種三維運動機械手。
背景技術：
在半導體封裝機中，安裝在三維運動機構上的機械手需要在三維空間內移動，而空間內一般都會存在一些障礙物，這些障礙物不僅在水平面(即XY平面)中的位置不同， 而且高度(Z方向的高度)也不相同，在開發運動控制程序時，會考慮到這些障礙物，使機械手運動時繞過障礙物，避免碰撞。然而在設備研發和調試過程中，運動控制程序難免存在缺陷，或者當三維運動機構的運動控制系統由于某種原因失靈時，機械手就有可能與障礙物發生碰撞，造成嚴重的事故和巨大的損失，所以開發三維運動防撞安全機械手非常必要。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能夠避免與障礙物相撞的三維運動防撞機械手。為了解決上述技術問題，本發明的三維運動防撞機械手可以采用下述兩種技術方案當三維空間內存在一個障礙物時，采用如下技術方案三維運動防撞機械手包括三維運動機構，機械手，懸臂，光纖測距傳感器，反射板， 控制電路；所述控制電路包括比較器、三極管、繼電器；機械手安裝固定于三維運動機構的 Z軸導軌上，并與Z軸導軌滑動連接；懸臂的一端與機械手固定連接，光纖測距傳感器固定在懸臂的另一端；反射板固定于三維運動機構的平臺上，當機械手運動至接近障礙物時，光纖測距傳感器與懸臂隨機械手在三維空間內同步運動至反射板的上方；光纖測距傳感器的輸出連接到比較器的反相輸入端；比較器的同相輸入端連接到變阻器，變阻器跨接于電源與地之間；比較器的輸出連接到三極管的基極；三極管的發射極接地，集電極連接到繼電器；繼電器斷電時單刀雙置開關接通運動控制系統電源，繼電器通電時吸合單刀雙置開關， 接通制動系統電源。本發明將固定有光纖測距傳感器的懸臂連接在機械手上，使其與機械手在三維空間內同步運動；當機械手接近障礙物時，光纖測距傳感器恰好移動到反射板上方，再利用比較器將光纖測距傳感器輸出的模擬電壓與設定的基準電壓進行比較，判斷機械手是否低于障礙物的安全高度；如果是則通過控制電路切斷運動控制系統電源，使驅動電機失去動力， 同時接通制動系統電源，使機械手的運動迅速停止，避免了機械手與障礙物碰撞。三維運動防撞機械手還可以包括X方向傳感器擋片，Y方向傳感器擋片，一個X方向位置傳感器和一個Y方向位置傳感器；控制電路還包括一個與門；X方向傳感器擋片固定于三維運動機構的Y軸導軌上，Y方向傳感器擋片固定于Z軸導軌上；X方向位置傳感器固定于三維運動機構的X軸導軌上，Y方向位置傳感器固定于Y軸導軌上；X方向位置傳感器和Y方向位置傳感器的輸出連接到與門的兩個輸入端，與門的輸出連接到比較器的使能端；當機械手運動至障礙物所在區域時，X方向位置傳感器、Y方向位置傳感器分別被X方向傳感器擋片和Y方向傳感器擋片遮擋，X方向位置傳感器和Y方向位置傳感器輸出同時有效，與門輸出使能信號。當三維空間內包含多個障礙物時，采用如下技術方案本發明的三維運動防撞機械手包括機械手，懸臂，光纖測距傳感器，與障礙物數量相應的反射板，X方向傳感器擋片，Y方向傳感器擋片，與障礙物數量相應的X方向位置傳感器，與障礙物數量相應的Y方向位置傳感器，控制電路；所述控制電路包括與障礙物數量相應的與門、比較器及滑動變阻器，還包括或門、三極管、繼電器；機械手安裝于三維運動機構的Z軸導軌上，并與Z軸導軌滑動連接；懸臂的一端與機械手固定連接，光纖測距傳感器固定在懸臂的另一端；反射板固定于三維運動機構的平臺上；X方向傳感器擋片固定于三維運動機構的Y軸導軌上，Y方向傳感器擋片固定于Z軸導軌；X方向位置傳感器固定于三維運動機構的X軸導軌上，Y方向位置傳感器固定于Y軸導軌上；各X方向位置傳感器、Y方向位置傳感器的輸出分別連接到對應的與門的兩個輸入端，各與門的輸出端連接到對應的比較器的使能端；當機械手運動至某一障礙物區域時，與該障礙物位置對應的X方向位置傳感器、Y方向位置傳感器分別被X方向傳感器擋片和Y方向傳感器擋片遮擋，X方向位置傳感器、Y方向位置傳感器輸出同時有效；當機械手接近該障礙物時，光纖測距傳感器隨懸臂運動至與該障礙物位置對應反射板的上方；光纖測距傳感器的輸出同時連接到各比較器的反相輸入端；各比較器的同相輸入端分別連接到對應的變阻器，變阻器跨接于電源與地之間；各比較器的輸出同時連接到或門的輸入端，或門的輸出端連接到三極管的基極，三極管的發射極接地，集電極連接到繼電器；繼電器斷電時單刀雙置開關接通三維運動機構的運動控制系統電源，繼電器通電時吸合單刀雙置開關，接通三維運動機構的制動系統電源。當機械手運動至某一障礙物區域時，與該障礙物位置對應的X方向位置傳感器、Y 方向位置傳感器分別被X方向傳感器擋片和Y方向傳感器擋片遮擋，X方向位置傳感器、Y 方向位置傳感器輸出同時有效，對應的與門輸出使能信號，使與其連接的比較器開始工作， 而其他比較器不工作；當機械手接近該障礙物時，光纖測距傳感器隨懸臂運動至與該障礙物位置對應反射板的上方；此時，光纖測距傳感器將代表該反射板高度的模擬電壓信號輸出到對應的比較器反相輸入端，該比較器將反相輸入端的模擬電壓信號與同相輸入端的基準電壓進行比較；若模擬電壓信號小于基準電壓，則該比較器向或門輸出一個高電平，使三極管導通，繼電器開始工作，吸合單刀雙置開關，從而切斷三維運動機構的運動控制系統電源，同時接通三維運動機構的制動系統電源，使機械手停止運動。本發明采用在平臺上固定多個與障礙物位置對應的反射板，在X軸導軌和Y軸導軌上設置與障礙物數量相應的X方向位置傳感器、Y方向位置傳感器的方法，使得機械手進入某一障礙物區域時，將對應的比較器接通，并在機械手接近該障礙物時，由該比較器將光纖測距傳感器輸出的模擬電壓與設定的基準電壓進行比較，判斷機械手是否低于該障礙物的安全高度，避免了機械手與平臺上的各障礙物碰撞。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。圖1為本發明的三維運動防撞機械手實施例1機械結構示意圖。
圖2為本發明實施例1的控制電路結構示意圖。圖3為本發明的三維運動防撞機械手實施例2機械結構示意圖。圖4為本發明實施例2的控制電路結構示意圖。圖5為本發明的三維運動防撞機械手實施例3機械結構示意圖。圖6為本發明實施例3的控制電路結構示意圖。
具體實施例方式實施例1如圖1所示，三維運動機構包括平臺1，X軸導軌20，X軸抱閘22，X軸電機23，Y 軸導軌9，Y軸抱閘16，Υ軸電機17，Ζ軸導軌13，Ζ軸抱閘11，Ζ軸電機12，運動控制系統電源161、制動系統電源162。所述X軸導軌20固定于平臺1上，X軸抱閘22和X軸電機23 安裝固定于X軸導軌20上；Y軸導軌9安裝于X軸導軌20上并與X軸導軌20滑動連接，Y 軸抱閘16和Y軸電機17安裝固定于Y軸導軌9上；Z軸導軌13安裝于Y軸導軌9上并與 Y軸導軌9滑動連接；Z軸抱閘11和Z軸電機12安裝固定于Z軸導軌13上。運動控制系統電源161與X軸電機23、Υ軸電機17及Z軸電機12連接；制動系統電源162與X軸抱閘 22、Y軸抱閘16及Z軸抱閘11連接。本發明的三維運動防撞機械手包括三維運動機構，機械手8，懸臂5，光纖測距傳感器4，反射板2，控制電路；如圖2所示，所述控制電路包括比較器131、三極管152、繼電器 153 ；機械手8安裝固定于Z軸導軌13上，并與Z軸導軌13滑動連接；懸臂5的一端與機械手8固定連接，光纖測距傳感器4固定在懸臂5的另一端；反射板2固定于平臺1上，當機械手8運動至接近障礙物6時，光纖測距傳感器4與懸臂5隨機械手8在三維空間內同步運動至反射板2的上方；光纖測距傳感器4的輸出連接到比較器131的反相輸入端；比較器131的同相輸入端連接到變阻器141，變阻器141跨接于電源與地之間；比較器131的輸出連接到三極管152的基極；三極管152的發射極接地，集電極連接到繼電器153 ；繼電器 153斷電時單刀雙置開關IM接通運動控制系統電源161，繼電器153通電時吸合單刀雙置開關154，接通制動系統電源162。所述光纖測距傳感器4為反射式光纖測距傳感器。預先根據障礙物6和反射板2的高度調整變阻器141的阻值，以設定比較器131 同相輸入端的基準電壓。機械手8在三維運動機構驅動下運動，光纖測距傳感器4與懸臂5 隨機械手8在三維空間內同步運動。當機械手8接近障礙物6時，光纖測距傳感器4恰好移動到反射板2上方。此時，光纖測距傳感器4輸出代表光纖測距傳感器與反射板2之間距離的0-10V模擬電壓信號，比較器131將該模擬電壓與基準電壓進行比較，判斷當前機械手8是否已低于障礙物6的安全高度。如果機械手8低于障礙物6的安全高度，則比較器 131輸出高電平信號，使三極管152導通，繼電器153工作，吸合單刀雙置開關154，切斷運動控制系統電源161，使X軸電機23、Y軸電機17和Z軸電機12失去動力；同時接通制動系統電源，X軸抱閘22Λ軸抱閘16和Z軸抱閘11工作，使機械手8運動迅速停止，避免了與障礙物6碰撞。實施例2如圖3、4所示，本發明的三維運動防撞機械手包括機械手8，懸臂5，光纖測距傳感器4，反射板2，X方向傳感器擋片18，Y方向傳感器擋片15，X方向位置傳感器19，Y方向位置傳感器14，控制電路；所述控制電路包括與門121、比較器131、變阻器141、三極管152、 繼電器153 ；機械手8安裝于Z軸導軌13上，并與Z軸導軌13滑動連接；懸臂5的一端與機械手8固定連接，光纖測距傳感器4固定在懸臂5的另一端；反射板2固定于平臺1上； X方向傳感器擋片18固定于Y軸導軌9上，Y方向傳感器擋片15固定于Z軸導軌13 ；X方向位置傳感器19固定于X軸導軌20上，Y方向位置傳感器14固定于Y軸導軌9上；X方向位置傳感器19和Y方向位置傳感器14的輸出連接到與門121的兩個輸入端，與門121的輸出連接到比較器131的使能端；當機械手8運動至障礙物6所在區域時，X方向位置傳感器19、Y方向位置傳感器14分別被X方向傳感器擋片18和Y方向傳感器擋片15遮擋，X 方向位置傳感器19和Y方向位置傳感器14輸出同時有效，與門121輸出使能信號使比較器131開始工作；當機械手8接近障礙物6時，光纖測距傳感器4隨懸臂5運動至反射板2 的上方；光纖測距傳感器4的輸出連接到比較器131的反相輸入端；比較器131的同相輸入端連接到變阻器141，變阻器141跨接于IOV電源與地之間；比較器131的輸出連接到三極管152的基極，三極管152的發射極接地，集電極連接到繼電器153 ；繼電器153斷電時單刀雙置開關巧4接通運動控制系統電源161，繼電器153通電時吸合單刀雙置開關154，接通制動系統電源162。預先根據障礙物6和反射板2的高度調整變阻器141的阻值，以設定比較器131 同相輸入端的基準電壓。機械手8在三維運動機構驅動下運動，光纖測距傳感器4與懸臂 5隨機械手8在三維空間內同步運動。當機械手8運動至障礙物6所在區域時，X方向位置傳感器19、Y方向位置傳感器14分別被X方向傳感器擋片18和Y方向傳感器擋片15遮擋，X方向位置傳感器19和Y方向位置傳感器14輸出同時有效，與門121輸出使能信號使比較器131開始工作。當機械手8接近障礙物6時，光纖測距傳感器4恰好移動到反射板2 上方。此時，光纖測距傳感器4輸出代表光纖測距傳感器與反射板2之間距離的0-10V模擬電壓信號，比較器131將該模擬電壓與基準電壓進行比較，判斷當前機械手8是否已低于障礙物6的安全高度。如果機械手8低于障礙物6的安全高度，則比較器131輸出高電平信號，使三極管152導通，繼電器153工作，吸合單刀雙置開關154，切斷運動控制系統電源 161，使X軸電機23、Y軸電機17和Z軸電機12失去動力；同時接通制動系統電源，X軸抱閘22Λ軸抱閘16和Z軸抱閘11工作，使機械手8運動迅速停止，避免了與障礙物6碰撞。實施例3如圖5、6所示，本發明的三維運動防撞機械手包括機械手8，懸臂5，光纖測距傳感器4，反射板2、3，X方向傳感器擋片18，Y方向傳感器擋片15，X方向位置傳感器19、21，Y 方向位置傳感器14、10，控制電路；所述控制電路包括與門121、122，比較器131、132，變阻器141、142，或門151，三極管152，繼電器153 ；機械手8安裝于Z軸導軌13上，并與Z軸導軌13滑動連接；懸臂5的一端與機械手8固定連接，光纖測距傳感器4固定在懸臂5的另一端；反射板2、3固定于平臺1上；X方向傳感器擋片18固定于Y軸導軌9上，Y方向傳感器擋片15固定于Z軸導軌13 ；X方向位置傳感器19、21固定于X軸導軌20上，Y方向位置傳感器14、10固定于Y軸導軌9上；X方向位置傳感器19和Y方向位置傳感器14的輸出連接到與門121的兩個輸入端，X方向位置傳感器21和Y方向位置傳感器10的輸出連接到與門122的兩個輸入端。當機械手8運動至障礙物6所在區域時，X方向位置傳感器19、Y方向位置傳感器14分別被X方向傳感器擋片18和Y方向傳感器擋片15遮擋，X方向位置傳感器19和Y方向位置傳感器14輸出同時有效；當機械手8接近障礙物6時，光纖測距傳感器4隨懸臂5運動至反射板2的上方。當機械手8運動至障礙物7所在區域時，X方向位置傳感器21、Y方向位置傳感器10分別被X方向傳感器擋片18和Y方向傳感器擋片 15遮擋，X方向位置傳感器21和Y方向位置傳感器10輸出同時有效；當機械手8接近障礙物7時，光纖測距傳感器4隨懸臂5運動至反射板2的上方。與門121的輸出連接到比較器131的使能端，與門122的輸出連接到比較器132的使能端；光纖測距傳感器4的輸出同時連接到比較器131、132的反相輸入端；比較器131的同相輸入端連接到變阻器141，變阻器141跨接于IOV電源與地之間，比較器132的同相輸入端連接到變阻器142，變阻器142 跨接于IOV電源與地之間；比較器131、132的輸出連接到或門151的輸入端，三極管152的基極，三極管152的發射極接地，集電極連接到繼電器153 ；繼電器153斷電時單刀雙置開關1 接通運動控制系統電源161，繼電器153通電時吸合單刀雙置開關154，接通制動系統電源162。 預先根據障礙物6、7和反射板2、3的高度分別調整變阻器141、142的阻值，以設定比較器131、132同相輸入端的基準電壓。機械手8在三維運動機構驅動下運動，光纖測距傳感器4與懸臂5隨機械手8在三維空間內同步運動。當機械手8運動至障礙物6所在區域時，X方向位置傳感器19、Y方向位置傳感器14分別被X方向傳感器擋片18和Y方向傳感器擋片15遮擋，X方向位置傳感器19和Y方向位置傳感器14輸出同時有效，與門121 輸出使能信號使比較器131開始工作。當機械手8接近障礙物6時，光纖測距傳感器4恰好移動到反射板2上方。此時，光纖測距傳感器4輸出代表光纖測距傳感器與反射板2之間距離的0-10V模擬電壓信號，比較器131將該模擬電壓與基準電壓進行比較，判斷當前機械手8是否已低于障礙物6的安全高度。如果機械手8低于障礙物6的安全高度，則比較器131輸出高電平信號，使三極管152導通，繼電器153工作，吸合單刀雙置開關154，切斷運動控制系統電源161，使X軸電機23、Y軸電機17和Z軸電機12失去動力；同時接通制動系統電源，X軸抱閘22、Υ軸抱閘16和Z軸抱閘11工作，使機械手8運動迅速停止，避免了與障礙物6碰撞。當機械手8運動至障礙物7所在區域時，X方向位置傳感器21、Υ方向位置傳感器10分別被X方向傳感器擋片18和Y方向傳感器擋片15遮擋，X方向位置傳感器21和Y方向位置傳感器10輸出同時有效，與門122輸出使能信號使比較器132開始工作。當機械手8接近障礙物7時，光纖測距傳感器4恰好移動到反射板3上方。此時，光纖測距傳感器4輸出代表光纖測距傳感器與反射板3之間距離的0-10V模擬電壓信號，比較器132將該模擬電壓與基準電壓進行比較，判斷當前機械手8是否已低于障礙物7的安全高度。如果機械手8低于障礙物7的安全高度，則比較器132輸出高電平信號，使三極管152 導通，繼電器153工作，吸合單刀雙置開關154，切斷運動控制系統電源161，使X軸電機23、 Y軸電機17和Z軸電機12失去動力；同時接通制動系統電源，X軸抱閘22、Y軸抱閘16和 Z軸抱閘11工作，使機械手8運動迅速停止，避免了與障礙物7碰撞。
權利要求
1.一種三維運動防撞機械手，包括三維運動機構和安裝固定于三維運動機構的Z軸導軌上，并與Z軸導軌(13)滑動連接的機械手(8)；其特征在于還包括懸臂(5)，光纖測距傳感器G)，反射板，控制電路；所述控制電路包括比較器、三極管(152)、繼電器(15 和單刀雙置開關(154)；懸臂(5)的一端與機械手⑶固定連接，光纖測距傳感器⑷固定在懸臂(5)的另一端；反射板O)固定于三維運動機構的平臺(1)上，當機械手(8)運動至接近障礙物時，光纖測距傳感器(4)與懸臂(5)隨機械手(8)在三維空間內同步運動至反射板的上方；光纖測距傳感器的輸出連接到比較器的反相輸入端；比較器的同相輸入端連接到變阻器，變阻器跨接于電源與地之間；比較器的輸出連接到三極管(15 的基極；三極管(152)的發射極接地，集電極連接到繼電器(153)；繼電器(153)斷電時單刀雙置開關 (154)接通三維運動機構的運動控制系統電源(161)，繼電器(153)通電時吸合單刀雙置開關(巧4)，接通三維運動機構的制動系統電源(162)。
2.根據權利要求1所述的三維運動防撞機械手，其特征在于還包括X方向傳感器擋片 (18)，Y方向傳感器擋片(15)，一個X方向位置傳感器和一個Y方向位置傳感器；控制電路還包括一個與門；所述X方向傳感器擋片18固定于三維運動機構的Y軸導軌9上，Y方向傳感器擋片15固定于Z軸導軌13上；X方向位置傳感器固定于三維運動機構的X軸導軌 20上，Y方向位置傳感器固定于Y軸導軌9上；X方向位置傳感器和Y方向位置傳感器的輸出連接到與門的兩個輸入端，與門的輸出連接到比較器的使能端；當機械手8運動至障礙物所在區域時，X方向位置傳感器、Y方向位置傳感器分別被X方向傳感器擋片18和Y方向傳感器擋片15遮擋，X方向位置傳感器和Y方向位置傳感器輸出同時有效，與門輸出使能信號。
3.一種三維運動防撞機械手，包括三維運動機構和安裝固定于三維運動機構的Z軸導軌上，并與Z軸導軌(13)滑動連接的機械手(8)；其特征在于還包括懸臂(5)，光纖測距傳感器G)，與障礙物數量相應的反射板，X方向傳感器擋片(18)，Y方向傳感器擋片(15)，與障礙物數量相應的X方向位置傳感器，與障礙物數量相應的Y方向位置傳感器，控制電路； 所述控制電路包括與障礙物數量相應的與門、比較器及滑動變阻器，還包括或門(151)、三極管(152)、繼電器(153)和單刀雙置開關(IM)；懸臂(5)的一端與機械手(8)固定連接， 光纖測距傳感器(4)固定在懸臂(5)的另一端；反射板固定于三維運動機構的平臺(1)上； X方向傳感器擋片(18)固定于三維運動機構的Y軸導軌(9)上，Y方向傳感器擋片(15)固定于Z軸導軌(13)上；X方向位置傳感器固定于三維運動機構的X軸導軌00)上，Y方向位置傳感器固定于Y軸導軌(9)上；各X方向位置傳感器、Y方向位置傳感器的輸出分別連接到對應的與門的兩個輸入端，各與門的輸出端連接到對應的比較器的使能端；當機械手 (8)運動至某一障礙物區域時，與該障礙物位置對應的X方向位置傳感器、Y方向位置傳感器分別被X方向傳感器擋片(18)和Y方向傳感器擋片(15)遮擋，X方向位置傳感器、Y方向位置傳感器輸出同時有效；當機械手(8)接近該障礙物時，光纖測距傳感器(4)隨懸臂(5) 運動至與該障礙物位置對應的反射板上方；光纖測距傳感器的輸出同時連接到各比較器的反相輸入端；各比較器的同相輸入端分別連接到對應的變阻器，變阻器跨接于電源與地之間；各比較器的輸出同時連接到或門(151)的輸入端，或門(151)的輸出端連接到三極管(152)的基極，三極管(152)的發射極接地，集電極連接到繼電器(153)；繼電器(153)斷電時單刀雙置開關(154)接通三維運動機構的運動控制系統電源(161)，繼電器(153)通電時吸合單刀雙置開關(154)，接通三維運動機構的制動系統電源(162。
全文摘要
本發明涉及一種三維運動防撞機械手，該機械手安裝固定于Z軸導軌上，并與Z軸導軌滑動連接；懸臂的一端與機械手固定連接，光纖測距傳感器固定在懸臂的另一端；反射板固定于平臺上，當機械手運動至接近障礙物時，光纖測距傳感器運動至反射板的上方；光纖測距傳感器的輸出連接到比較器的反相輸入端；比較器的輸出連接到三極管的基極；三極管的集電極連接到繼電器。本發明利用比較器將光纖測距傳感器輸出的模擬電壓與設定的基準電壓進行比較，判斷機械手是否低于障礙物的安全高度，如果是則通過繼電器切斷運動控制系統電源，同時接通制動系統電源，使機械手的運動迅速停止，避免了機械手與障礙物碰撞。
文檔編號B25J9/02GK102152320SQ201110094429
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者劉軒, 張德龍, 黃波 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所