插拔线机械手及自动插拔线电工实训装置发明专利

专利名称：插拔线机械手及自动插拔线电工实训装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202010982864.3

专利申请（专利权）人：平顶山学院
权利人地址：河南省平顶山市新城区未来路南段

专利发明（设计）人：杨丽,代克杰,李鹏飞,马正森

专利摘要：本发明涉及一种插拔线机械手及自动插拔线电工实训装置；该插拔线机械手的角度控制电机安装在U形固定架的底板上，且角度控制电机的转轴从U形固定架的底板中心处竖直向下穿出后与倒U形固定架的顶板中心处固定连接，倒U形固定架的两个侧板上分别设置两路插拔线机构，倒U形固定架的中间设有固线机构；含有该插拔线机械手的电工实训装置还含有机架，机架的上表面上设有三维移位机构，插拔线机械手安装在该三维移位机构上，机架的上表面中部还设有插线板﹑备线板和收线板；本发明的插拔线机械手的插拔线动作快速准确，能拔除插有单层或多层电线的插线板上的电线，电工实训装置使实训效率提高，形式多样，提高了学生实训的积极性。

主权利要求：
1.一种插拔线机械手，其特征是：含有角度控制电机﹑U形固定架﹑倒U形固定架﹑两个插拔线滑台气缸﹑两个插拔线夹爪气缸﹑两个插拔线夹爪气缸固定板﹑CCD图像传感器﹑同轴光源﹑同轴光源固定板﹑旋转气缸﹑旋转气缸固定板﹑笔形气缸﹑笔形气缸固定板﹑固线滑台气缸﹑固线滑台气缸固定板﹑固线夹爪气缸和固线夹爪气缸固定板；CCD图像传感器安装在U形固定架的一个侧板外壁上，CCD图像传感器的拍摄口竖直朝下，竖直设置的同轴光源固定板的上端也固定在U形固定架的一个侧板外壁上，同轴光源固定在同轴光源固定板的下端，同轴光源位于CCD图像传感器的拍摄口的正下方；角度控制电机安装在U形固定架的底板上，且角度控制电机的转轴从U形固定架的底板中心处竖直向下穿出后与倒U形固定架的顶板中心处固定连接，两个插拔线滑台气缸的底座分别安装在倒U形固定架的两个侧板的外壁上，两个插拔线滑台气缸的滑台均在竖直方向滑动，两个插拔线夹爪气缸的底座通过两个插拔线夹爪气缸固定板分别安装在两个插拔线滑台气缸的滑台上，每个插拔线夹爪气缸上设有一对竖直向下的插拔线夹爪；每对插拔线夹爪上设有一个漫反射探头，每对插拔线夹爪的一侧设有一个光纤探头，光纤探头距离该对插拔线夹爪一段距离，漫反射探头和光纤探头的探测口均朝下设置，且漫反射探头和光纤探头的探测口的高度均高于插拔线夹爪下端面的高度，光纤探头通过光纤探头固定板固定在该对插拔线夹爪侧的插拔线夹爪气缸固定板上；旋转气缸固定板横向安装在倒U形固定架的中间，且旋转气缸固定板的两端分别与倒U形固定架的两个侧板的内壁固定连接，旋转气缸的底座安装在旋转气缸固定板的上表面上，旋转气缸的转轴从旋转气缸固定板上竖直向下穿出后与水平设置的笔形气缸固定板上表面固定连接，笔形气缸的底座安装在笔形气缸固定板的下表面上，笔形气缸的推杆竖直设置，笔形气缸的推杆的中心线﹑旋转气缸的转轴的中心线和角度控制电机的转轴的中心线重合在一起，水平设置的固线滑台气缸固定板的上表面与笔形气缸的推杆的下端固定连接，固线滑台气缸的底座安装在固线滑台气缸固定板的下表面上，固线滑台气缸的滑台在在水平方向滑动，固线夹爪气缸的底座通过固线夹爪气缸固定板安装在固线滑台气缸的滑台上，固线夹爪气缸上安装有一对向水平方向伸的固线夹爪，且固线夹爪的夹持面竖直设置；
插拔线机械手还含有四个光纤放大器，四个光纤放大器通过光纤放大器固定板安装在U形固定架的底板两边，两个漫反射探头和两个光纤探头的光纤输出端分别与四个光纤放大器的光纤输入端连接；
光纤探头固定板为L形板，L形板的上端与插拔线夹爪气缸固定板连接，光纤探头安装在L形板下端的水平板上；插拔线夹爪和固线夹爪的夹持面上均粘贴有防滑板；固线夹爪气缸固定板为倒L形板，倒L形板的上表面与固线滑台气缸的滑台固定连接，固线夹爪气缸的底座安装在倒L形板的内折角处；
每对插拔线夹爪一侧的光纤探头距离该对插拔线夹爪的一段距离不大于该对插拔线夹爪在水平方向的宽度。
2.一种含有权利要求1所述插拔线机械手的自动插拔线电工实训装置，其特征是：还含有机架﹑四个直线移动的电动移位台﹑插线板﹑备线板﹑收线板和控制电路；四个电动移位台分别为：第一电动移位台﹑第二电动移位台﹑第三电动移位台和第四电动移位台；机架的上表面左﹑右两边分别安装有两个第一支架，第一电动移位台和第二电动移位台分别安装在两个第一支架上，第一电动移位台和第二电动移位台的台面位于同一个水平面中，且第一电动移位台和第二电动移位台的移动轨道相互平行并相对设置；第三电动移位台的移动轨道两端分别固定在第一电动移位台和第二电动移位台的台面上，且第三电动移位台的台面竖直设置；第四电动移位台的移动轨道背面与第三电动移位台的台面固定连接，且第四电动移位台的移动轨道竖直设置；插拔线机械手中的U形固定架的另一个侧板与第四电动移位台的台面固定连接；机架的上表面中部设有三个第二支架，插线板﹑备线板和收线板分别安装在三个第二支架上，插线板﹑备线板和收线板均水平设置，且插线板﹑备线板和收线板均位于插拔线机械手的下方；四个电动移位台和插拔线机械手均与控制电路连接，控制电路设置在机架上。
3.根据权利要求2所述的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述四个电动移位台中的驱动电机均为步进驱动电机，第一电动移位台和第二电动移位台的行程相同，第三电动移位台的移动轨道与第一电动移位台和第二电动移位台的移动轨道垂直。
4.根据权利要求3所述的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述第四电动移位台中的驱动电机为带刹车的步进驱动电机。
5.根据权利要求3所述的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述插线板上设有N个无序的线孔，备线板和收线板上均设有M个按矩阵形式排列的线孔，M个线孔组成的线孔矩阵的行和列的方向分别与第一电动移位台和第三电动移位台的移动轨道的方向一致，N和M均为大于等于2的自然数。
6.根据权利要求2所述的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述机架为箱式机架，机架的侧面设有箱门，机架的底部设有万向轮；控制电路含有触屏显示器﹑电机驱动器、PLC控制器和气动元件，触屏显示器与PLC控制器的显示口连接，PLC控制器的电机控制口通过电机驱动器与插拔线机械手中的角度控制电机和四个电动移位台中的驱动电机连接，PLC控制器的气缸控制口通过气动元件与插拔线机械手中的插拔线滑台气缸﹑插拔线夹爪气缸﹑旋转气缸﹑笔形气缸﹑固线滑台气缸和固线夹爪气缸连接，PLC控制器的图像信息接口与插拔线机械手中的CCD图像传感器连接，PLC控制器的光源控制口与插拔线机械手中的同轴光源连接，插拔线机械手中的四个光纤放大器的输出端分别与PLC控制器的四个光线检测信号输入端连接；触屏显示器通过显示器支架安装在机架的上表面上，电机驱动器、PLC控制器和气动元件设置在机架内。
7.根据权利要求6所述的自动插拔线电工实训装置，其特征是：所述万向轮含有无刹车的万向轮和有刹车的万向轮；机架的框架的材质为铝型材，机架的外壁的材质为亚克力，第一支架的材质为方钢。 说明书 : 插拔线机械手及自动插拔线电工实训装置[0001] （一）、技术领域：[0002] 本发明涉及一种插拔线机械手及电工实训装置，特别涉及一种插拔线机械手及自动插拔线电工实训装置。[0003] （二）、背景技术：[0004] 电子电工类专业是实践性很强的一门学科,其教学与其它理论教学有明显差异,对于电子电工类专业而言,实训是学好这门学科的关键,是电子电工类高等教育中必不可少的一个环节，它可锻炼学生设计和调试实际电路的能力以及解决实际问题的能力，使学生能将学到的知识与实践相结合，成为一个合格的电子电工类技术人员，适应电子行业中各类企业对人才的需要。目前，电工实训的难度不断增加，而且枯燥无味，学生在搭建和拆除电路时，需要不断地插线和拔线，训练效率低，影响学生的积极性。现有的实训装置一般结构较简单，只配备有插线板﹑一些插接线及其它辅助工具，已不适应现代教学的发展需要。[0005] （三）、发明内容：[0006] 本发明要解决的技术问题是：提供一种插拔线机械手及自动插拔线电工实训装置，该插拔线机械手的插拔线动作快速准确，能拔除插有单层或多层电线的插线板上的电线，电工实训装置不仅使实训效率提高，而且使电工实训的形式多样，提高了学生实训的积极性。[0007] 本发明的技术方案：[0008] 一种插拔线机械手，含有角度控制电机﹑U形固定架﹑倒U形固定架﹑两个插拔线滑台气缸﹑两个插拔线夹爪气缸﹑两个插拔线夹爪气缸固定板﹑CCD图像传感器﹑同轴光源﹑同轴光源固定板﹑旋转气缸﹑旋转气缸固定板﹑笔形气缸﹑笔形气缸固定板﹑固线滑台气缸﹑固线滑台气缸固定板﹑固线夹爪气缸和固线夹爪气缸固定板；CCD图像传感器安装在U形固定架的一个侧板外壁上，CCD图像传感器的拍摄口竖直朝下，竖直设置的同轴光源固定板的上端也固定在U形固定架的一个侧板外壁上，同轴光源固定在同轴光源固定板的下端，同轴光源位于CCD图像传感器的拍摄口的正下方；角度控制电机安装在U形固定架的底板上，且角度控制电机的转轴从U形固定架的底板中心处竖直向下穿出后与倒U形固定架的顶板中心处固定连接，两个插拔线滑台气缸的底座分别安装在倒U形固定架的两个侧板的外壁上，两个插拔线滑台气缸的滑台均在竖直方向滑动，两个插拔线夹爪气缸的底座通过两个插拔线夹爪气缸固定板分别安装在两个插拔线滑台气缸的滑台上，每个插拔线夹爪气缸上设有一对竖直向下的插拔线夹爪；每对插拔线夹爪上设有一个漫反射探头，每对插拔线夹爪的一侧设有一个光纤探头，光纤探头距离该对插拔线夹爪一段距离，漫反射探头和光纤探头的探测口均朝下设置，且漫反射探头和光纤探头的探测口的高度均高于插拔线夹爪下端面的高度，光纤探头通过光纤探头固定板固定在该对插拔线夹爪侧的插拔线夹爪气缸固定板上；旋转气缸固定板横向安装在倒U形固定架的中间，且旋转气缸固定板的两端分别与倒U形固定架的两个侧板的内壁固定连接，旋转气缸的底座安装在旋转气缸固定板的上表面上，旋转气缸的转轴从旋转气缸固定板上竖直向下穿出后与水平设置的笔形气缸固定板上表面固定连接，笔形气缸的底座安装在笔形气缸固定板的下表面上，笔形气缸的推杆竖直设置，笔形气缸的推杆的中心线﹑旋转气缸的转轴的中心线和角度控制电机的转轴的中心线重合在一起，水平设置的固线滑台气缸固定板的上表面与笔形气缸的推杆的下端固定连接，固线滑台气缸的底座安装在固线滑台气缸固定板的下表面上，固线滑台气缸的滑台在在水平方向滑动，固线夹爪气缸的底座通过固线夹爪气缸固定板安装在固线滑台气缸的滑台上，固线夹爪气缸上安装有一对向水平方向伸的固线夹爪，且固线夹爪的夹持面竖直设置。[0009] 该插拔线机械手还含有四个光纤放大器，四个光纤放大器通过光纤放大器固定板安装在U形固定架的底板两边，U形固定架的两边各有两个光纤放大器，两个漫反射探头和两个光纤探头的光纤输出端分别与四个光纤放大器的光纤输入端连接。[0010] 光纤探头固定板为L形板，L形板的上端与插拔线夹爪气缸固定板连接，光纤探头安装在L形板下端的水平板上；插拔线夹爪和固线夹爪的夹持面上均粘贴有防滑板；固线夹爪气缸固定板为倒L形板，倒L形板的上表面与固线滑台气缸的滑台固定连接，固线夹爪气缸的底座安装在倒L形板的内折角处。[0011] 每对插拔线夹爪一侧的光纤探头距离该对插拔线夹爪的一段距离不大于该对插拔线夹爪在水平方向的宽度。[0012] 插拔线机械手采用插拔线夹爪气缸进行电线的抓取，采用插拔线滑台气缸控制插拔线夹爪气缸在竖直方向的移动，采用角度控制电机控制机械手的旋转，利用CCD图像传感器采集图像信息。[0013] 一种含有上述插拔线机械手的自动插拔线电工实训装置，还含有机架﹑四个直线移动的电动移位台﹑插线板﹑备线板﹑收线板和控制电路；四个电动移位台分别为：第一电动移位台﹑第二电动移位台﹑第三电动移位台和第四电动移位台；机架的上表面左﹑右两边分别安装有两个第一支架，第一电动移位台和第二电动移位台分别安装在两个第一支架上，第一电动移位台和第二电动移位台的台面位于同一个水平面中，且第一电动移位台和第二电动移位台的移动轨道相互平行并相对设置；第三电动移位台的移动轨道两端分别固定在第一电动移位台和第二电动移位台的台面上，且第三电动移位台的台面竖直设置；第四电动移位台的移动轨道背面与第三电动移位台的台面固定连接，且第四电动移位台的移动轨道竖直设置；插拔线机械手中的U形固定架的另一个侧板与第四电动移位台的台面固定连接；机架的上表面中部设有三个第二支架，插线板﹑备线板和收线板分别安装在三个第二支架上，插线板﹑备线板和收线板均水平设置，且插线板﹑备线板和收线板均位于插拔线机械手的下方；四个电动移位台和插拔线机械手均与控制电路连接，控制电路设置在机架上。[0014] 四个电动移位台中的驱动电机均为步进驱动电机，第一电动移位台和第二电动移位台的行程相同，第三电动移位台的移动轨道与第一电动移位台和第二电动移位台的移动轨道垂直。四个电动移位台负责插拔线机械手在X、Y、Z三维空间内移动：第一电动移位台和第二电动移位台负责插拔线机械手在X方向的移动，第三电动移位台负责插拔线机械手在Y方向的移动，第四电动移位台负责插拔线机械手在Z方向的移动。[0015] 第四电动移位台中的驱动电机为带刹车的步进驱动电机。[0016] 插线板上设有N个无序的线孔，备线板和收线板上均设有M个按矩阵形式排列的线孔，M个线孔组成的线孔矩阵的行和列的方向分别与第一电动移位台和第三电动移位台的移动轨道的方向一致，N和M均为大于等于2的自然数。[0017] 实训前，人工将电线插入备线板的线孔内，电线的两端设有插头，便于插拔线，插头的上部设有插孔，便于插多层插头。[0018] 机架为箱式机架，机架的侧面设有箱门，机架的底部设有万向轮；控制电路含有触屏显示器﹑电机驱动器、PLC控制器和气动元件，触屏显示器与PLC控制器的显示口连接，PLC控制器的电机控制口通过电机驱动器与插拔线机械手中的角度控制电机和四个电动移位台中的驱动电机连接，PLC控制器的气缸控制口通过气动元件与插拔线机械手中的插拔线滑台气缸﹑插拔线夹爪气缸﹑旋转气缸﹑笔形气缸﹑固线滑台气缸和固线夹爪气缸连接，PLC控制器的图像信息接口与插拔线机械手中的CCD图像传感器连接，PLC控制器的光源控制口与插拔线机械手中的同轴光源连接，插拔线机械手中的四个光纤放大器的输出端分别与PLC控制器的四个光线检测信号输入端连接；触屏显示器通过显示器支架安装在机架的上表面上，其竖直高度可调节，触屏显示器用来显示控制软件的工作界面及进行人机交互，方便学生进行电路设计，电机驱动器、PLC控制器和气动元件设置在机架内。[0019] 万向轮含有无刹车的万向轮和有刹车的万向轮；机架的框架的材质为铝型材，机架的外壁的材质为亚克力，第一支架的材质为方钢。[0020] 该电工实训装置的工作过程如下：[0021] 该电工实训装置开始工作前，先人工将电线插入备线板的线孔内，每根电线的两端插头分别插在两个线孔内，所有电线按排整齐排列；工作时，四个电动移位台带动插拔线机械手在X、Y、Z三维空间内平缓运动，PLC控制器根据CCD图像传感器拍摄到的线孔或插有电线的线孔的图像存储该处的水平位置坐标，再根据需要控制四个电动移位台﹑角度控制电机﹑两个插拔线滑台气缸﹑两个插拔线夹爪气缸﹑旋转气缸﹑笔形气缸﹑固线滑台气缸和固线夹爪气缸，进而完成取线、插线、拔线及收线工作。[0022] 取线时，PLC控制器控制四个电动移位台带动插拔线机械手向备线板的上方移动，并根据CCD图像传感器拍摄到的图像分别获取备线板上同根电线的两端的水平位置坐标，然后PLC控制器控制四个电动移位台和角度控制电机，使其中一个插拔线夹爪气缸运动到该电线的一端正上方，插拔线夹爪打开，插拔线滑台气缸的滑台向下移动，使插拔线夹爪到达电线处，然后插拔线夹爪闭合，夹紧电线一端的插头，之后插拔线滑台气缸的滑台向上移动，将电线的一端取出；另一插拔线夹爪气缸在四个电动移位台和角度控制电机带动下，运动到电线的另一端正上方，将电线的另一端取出，完成取线动作。[0023] 插线时，PLC控制器控制四个电动移位台带动插拔线机械手向插线板上方移动（插线板上可以预先插上搭建电路需要的各种元器件），使一个插拔线夹爪气缸运动到需要插线的一个线孔的正上方，插拔线滑台气缸的滑台向下移动，将电线的一端插头插入该线孔中，然后插拔线夹爪打开，插拔线滑台气缸的滑台再向上移动，完成电线一端的插入；接着，使另一个插拔线夹爪气缸运动到需要插线的另一个线孔的正上方，将电线的另一端插头插入该另一个线孔中，完成插线动作。[0024] 通过不断地取线﹑插线，最终完成电路的搭建，接着，学生就可进行电路的调试实验，实验完成后，需要将插线板上的电线都拔除掉放在收线板上，以备下次实训使用，这时就需要该电工实训装置进行拔线和收线操作。[0025] 拔线时，PLC控制器控制四个电动移位台带动插拔线机械手向插线板的上方移动，然后再控制角度控制电机，使其中一个插拔线夹爪气缸运动到需要拔除的电线的一端正上方，插拔线夹爪打开，插拔线滑台气缸的滑台向下移动，直到漫反射探头获取到光信号时，插拔线滑台气缸的滑台停止向下移动，然后插拔线夹爪闭合，夹紧电线一端的插头，接着分两种情况进行处理：[0026] 如果光纤探头检测到光信号（说明仅有一层插头），插拔线滑台气缸的滑台向上移动到最高位置，将电线的一端拔出；[0027] 如果光纤探头检测不到光信号（说明该插头的下面还有至少一层插头），PLC控制器控制旋转气缸旋转，控制笔形气缸的推杆伸长，使固线夹爪移动到该插头的下方一侧，并使固线夹爪打开，然后固线滑台气缸的滑台向前伸，使固线夹爪夹住该插头下面相邻的插头，固线夹爪闭合，夹紧该插头下面相邻的插头，然后插拔线滑台气缸的滑台向上移动到最高位置，将电线的一端拔出；电线的一端拔出后，再使固线夹爪打开，固线滑台气缸和笔形气缸的推杆收缩，旋转气缸恢复到工作前状态，完成一个拔线动作；由于固线夹爪夹紧了该插头下面相邻的插头，可防止拔线时将该插头下面的插头拔出，造成误操作。[0028] 按照上面的拔线方法,另一插拔线夹爪气缸在四个电动移位台和角度控制电机带动下，运动到电线的另一端正上方，将电线的另一端取出，最后完成拔线动作。[0029] 收线动作与插线动作类似，不同之处是将电线插到收线板上，也不再详述。[0030] 插拔线机械手上的漫反射探头用来检测插拔线夹爪是否向下移动到了插线板上的电线插头处，如果移动到了插线板上的电线插头处，漫反射探头就会获取到光信号，然后将信号传送到PLC控制器；光纤探头用来感应插线板的表面，进而判断插线板上插的电线的插头是单层或多层（2层以上），若为多层，光纤探头感应不到插线板的表面，检测不到光信号。[0031] 本发明的有益效果：[0032] 1、本发明的插拔线机械手采用倒U形固定架两边的两个插拔线滑台气缸和两个插拔线夹爪气缸实现电线的插拔，采用CCD图像传感器进行插拔线位置检测，插拔线动作快速准确；另外，插拔线机械手采用倒U形固定架中间的旋转气缸﹑笔形气缸﹑固线滑台气缸和固线夹爪气缸固定需要拔除的电线插头下面相邻的插头，可防止在拔多层电线时将需拔插头下面的插头也拔出，造成误操作，该插拔线机械手不仅能拔除插有单层电线的插线板上的电线，而且还能拔除插有多层电线的插线板上的电线，非常适合在电工实训装置﹑机器人等设备上使用。[0033] 2、本发明采用四个直线移动的电动移位台带动插拔线机械手完成电工实训过程中的插拔线工作，且插拔线动作精准，能够取代学生快速准确地取线、插线、拔线及收线，不仅使实训效率提高，而且使电工实训的形式多样，提高了学生实训的积极性。[0034] 3、本发明机架的底部设有万向轮，移动﹑携带方便。[0035] （四）、附图说明：[0036] 图1为插拔线机械手的结构示意图；[0037] 图2为图1的左视结构示意图；[0038] 图3为图1的右视结构示意图；[0039] 图4为图1的后视结构示意图；[0040] 图5为插拔线机械手的立体结构示意图；[0041] 图6为插拔线机械手中旋转气缸﹑笔形气缸﹑固线滑台气缸和固线夹爪气缸之间连接的立体结构放大示意图；[0042] 图7为自动插拔线电工实训装置的缩小结构示意图；[0043] 图8为图7中插线板的放大结构示意图。[0044] （五）、具体实施方式：[0045] 参见图1～图8，图中，插拔线机械手含有角度控制电机11﹑U形固定架23﹑倒U形固定架24﹑两个插拔线滑台气缸25﹑两个插拔线夹爪气缸27﹑两个插拔线夹爪气缸固定板26﹑CCD图像传感器12﹑同轴光源13﹑同轴光源固定板30﹑旋转气缸41﹑旋转气缸固定板42﹑笔形气缸44﹑笔形气缸固定板43﹑固线滑台气缸46﹑固线滑台气缸固定板45﹑固线夹爪气缸48和固线夹爪气缸固定板47；CCD图像传感器12安装在U形固定架23的一个侧板外壁上，CCD图像传感器12的拍摄口竖直朝下，竖直设置的同轴光源固定板30的上端也固定在U形固定架23的一个侧板外壁上，同轴光源13固定在同轴光源固定板30的下端，同轴光源13位于CCD图像传感器12的拍摄口的正下方；角度控制电机11安装在U形固定架23的底板上，且角度控制电机11的转轴从U形固定架23的底板中心处竖直向下穿出后与倒U形固定架24的顶板中心处固定连接，两个插拔线滑台气缸25的底座分别安装在倒U形固定架24的两个侧板的外壁上，两个插拔线滑台气缸25的滑台均在竖直方向滑动，两个插拔线夹爪气缸27的底座通过两个插拔线夹爪气缸固定板26分别安装在两个插拔线滑台气缸25的滑台上，每个插拔线夹爪气缸27上设有一对竖直向下的插拔线夹爪28；每对插拔线夹爪28上设有一个漫反射探头40，每对插拔线夹爪28的一侧设有一个光纤探头38，光纤探头38距离该对插拔线夹爪28一段距离，漫反射探头40和光纤探头38的探测口均朝下设置，且漫反射探头40和光纤探头38的探测口的高度均高于插拔线夹爪28下端面的高度，光纤探头38通过光纤探头固定板39固定在该对插拔线夹爪28侧的插拔线夹爪气缸固定板26上；旋转气缸固定板42横向安装在倒U形固定架24的中间，且旋转气缸固定板42的两端分别与倒U形固定架24的两个侧板的内壁固定连接，旋转气缸41的底座安装在旋转气缸固定板42的上表面上，旋转气缸41的转轴从旋转气缸固定板42上竖直向下穿出后与水平设置的笔形气缸固定板43上表面固定连接，笔形气缸44的底座安装在笔形气缸固定板43的下表面上，笔形气缸44的推杆竖直设置，笔形气缸44的推杆的中心线﹑旋转气缸41的转轴的中心线和角度控制电机11的转轴的中心线重合在一起，水平设置的固线滑台气缸固定板45的上表面与笔形气缸44的推杆的下端固定连接，固线滑台气缸46的底座安装在固线滑台气缸固定板45的下表面上，固线滑台气缸46的滑台在在水平方向滑动，固线夹爪气缸48的底座通过固线夹爪气缸固定板47安装在固线滑台气缸46的滑台上，固线夹爪气缸48上安装有一对向水平方向伸的固线夹爪49，且固线夹爪49的夹持面竖直设置。[0046] 该插拔线机械手还含有四个光纤放大器51，四个光纤放大器51通过光纤放大器固定板52安装在U形固定架23的底板两边，U形固定架23的两边各有两个光纤放大器51，两个漫反射探头40和两个光纤探头38的光纤输出端分别与四个光纤放大器51的光纤输入端连接。[0047] 光纤探头固定板39为L形板，L形板的上端与插拔线夹爪气缸固定板26连接，光纤探头38安装在L形板下端的水平板上；插拔线夹爪28和固线夹爪49的夹持面上分别粘贴有防滑板29﹑50；固线夹爪气缸固定板47为倒L形板，倒L形板的上表面与固线滑台气缸46的滑台固定连接，固线夹爪气缸48的底座安装在倒L形板的内折角处。[0048] 每对插拔线夹爪28一侧的光纤探头38距离该对插拔线夹爪28的一段距离不大于该对插拔线夹爪28在水平方向的宽度。[0049] 插拔线机械手采用插拔线夹爪气缸27进行电线的抓取，采用插拔线滑台气缸25控制插拔线夹爪气缸27在竖直方向的移动，采用角度控制电机11控制机械手的旋转，利用CCD图像传感器12采集图像信息。[0050] 含有上述插拔线机械手的自动插拔线电工实训装置还含有机架5﹑四个直线移动的电动移位台﹑插线板7﹑备线板8﹑收线板9和控制电路；四个电动移位台分别为：第一电动移位台1﹑第二电动移位台2﹑第三电动移位台3和第四电动移位台4；机架5的上表面左﹑右两边分别安装有两个第一支架6，第一电动移位台1和第二电动移位台2分别安装在两个第一支架上6，第一电动移位台1和第二电动移位台2的台面位于同一个水平面中，且第一电动移位台1和第二电动移位台2的移动轨道相互平行并相对设置；第三电动移位台3的移动轨道两端分别固定在第一电动移位台1和第二电动移位台2的台面上，且第三电动移位台3的台面竖直设置；第四电动移位台4的移动轨道背面与第三电动移位台3的台面固定连接，且第四电动移位台4的移动轨道竖直设置；插拔线机械手中的U形固定架23的另一个侧板与第四电动移位台4的台面固定连接；机架5的上表面中部设有三个第二支架10，插线板7﹑备线板8和收线板9分别安装在三个第二支架10上，插线板7﹑备线板8和收线板9均水平设置，且插线板7﹑备线板8和收线板9均位于插拔线机械手的下方；四个电动移位台和插拔线机械手均与控制电路连接，控制电路设置在机架5上。[0051] 四个电动移位台中的驱动电机均为步进驱动电机，第一电动移位台1和第二电动移位台2的行程相同，第三电动移位台3的移动轨道与第一电动移位台1和第二电动移位台2的移动轨道垂直。四个电动移位台负责插拔线机械手在X、Y、Z三维空间内移动：第一电动移位台1和第二电动移位台2负责插拔线机械手在X方向的移动，第三电动移位台3负责插拔线机械手在Y方向的移动，第四电动移位台4负责插拔线机械手在Z方向的移动。[0052] 第四电动移位台4中的驱动电机为带刹车的步进驱动电机。[0053] 插线板7上设有N个无序的线孔36，备线板8和收线板9上均设有M个按矩阵形式排列的线孔36，M个线孔36组成的线孔矩阵的行和列的方向分别与第一电动移位台1和第三电动移位台3的移动轨道的方向一致，N和M均为大于等于2的自然数。[0054] 实训前，人工将电线22插入备线板8的线孔36内，电线22的两端设有插头21，便于插拔线，插头21的上部设有插孔，便于插多层插头。[0055] 机架5为箱式机架，机架5的侧面设有箱门14，机架5的底部设有万向轮；控制电路含有触屏显示器17﹑电机驱动器19、PLC控制器37和气动元件20，触屏显示器17与PLC控制器37的显示口连接，PLC控制器37的电机控制口通过电机驱动器19与插拔线机械手中的角度控制电机11和四个电动移位台中的驱动电机连接，PLC控制器37的气缸控制口通过气动元件20与插拔线机械手中的插拔线滑台气缸25﹑插拔线夹爪气缸27﹑旋转气缸41﹑笔形气缸44﹑固线滑台气缸46和固线夹爪气缸48连接，PLC控制器37的图像信息接口与插拔线机械手中的CCD图像传感器12连接，PLC控制器37的光源控制口与插拔线机械手中的同轴光源13连接，插拔线机械手中的四个光纤放大器51的输出端分别与PLC控制器37的四个光线检测信号输入端连接；触屏显示器17通过显示器支架18安装在机架5的上表面上，其竖直高度可调节，触屏显示器17用来显示控制软件的工作界面及进行人机交互，方便学生进行电路设计，电机驱动器19、PLC控制器37和气动元件20设置在机架5内。[0056] 万向轮含有无刹车的万向轮15和有刹车的万向轮16；机架5的框架的材质为铝型材，机架5的外壁的材质为亚克力，第一支架6的材质为方钢。[0057] 该电工实训装置的工作过程如下：[0058] 该电工实训装置开始工作前，先人工将电线22插入备线板8的线孔36内，每根电线22的两端插头分别插在两个线孔36内，所有电线22按排整齐排列；工作时，四个电动移位台带动插拔线机械手在X、Y、Z三维空间内平缓运动，PLC控制器37根据CCD图像传感器12拍摄到的线孔36或插有电线22的线孔的图像存储该处的水平位置坐标，再根据需要控制四个电动移位台﹑角度控制电机11﹑两个插拔线滑台气缸25﹑两个插拔线夹爪气缸27﹑旋转气缸41﹑笔形气缸44﹑固线滑台气缸46和固线夹爪气缸48，进而完成取线、插线、拔线及收线工作。[0059] 取线时，PLC控制器37控制四个电动移位台带动插拔线机械手向备线板8的上方移动，并根据CCD图像传感器12拍摄到的图像分别获取备线板8上同根电线22的两端的水平位置坐标，然后PLC控制器37控制四个电动移位台和角度控制电机11，使其中一个插拔线夹爪气缸27运动到该电线22的一端正上方，插拔线夹爪28打开，插拔线滑台气缸25的滑台向下移动，使插拔线夹爪28到达电线22处，然后插拔线夹爪28闭合，夹紧电线22一端的插头21，之后插拔线滑台气缸25的滑台向上移动，将电线22的一端取出；另一插拔线夹爪气缸27在四个电动移位台和角度控制电机11带动下，运动到电线22的另一端正上方，将电线22的另一端取出，完成取线动作。[0060] 插线时，PLC控制器37控制四个电动移位台带动插拔线机械手向插线板7上方移动（插线板7上可以预先插上搭建电路需要的各种元器件），使一个插拔线夹爪气缸27运动到需要插线的一个线孔36的正上方，插拔线滑台气缸25的滑台向下移动，将电线22的一端插头21插入该线孔36中，然后插拔线夹爪28打开，插拔线滑台气缸25的滑台再向上移动，完成电线22一端的插入；接着，使另一个插拔线夹爪气缸27运动到需要插线的另一个线孔36的正上方，将电线22的另一端插头21插入该另一个线孔36中，完成插线动作。[0061] 通过不断地取线﹑插线，最终完成电路的搭建，接着，学生就可进行电路的调试实验，实验完成后，需要将插线板7上的电线22都拔除掉放在收线板9上，以备下次实训使用，这时就需要该电工实训装置进行拔线和收线操作。[0062] 拔线时，PLC控制器37控制四个电动移位台带动插拔线机械手向插线板7的上方移动，然后再控制角度控制电机11，使其中一个插拔线夹爪气缸27运动到需要拔除的电线22的一端正上方，插拔线夹爪28打开，插拔线滑台气缸25的滑台向下移动，直到漫反射探头40获取到光信号时，插拔线滑台气缸25的滑台停止向下移动，然后插拔线夹爪28闭合，夹紧电线22一端的插头54，接着分两种情况进行处理：[0063] 如果光纤探头38检测到光信号（说明仅有一层插头），插拔线滑台气缸25的滑台向上移动到最高位置，将电线22的一端拔出；[0064] 如果光纤探头38检测不到光信号（说明该插头54的下面还有至少一层插头），PLC控制器37控制旋转气缸41旋转，控制笔形气缸44的推杆伸长，使固线夹爪49移动到该插头54的下方一侧，并使固线夹爪49打开，然后固线滑台气缸46的滑台向前伸，使固线夹爪49夹住该插头54下面相邻的插头53，固线夹爪49闭合，夹紧该插头54下面相邻的插头53，然后插拔线滑台气缸25的滑台向上移动到最高位置，将电线22的一端拔出；电线22的一端拔出后，再使固线夹爪49打开，固线滑台气缸46和笔形气缸44的推杆收缩，旋转气缸41恢复到工作前状态，完成一个拔线动作；由于固线夹爪49夹紧了该插头54下面相邻的插头53，可防止拔线时将该插头54下面的插头53拔出，造成误操作。[0065] 按照上面的拔线方法,另一插拔线夹爪气缸27在四个电动移位台和角度控制电机11带动下，运动到电线22的另一端正上方，将电线22的另一端取出，最后完成拔线动作。[0066] 收线动作与插线动作类似，不同之处是将电线22插到收线板9上，也不再详述。[0067] 插拔线机械手上的漫反射探头40用来检测插拔线夹爪28是否向下移动到了插线板7上的电线插头处，如果移动到了插线板7上的电线插头处，漫反射探头40就会获取到光信号，然后将信号传送到PLC控制器37；光纤探头38用来感应插线板7的表面，进而判断插线板7上插的电线22的插头是单层或多层（2层以上），若为多层，光纤探头38感应不到插线板7的表面，检测不到光信号。

专利地区：河南

专利申请日期：2020-09-18

专利公开日期：2024-10-01

专利公告号：2024-10-01