導(dǎo)語：如何才能寫好一篇機(jī)械手，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)械手；控制

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）02-0013-02

隨著工業(yè)機(jī)械手的廣泛應(yīng)用，其已經(jīng)成為自動(dòng)化控制領(lǐng)域的重要技術(shù)。在制造業(yè)不斷發(fā)展的今天，機(jī)械手一方面可以代替人工進(jìn)行生產(chǎn)線的作業(yè)，另外一方面機(jī)械手可以按照實(shí)際生產(chǎn)工藝的要求，按照一定的時(shí)間和程序設(shè)置來完成工作的卸載和傳送。機(jī)械手的廣泛應(yīng)用可以大大的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快我國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)。如果機(jī)械手采用傳統(tǒng)的繼電器進(jìn)行控制，則會(huì)直接造成系統(tǒng)原件比較繁雜、穩(wěn)定性差以及出現(xiàn)故障概率高的特點(diǎn)。隨著PLC技術(shù)的廣泛應(yīng)用，通過使用PLC來設(shè)計(jì)機(jī)械手的控制系統(tǒng)，可以保證較高的可靠性和較低的故障率，使用起來也相對(duì)簡(jiǎn)單。本文通過采用可編程控制器PLC來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得控制過程精確可靠，使得在實(shí)際生產(chǎn)過程中變得明確和清晰。

1 機(jī)械手機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)分析

本文的機(jī)械手設(shè)計(jì)案例以鍛造車間的機(jī)械手為例，該機(jī)械手處在高溫的操作環(huán)境之中，機(jī)械手所要實(shí)現(xiàn)的功能就是將高溫的鍛件棒材加持到鍛造工位的傳送帶上。實(shí)現(xiàn)對(duì)棒料準(zhǔn)確的搬運(yùn)，替代人工操作，改善工作環(huán)境。機(jī)械手的液壓系統(tǒng)主要包括了液壓驅(qū)動(dòng)、手臂的升降和收縮等系統(tǒng)，再加上液壓馬達(dá)。液壓換向回路使用三位四通閥進(jìn)行控制。在機(jī)械手設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該考慮以下幾個(gè)方面的問題：（1）鍛件的重量較大，機(jī)械手應(yīng)該具備較大的夾緊力。同時(shí)工件在移動(dòng)的過程中還會(huì)出現(xiàn)較大的慣性，保證工件不會(huì)脫落。（2）機(jī)械手的手指應(yīng)該具備一定的夾角，手指的開閉角直接影響著工件能否順利的加持到鍛造工位上，對(duì)于手指的開閉幅度具有嚴(yán)格的要求；（3）機(jī)械手應(yīng)該保證工件在搬運(yùn)過程中的準(zhǔn)確定位，必須要根據(jù)鍛造工件的形狀來選擇機(jī)械手手指的形狀；（4）由于鍛件處在高溫狀態(tài)，在加持過程中應(yīng)該保證機(jī)械手具有較高的強(qiáng)度，另外機(jī)械手的結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量緊湊，使得機(jī)械手的重心能夠維持在手臂的回轉(zhuǎn)軸線上。（5）在機(jī)械手設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該考慮到被抓工件的要求。如果是圓柱形鍛件，則應(yīng)該考慮使用V型手指，圓球形的工件考慮采用三指狀的手指，方便加持工件。對(duì)于那些表面質(zhì)量要求比較高的工件，應(yīng)該在機(jī)械手的手指上加上泡沫墊片，防止加持部位的損壞。

2 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 PLC可編程控制器介紹

機(jī)械手所使用的PLC控制器主要包括了CPU、信號(hào)輸入模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、CPU擴(kuò)展單元以及編程模塊。CPU相當(dāng)于PLC的心臟，完成對(duì)輸入信號(hào)和數(shù)據(jù)的處理，將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。對(duì)于輸入和輸出模塊而言，輸入的信號(hào)主要有分為兩個(gè)類別，分別為電壓信號(hào)和電流信號(hào)，如果外在的信號(hào)比較尖銳，則會(huì)造成PLC的CPU損壞。另外為了控制外來的負(fù)載的額度，可以通過小型繼電器的使用，來實(shí)現(xiàn)外來負(fù)載的隔離。在PLC中編程器主要是用來檢測(cè)各種信號(hào)的運(yùn)行狀態(tài)，一般使用編程器的狀況為邏輯輸入有誤或者需要檢修的時(shí)候。本文中的PLC電源使用的是24V直流電源或者220V的交流電源，機(jī)械手的PLC控制器選擇類型為西門子20EDR-1，有兩個(gè)輸入和輸出模塊，在A/D轉(zhuǎn)換方面選擇AD041型號(hào)，所設(shè)計(jì)的PLC框架如圖1所示。

其中PLC的基本參數(shù)如表1所示。

本系統(tǒng)的輸入電流信號(hào)范圍是5-23mA，對(duì)應(yīng)的十六位進(jìn)制為0000-1770。用于補(bǔ)碼的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)范圍是3.2-4mA，當(dāng)輸入電流信號(hào)小于3.2mA時(shí)，斷線檢測(cè)的功能將會(huì)被充分啟用，并且將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為8000。首先對(duì)于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換方面，在CPU模塊中不能進(jìn)行量程控制字符的改變，如果需要改變，則必須進(jìn)行斷電后重新操作。

2.2 機(jī)械手位移傳感器的選擇

位移傳感器的選擇對(duì)于機(jī)械手的設(shè)計(jì)具有重要的意義，機(jī)械手臂的升降和旋轉(zhuǎn)都需要位移傳感器的作用，還應(yīng)該把位移數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的顯示在屏幕上，主要目的就是滿足機(jī)械手臂的位移和速度測(cè)定。目前通用的傳感器為光柵位移傳感器，當(dāng)傳感器的兩塊光柵的位置發(fā)生相對(duì)變化時(shí)，光敏電阻發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)傳遞，從而轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰菩盘?hào)，實(shí)現(xiàn)了位移的精確測(cè)量。除了直線位移傳感器外，還需要安裝角位移傳感器，角位移傳感器的類型為E6W5-2014。最后機(jī)械手指在加持工件的過程中，需要安裝壓力傳感器，其中輸出信號(hào)范圍是5-60mA，電源選擇24V直流電源。在機(jī)械手觸摸屏的選擇方面，要求有兩個(gè)，首先就是要內(nèi)存要大，能夠存儲(chǔ)較多的數(shù)據(jù)，分辨率要大和較高的顯示亮度；其次PLC觸摸屏要有串行通信功能，更好的方便PLC與機(jī)械手臂之間的通信。

3 PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)與步進(jìn)電機(jī)選擇

3.1 機(jī)械手PLC總控制程序的設(shè)計(jì)

在機(jī)械手臂的下降和上升的程序設(shè)計(jì)中，只是兩者的輸入和輸出的地址不同。在壓力檢測(cè)方面，只有檢測(cè)到鍛件毛坯夾緊以后才可以進(jìn)行下一步的位移動(dòng)作，所以首先應(yīng)該進(jìn)行壓力的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了壓力數(shù)值的顯示。本文還通過CAE的仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的啟停與位移控制，減少PLC控制器的安裝面的位置，可以將啟動(dòng)按鈕與停止按鈕進(jìn)行合并。同時(shí)為了確定機(jī)械手臂是處于手動(dòng)工作模式還是處在連續(xù)工作模式，需要進(jìn)行連續(xù)工作模式按鈕，可以根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行情況來調(diào)整機(jī)械手臂的位置。同時(shí)為了保證機(jī)械手的正常運(yùn)行，機(jī)械手在每一個(gè)工作周期內(nèi)都要進(jìn)行初始位置的檢驗(yàn)，如果不是回到初始位置，則應(yīng)該執(zhí)行回到回轉(zhuǎn)原點(diǎn)的操作。和啟動(dòng)的程序一樣，機(jī)械手臂工作的運(yùn)行方式也是通過按鈕來實(shí)現(xiàn)的，手動(dòng)按鈕可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)作操作，從而滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，只需要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的脈沖時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，盡量減少機(jī)械手的行程。在經(jīng)過CAE軟件操作的優(yōu)化的過程中，可以通過以下結(jié)果步驟來進(jìn)行，首先應(yīng)該對(duì)機(jī)械手臂的模型進(jìn)行優(yōu)化，建立相應(yīng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括各種零件的設(shè)計(jì)以及機(jī)械手自由度的設(shè)計(jì)；其次，對(duì)機(jī)械手的模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真模擬，測(cè)試模型設(shè)計(jì)是否能夠滿足生產(chǎn)需求；然后細(xì)化設(shè)計(jì)模型，建立設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系，得到性能最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。本文根機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)要求將機(jī)械手的抓取機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而繪制PLC控制流程圖，通過對(duì)梯形圖控制程序的編寫，滿足了實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械手的工位需求。

3.2 步進(jìn)電機(jī)選擇

三相步進(jìn)電機(jī)通常將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰菩盘?hào)，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是依靠角度的不斷移動(dòng)而進(jìn)行的。通過對(duì)電脈沖數(shù)量的控制，來實(shí)現(xiàn)位移的控制。在步進(jìn)電機(jī)的選擇方面，本文采用的是三菱公司的橫軸和縱軸位移的機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)，最大使用電流為3A。另外PLC啟動(dòng)技術(shù)的控制與傳統(tǒng)的控制技術(shù)相比，具有價(jià)格低廉和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)代化的PLC啟動(dòng)技術(shù)可以分為感知系統(tǒng)、控制程序、主機(jī)CPU部分以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)部分。在使用CAE進(jìn)行軟件仿真模擬的過程中，通過使用鍛件的抓取機(jī)構(gòu)為實(shí)際性能的優(yōu)化目標(biāo)，通過連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)次優(yōu)化和坐標(biāo)位置優(yōu)化，使得機(jī)械手臂的抓緊力由3.5MN轉(zhuǎn)變?yōu)?0.56MN。通過采用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以有效的模擬機(jī)械手在實(shí)際生產(chǎn)過程中的抓取行為，現(xiàn)夾緊力的不斷提高，具有較大的實(shí)際成產(chǎn)意義。表2位本PLC系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器的基本參數(shù)。

四個(gè)自由度的機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)具有一定的普遍性和實(shí)用性，在PLC控制的模式下，實(shí)現(xiàn)鍛件從一個(gè)位置運(yùn)送至另一個(gè)位置，準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)位置定位和完成各項(xiàng)動(dòng)作。在實(shí)際操作的過程中可以通過觸摸屏完成各項(xiàng)操作和讀取機(jī)械手實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)，包括壓力和位移數(shù)值等信息，方便對(duì)機(jī)械手進(jìn)行很好的控制。

4 結(jié)語

PLC控制技術(shù)在機(jī)械手設(shè)計(jì)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，從而使得機(jī)械手在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文在分析參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，借鑒傳統(tǒng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案，對(duì)適用于工廠鍛件搬運(yùn)的機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模擬仿真和設(shè)計(jì)。首先對(duì)機(jī)械手液壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行了深入的分析，得到機(jī)械手控制的三個(gè)關(guān)鍵因素；然后對(duì)適合機(jī)械手的PLC控制器、壓力和位移傳感器進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)參數(shù)選擇，同時(shí)還對(duì)整體程序的設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)闡述，希望能夠給以后的機(jī)械手PLC控制設(shè)計(jì)提供參考價(jià)值

參考文獻(xiàn)

[1]尤崢.全自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線在轎車生產(chǎn)中的應(yīng)用效益分析[J].鍛造與沖壓，2005，9（4）：6-8.

[2]鄒立連.一種汽車覆蓋件自動(dòng)化沖壓線改造的實(shí)際應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2004，26（12）：73-74.

篇2

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī)械手；可編程控制器；控制系統(tǒng)

引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，氣動(dòng)機(jī)械手由于有氣源使用方便，沒有環(huán)境污染，工作安全可靠，易于維修，廣泛應(yīng)用于流水線生產(chǎn)，機(jī)械加工，注塑，儀表等工業(yè)中，提高生產(chǎn)效率。本文以三自由度機(jī)械手為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)，并在西門子S7-200的PLC上得到實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能介紹

氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

機(jī)械手氣動(dòng)控制回路原理見圖2，主要由升降氣缸、導(dǎo)桿氣缸和旋轉(zhuǎn)氣缸組成。其中升降氣缸、導(dǎo)桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸使用單電控?fù)Q向閥，通電時(shí)氣缸伸出，斷電后氣缸自動(dòng)縮回。手指夾緊氣缸使用雙電控?fù)Q向閥。由于雙電控?fù)Q向閥具有記憶作用，如果在氣缸伸出的途中突然失電，手指夾緊氣缸仍將保持原來的狀態(tài)，可保證夾持工件不會(huì)掉下。

機(jī)械手的動(dòng)作過程如下：

（1）檢查機(jī)械手是否處于初始位置。初始位置：升降氣缸處于上升位置，旋轉(zhuǎn)氣缸位于左邊位置，導(dǎo)桿氣缸位于縮回位置，夾緊氣缸位于放松位置。若不在初始位置，按下復(fù)位按鈕，讓其恢偷匠跏嘉恢謾

（2）按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手在工位1進(jìn)行抓取工件過程：手臂伸出手爪夾緊抓取工件提升臺(tái)上升手臂縮回。

（3）機(jī)械手到達(dá)工位2位置進(jìn)行釋放工件過程：手臂伸出提升臺(tái)下降手爪松開放下工件手臂縮回。

（4）放下工件之后，機(jī)械手要回到初始位置，自動(dòng)進(jìn)行下一個(gè)工作周期。

（5）在工作過程中若按下停止按鈕，機(jī)械手完成一個(gè)工作周期，回到初始位置。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)械手控制要求，有11個(gè)輸入信號(hào)，6個(gè)輸出信號(hào)，選用S7-200系列的CPU226 DC/DC/DC型號(hào)的PLC，I/O分配表見表1：

根據(jù)其控制要求，可以得到其控制流程圖，見圖3。

其編程實(shí)現(xiàn)可以通過三種方法實(shí)現(xiàn)：

（1）利用起保停程序?qū)崿F(xiàn)。

（2）步進(jìn)指令。

（3）左移位指令。

3 結(jié)束語

氣動(dòng)機(jī)械手價(jià)格低，動(dòng)作準(zhǔn)確，便于維護(hù)，易于控制，可靠性高，能在惡劣的環(huán)境下工作，減輕了人工成本，改善了工作環(huán)境，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]姜繼海，宋錦春，高常識(shí)[M].高等教育出版社，2002.

篇3

關(guān)鍵詞：壓鑄機(jī)；送料；機(jī)械手；開發(fā)

在進(jìn)行壓鑄機(jī)的送料過程中，其能夠采用多種不同的形式使得機(jī)械運(yùn)行效率得到較為顯著的提升。但在目前市場(chǎng)中出現(xiàn)的壓鑄機(jī)已經(jīng)難以滿足其整體的運(yùn)營(yíng)以及運(yùn)行。因此，在結(jié)合其市場(chǎng)的整體運(yùn)行情況下，需要采用多種不同的方法對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。最終使得機(jī)械手的開發(fā)運(yùn)行效率得到全面性的提高。

一、壓鑄機(jī)送料機(jī)械手的開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

1.1機(jī)械手的運(yùn)行不夠平穩(wěn)

在進(jìn)行機(jī)械手的整體構(gòu)建過程中，其首先需要將兩桿的機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡。在進(jìn)行開發(fā)的過程中，其依f會(huì)面臨機(jī)械手不夠穩(wěn)定等多方面的問題。因此，想要使得機(jī)械手的整體運(yùn)行效率更高，其需要采用多種不同的形式實(shí)現(xiàn)其機(jī)械的穩(wěn)定性。其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①其機(jī)械手在進(jìn)行整體的安裝過程中通常會(huì)采用整體性的安裝。【1】這就使得其在高度差上難以調(diào)節(jié)，并且難以處理設(shè)備的交互性，從而使得其整體的體系差別增大，難以起到固定的作用。

②在進(jìn)行機(jī)械手的整體調(diào)控中，其需要采用多種不同的控制方式讓按鈕開關(guān)得到改變。這樣才能不斷增強(qiáng)其整體運(yùn)行的靈活性。同時(shí)，對(duì)于設(shè)備的停用以及各種故障的發(fā)生，其需要進(jìn)行及早的預(yù)防，從而做到防患于未然。但是相對(duì)而言，很多傳統(tǒng)的機(jī)械手在進(jìn)行使用的過程中還不堪重負(fù)。在整體的使用過程中，還存在諸多的缺陷。因此，很多機(jī)械手難于精確設(shè)計(jì)并保證受力。

③機(jī)械手的密封性能還不夠好，對(duì)于其氣密結(jié)構(gòu)，很多機(jī)械手在進(jìn)行使用的過程中并未對(duì)其進(jìn)行較好地密封。最終使得壓鑄機(jī)送料的效率大幅度的降低。而且從整體上而言，其料勺在進(jìn)行綜合性的使用中，其氣密性還不夠良好。從整體上而言其在進(jìn)行料勺處理時(shí)，而且容易滲入金屬液料。從而使得設(shè)備的運(yùn)行周期持續(xù)下降。最終導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，并且使得設(shè)備的壽命變得短暫。【2】

1.2機(jī)械手結(jié)構(gòu)不夠精密

在進(jìn)行機(jī)械手的整體應(yīng)用中，其需要對(duì)五桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳感定位。并對(duì)初始依靠調(diào)的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。但在實(shí)際的應(yīng)用中，其難以保證其整體的定位。在硬件的設(shè)備設(shè)計(jì)中，其常常容易出現(xiàn)硬件設(shè)備磨損以及滑動(dòng)。而且還容易造成一定的定位失效。在進(jìn)行手臂位置的控制中，其設(shè)備難以達(dá)到良好的精密，同時(shí)在硬件設(shè)備上，其相對(duì)而言，占用的空間也較大。所以，在動(dòng)態(tài)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行中，其很難將數(shù)字結(jié)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。而且，其整體的智能化結(jié)構(gòu)也難以得到相應(yīng)的優(yōu)化。其五桿壓鑄機(jī)送料機(jī)械手如下所示：

二、壓鑄機(jī)送料機(jī)械手的開發(fā)分析

2.1機(jī)械手的方案設(shè)計(jì)

在進(jìn)行逐漸工藝的整體生產(chǎn)中，其需要將送料機(jī)械手進(jìn)行整體性的設(shè)計(jì)。其整體的設(shè)計(jì)方案如下所示：

①.根據(jù)負(fù)載特征，進(jìn)行動(dòng)力源選擇。同時(shí)，對(duì)于負(fù)載的變化情況，其需要對(duì)動(dòng)力的變化參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。在進(jìn)行整體的機(jī)械臺(tái)設(shè)計(jì)中，其需要對(duì)電機(jī)的整體擺放位置進(jìn)行裝拆的分析，同時(shí)還要對(duì)工作面的振動(dòng)情況進(jìn)行相應(yīng)的分析。這樣，其機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)，從而使得其整體的運(yùn)行更加平穩(wěn)。【3】

②在進(jìn)行機(jī)械手臂的整體設(shè)計(jì)中，其需要對(duì)機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。其首先需要對(duì)桿件的參數(shù)變化情況進(jìn)行較為明確的分析。同時(shí)，為了能夠使得負(fù)載變化更加平穩(wěn)。其需要對(duì)軌跡的變化曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)性的控制。同時(shí)，在進(jìn)行鉸鏈端的設(shè)計(jì)中，其需要將滾動(dòng)軸的變化情況進(jìn)行力的平衡分析。在進(jìn)行連接端的整體設(shè)計(jì)中，其需要考慮到整體的動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)。并對(duì)受力的負(fù)載變化情況進(jìn)行手臂的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。在進(jìn)行連接設(shè)計(jì)的過程中，其還需要對(duì)機(jī)械加工的難易程度進(jìn)行考慮。選擇焊接和螺栓連接，方便裝拆和購(gòu)買。

在進(jìn)行裝置的外觀設(shè)計(jì)上，其需要對(duì)環(huán)境的惡劣性進(jìn)行相應(yīng)的密封，同時(shí)還要保證其料勺的液料充足。同時(shí)還要對(duì)設(shè)備進(jìn)行型號(hào)的更換，并且有利于實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。【4】

2.2壓鑄機(jī)送料機(jī)械手在線自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)

在進(jìn)行機(jī)械手的自動(dòng)檢測(cè)中，其需要以PLC為自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)中，其需要對(duì)鑄件的生產(chǎn)順序進(jìn)行相應(yīng)的分析，同時(shí)在進(jìn)行PLC程序的編排過程中，其需要進(jìn)行多方面的軟件控制。同時(shí)，在進(jìn)行編程軟件的控制時(shí)，需要對(duì)其機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行信號(hào)數(shù)字的編排。并采用接觸式的傳感器進(jìn)行位置傳感的雙重保護(hù)，最終防止其傳感器在運(yùn)行的過程中發(fā)生一定的故障。

2.3送料機(jī)械手的開發(fā)利用

在進(jìn)行送料機(jī)械手的整體應(yīng)用與開發(fā)中，其首先需要對(duì)其開發(fā)路徑進(jìn)行一定的要求。同時(shí)，在熔爐口，需要對(duì)其水平方向進(jìn)行進(jìn)料的移動(dòng)，同時(shí)還要對(duì)其鎖模導(dǎo)柱進(jìn)行路徑的數(shù)據(jù)控制。其整體的估計(jì)參數(shù)變化如下所示：

①.熔爐腔深度半米左右，考慮到不應(yīng)取最底部液料，故在取料口提起高度至少半米。同時(shí)，在進(jìn)行取料的過程中，需要對(duì)機(jī)械手的變化情況進(jìn)行較為明確的數(shù)據(jù)分析。這樣其跨距就會(huì)發(fā)生一定性的變化，其整體的跨距大約在2米左右。【5】

②根據(jù)300t壓鑄機(jī)上方鎖模導(dǎo)柱與送料口的距離，考慮多型號(hào)壓鑄機(jī)適用性，機(jī)械手應(yīng)斜插入送料口上方，豎直距離應(yīng)保持在0.1米。

三、結(jié)語：

壓鑄機(jī)送料機(jī)械手的開發(fā)分析十分關(guān)鍵，其能夠使得機(jī)械手的應(yīng)用體系得到相應(yīng)的優(yōu)化。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，其首先需要對(duì)壓鑄機(jī)的送料機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的分析，尤其是對(duì)于機(jī)械手的應(yīng)用中各種問題進(jìn)行較為明確的參數(shù)確定。然后對(duì)其整體的體系優(yōu)化，并加強(qiáng)送料機(jī)械手的整體開發(fā)利用。最終使得壓鑄機(jī)的送料效率得到相應(yīng)的提高。

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篇4

1并聯(lián)換檔機(jī)械手力學(xué)分析

通常并聯(lián)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)速度較低，慣性力對(duì)機(jī)構(gòu)性能的影響不大，因此靜力學(xué)特性成為并聯(lián)機(jī)構(gòu)性能的重要體現(xiàn)。目前，靜力學(xué)研究的方法主要有兩種：幾何法和分析法。幾何法又稱為拆桿法，將機(jī)構(gòu)拆分為桿組，在各個(gè)桿的連接處以約束力代之，根據(jù)平面任意力系或空間任意力系的平衡條件列出關(guān)于未知力的平衡方程組進(jìn)行求解；分析法又稱分析靜力學(xué)，它以虛功原理為理論基礎(chǔ)，從功的角度出發(fā)尋求主動(dòng)力之間的關(guān)系。

1.1汽車變速器換檔力的形成與傳遞

圖3為變速器的組成。它由輸入軸、輸出軸、齒輪系、換檔撥叉和換檔桿組成，其中換檔桿是整個(gè)變速器的控制器。在換檔過程中，通過前、后、左、右擺動(dòng)換檔操作桿來實(shí)現(xiàn)汽車的換檔。傳統(tǒng)的換檔機(jī)械手采用直接控制撥叉來模擬換檔過程，這種控制方式不僅破壞了箱體的結(jié)構(gòu)，還無法真實(shí)準(zhǔn)確地模擬汽車換檔的過程，因此，本課題采用直接控制換檔操作桿的方式來模擬人手換檔的過程。在整個(gè)換檔過程中，換檔操作手柄要完成選檔和換檔兩個(gè)動(dòng)作，即以換檔桿與換檔器連接點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心，在選檔和換檔兩個(gè)方向上來回?cái)[動(dòng)。換檔過程中的阻力有自鎖和互鎖裝置的阻擋力、撥叉軸和軸座之間的摩擦力、撥叉軸和軸座的變形、錐形彈簧的變形、高低速齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生的沖擊力等。這些阻力最終都要傳遞到操縱桿的球形手柄上，通過駕駛員的作用力來平衡。由于操縱桿只能在換檔和選檔兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)，因此可以用這兩個(gè)方向上作用于球形手柄的兩個(gè)等效力f1和f2來對(duì)阻力進(jìn)行平衡。換檔過程中的阻力種類較多，很難用公式計(jì)算出精確的數(shù)值來，因此這兩個(gè)等效力的數(shù)值只能通過實(shí)際測(cè)量來得到。

1.2機(jī)構(gòu)力雅克比矩陣模型

以整個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，作用在該機(jī)構(gòu)上的外力包括等效于球形手柄上的力f1和f2，伸縮桿L1和L2的驅(qū)動(dòng)力F1和F2，機(jī)構(gòu)自身的重力以及各關(guān)節(jié)處的摩擦力。為簡(jiǎn)化受力分析，我們將機(jī)構(gòu)自重和摩擦力忽略掉，這樣作用在并聯(lián)機(jī)構(gòu)上的外力只剩下等效力f1，f2和驅(qū)動(dòng)力F1，F(xiàn)2，其受力分析簡(jiǎn)圖如圖4所示。忽略掉重力和摩擦力之后，整個(gè)機(jī)構(gòu)所受約束為理想約束，滿足虛功原理的應(yīng)用條件。在球銷副的中心點(diǎn)處建立直角坐標(biāo)系OXYZ，應(yīng)用虛功原理可列出機(jī)構(gòu)的虛功方程：JT為4×4方陣，稱為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜力雅可比矩陣，很顯然速度雅可比矩陣和靜力雅克比矩陣之間存在著轉(zhuǎn)置的關(guān)系，揭示了速度傳遞關(guān)系和靜力傳遞關(guān)系之間的內(nèi)在聯(lián)系。采用虛位移法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析，推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)的輸出力和驅(qū)動(dòng)力之間的映射關(guān)系，驗(yàn)證了力雅克比矩陣實(shí)際意義。下面我們通過仿真來進(jìn)一步分析驗(yàn)證最大驅(qū)動(dòng)力和外部載荷之間的關(guān)系。

2并聯(lián)換檔機(jī)械手靜力學(xué)仿真

并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)仿真以前文推導(dǎo)的靜力學(xué)逆解為數(shù)學(xué)模型并假定在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中作用于球形手柄的外載荷不發(fā)生變化。仿真過程中，作用于球形手柄的換檔力設(shè)定為50N，選檔力定為50N，仿真時(shí)間為10s。靜力學(xué)仿真程序流程見圖5。其中，［Xs，Ys］為運(yùn)動(dòng)起始點(diǎn)坐標(biāo)，［Xe，Ye］為運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)坐標(biāo)，f＝［0，50］表示換檔力在［0，50］上離散。檔位變換時(shí)并聯(lián)機(jī)械手換檔力與選檔力的靜力仿真結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出：在選檔方向上L1桿為主要作用桿，F(xiàn)1小于50．4N；在換檔方向上L2桿為主要作用桿，F(xiàn)2小于50N，最大驅(qū)動(dòng)力和外部載荷基本相等。在換檔方向上，驅(qū)動(dòng)桿的驅(qū)動(dòng)力呈二次曲線變化，符合實(shí)際換檔過程中的受力情況。

3結(jié)論

篇5

關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手；電氣一體化；定位控制

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械手成為當(dāng)今時(shí)代的標(biāo)志，有效改善勞動(dòng)條件，保障人身安全。當(dāng)前，機(jī)械手可以精確執(zhí)行預(yù)先編寫的程序命令，實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)動(dòng)作，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床、模具鍛造或者點(diǎn)焊、噴漆工藝方面。本文基于完成生產(chǎn)線之間物品運(yùn)輸設(shè)計(jì)的機(jī)械手系統(tǒng)，能夠完成手臂上下伸縮、手臂左右擺動(dòng)以及手指抓握3個(gè)動(dòng)作；采用集成傳輸模式，即手臂機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，手爪機(jī)構(gòu)則采用氣壓傳動(dòng)。

1.硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 伺服電機(jī)選擇

電機(jī)選擇方面，本課題選用交流伺服電機(jī)，因?yàn)殡S著電機(jī)調(diào)速方法的不斷研究，目前能夠?qū)㈦姍C(jī)調(diào)速范圍與成本降低到寬調(diào)速直流電機(jī)。同時(shí)，交流伺服電機(jī)擁有較高的可靠性和控制性，因此目前能夠得到廣泛應(yīng)用。而直流伺服電機(jī)內(nèi)部存在電刷和換向器因素，導(dǎo)致電機(jī)工作可靠性降低，提高后期運(yùn)行成本；交流異步電動(dòng)機(jī)雖然沒有電刷磨損，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但應(yīng)用時(shí)對(duì)其調(diào)速十分煩瑣，成本相對(duì)較高，不經(jīng)濟(jì)適用。考慮到電機(jī)后期維護(hù)方便，本課題的升降電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)都選用交流伺服電機(jī)PanasonicMDMA152P1U型號(hào)，便于后期保養(yǎng)維修，采用的驅(qū)動(dòng)器為MDDDT5540型號(hào)。

1.2 氣缸和閥門的選擇

本機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度由氣流調(diào)節(jié)閥控制，運(yùn)動(dòng)方向由電磁閥控制。目前，氣體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)憑借其價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)氣動(dòng)夾持器由于氣體的可壓縮性，在捕獲過程中具有一定的靈活性，不會(huì)由于力度過大導(dǎo)致被抓取物破壞。根據(jù)指尖距離及手爪夾緊力，夾緊裝置選擇一個(gè)具有可調(diào)緩沖裝置的雙作用氣缸，并設(shè)有夾緊裝置和壓力傳感器。氣缸本身配有兩個(gè)一位單通閥門，本設(shè)計(jì)為了能夠保證氣缸在斷氣狀態(tài)下保持氣缸內(nèi)部的壓力，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用SMC公司的VZ110氣開閥。

1.3 傳感器的選擇

傳感器的功能是將被測(cè)物的物理量轉(zhuǎn)變成由控制系統(tǒng)可以識(shí)別的電信號(hào)。實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)本身以及工作對(duì)象、工作環(huán)境的狀況，為控制系統(tǒng)提供有效精準(zhǔn)的電信號(hào)。本課題研究的機(jī)械手，位置檢測(cè)裝置主要用來判斷機(jī)械手執(zhí)行左旋/右旋，上升/下降等動(dòng)作時(shí)是否到位，通常選擇行程開關(guān)，并將其安裝在預(yù)先設(shè)定的位置。本機(jī)械手選用直線接觸式行程開關(guān)，當(dāng)行程開關(guān)檢測(cè)到機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)，立即終止當(dāng)前動(dòng)作，準(zhǔn)備運(yùn)行下一動(dòng)作。

2.機(jī)械手動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)過程

機(jī)械手的工作均由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)和電機(jī)自轉(zhuǎn)來完成。本機(jī)械手的一個(gè)工作周期要完成手臂下降―工件加緊―手臂上升―右旋―手臂再下降―松開工件―手臂在上升―左旋8個(gè)動(dòng)作，全部由對(duì)應(yīng)的限位開關(guān)來控制，系統(tǒng)原始位置設(shè)置在原點(diǎn)，當(dāng)按下開始命令時(shí)，機(jī)械手會(huì)立即有序的執(zhí)行預(yù)訂相應(yīng)動(dòng)作。為確保人身安全，機(jī)械手安裝了一個(gè)光電開關(guān)，當(dāng)機(jī)械手右旋到預(yù)定位置時(shí)，必須檢測(cè)到右工作臺(tái)上沒有工件時(shí)才能執(zhí)行下降動(dòng)作。另外，機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖功能，在系統(tǒng)斷電斷氣情況下保持機(jī)械手姿勢(shì)。本文研究的機(jī)械手系統(tǒng)工作方式一共有手動(dòng)操作，半自動(dòng)操作，自動(dòng)操作3種模式，當(dāng)系統(tǒng)上電后機(jī)械手首先初始化，然后進(jìn)行選擇相應(yīng)的工作方式。

3.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是機(jī)械手設(shè)計(jì)的重要組成部分，是保證機(jī)械手在工作過程中安全可靠的關(guān)鍵。實(shí)時(shí)控制著機(jī)械手的每一個(gè)作業(yè)動(dòng)作，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性的好壞直接決定了機(jī)械手工作過程的效率，起著不可低估作用。

3.1 PLC的選用

本文機(jī)械手的控制系統(tǒng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用“CPU226AC/24輸入/16輸出”型PLC，另外，由于系統(tǒng)I/O端的分組情況及隔離與接地的需求，需要增加10%～20%的裕量，配置了兩個(gè)EM253位控模塊和一個(gè)EM22324VDC數(shù)字組合8輸入/8輸出的擴(kuò)展模塊。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，控制面板上操作按鈕的輸入端應(yīng)該接入PLC輸入口的I0.0-I1.5，系統(tǒng)的行程開關(guān)接入I1.6-I2.3，料架上的兩個(gè)光電傳感器應(yīng)該接入I2.4、I2.5輸入口，伺服驅(qū)動(dòng)器的報(bào)警端接入I2.6、I2.7接口，伺服電機(jī)定位完成后發(fā)出的信號(hào)接入I3.0、I3.1。其次，PLCQ0.0-Q0.6輸出端連接系統(tǒng)信號(hào)指示燈，Q0.7-Q1.4端連接外部信號(hào)，實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)械手狀態(tài)，Q1.5-Q1.7端連接驅(qū)動(dòng)器，為電機(jī)提供電源，Q2.0-Q2.3端連接定位模塊，主要控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，Q2.4-Q2.5端連接氣缸控制閥，調(diào)節(jié)氣缸的伸縮。

3.2 控制模塊設(shè)計(jì)

本文中，控制系統(tǒng)主要由PLC主控單元、I/O模塊和EM253位核心控制器構(gòu)成，機(jī)械手的抓放動(dòng)作由選用的氣缸驅(qū)動(dòng)，其余動(dòng)作由選用的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)配有驅(qū)動(dòng)器，由位控模塊接收脈沖輸入。結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)配有極限行程開關(guān)，每個(gè)部件的極限運(yùn)動(dòng)由脈沖來限位。主控單元采用單獨(dú)封裝，設(shè)計(jì)為模塊式結(jié)構(gòu)，安裝在相應(yīng)的支架上，主要包括PLC模塊、觸摸終端、I/O模塊和兩個(gè)位控模塊，通過PLC專用電纜進(jìn)行相互通信。位控模塊采用的是PLC特殊模塊EM253，因?yàn)榭梢赃\(yùn)用其產(chǎn)生的脈沖串對(duì)電機(jī)速度何位置進(jìn)行開環(huán)控制，產(chǎn)生的脈沖串存儲(chǔ)在S7-200相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)中，通過擴(kuò)展的I/O總線與S7-200進(jìn)行通信。

3.3 控制面板的設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的機(jī)械手根據(jù)實(shí)際應(yīng)用所需設(shè)置以下控制按鈕。（1）工作模式選擇開關(guān)：當(dāng)正常生產(chǎn)時(shí)將機(jī)械手調(diào)到自動(dòng)模式，機(jī)械手會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)機(jī)械手出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)報(bào)警時(shí)可以將機(jī)械手調(diào)到手動(dòng)模式，機(jī)械手可通過點(diǎn)動(dòng)調(diào)整。（2）電源開關(guān)：當(dāng)機(jī)械手系統(tǒng)準(zhǔn)備工作時(shí)，必須將電源撥至ON位置，給系統(tǒng)設(shè)施供電，其中觸摸終端由PLC進(jìn)行供電。當(dāng)機(jī)械手系統(tǒng)停止工作時(shí)，必須將電源撥至OFF位置，切斷一切設(shè)施供電，保證系統(tǒng)及人身安全。（3）急停按鈕：當(dāng)機(jī)械手系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)突況例如搬運(yùn)不夠穩(wěn)定、下放物品不到位、超過了極限位置以及沒有抓取成功目標(biāo)物等等發(fā)生時(shí)，迫使機(jī)械臂系統(tǒng)停止工作，此時(shí)僅需按下急停按鈕，則可立即使機(jī)械手停止工作，有效避免事故的發(fā)生和經(jīng)濟(jì)損失。（4）機(jī)械手上升、下降、左旋、右旋、夾緊、松開按鈕：這些按鈕通常在調(diào)試或者排除系統(tǒng)故障時(shí)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行單步操作時(shí)使用，屬于手動(dòng)操作。（5）復(fù)位按鈕：當(dāng)需要將機(jī)械手系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到初始位置的情況時(shí)，需要按此按鈕實(shí)現(xiàn)相應(yīng)復(fù)位功能。（6）啟動(dòng)按鈕：當(dāng)機(jī)械手系統(tǒng)完成上電，工作模式等一系列前期準(zhǔn)備工作之后，按下此按鈕系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)完成預(yù)設(shè)搬運(yùn)動(dòng)作。（7）測(cè)試燈/報(bào)警按鈕：機(jī)械手系統(tǒng)安裝結(jié)束后，要對(duì)機(jī)械手的作業(yè)穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)。此時(shí)，試燈/報(bào)警清除按鈕對(duì)電路上所有的工作指示燈做檢測(cè)，保證正式運(yùn)行時(shí)的安全。另外，當(dāng)機(jī)械手系y出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障維修后，必須按此按鈕消除報(bào)警，使系統(tǒng)進(jìn)行正常作業(yè)。

結(jié)語

本文對(duì)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)方面進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致地研究，能夠?qū)ιa(chǎn)線上有無工件進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，降低了工作勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的柔性制造方面和工作效率方面起到了不可估量的作用。

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[5]李長(zhǎng)軍.西門子S7-200PLC應(yīng)用實(shí)例解說[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

篇6

【關(guān)鍵詞】機(jī)械手 氣動(dòng) 工業(yè)生產(chǎn)

一、引言

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1264390對(duì)機(jī)械手的定義：具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。機(jī)械手在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展中占有重要的地位，機(jī)械手加速了企業(yè)生產(chǎn)方式的變革，機(jī)械手是在工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)過程中根據(jù)需求產(chǎn)生的一種裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線。當(dāng)前機(jī)械手雖然還不如人手那樣靈活，但其具有不知疲勞，不怕危險(xiǎn)重復(fù)工作的能力，機(jī)械手得以應(yīng)用越來越廣泛。機(jī)械手早期應(yīng)用于汽車制造工業(yè)中，用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)等工序，可替代人在危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等環(huán)境中完成繁重、單調(diào)的重復(fù)勞動(dòng)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)械手同數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)車輛，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)組成柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System ）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System ），實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。在工業(yè)上機(jī)械手分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手，專用機(jī)械手是整機(jī)的附屬部分，動(dòng)作較為簡(jiǎn)單，工作對(duì)象固定，具有固定程序，適用于大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中常見的如自動(dòng)換刀機(jī)械手，料機(jī)械手，裝配機(jī)械手和焊接機(jī)械手等裝置。通用機(jī)械手自己具備控制系統(tǒng)、可編程序、動(dòng)作較為靈活的特點(diǎn)，適用于多樣性和中小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，具有工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。

二、氣動(dòng)機(jī)械手概述

（一）氣動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)介

氣動(dòng)傳動(dòng)與控制技術(shù)被形象的稱為工業(yè)自動(dòng)化之肌肉，在加工制造業(yè)領(lǐng)域獲得重視。近幾十年來隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，氣動(dòng)技術(shù)也得以大力發(fā)展。氣動(dòng)技術(shù)（Pneumatics）是以壓縮空氣來傳動(dòng)和控制機(jī)械的一門專業(yè)技術(shù)。氣動(dòng)技術(shù)具有能耗小、無污染、效率高、成本低、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，防火、防爆、抗電磁干擾、抗幅射等優(yōu)點(diǎn)。氣動(dòng)技術(shù)向精確、高速、小型、復(fù)合和集成的方向發(fā)展[1]。

（二）氣動(dòng)機(jī)械手概述

在工業(yè)機(jī)械手使用中最多的驅(qū)動(dòng)方式是電機(jī)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)常用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)以和交流伺服電機(jī)，由于電機(jī)速度高，采用減速機(jī)構(gòu)包括諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和多桿機(jī)構(gòu)等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的特點(diǎn)是控制精度高，驅(qū)動(dòng)力大，響應(yīng)快，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，采用靈活控制方式。電動(dòng)機(jī)械手成本高，限制了使用范圍，氣動(dòng)機(jī)械手成本性能比低，在滿足社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐需要的同時(shí)也越來越多的受到重視。氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要實(shí)用技術(shù)。氣動(dòng)機(jī)械手與其它控制方式的機(jī)械手相比，具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。

氣動(dòng)機(jī)械手在機(jī)械手基礎(chǔ)上發(fā)展起來，氣動(dòng)機(jī)械手由感知部分、控制部分、主機(jī)部分和執(zhí)行部分等方面組成。采集感知信號(hào)及控制信號(hào)由智能閥島來完成，氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)代替了伺服電機(jī)、步進(jìn)馬達(dá)或液壓伺服系統(tǒng)，氣缸、擺動(dòng)馬達(dá)完成原來由液壓缸或機(jī)械所作的執(zhí)行動(dòng)作，主機(jī)部分采用了標(biāo)準(zhǔn)型材輔以模塊化的裝配形式，使得氣動(dòng)機(jī)械手能拓展成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。根據(jù)需求情況，選擇相應(yīng)功能和參數(shù)的模塊，像積木一樣隨意的組合，代表氣動(dòng)機(jī)械手今后的發(fā)展方向，氣動(dòng)機(jī)械手代替一些功能不理想的工業(yè)機(jī)械手的地位[2]。

（三）某型機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)

機(jī)械手按手臂坐標(biāo)類型來分主要有直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)坐標(biāo)式、SCARA型。

當(dāng)系統(tǒng)工作開始時(shí)，產(chǎn)品在工作臺(tái)A時(shí)，機(jī)械手1工作，完成基本操作后，把物品放在工作臺(tái)B上，機(jī)械手2便啟動(dòng)工作，完成一個(gè)循環(huán)后，把物品放在工作臺(tái)C上，機(jī)械手3啟動(dòng)工作，這樣3個(gè)機(jī)械手不斷的循環(huán)工作。當(dāng)系統(tǒng)工作結(jié)束時(shí)，機(jī)械手1首先完成一個(gè)循環(huán)后停止，然后機(jī)械手2、機(jī)械手3也順序依次停止工作。當(dāng)系統(tǒng)工作開始時(shí)，機(jī)械手1首先工作，完成基本操作后，機(jī)械手2便啟動(dòng)工作，同樣完成一個(gè)循環(huán)后，機(jī)械手3啟動(dòng)工作，這樣3個(gè)機(jī)械手不斷的循環(huán)工作。當(dāng)系統(tǒng)工作結(jié)束時(shí)，機(jī)械手1首先完成一個(gè)循環(huán)后停止，然后機(jī)械手2、機(jī)械手3也順序依次停止工作。每個(gè)機(jī)械手的完成基本操作，當(dāng)工作臺(tái)上有產(chǎn)品時(shí)，機(jī)械手下降，機(jī)械手在最低位抓緊物品，機(jī)械手夾緊物品上升，機(jī)械手夾緊物品右旋180度，夾緊物品下降，在最低位時(shí)松開物品，機(jī)械手上升，機(jī)械手左旋一百八十度，回到原位。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群的自動(dòng)控制，本系統(tǒng)采用PLC做控制器。本系統(tǒng)的輸入開關(guān)量為數(shù)字信號(hào)，直接連接PLC，PLC通過中間繼電器對(duì)電磁閥加以控制。系統(tǒng)框圖如圖4所示[3]。

（三）機(jī)械手群電氣控制原理

機(jī)械手1下降電磁閥連接KA1，機(jī)械手1夾放電磁閥連接KA2，機(jī)械手1上升電磁閥連接KA3，機(jī)械手1左旋電磁閥連接KA4，機(jī)械手1右旋電磁閥連接KA5，機(jī)械手2下降電磁閥連接KA 6，機(jī)械手2夾放電磁閥連接KA7，機(jī)械手2上升電磁閥連接KA8，機(jī)械手2左旋電磁閥連接KA9，機(jī)械手2右旋電磁閥連接KA10，機(jī)械手3下降電磁閥連接KA 11；機(jī)械手3夾放電磁閥連接KA12，機(jī)械手3上升電磁閥連接KA13，機(jī)械手3左旋電磁閥連接KA14，機(jī)械手3右旋電磁閥連接KA15。電氣連接圖如圖5所示。

三、小結(jié)

當(dāng)前各國(guó)對(duì)機(jī)械手開發(fā)應(yīng)用不斷發(fā)展，它減輕了人繁重的體力勞動(dòng)、改善勞動(dòng)條件和安全生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了廢品率，從而大大降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。結(jié)構(gòu)模塊化，控制智能化，感覺功能變強(qiáng)，系統(tǒng)應(yīng)用與集成化，微型化氣動(dòng)機(jī)械手是當(dāng)前發(fā)展的方向。

參考文獻(xiàn)：

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篇7

關(guān)鍵詞：軸承變形量 SCARA型機(jī)器人 手臂柔順度

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0215-01

隨著科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，搬運(yùn)的負(fù)載越來越大，只有設(shè)計(jì)出更大負(fù)載能力的機(jī)械手，才能在國(guó)際高端市場(chǎng)占有一定立足之地。

許多單位和學(xué)者對(duì)機(jī)械手手臂柔順度展開了研究。常治斌在長(zhǎng)臂機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除考慮強(qiáng)度問題外，還要考慮剛度問題，即機(jī)械手在抓起工件后，手臂受力會(huì)產(chǎn)生變形[1]。要使機(jī)械手滿足位置精度要求，必須控制機(jī)械手手臂在受力后的變形值，使它在允許范圍內(nèi)。采用梁?jiǎn)卧挠邢拊ǎ亟榻B了截面尺寸不同的長(zhǎng)臂機(jī)構(gòu)手手臂的靜、動(dòng)態(tài)特性分析程序設(shè)計(jì)及計(jì)算實(shí)例。林異捷等人對(duì)全液壓鉛殘極板移載機(jī)械手提升手臂裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[2]。通過對(duì)移載機(jī)械手提升機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化，采用正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析方法，建立起支撐桿的位移、速度、加速度與對(duì)應(yīng)液壓缸的位移、速度、加速度之間的關(guān)系。通過仿真軟件對(duì)所得的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行了驗(yàn)證，提高最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用所得到的研究結(jié)果，可以為移載機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃和控制系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。楊振針對(duì)手臂模型未知和動(dòng)態(tài)環(huán)境下的仿人機(jī)器人手臂柔順性控制算法[3]，根據(jù)不同任務(wù)研究了在線控制仿人機(jī)器人手臂的柔性。通過仿真研究表明，合理的調(diào)整阻抗參數(shù)在實(shí)際力控制過程中至關(guān)重要，它可以有效地減少機(jī)械手與環(huán)境接觸時(shí)的沖擊力。同時(shí)對(duì)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)的阻抗控制算法作了仿真研究，仿真結(jié)果表明該算法的效果較理想。本文計(jì)算由球軸承引起的手臂下垂量使用的是赫茲接觸理論。赫茲理論做了以下的假設(shè)[4]。對(duì)于滾動(dòng)軸承內(nèi)部的接觸問題來說，這些假設(shè)基本上是成立的。

材料是均勻的；

接觸區(qū)的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于物體的尺寸；

作用力與接觸面垂直（即接觸區(qū)內(nèi)不存在摩擦）；

變形在彈性極限內(nèi)進(jìn)行。

使用赫茲接觸理論可以計(jì)算出接觸面的尺寸和應(yīng)力。當(dāng)鋼與鋼接觸時(shí)最大赫茲接觸應(yīng)力可簡(jiǎn)化為平均赫茲接觸應(yīng)力

其中Q是接觸載荷。

本研究使用的軟件是SolidWorks Simulation[5]。SolidWorks Simulation 是一個(gè)與 SolidWorks完全集成的設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)。所涉及的具體內(nèi)容有：線性靜態(tài)分析、頻率分析、動(dòng)態(tài)分析、線性化扭曲分析、熱分析、非線性分析、跌落測(cè)試分析、疲勞分析、壓力容器設(shè)計(jì)和橫梁和桁架。

該軟件采用了有限元方法（FEM）。FEM是一種用于分析工程設(shè)計(jì)的數(shù)字方法。FEM由于其通用性和適合使用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，因此已被公認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的分析方法。

SolidWorks Simulation節(jié)省了搜索最佳設(shè)計(jì)所需的時(shí)間和精力，可大大縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。通過減少產(chǎn)品開發(fā)周期數(shù)量來縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。快速測(cè)試許多概念和情形，然后做出最終決定，這樣，就有更多的時(shí)間考慮新的設(shè)計(jì)，從而快速改進(jìn)產(chǎn)品。

潔凈機(jī)器人手臂主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、硬盤、平面顯示器和太陽能產(chǎn)業(yè)中的晶片搬運(yùn)，機(jī)器人手臂的剛度必須滿足不同工位、有無負(fù)載所引起的末端高度下垂量要求，即為柔順度定義。

機(jī)器人柔順度計(jì)算包括兩部分：第一部分是軸承變形量的計(jì)算；第二部分是對(duì)手臂進(jìn)行有限元分析，得出末端下垂量。本文以SCARA型三關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂作為計(jì)算對(duì)象，每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)選用兩個(gè)深溝球軸承作為選擇支撐。SCARA型機(jī)器人手臂受力分析如圖1所示[6]。

1 軸承變形引起的下垂量計(jì)算

首先，利用機(jī)器人手臂的三維模型，分別對(duì)三個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量和質(zhì)心位置評(píng)估后可得到手臂各關(guān)節(jié)承受的力矩。然后，通過受力分析，計(jì)算出各個(gè)軸承所受到的載荷力。

計(jì)算輔助變量

其中：1-I，1-II與2-I，2-II，分別為包含兩接觸物體1和2的主曲率的平面，為曲率。

計(jì)算出后，查赫茲接觸系數(shù)表，可得出。

當(dāng)鋼與鋼接觸時(shí)，彈性趨近量計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：

其中：Q為軸承所受載荷力。

最后，將機(jī)器人手臂有負(fù)載和無負(fù)載時(shí)軸承引起的末端下垂量做差，可得到負(fù)載引起的末端下垂量為3.691 mm。

2 機(jī)器人手臂變形引起的下垂量計(jì)算

通過SolidWorks Simulation軟件對(duì)手臂有負(fù)載和無負(fù)載兩種情況進(jìn)行有限元分析。將有負(fù)載和無負(fù)載的手臂最前端變形量做差，即為不考慮軸承變形作用下的手臂變形量。此時(shí)計(jì)算出的手臂變形量為3.324 mm。

3 結(jié)語

本計(jì)算方法以SCARA型機(jī)器人手臂為例，計(jì)算結(jié)果7.015 mm與實(shí)驗(yàn)值6.795 mm誤差僅為3%。因此，這種計(jì)算方法可以滿足潔凈機(jī)械手產(chǎn)品柔順度的計(jì)算要求。

參考文獻(xiàn)

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篇8

關(guān)鍵詞：機(jī)械手；觸摸屏；控制系統(tǒng)

1側(cè)取機(jī)械手系統(tǒng)人機(jī)畫頁(yè)設(shè)計(jì)

觸摸屏程序設(shè)計(jì)的主體是屏幕畫頁(yè)的設(shè)計(jì)，依據(jù)控制系統(tǒng)的要求和功能，觸摸屏畫頁(yè)設(shè)計(jì)主要由背景頁(yè)面、參數(shù)設(shè)定框、工作狀態(tài)窗口、控制按鈕、報(bào)警顯示畫頁(yè)等部分組成。圖1為人機(jī)畫頁(yè)的總體框架設(shè)計(jì)圖，主控畫頁(yè)由手動(dòng)、參數(shù)設(shè)置、自動(dòng)、系統(tǒng)報(bào)警畫頁(yè)、I/O顯示等部分組成。本文設(shè)計(jì)主要是依據(jù)執(zhí)行功能選取相應(yīng)的屏幕控制元件同時(shí)對(duì)元件屬性相關(guān)的地址或參數(shù)進(jìn)行設(shè)置[1]。

2開機(jī)畫頁(yè)設(shè)計(jì)

首先開機(jī)時(shí)設(shè)備要進(jìn)行自我檢查，確認(rèn)設(shè)備所有輸出、輸入信號(hào)都處于正常狀態(tài)。機(jī)械手觸摸屏系統(tǒng)的開機(jī)畫頁(yè)如圖2所示。

3主控畫頁(yè)

主控畫頁(yè)由原點(diǎn)復(fù)歸、手動(dòng)、自動(dòng)、設(shè)置、I/o、警報(bào)五個(gè)命令按鈕組成，如圖3所示。系統(tǒng)自檢完成后對(duì)伺服軸進(jìn)行原點(diǎn)復(fù)歸可以按下原點(diǎn)復(fù)歸按鈕，在圖4按鈕屬性中，可將地址設(shè)定為與PLC相對(duì)應(yīng)的工作區(qū)地址W0.11，按鈕按下時(shí)，寫入地址1，按鈕放開時(shí)，寫入地址0。切換屏幕屏幕實(shí)現(xiàn)不同控制功能時(shí)，可按下按鈕“手動(dòng)”“設(shè)置”“自動(dòng)”“I/O”“警報(bào)”[2]。

4手動(dòng)畫頁(yè)

如圖5所示，側(cè)取機(jī)械手系統(tǒng)手動(dòng)畫頁(yè)各個(gè)控制按鈕實(shí)現(xiàn)各個(gè)運(yùn)動(dòng)操作步驟。控制按鈕為觸發(fā)信號(hào)實(shí)現(xiàn)各步驟的運(yùn)行，按鈕可實(shí)現(xiàn)PLC發(fā)送相應(yīng)的動(dòng)作指令并驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)動(dòng)作。畫頁(yè)設(shè)計(jì)要考慮手動(dòng)動(dòng)作的互鎖關(guān)系，例如手動(dòng)旋出是不能旋入的[3]。

5參數(shù)設(shè)置畫頁(yè)的設(shè)計(jì)

利用NS觸摸屏的數(shù)字輸入功能可以進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置。如下頁(yè)圖6所示，設(shè)置自動(dòng)時(shí)第一次、第二次旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)確定的PLC程序里脈沖輸出口發(fā)出的脈沖數(shù)決定伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度并對(duì)應(yīng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，該設(shè)定數(shù)據(jù)還與伺服驅(qū)動(dòng)器的電子齒輪比有關(guān)系。速度選擇按鈕是通過改變脈沖輸出的頻率來實(shí)現(xiàn)的。各個(gè)延時(shí)的設(shè)計(jì)與設(shè)定同理[4]。

6狀態(tài)監(jiān)控畫頁(yè)的設(shè)計(jì)

狀態(tài)監(jiān)控畫頁(yè)圖設(shè)計(jì)如圖7所示，通過NS觸摸屏位燈來顯示PLC各輸入/輸出觸點(diǎn)的狀態(tài)，能幫助使用者通過提供各個(gè)傳感器信號(hào)顯示來判斷各個(gè)信號(hào)是否正常。例如，燈變黃色為全自動(dòng)信號(hào)，表示注塑機(jī)打開全自動(dòng)信號(hào)。燈變黃色表示壓力不足，表示系統(tǒng)壓力不足，壓力傳感器被觸發(fā)發(fā)出了信號(hào)[5]。輸出畫頁(yè)同理。

7結(jié)語

本文利用歐姆龍編程軟件對(duì)側(cè)取機(jī)械手的觸摸屏控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，并闡述每個(gè)操作畫頁(yè)的功能及相關(guān)創(chuàng)建過程。通過對(duì)觸摸屏畫頁(yè)程序的設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的人機(jī)交互功能。

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篇9

關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)械手；步進(jìn)電機(jī)；組態(tài)控制

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.043

1 引言

機(jī)器人是在機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展浪潮中涌現(xiàn)出來的一種新型裝置，它的出現(xiàn)大大解放了生產(chǎn)工人的勞動(dòng)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。機(jī)器人技術(shù)是未來高技術(shù)、新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)之一，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)具有重要意義。我國(guó)在863計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專項(xiàng)等規(guī)劃中對(duì)機(jī)器人技術(shù)研究給予極大的重視[1]。

隨著工業(yè)4.0和我國(guó)的“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的部署，我國(guó)大力發(fā)展制造業(yè)，而我國(guó)的制造業(yè)正處在上升期，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈、勞動(dòng)力成本的逐年上升以及用戶對(duì)個(gè)性化、定制化的需求越來越迫切，老齡化社會(huì)的形成，一線工人減少的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)，我國(guó)制造業(yè)迫切需要升級(jí)改造，來提高經(jīng)濟(jì)效益，因此，對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)具有迫切的需求。

2 系統(tǒng)的控制要求

要求機(jī)械手在4個(gè)工位之間依次搬運(yùn)工件，控制程序具有“復(fù)位”“啟動(dòng)”“停止”“急停”功能。

機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中，按“停止”按鈕，五自由度機(jī)械手完成當(dāng)前動(dòng)作后停止運(yùn)行，按“啟動(dòng)”按鈕，五自由度機(jī)械手繼續(xù)下一步動(dòng)作。

在五自由度機(jī)械手運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下“急停”開關(guān)，五自由度機(jī)械手立即停止移動(dòng)及轉(zhuǎn)向，此時(shí)如需再次運(yùn)行機(jī)械手，需親手將本次搬運(yùn)途中掉下的工件拿到1號(hào)物料臺(tái)，再按“復(fù)位”按鈕“復(fù)位”完成后，按啟動(dòng)可重新運(yùn)行。

系統(tǒng)采用兩臺(tái)S7-200PLC，一臺(tái)作為從站對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，另一個(gè)臺(tái)作為主站監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)。觸摸屏與主站PLC連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)主站PLC和從站PLC的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并控制PLC按上述流程完成搬運(yùn)任務(wù)。

利用觸摸屏，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行“復(fù)位”、“啟動(dòng)”、“停止”“急停”等操作，并可以在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前五自由度機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)。

3 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)輸入需要有四個(gè)按鈕分別控制系統(tǒng)的“復(fù)位（SB1）”“啟動(dòng)（SB2）”“停止（SB3）”“急停（SB4）”功能；還需有四個(gè)傳感器分別作為“原點(diǎn)”“右限位”“底座旋轉(zhuǎn)限位”的限位與控制。

機(jī)械手有五個(gè)自由度，分別是基座水平移動(dòng)、基座旋轉(zhuǎn)、大臂抬放、小臂抬放、手爪夾緊和放松。基座的水平移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)來控制，步進(jìn)電機(jī)分別由PLC的兩個(gè)高速脈沖輸出點(diǎn)Q0.0和Q0.1控制其速度；大臂和小臂由直流電機(jī)控制。手爪由舵機(jī)控制。

PLC控制結(jié)構(gòu)圖如圖2：

為節(jié)約成本，該系統(tǒng)只有水平移動(dòng)和底座旋轉(zhuǎn)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，S7-200PLC只有兩個(gè)高速脈沖輸出點(diǎn)，其他三個(gè)自由度包括大臂抬放、小臂抬放以及手爪電機(jī)通過PLC的普通輸出點(diǎn)進(jìn)行控制。

4 PLC的軟件設(shè)計(jì)

PLC軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)，由主程序模塊和6個(gè)子程序模塊組成，子程序包括水平移動(dòng)、水平停止、旋轉(zhuǎn)移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)停止、水平復(fù)位、水平減速。程序結(jié)構(gòu)圖如圖3：

5 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與組態(tài)

西門子S7-200系列PLC支持多種通信協(xié)議，協(xié)議定義了主站與從站兩類通信設(shè)備，主站可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)上另一臺(tái)（或多臺(tái)）設(shè)備從站發(fā)出命令，從站則響應(yīng)來自主站的命令。主、從站間的專用通信協(xié)議有PPI協(xié)議、MPI協(xié)議、PROFIBUS協(xié)議和自由口協(xié)議。在實(shí)際應(yīng)用中，S7-200經(jīng)常采用PPI協(xié)議進(jìn)行通信。S7-200通過PPI通信可以發(fā)揮其強(qiáng)大的通信功能，實(shí)現(xiàn)PLC與PLC、PLC與PC、PLC與其他智能設(shè)備之間的信息交換，組成集中管理的多級(jí)分布式PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[2]。

該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示，采用兩臺(tái)PLC，一臺(tái)作為從站用于控制機(jī)器人的動(dòng)作，另一臺(tái)作為主站對(duì)從站的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，用計(jì)算機(jī)在S7-200CPU處于STOP模式時(shí)對(duì)PLC進(jìn)行編程，并對(duì)觸摸屏進(jìn)行組態(tài)。

組態(tài)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用極大地提高了工業(yè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。目前，基于組態(tài)技術(shù)，以PLC為核心的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)一般是利用單臺(tái)PLC或PLC-PLC網(wǎng)絡(luò)完成信號(hào)的前沿采集、檢測(cè)與控制功能，PC機(jī)和組態(tài)軟件只用于系統(tǒng)的監(jiān)控與歷史數(shù)據(jù)管理。該系統(tǒng)采用MCGS軟件進(jìn)行組態(tài)，組態(tài)流程如圖5所示。

6 結(jié)術(shù)語

基于MCGS組態(tài)監(jiān)控的機(jī)械手主從網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在山東英才學(xué)院PLC實(shí)驗(yàn)室調(diào)試通過并實(shí)際運(yùn)行。該系統(tǒng)成本低廉，運(yùn)行穩(wěn)定，采用MCGS進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，方便、快捷，可以在工程應(yīng)用中推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

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篇10

關(guān)鍵詞 觸覺模擬；動(dòng)態(tài)

中圖分類號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0184-01

傳統(tǒng)上只有準(zhǔn)靜態(tài)的，點(diǎn)狀的信號(hào)來表示虛擬環(huán)境之中的部分。在以前的文章中，我們?cè)?jīng)提出了動(dòng)態(tài)來代替這個(gè)概念。速度可以使得它產(chǎn)生動(dòng)態(tài)，但生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)無質(zhì)量動(dòng)態(tài)相互作用力的能力。有了這個(gè)基礎(chǔ)，我們推廣了概念的基礎(chǔ)，在實(shí)際情況下，虛擬機(jī)械手通過給定一些動(dòng)力，就是指其本身的運(yùn)動(dòng)的屬性。比如真正的機(jī)器人，在虛擬操控技巧跟蹤用戶和掌握運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的力反饋。虛擬武器和其他物體之間的相互作用實(shí)際應(yīng)用于尖端幾何速度的情況下，在一個(gè)線性約束最小二次算式的最簡(jiǎn)解決途徑。該方法是為了表示在一個(gè)實(shí)際兩手觸覺控制臺(tái)所運(yùn)行的6自由度的圓柱鏈接虛擬機(jī)械手對(duì)實(shí)時(shí)

仿真。

1 簡(jiǎn)介

對(duì)觸覺的解釋是指在人為創(chuàng)造的觸覺設(shè)備的用戶具有觸覺，將力反饋給操縱桿或是主機(jī)器手。與圖形顯示的同時(shí)，使虛擬模擬在現(xiàn)實(shí)中有身臨其境的觸覺反饋。這也是利用遙控技術(shù)，通過交互與遠(yuǎn)距離機(jī)械手依靠感覺的相互作用力來進(jìn)行操作。這兩個(gè)應(yīng)用程序可以合并在一個(gè)接口實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)效果，在自動(dòng)化系統(tǒng)中，用戶命令過濾，檢查，并糾正可能在傳輸?shù)竭h(yuǎn)程站點(diǎn)過程中的錯(cuò)誤。

觸覺力反饋的有效應(yīng)用需要在電腦通過精確的計(jì)算，從而模擬環(huán)境下產(chǎn)生出虛擬操作環(huán)境。在這方面，長(zhǎng)期以來理解為一個(gè)物理主機(jī)內(nèi)的模擬是代表的需要。該主要是由直接找出虛擬位置，同時(shí)記錄它的接觸位置。這個(gè)過程可以防止將對(duì)象和界限直接的通過或者是跳躍過去，即使主體用戶在時(shí)間采樣時(shí)只能得到離散的數(shù)據(jù)。之間的聯(lián)系和適當(dāng)?shù)钠畋砻骰謴?fù)力量是使用者生成提供的。

在傳統(tǒng)上，是一種小型，點(diǎn)狀的目標(biāo)，沒有動(dòng)力，在行進(jìn)中快速轉(zhuǎn)換到主體的位置，如果失去聯(lián)絡(luò)，便沒有自己的控制動(dòng)力。此外，力的反饋，一般準(zhǔn)靜態(tài)機(jī)器處理反應(yīng)，完全是基于對(duì)每個(gè)時(shí)間步的主偏轉(zhuǎn)順序。這種方法已經(jīng)固定化，甚至是兼容的虛擬物體的觸覺顯示有效的一個(gè)主設(shè)備，使用戶能夠體會(huì)和探索虛擬世界。

引進(jìn)的動(dòng)態(tài)成為可能超過運(yùn)動(dòng)而達(dá)到反應(yīng)更大程度的控制。他們的基礎(chǔ)，除了自己的速度和加速度狀態(tài)到位置允許直觀的落實(shí)，靜態(tài)無法模擬復(fù)雜的相互作用。例如，在和靜止物體之間，或兩個(gè)獨(dú)立控制的剛體碰撞，可以很容易地使用模擬速度約束的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單的經(jīng)典動(dòng)力學(xué)方法來釋義，比如動(dòng)量守恒。

本文中，對(duì)觸覺的概念進(jìn)一步擴(kuò)大并且賦予動(dòng)態(tài)和運(yùn)動(dòng)自身的性質(zhì)。可以是多體運(yùn)動(dòng)鏈的形式，提供了一個(gè)有效的仿真機(jī)械手。特別是，我們認(rèn)為，虛擬機(jī)械手的遙控操作機(jī)器人的在微創(chuàng)手術(shù)的范圍內(nèi)使用。無論是虛擬環(huán)境還是現(xiàn)實(shí)中使用其作為基礎(chǔ)的外科訓(xùn)練，如果系統(tǒng)需要增加一個(gè)接口來增添一個(gè)機(jī)械手，觸覺模擬必須是能夠左右有運(yùn)動(dòng)副的機(jī)械手，機(jī)器人這個(gè)有運(yùn)動(dòng)副的機(jī)械手會(huì)有所限制條件，機(jī)器部件之間的互動(dòng)，如碰撞，抓等運(yùn)動(dòng)。本文介紹了實(shí)現(xiàn)中能達(dá)到這些目標(biāo)的方法，使用機(jī)械手的速度虛擬為基礎(chǔ)的一階動(dòng)態(tài)。

2 背景

最初，觸覺環(huán)境包括固定化形式，固定化是代表用戶的位置幾何約束的虛擬物體。對(duì)力進(jìn)行了計(jì)算觀察到虛擬對(duì)象的用戶的滲透，以及提供硬彈簧的力量。記錄用戶所在的侵入虛擬表面上看“神對(duì)象的位置”的介紹，作為主體在最終理想的情況下，證實(shí)是由一個(gè)停止點(diǎn)的代表性效應(yīng)無限硬表面。當(dāng)虛擬對(duì)象是遇到限制停留在表面上，使用戶推到對(duì)應(yīng)的觸覺裝置。

用戶的主設(shè)備和點(diǎn)的代表性限制了虛擬的表面可模擬各種有效。例如，使用表面由許多較小的多邊形表面生成的，對(duì)象通過無限小的點(diǎn)可以下降相鄰多邊形之間的差距，通過數(shù)值舍入創(chuàng)建。基于這個(gè)原因，對(duì)象一般是一個(gè)小球所取代，被稱為。

利用這種想法開辟了使用其他形狀代替球形的可能。這使得更多的不同觸覺交互顯示。例如，在外科手術(shù)機(jī)器人，機(jī)械手使用這一方法創(chuàng)傷是細(xì)和長(zhǎng)，因?yàn)樗麄儾⒉恍枰诓∪说纳眢w大切口。為了模擬這種機(jī)械手的操作，必須考慮到在操作中的碰撞力，也要考慮機(jī)器人之間的身體和周圍組織的碰撞。為了解決這個(gè)問題，何巴什多安和斯蒂南威桑利用光線為基礎(chǔ)的來代表手術(shù)機(jī)械手。但到這一步，完整的虛擬操控也被觸覺使用。盧克和愛德華茲和盧克觸覺模擬一個(gè)“H”型拖拉機(jī)換檔采用雙自由度作為虛擬手完成工業(yè)機(jī)器人一個(gè)觸覺設(shè)備。在這些應(yīng)用中，涉及模擬單一和靜態(tài)環(huán)境之間的相互作用。對(duì)象沒有移動(dòng)，并于，類似于早期模擬虛擬限制。可變形物體進(jìn)行了研究。

模擬涉及多個(gè)機(jī)構(gòu)之間的相互作用的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。通常情況下，采用二階模型，運(yùn)用牛頓定律和剛性碰撞事件動(dòng)量守恒，通過允許的在動(dòng)力減小損失，微彈性碰撞也可以模擬。這種方法擴(kuò)展到多體動(dòng)力學(xué)仿真允許使用多連桿觸覺模擬機(jī)器人。二階另一個(gè)方法是使用服務(wù)器之間和不同的對(duì)象春天般的潛在領(lǐng)域，從牛頓定律獲得。通過使用可變剛度的潛在領(lǐng)域，不同的可以有效地進(jìn)行模擬。

在所有上述情況中，二階動(dòng)態(tài)使用要求，任意質(zhì)量或質(zhì)量矩陣被分配給。在尼邁耶和米特拉提出基于的動(dòng)態(tài)互動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)同時(shí)保持不是使用牛頓定律和動(dòng)量守恒，而是運(yùn)用幾何約束轉(zhuǎn)換成等效速度的限制使用伺服更新率來模擬剛體碰撞和持續(xù)的接觸。這一辦法還延長(zhǎng)至多個(gè)條件下，如在一個(gè)觸覺環(huán)境。但是，被表現(xiàn)為簡(jiǎn)單的幾何形狀單一固定化的機(jī)構(gòu)，而不是動(dòng)態(tài)的，這里考慮多體運(yùn)動(dòng)鏈。也有從一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的角度增強(qiáng)一些觸覺的發(fā)展。觸覺反饋應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)規(guī)劃具有非常大的通信時(shí)延遙操作機(jī)器人的環(huán)境系統(tǒng)，利用一個(gè)虛擬世界的靜態(tài)。實(shí)時(shí)遙操作，哈提卜和考斯特，馬尼埃使用觸覺反饋的機(jī)器人外科手術(shù)，從機(jī)器人機(jī)械手的空間工作安全為主要目的的。