摘要自21世紀以來，作為高科技前沿技術(shù)之一的機械手技術(shù)開展迅猛，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，工業(yè)上運用機械手主要進展焊接、裝配、搬運、加工、噴涂、碼垛等困難緊急枯燥的作業(yè)。智能機械手技術(shù)是綜合了計算機、限制理論、機構(gòu)學、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術(shù)，其應(yīng)用狀況標記著一個國家高科技水平和工業(yè)自動化的開展程度。本設(shè)計接受的是電氣限制，智能碼垛機械手基于PLC〔ProgrammablelogicController，簡稱PLC〕的限制系統(tǒng)設(shè)計。本設(shè)計主要由硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩大局部組成，其中硬件設(shè)計包括主電路、限制電路以及電氣限制線路的設(shè)計，軟件設(shè)計包括流程圖和梯形圖的設(shè)計。主電路由伺服電機、熱繼電器、熔斷器、接觸器構(gòu)成；限制電路由PLC限制器、傳感器、驅(qū)動器等構(gòu)成，并且在限制中參與智能算法，運用反響閉環(huán)限制使碼垛機械手更加精確運行。在設(shè)計中由傳感器光電傳感器等將位置、力度信號傳給PLC主機，PLC通過限制各個驅(qū)動器實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，從而限制機械手的左右、伸縮運動，及手爪對物件的抓放。動作靈敏多樣，并可依據(jù)工作環(huán)境變更及運動流程要求隨時更改相關(guān)參數(shù)。最終，借助于智能限制理論，對碼垛機器人手臂的運行位置進展了智能優(yōu)化。在基于S7-200PLC為核心技術(shù)進展研發(fā)其限制系統(tǒng)指令表程序并調(diào)試，形成手動、全周期半周期及單步限制方式，對越來越廣泛應(yīng)用的“機-電”形成的自動化限制裝置進展探究和推廣。關(guān)鍵詞：智能機械手；傳感器；驅(qū)動器；智能算法；PLC限制AbstractSincethe21stcentury,asoneofthehigh-techcutting-edgetechnologyofthemanipulatortechnologydevelopingrapidly,iswidelyusedineachWalksoflife,Industrialuseofrobotsmainlyforwelding,assemblinghandling,processing,spraying,palletandothercomplexdangerousboringjob.Intelligentmanipulatorisacombinationofcomputertechnology,controltheory,organizationlearning,informationandsensingtechnology,artificialintelligence,bionicsandother-disciplinaryandformationofthenewandhightechnology,itsapplicationmarksanationalhigh-techlevelandthedevelopmentofindustrialautomationdegree.Electricalcontrolareintroducedinthispaper,intelligentstackingmanipulatorbasedonPLC(ProgrammablelogicController,hereinafterreferredtoasPLC)controlsystemdesign.Thisdesignismainlycomposedofhardwaredesignandsoftwaredesignoftwoparts，thehardwaredesignincludingmaincircuit,controlcircuitandthedesignofelectricalcontrolcircuit,softwaredesignincludingthedesignoftheflowdiagramandladderdiagram.Maincircuit,thermalrelay,fuse,aservomotorcontractor；ControlcircuitbyPLCcontroller,sensors,drives,andtravelswitch,etc.Andjoininthecontrolofintelligentalgorithm,usingthefeedbackclosed-loopcontroltomakestackingmanipulatormorepreciseoperation.Bysensorsinthedesignandtheswitchposition,strengthsignaltothePLChost,PLCbycontrollingthedriveofthemotorandreversing,thepallettrajectoryofrobotarmintelligentoptimizationandtrackingcontrol.BasedonS7-200PLCasthecoretechnologyresearchanddevelopmentofthecontrolsystemofladderdiagramprogram,instructionsheetsanddebugging,theformationofmanualandfullcyclehalfcycleandsinglestepcontrolmethodofmoreandmorewidelyusedelectricalautomationcontroldeviceforresearchandextension.Keywords:Intelligentmanipulator;Thesensor;Drive;Intelligentalgorithms;PLCcontrol目錄TOC\o"1-3"\h\u11508摘要 ①鉆柱高30m；鉆桿重量為40Kg/m，總重量1200Kg；鉆鋌〔七英寸直徑〕重量為：180Kg/m，總重5400Kg。如以下圖1-1。圖1-1油田鉆柱操作機械手軟索式機械手：用于抓取嬌貴的零件，比方玻璃制的真空管，其浮動特性保持工件不受沖擊；懸掛具有精度要求的工裝，可以使定位局部輕松實現(xiàn)協(xié)作。原裝進口的主機，配以定制的安裝根底和夾具形成完整的吊裝方案。地面安裝為立柱懸臂式，布置靈敏而經(jīng)濟；頂棚安裝為縱橫軌道式，協(xié)作鋁合金導軌和柔性懸掛組件，節(jié)約地面空間，且移動靈巧順暢。適用于重物的垂直吊裝，和“僵硬”的電葫蘆不同，工件被吊起后處于重力平衡的“漂移”狀態(tài)，故稱“平衡吊”。系統(tǒng)在設(shè)計上，可實現(xiàn)升降限制和氣動夾具的抓取動作限制形成一個有機的整體，操作者能雙手把持工件進展定位，操作便利性大大提高。標配集成限制閥組、機械式過速平安、負載檢測自鎖等平安機構(gòu)。具有全行程的“漂移”功能，提升位移比氣動平衡吊要小，最大只有3000mm，而且最大負載只有450Kg。配有儲氣罐，可在斷氣狀況下接著運用一個循環(huán)，同時會報警，提示操作者。協(xié)作各種非標夾具，軟索式助力機械手可以實現(xiàn)起吊各種形態(tài)的工件。安裝形式可以固定地面或懸掛固定運用，不能運用導軌式。其動力規(guī)格為無油壓縮空氣，負載規(guī)格為68-227kg。如以下圖1-2圖1-2軟索式機械手硬臂式助力機械手：在有扭矩產(chǎn)生的狀況下無法運用氣動平衡吊或是軟索式助力機械手，而必需選用硬臂式助力機械手?？梢詫崿F(xiàn)提升最大500Kg的工件，半徑最大可以到達3000mm，提提升度最大2500mm。如以下圖1-3圖1-3硬臂式助力機械手硬臂式機械手適相宜應(yīng)于抓取任何形態(tài)的物品，抓取重量范圍10kg-300kg，其優(yōu)點如下幾點：可平衡工件的重量，使工件呈無重力化浮動狀態(tài)，適用于工件的精確移栽；接受氣動平衡原理，能夠感知工件重量變更，在空載或抓取不同重量的工件時都能實現(xiàn)三維空間的懸浮狀態(tài)，用于精切定位；剛性手臂和帶開工件做升降運動，橫向臂可帶動水平運動，并能保持頭部水平，便利操作運用；操作手柄和夾具集成一體，便利操作，工件定位精確，限制局部遵照人體工程學原理布置，便于操作以及處理緊急狀況；設(shè)計有多個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，夾取工件范圍廣泛，并配備有剎車裝置，可鎖住各個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，防止在閑置狀態(tài)下移動。T型助力機械手：前后左右位移靠導軌來實現(xiàn)，更適合于操作空間狹小的場合。配有儲氣罐，可在斷氣狀況下接著運用一個循環(huán)，在氣壓下降到必需程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。并設(shè)有平安系統(tǒng)，在搬運過程中或是工件沒有被放置在平安外表時，操作者不能釋放工件。T型助力機械手區(qū)分于硬臂式助力機械手的是T型助力機械手沒有雙關(guān)節(jié)機械臂，它的前后左右位移靠導軌來實現(xiàn)。因為T型助力機械手沒有機械臂，因而它比硬臂式顯得小巧，更適合于操縱空間狹小的場合。T型助力機械手的最大負載要比硬臂式小，只有200Kg，但晉提升度可以依據(jù)客戶要求設(shè)計，而且搬運范圍要比硬臂式大的多。配有儲氣罐，可在斷氣狀況下繼承運用一個輪回，同時會報警，提示操縱者，在氣壓下降到必需程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。并設(shè)有平安系統(tǒng)，在搬運過程中或是工件沒有被放置在平安外表時，操縱者不能開釋工件。協(xié)作各種非標夾具，硬臂式助力機械手可以實現(xiàn)起吊各種外形的工件。安裝形式為導軌移動。如以下圖1-4圖1-4T型助力機械手圖1-5三自由度機械手〔5〕以下是三自由度機械手：構(gòu)造簡潔，編程也不困難。但是和多關(guān)節(jié)機械手相比擬，性能和靈敏程度都有所下降。三自由度機械手的可操作范圍小，高度很有限制，其抓物件的力氣也大不如多關(guān)節(jié)機械手，如圖1-5。所以依據(jù)本畢設(shè)的功能和應(yīng)用范圍我選擇多關(guān)節(jié)機械手。1.4探究內(nèi)容及章節(jié)支配1.4.1主要探究內(nèi)容1.深化分析生產(chǎn)線的工藝流程及智能機械手精確運行的限制要求；2.完成局部關(guān)鍵裝置機械構(gòu)造設(shè)計，選用恰當?shù)南拗埔?guī)律，實現(xiàn)對機械手運行位置的檢測和反響；3.依據(jù)生產(chǎn)線有效生產(chǎn)的功能要求，確定探究所需的硬件設(shè)備：PLC、伺服機、驅(qū)動器、傳感器等；4.接受PLC對智能機械手限制的設(shè)計：完成繪制監(jiān)控界面，建立數(shù)據(jù)庫、I/O配置、同時有報警等功能。5.智能碼垛機械手的限制系統(tǒng)電氣設(shè)計以及硬件電氣連接。本設(shè)計接受S7-200PLC編程軟件為核心的智能機械手限制系統(tǒng)。機械手的限制系統(tǒng)包含：PLC模塊、傳感器模塊、驅(qū)動器以及顯示等模塊。接受光電傳感器對物件進展檢測定位，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送到計算機，PLC對傳來的數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)置的定位進展比擬，然后限制驅(qū)動電路對伺服機進展調(diào)整。此外，還通過報警器對機械手進展實時監(jiān)測，通過編程使機械手有定時系統(tǒng)，運用PID限制位置精度，使機械手能夠更好更平安的工作。最終遵照穩(wěn)定抓取并搬運物體的設(shè)計要求進展機械手限制系統(tǒng)設(shè)計，包括硬件設(shè)計和軟件的實現(xiàn)，理論上實現(xiàn)對物體的抓取并搬運。通過對機械手系統(tǒng)總體設(shè)計供應(yīng)的設(shè)計方案和分析方法，為下一步的深化設(shè)計奠定了理論根底。1.4.2主要難點1.機械手的智能限制和定位的精確性。接受光電傳感器感應(yīng)設(shè)備進展檢測，利用反響閉環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)對機械手的智能限制，并利用步進電機作為驅(qū)動設(shè)備，接受閉環(huán)點位限制滿足定位須要。2.多傳感器系統(tǒng)的建立，為進一步提高機械手的智能觸覺和適應(yīng)性多種傳感器的運用是其問題解決的關(guān)鍵，利用PLC限制系統(tǒng)和合理的編程，使傳感系統(tǒng)管用化。1.4.3章節(jié)支配本課題在查閱國內(nèi)外大量資料的根底上，對工業(yè)機械手探究中的重點問題進展了較為深化的學習探究。本課題主要對智能機械手系統(tǒng)的電氣限制智能算法、傳感器局部和驅(qū)動器伺服電機局部的相關(guān)問題進展了探究，具體支配如下：，概要性地說明白本課題的探究背景和探究意義、國內(nèi)外機械手的發(fā)呈現(xiàn)狀、開展歷程及工業(yè)機械手的開展趨勢，總結(jié)了國內(nèi)機械手開展須要解決的問題，最終介紹了本課題的主要探究內(nèi)容。，主要介紹了智能機械手的整體設(shè)計方案，以及其整體構(gòu)造。還留意介紹了智能機械手的硬件選擇和設(shè)計，包括驅(qū)動器的設(shè)計選型、電機的選型、傳感器行程開關(guān)的設(shè)計選型，限制器的確定，各個關(guān)節(jié)驅(qū)動方式的選擇以及各個關(guān)節(jié)位置限制系統(tǒng)的設(shè)計，還有電氣系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。，主要為軟件PLC限制編程的設(shè)計，以及智能算法的提出驗證，反響限制系統(tǒng)的建立和完善，對空間狀態(tài)進展的探究。結(jié)合機械手的構(gòu)造特點，建立運動學數(shù)學模型，進展正、逆向運動學分析求解，分別得出了操作臂末端在基坐標系下的位置關(guān)系式和各關(guān)節(jié)的參數(shù)變量，為下一步對目標物體穩(wěn)定抓取的探究打下根底。，完成了智能碼垛機械手的示意以及呈現(xiàn)了總體流程圖。最終，總結(jié)了本課題探究內(nèi)容的成果，并針對設(shè)計的缺乏，對以后機械手完善設(shè)計工作提出了建議，為下一步的深化探究供應(yīng)了理論依據(jù)。第2章智能碼垛機械手的總體方案設(shè)計正如“建筑要高大穩(wěn)固，地基打好是關(guān)鍵”，一個系統(tǒng)的設(shè)計能否成功，主要取決于它的方案設(shè)計合理和否，也就是說方案的選擇是設(shè)計系統(tǒng)的核心局部。本章主要就系統(tǒng)的驅(qū)動局部、傳感器選型局部、限制局部等進展方案論證，并簡述智能碼垛機械手系統(tǒng)的動作依次限制流程和工作原理。本章主要介紹了智能機械手的整體設(shè)計方案，并論證方案。還留意介紹了智能機械手的硬件選擇和設(shè)計，包括驅(qū)動器的設(shè)計選型、伺服電機的選型，閱歷計算確定型號的根底上，依據(jù)慣性矩匹配原那么和轉(zhuǎn)矩匹配原那么對伺服電機進展校核。傳感器設(shè)計選型，各個關(guān)節(jié)驅(qū)動方式的選擇以及各個關(guān)節(jié)位置限制系統(tǒng)的設(shè)計和電氣系統(tǒng)的設(shè)計，都為智能碼垛機械手的智能限制做好了鋪墊。2.1基于PLC的智能機械手總體設(shè)計方案和論證2.1.1方案設(shè)計智能碼垛機械手系統(tǒng)可分為機構(gòu)本體和限制系統(tǒng)兩大局部。限制系統(tǒng)的作用是依據(jù)用戶的指令對本體進展操作和限制，完成作業(yè)的各種動作。限制系統(tǒng)的性能在很大程度上確定了機械手的性能。一個良好的限制系統(tǒng)要有靈敏、便利的限制方式和很高的平安牢靠性[7]。硬件組成：電源、PLC限制系統(tǒng)、外部開關(guān)設(shè)備、各傳感器組成系統(tǒng)、驅(qū)動器變頻系統(tǒng)、繼電器、顯示燈、伺服電機工作原理：依據(jù)用戶的指令對本體進展操作和限制，將指令傳輸下載到PLC限制系統(tǒng)，限制器通過限制繼電器和驅(qū)動器來限制電機的正反轉(zhuǎn)令其高效運行。和此同時通過光電開關(guān)傳感器檢測到的物件信號來反響給PLC主機使其能自動精確運行。還通過觸力傳感器來感知機械手爪對物件的抓取力度，并反響給PLC主機使其能夠限制電機在平安范圍內(nèi)運行。并且通過行程開關(guān)的運用也使電機得到有效的自動化限制。在PLC集成模塊中，參與PID智能算法，通過驅(qū)動器編碼器的反響信息，可形成閉環(huán)的智能反響限制使碼垛機械手的限制更加穩(wěn)定、高速、靈敏。如圖2-1所示：圖2-1機械手限制系統(tǒng)原理2.1.2方案論證PLC限制系統(tǒng)具有體積小、重量輕、限制方式靈敏便利、牢靠性高操作相對簡潔，并且修理簡潔。由于PLC所具有的靈敏性、模塊化、易于擴展等特點，可以依據(jù)現(xiàn)場要求實現(xiàn)機械手的不同工作要求。機械手接受PLC限制技術(shù)，可以很好地提高該系統(tǒng)的自動化程度，削減了大量的中間繼電器，時間繼電器和硬件接線，提高了限制系統(tǒng)的牢靠性。同時，用PLC限制系統(tǒng)可便利地更改生產(chǎn)流程，增加限制功能。且它更適合工業(yè)現(xiàn)場和市場需求：高牢靠性、強抗各種干擾的實力。比之單片機它的輸入輸出更接近現(xiàn)場設(shè)備，不需添加太多的中間部件或更多的接口，這樣節(jié)約了時間和本錢。PLC的下端(輸入端)為繼電器和晶閘管等限制部件，而上端一般是面對用戶的微型計算機?？梢圆挥锰氐嘏嘤柧湍軐删幊滔拗破鬟M展操作及編程，用來完成各種各樣的困難程序不同的工業(yè)限制任務(wù)。綜上所述，本限制系統(tǒng)接受PLC限制方式[9]?？傮w方案設(shè)計是該碼垛機械手設(shè)計的關(guān)鍵，機械手的經(jīng)濟指標、技術(shù)性能、外觀造型都和該階段設(shè)計質(zhì)量的好壞相關(guān)。系統(tǒng)的總體設(shè)計又分為功能原理設(shè)計，構(gòu)造總體設(shè)計，機械手功能設(shè)計、總體布局的規(guī)劃、主要技術(shù)參數(shù)的確定及各個數(shù)據(jù)的分析等內(nèi)容。對于機械手的總體方案設(shè)計，其主要的內(nèi)容包括：確定機械手的根本參數(shù)、選取機械手的驅(qū)動方式、選擇該機械手的運動方式以及手臂的構(gòu)造形式、機械構(gòu)造的設(shè)計等[14]。2.2機械手的主要構(gòu)造及限制方案2.2.1機械手的根本構(gòu)造本畢業(yè)設(shè)計所探究的智能碼垛機械手是多關(guān)節(jié)機械手，多關(guān)節(jié)機械手在構(gòu)造設(shè)計，用途上具有許多優(yōu)點。它動作靈敏、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近機座的工件，并能繞過機體和工作機械之間的障礙物進展工作。隨著生產(chǎn)的須要，對多關(guān)節(jié)手臂的靈敏性，定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。關(guān)節(jié)型碼垛機械手的特點有[9]：構(gòu)造緊湊、工作空間較大、占地面積小。工作的可達性高，可以進入任何在其工作范圍內(nèi)的空間。對關(guān)節(jié)的驅(qū)動所需的驅(qū)動力較小，能量的損失小。由于關(guān)節(jié)型的機械手沒有移動關(guān)節(jié)，因此不須要導軌。而且轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的軸承摩擦力小，轉(zhuǎn)動慣量小，工作穩(wěn)定，關(guān)節(jié)處簡潔密封。如圖2-2所示碼垛機械手主要由機座、左右轉(zhuǎn)軸、垂直位移機構(gòu)、抓頭機構(gòu)組成。圖2-2機械手根本構(gòu)造1-機座2-伺服電機M13-左右轉(zhuǎn)軸4-伺服電機M25-平衡緩沖器6-機械臂17-伺服電機M38-四連桿機構(gòu)9-機械臂210-伺服電機M411-抓頭機構(gòu)機座的作用是固定機械手，和地面用螺栓連接，是機械手穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。左右轉(zhuǎn)軸機構(gòu)是由伺服電機M1驅(qū)動，伺服電機M1參數(shù)、運動曲線的選擇，對于機械手平穩(wěn)快速運行具有重要作用。伺服電機M1的運行范圍360°，在實際應(yīng)用中，為了提高機械手的運行效率，在不影響碼垛質(zhì)量、場地允許的狀況下，建議M1的運行范圍盡量小。垂直位移機構(gòu)是機械手的最重要的關(guān)鍵機構(gòu)，它由平衡緩沖器、伺服電機M2驅(qū)動的機械臂1、伺服電機M3驅(qū)動的機械臂2、四連桿機構(gòu)等組成。伺服電機M2和伺服電機M3遵照必需的曲線同步運行，PLC通過變頻驅(qū)動器限制伺服電機M2和M3的運動過程，確定機械手上升下降柔性動作的效果。平衡緩沖器主要平衡機械臂和抓載物體，同時對機械臂的過沖進展緩沖。四連桿機構(gòu)作用是穩(wěn)定抓頭保持水平。抓頭機構(gòu)由抓頭和驅(qū)動垛層旋轉(zhuǎn)的伺服電機M4組成。一般狀況下，伺服電機M4的運行和伺服電機M1的運行角度一樣。垛層的排列、箱子的大小不同，所用抓頭不同。圖2-3機械手整體構(gòu)造2.2.2機械手的根本構(gòu)造設(shè)計該碼垛機械手的本體構(gòu)造是由底座、機械手臂〔前臂和臂〕腕部構(gòu)造和末端執(zhí)行器組成。其四個自由度分別是：底座的旋轉(zhuǎn)、后座和底座之間的旋轉(zhuǎn)、前臂后壁之間的旋轉(zhuǎn)。腕部和末端執(zhí)行器之間的運動。底座可以固定在地上，其它全部的執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動均安裝在底座上。底座上支架用來支撐各個減速關(guān)節(jié)機械手的手臂。同時，小臂是由大臂支撐的，大臂的旋轉(zhuǎn)干脆影響到小臂的可達區(qū)域。小臂的旋轉(zhuǎn)可實現(xiàn)垂直方向的運動。該碼垛機械手的前后壁均接受平行四邊形機構(gòu)，這樣可以確保機構(gòu)的穩(wěn)定性，而且可以保持末端執(zhí)行器的水平，而各個關(guān)節(jié)接受干脆驅(qū)動的方式[10]。整體構(gòu)造如上圖2-3：依據(jù)靜力學的分析，各個手臂的強度根本上都在60Mpa以下，可以選用鋁合金、鑄鐵、Q235等材料。這辟材料的密度小，彈性模量阻尼小。在完全的機械手構(gòu)造中不應(yīng)當有薄弱的零件，各個零件的剛度要到達要求，而且各個零件之間的連接剛度要滿足條件，那會影響到整個機械手工作的穩(wěn)定性。在設(shè)計的時候還要留意關(guān)節(jié)的密封以及線纜的布置。在碼垛機械手工作的時候應(yīng)幸免絞線狀況的發(fā)生。2.3機械手的工作參數(shù)及工作流程依據(jù)以上方案設(shè)計，本課題探究的碼垛機械手的參數(shù)如表2-1所示。表中J1軸為碼垛機械手底座的旋轉(zhuǎn)軸，J2軸為機械手后臂和底座的減速器旋轉(zhuǎn)軸，J3軸為機械手前后臂之間連接的減速器旋轉(zhuǎn)軸，M4為機械手爪部的電機。表2-1機械手的參數(shù)工程參數(shù)類型全旋回性限制軸數(shù)四軸工作范圍1.2×0.6×0.6m3負載10kg重復(fù)精度0.5mm定位精度2mm最大工作效率600件/時J1運動范圍和最大速度330m〔116.88m/s〕J2運動范圍和最大速度100m〔17.1m/s〕J3運動范圍和最大速度130m〔22.6m/s〕M4的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)矩360rad4.17N·m質(zhì)量≤1000Kg功率≤10KW假如速度和加速度的設(shè)計參數(shù)不合理，機械手的工作效率就會受到影響，而且會使電機和電機軸的負載加大，因此要對速度和加速度進展合理的支配，應(yīng)當設(shè)計機械手的工作節(jié)拍和工作流程。碼垛機械手的工作實力不僅體此時此刻工作節(jié)拍上，而且和工作流程是密不行分的，本碼垛機械手遵照圖2-5所示的生產(chǎn)線方式進展布置，工作節(jié)拍為3秒/件[5]。圖2-5碼垛機械手生產(chǎn)布線方式工作節(jié)拍循環(huán)圖是在機械設(shè)計的過程中，協(xié)調(diào)每個局部按必需依次完成工作的一種技術(shù)方案。把每個環(huán)節(jié)支配工作節(jié)拍，可以為后續(xù)工作供應(yīng)設(shè)計依據(jù)?？梢砸源a垛機械手起先工作的起始點作為工作循環(huán)的起點。碼垛機械手的構(gòu)造主要由、大臂和小臂、末端執(zhí)行器組成，每個動作均支配工作節(jié)拍，其具體步驟支配如下：末端執(zhí)行器抓取物件→臂部抬起→底座轉(zhuǎn)動→臂部放下→末端執(zhí)行器松開。上述動作可以實現(xiàn)聯(lián)動，這樣可以縮短工作周期，但是考慮到在聯(lián)動的過程中，假如在臂部抬起的同時，底座就起先旋轉(zhuǎn)，可能會因為臂部位置靠下而簡潔發(fā)生碰撞。因此在做聯(lián)動的時候，可盡量讓臂部先動作或提升臂部的速度來幸免此狀況的發(fā)生，當工作后就實現(xiàn)空行程返回。碼垛機械手的各個部件的動作支配時間如下：末端執(zhí)行器抓取酒箱：1s；臂部抬起：1s；底座旋轉(zhuǎn)：2s；臂部放下：Is；末端機械手爪松開：1s；空行程時間2s(臂部抬起：0.5s，底座回轉(zhuǎn)：1s，臂部下降：0.5s)。2.4碼垛機械手硬件局部選型和設(shè)計2.4.1機械手爪的構(gòu)造設(shè)計選型如以下圖2-7所示，驅(qū)動電機經(jīng)過聯(lián)軸器帶動絲杠轉(zhuǎn)動，驅(qū)動螺母上下移動，帶動手爪張合，實現(xiàn)夾持物體，其手爪運動軌跡為曲線。該機械手爪擁有一個平動自由度，依據(jù)機械手所要實現(xiàn)的功能，得到手爪的抓取直徑范圍大多為30cm-50cm機械手爪在夾持物品進展操作任務(wù)時手指的長度確定其工作空間的大小，同時手指過長又會帶來強度的損失，因此二指的伸出長度取70mm。由于該機械手機械臂工作在一個平面范圍，因此無論物品擺放位置如何，其抓取任務(wù)是將物品精確抓取至這個平面上[13]。圖2-6基于平行四邊形機構(gòu)機械手爪圖2-7夾持機械手2.4.2伺服電機選型依據(jù)電機的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的設(shè)計要求，以手部夾持電機為例，介紹步進電機的計算和選取。①手爪伺服電機選型機械手手爪工作時速度較慢，電機主要克制搬運時的物件重力力矩，假設(shè)容許抓取質(zhì)量為5kg、外形尺寸為400mm×260mm×60mm的物件箱。機械手穩(wěn)定抓取物件是依靠手指和物件接觸部位的摩擦力和物件重力相平衡來實現(xiàn)的。物件受力的平衡條件是：∑F=0，即2F—G=0〔物件和手指有2處接觸〕(2-1)由于：(2-2)所以：(2-3)式中，G=5×10=50N為物件的重力；F為物體和手指接觸處的摩擦力；N為物件和手指接觸處的正壓力；f為物件和手指接觸處的摩擦系數(shù)，f取0.25；N1為單個手指應(yīng)具有的計算握力；α為手指的抓取半角，α取30°。實際應(yīng)用中，為了平安起見，須要的握力為：(2-4)將式(2-3)代入，可得：(2-5)式中η為手部機械效率，取0.85；K=K1×K2，K1為平安系數(shù)，取1.2；K2為工作狀況系數(shù)，主要考慮慣性力等的影響，取2.3。由式(2-4)可得：依據(jù)手部實際須要的握力N2的大小，由手指的靜力矩平衡條件求出所需的傳動力P1。假定傳動力只分別作用在兩個手指上，每個手指上所得到的傳動力為二分之一P1。由力矩平衡條件可得：2-6)由式(2-5)和(2-6)可得：(2-7)式(2-7)中，L為物件中心到手指回轉(zhuǎn)中心的距離，取L=400mm；l為物件中心到手指間的距離，即物件的寬度的1/2，l=130mm。經(jīng)計算得：下面依據(jù)傳動力P1來計算所須要的電機轉(zhuǎn)矩。絲杠旋轉(zhuǎn)時，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Mq=Mt1+Mt2，螺紋摩擦力矩為(2-8)式(2-8)中F為螺旋傳動軸向載荷〔螺桿受的力〕，即傳動力P1；λ為螺旋線升角，p為當量摩擦角。依據(jù)選用的絲杠導程s=3mm，螺紋中徑d2=8.5mm，由公式：(2-9)計算可得：λ=6.41依據(jù)手冊選取鋼和鋼的摩擦因素f=0.17，α取30°，由公式：(2-10)計算可得：p=9.98°經(jīng)計算可得Mt1=0.5×8.5×2534×tan(6.41°+9.98°)=3167.6N·mm。螺桿的徑向支撐和軸向支撐運用同一深溝球軸承，而螺旋傳動軸向支撐面摩擦力矩公式為：(2-11)式中，μ為深溝球軸承摩擦系數(shù)，取0.0022；F為軸承載荷，由于徑向載荷比擬小可以忽視，那么F1=P；d為軸承內(nèi)徑，d=10mm。經(jīng)計算可得：故實際負載轉(zhuǎn)矩：M=·Mshi=1.2×3.48=4.17N綜合考慮機械手爪選擇110MB075D-001000型號的溝通伺服電機。其額定輸出功率為750W，額定轉(zhuǎn)矩為5.0N·m，瞬間最大轉(zhuǎn)矩為12.0N·m，額定轉(zhuǎn)速為1500r/m，最大轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子慣量8.2kg/cm2，額定相電流為3.2A，重量為5.7kg，編碼器為2500P/R，適配驅(qū)動為GS0075A[7]。依據(jù)以上計算方法，計算出小臂須要的溝通伺服電機輸出的力矩為4.37N，所以選擇的溝通伺服電機型號為MGMA，額定輸出功率為900W；額定輸出轉(zhuǎn)矩8.62N；額定輸入轉(zhuǎn)速為1000rpm；驅(qū)動器為GS0100A。大臂回轉(zhuǎn)由溝通伺服電機通過諧波減速器和錐齒輪驅(qū)動。當大臂和小臂、末端執(zhí)行器等各局部對回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的靜轉(zhuǎn)矩最大，力矩會到達約14N。所以選擇溝通伺服電機型號為120MB300B-001000，其輸出功率為3000W，額定轉(zhuǎn)矩為14.32N，瞬間最大轉(zhuǎn)矩為42.97N，額定轉(zhuǎn)速為2000rpm，編碼器為2500P/R，適配驅(qū)動器為GS0300A。腰部回轉(zhuǎn)由溝通伺服電機通過伺服驅(qū)動器驅(qū)動。當腰部回轉(zhuǎn)體和各部件對回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量最大時，其溝通伺服電機應(yīng)輸出的力矩為15.7N。所以選擇的伺服溝通電機型號為MGMA，額定功率3000W，額定轉(zhuǎn)矩28.4N，額定轉(zhuǎn)速為1000rpm。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器限制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反響信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器依據(jù)反響值和目標值進展比擬，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。永磁溝通伺服系統(tǒng)具有以下等優(yōu)點：〔1〕電動機無電刷和換向器，工作牢靠，維護和保養(yǎng)簡潔；〔2〕定子繞組散熱快；(3)慣量小，易提高系統(tǒng)的快速性；〔4〕適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)[12]。溝通伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)限制，驅(qū)動器可干脆對電機編碼器反響信號進展采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，限制性能更為牢靠。2.4.3驅(qū)動器的選擇本設(shè)計釆用由伺服電機和伺服驅(qū)動器組成的伺服限制系統(tǒng)作為碼垛機械手的驅(qū)動系統(tǒng)。伺服限制系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標或給定值進展隨意變更的自動限制系統(tǒng)。伺服電機和伺服驅(qū)動器系統(tǒng)是一種高精度、高效率和智能化的運動限制方案，是自動限制領(lǐng)域比擬流行的驅(qū)動方案。伺服電機自身可以將電信號轉(zhuǎn)化為自身轉(zhuǎn)軸的角位移或者角速度輸出，本身具有啟動轉(zhuǎn)矩大、運行范圍廣，不會自轉(zhuǎn)等優(yōu)點。伺服電機自帶的編碼器可以反響轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的脈沖，協(xié)作伺服驅(qū)動器的位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)三環(huán)限制系統(tǒng)組成半閉環(huán)限制，可以實現(xiàn)精確定位、無級調(diào)速和轉(zhuǎn)矩限制，廣泛應(yīng)用于精細機床、智能機械手、自動限制等領(lǐng)域[12]。伺服驅(qū)動器又稱伺服放大器、伺服限制器，用來完成伺服電機位置、速度、轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)限制。目前大局部的伺服驅(qū)動器都接受數(shù)字信號處理器(DSP)作為限制核心，可以實現(xiàn)各種困難的限制計算。功率器件大都以智能功率模塊(IPM)作為核心，IPM內(nèi)部不僅包含集成驅(qū)動，還具有短路愛惜、欠壓愛惜、過流愛惜、過酷愛惜等功能。圖2-8即為IPM電路框圖，其中IGBT為絕緣柵雙極晶體管，具有速度快、功耗低、抗干擾實力強等優(yōu)點[2]。圖2-8IPM電路框圖圖2-9伺服限制系統(tǒng)的三環(huán)閉合回路最內(nèi)層的便是電流環(huán)，該環(huán)在伺服驅(qū)動器內(nèi)部完成，它的輸入設(shè)定值由外層的速度環(huán)給出，將這個輸入給定值同霍爾元件反響給電機的各相的輸出電流值進展比擬，即PID調(diào)整，直到二者的差值趨近于零。事實上，該環(huán)實現(xiàn)的便是轉(zhuǎn)矩的限制，有時也稱其為轉(zhuǎn)矩限制環(huán)，由于它是在驅(qū)動器內(nèi)部完成，因此運算時間最短，響應(yīng)最快。電流環(huán)的外層是速度環(huán)，速度環(huán)的輸入由上層的位置環(huán)給出，反響值由編碼器給出，二者經(jīng)過PID限制器，將比擬值傳送給電流限制局部。這里的PID調(diào)整主要是比例P和積分I的調(diào)整，沒有微分D的調(diào)整。最外層限制環(huán)為位置環(huán)，它包含了電流環(huán)和速度環(huán)，它的輸入給定值是由指令限制器給出，反響值同樣來自于編碼器脈沖信號，二者經(jīng)過偏移量計數(shù)器運算后進展比例調(diào)整，輸出值送給電流環(huán)作為輸入。由于該環(huán)須要進展的計算量最大，因此運算時間最長，響應(yīng)最慢。伺服限制系統(tǒng)的三環(huán)閉合回路如圖2-9所示，其中位置環(huán)由偏差計數(shù)器進展指令脈沖的加算和編碼器反響脈沖的減算，將偏差脈沖經(jīng)過D/A(數(shù)/模轉(zhuǎn)換)傳遞給速度指令發(fā)生器發(fā)出速度指令，進入速度環(huán)；速度環(huán)將編碼器反響的脈沖頻率信號(PPS，每秒脈沖數(shù))經(jīng)F/V(頻率/電壓變換器)處理后和速度指令經(jīng)過PI(比例積分)調(diào)整傳遞給電流環(huán)；電流環(huán)是伺服驅(qū)動器內(nèi)部的閉環(huán)回路，將指令電流和電流互感器的反響電流相減后經(jīng)功率變換器傳遞給伺服電機，驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動[2]。以下是GS0300A驅(qū)動器有8種細分，8種電流供選擇，還有限制方式：如速度，轉(zhuǎn)矩和位置方式并具有過壓、欠壓、相電流和總電過流愛惜，其輸入輸出限制信號均接受光電隔離?！?〕GS0300A驅(qū)動器特性[16]：①供電電源24-75VDC；②輸出電流撥碼開關(guān)設(shè)定，8種選擇，最大7.8安培〔峰值〕；③電流限制PID電流限制算法，高速大力矩輸出，低振動，低噪音，低發(fā)熱；④細分設(shè)置撥碼開關(guān)設(shè)定，8種選擇：400，800，1600，3200，6400，12800，25600，51200step/rev；⑤速度范圍選協(xié)作適的步進電機，最高可達3000rpm；⑥限制方式脈沖&方向模式；⑦輸入濾波2MHz數(shù)字信號濾波器；⑧運行參數(shù)選擇16位旋轉(zhuǎn)撥碼器選擇電機參數(shù)及負載慣量比，使系統(tǒng)運行在最正確狀態(tài)；⑨空閑電流在電機停頓運行后1.0秒電流會自動減為額定電流的50%或90%?！?〕限制信號連接[16]①脈沖&方向信號GS0300A驅(qū)動器有2個高速輸入口STEP和DIR，光電隔離，可以承受5-24VDC單端或差分信號，最高電壓可達28V，脈沖信號為下降沿有效。電機運轉(zhuǎn)方向取決于DIR電平信號，當DIR懸空或為低電平常，電機順時針運轉(zhuǎn)；DIR信號為高電平常，電機逆時針運轉(zhuǎn)。②使能信號EN輸入使能或關(guān)斷驅(qū)動器的功率局部，信號輸入為光電隔離，可承受5-24VDC單端或差分信號，信號最高可達28V。EN信號懸空或低電平常(光耦不導通)，驅(qū)動器為使能狀態(tài)，電機正常運轉(zhuǎn)；EN信號為高電平常(光耦導通)，驅(qū)動器功率局部關(guān)斷，電機無勵磁。當電機處于報錯狀態(tài)時，EN輸入可用于重啟驅(qū)動器。首先從應(yīng)用系統(tǒng)中解除存在的故障，然后輸入一個下降沿信號至EN端，驅(qū)動器可重新啟動功率局部，電機勵磁運轉(zhuǎn)?！?〕驅(qū)動器運行參數(shù)設(shè)定SW1SW2SW3SW4SW5SW6SW7SW8運行電流設(shè)定空閑電流設(shè)定細分設(shè)定自檢GS0300A驅(qū)動器通過SW1，SW2，SW3撥碼開關(guān)設(shè)定輸出電流峰值，電流值可依據(jù)客戶要求定制。開關(guān)SW4設(shè)置驅(qū)動器自動減流百分比。開關(guān)置為ON時，空閑電流將減為運行電流的50%；置為OFF時，空閑電流減為運行電流的90%。細分設(shè)定如表2-2所示。伺服電機和伺服驅(qū)動器利用自身的位置、速度和電流局部閉環(huán)可以用在末端開環(huán)的限制系統(tǒng)中，組成半閉環(huán)限制系統(tǒng)，實現(xiàn)較高的定位精度。并具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和良好的起制動性能，而且可以在大范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑無級調(diào)速，過載實力大，能承受常見的沖擊負載。并且伺服驅(qū)動器的接口可很便利地進展操作模塊和現(xiàn)場總線模塊的轉(zhuǎn)換，同時運用不同的現(xiàn)場總線模塊實現(xiàn)不同的限制模式，其穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能都優(yōu)于通用變頻器[12]。表2-2細分設(shè)定細分〔step/rev〕SW5SW6SW7400ONONON800OFFONON1600ONOFFON3200OFFOFFON6400ONONOFF12800OFFONOFF25600ONOFFOFF51200OFFOFFOFF圖2-10驅(qū)動器和伺服電機的電氣原理圖圖2-11伺服電機和驅(qū)動限制器電氣連接圖2.5傳感器的選型傳感器技術(shù)稱為現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱產(chǎn)業(yè)之一。以測量為目的，以必需的精度將被測量轉(zhuǎn)換成為和之有確定關(guān)系，易于處理和測量的某種物理量的測量裝置或部件。它是自動限制系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動限制、自動調(diào)整的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于系統(tǒng)的正常運行具有相當重要的作用?，F(xiàn)代工程技術(shù)要求傳感器能快速、精確地獲得信息并能經(jīng)受各種嚴酷環(huán)境的考驗。不少機電一體扮裝置不實現(xiàn)設(shè)計要求其關(guān)鍵緣由在于沒有相宜的傳感器，傳感器成為了干脆制約和影響自動化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。也可以說一臺裝置傳感器的數(shù)量和質(zhì)量是其智能化水平的重要標記和象征。本課題涉及的基數(shù)傳感器，對機械手的搖擺、伸縮的運動行程，以及機械手爪抓物件的力進展精確測量。常用的傳感器有電感式、電渦流式、電容式、光電式、壓電式及霍爾式等。2.5.1末端觸力傳感器設(shè)計選型機械手爪末端傳感器主要是用來感知機械手抓取物件的力度，并使之保持在平安范圍內(nèi)，保證物件在完好狀況下順當抓取。首先觸力傳感器的工作原理為：離子注入的壓敏電阻受壓彎曲時阻值發(fā)生變更，并正比于所施加的觸力，觸力是通過不銹鋼插桿干脆作用于傳感器內(nèi)部的硅敏感芯片，橋路電阻阻值正比于觸力大小，橋路各電阻的變更產(chǎn)生對應(yīng)的mV輸出信號。本設(shè)計運用的是FS-15N1A觸力傳感器，F(xiàn)S系列觸力傳感器能夠在小型商用級別封裝下供應(yīng)精確、牢靠的觸力傳感功能，傳感器內(nèi)含已技術(shù)成熟的經(jīng)特別微切削硅傳感芯片，低功耗、無放大、無補償?shù)幕菟诡D電橋設(shè)計在1500g量程中輸出恒定的mV信號。能承受5.5kg的過壓，不銹鋼插桿供應(yīng)極為優(yōu)秀的機械穩(wěn)定性，能適合各種應(yīng)用場合，和各種電氣連接方式[16]。選型如表2-3表2-3傳感器選型型號觸力范圍g靈敏度Mv/v/gram里程mvtyp過壓G，maxMinTypMax60〔5v〕4500FSL05N2C5000.020.0240.028單位電源-5.012VDC零點偏置-15015mV操作力0-500G靈敏度4mV/g線性度-±10-g重復(fù)性-±10-g零點溫漂25~2?C，25~40?C-±0.5-mV靈敏度溫飄-±0.012-mV/g輸入阻抗4.0k5.0k6.0k-輸出阻抗4.0k5.0k6.0k-過載力--4500gESD10--Kv觸力傳感器的原理1腳：VS〔+〕-被標明于引腳外表2腳：輸出〔+〕3腳：接地〔-〕4腳：輸出〔-〕如圖2-12引腳接線圖傳感器可恒壓或恒流供電，最大供電電壓不超過12V，最大供電電流不超過1.6mA。V0=V2-V4，輸出電壓V0，和電源電壓成比例變更，電壓波動將引起輸出電壓的漂移。2，4腳請勿接地或接電源。圖2-12引腳接線圖圖2-13安裝尺寸2.5.2光電傳感器設(shè)計選型本設(shè)計主要利用光電傳感器來感知的傳送帶傳來的物件，依據(jù)用戶需求來進展軟件編程精確限制機械手動作，使機械手臂運行到精確位置。光電效應(yīng)是在光線作用下物體內(nèi)的電子逸出物體外表對外放射或物體電導率發(fā)生變更或產(chǎn)生光電動勢的現(xiàn)象。光電式傳感器的工作原理為物質(zhì)的光電效應(yīng)，指能靈敏地感受到紫外線到紅外線的光能量，并將光能轉(zhuǎn)化為電信號的器件。它首先把被測量的變更轉(zhuǎn)換成光信號的變更，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三局部組成。光電傳感器把被測物理量經(jīng)光電器件轉(zhuǎn)換電信號，具有高精度、非接觸、反響快、牢靠性較高的優(yōu)點，開展很快，隨著光柵、激光等器件相繼研制成功，在自動限制領(lǐng)域應(yīng)用特別廣泛。光電開關(guān)在機械檢測物體時大多數(shù)要求識別“高”、“低”電平即可[17]。光電開關(guān)的工作原理：光電開關(guān)是一種利用感光元件對變更的入射光加以接收，并進展光電轉(zhuǎn)換同時加以某種形式的放大和限制，從而獲得最終的限制輸出“開”、“關(guān)”信號的器件。其中一種對射式光電開關(guān)的工作原理如2-15所示?！瞐〕發(fā)光器件如發(fā)光二極管發(fā)出光后，由光電接收器件感應(yīng)出信號，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換輸出開關(guān)信號；〔b〕中為發(fā)出光線后被物體遮住后，接收端無信號，即為開關(guān)的一種狀態(tài)。如圖2-14所示為光電開關(guān)工作原理圖，當金屬或有物體接近最左端的感應(yīng)區(qū)中，光電開關(guān)電路將輸入電流轉(zhuǎn)換成光電信號射出，經(jīng)同步選通電路，如施密特觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為電平輸出到三極管，使之導通或截止。電路中右側(cè)是輸出信號端，反映輸入端是否執(zhí)行到位，即物體有無。機械工業(yè)常用來檢測物品或運動機構(gòu)是否到位[6]。在設(shè)計中運用歐姆龍的光電傳感器(光電開關(guān))，E3JK-5M3，直流正負12~240V，溝通24~240V均可用，交直流通用，有一對常開和常閉觸點。消費電力小于3W，檢出距離為5m，指向角：3~20，繼電器輸出最大250V3A，最小5VDC10mA。響應(yīng)時間小于或等于：30ms，工作溫度為-25~55，愛惜構(gòu)造:IEC60529IP64。發(fā)送接收發(fā)送被測物接收〔a〕開關(guān)的一種狀態(tài)〔b)開關(guān)的另一種狀態(tài)圖2-14對射式光電開關(guān)工作原理圖如圖2-15所示光電開關(guān)將輸入電流在放射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再依據(jù)接收到的光線強弱或有無對目標物體進展探測。2.6主電路的設(shè)計在主電路的設(shè)計里面會設(shè)計一些電氣元件的選擇，保證機械手能平安高效運行。2.6.1熔斷器的選擇熔斷器是依據(jù)電流超過規(guī)定值一段時間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開；運用這種原理制成的一種電流愛惜器。熔斷器廣泛應(yīng)用于凹凸壓配電系統(tǒng)和限制系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，作為短路和過電流的愛惜器，是應(yīng)用最普遍的愛惜器件之一。本設(shè)計中接受的型號為HRW7-10，額定電壓為220V。2.6.2熱繼電器的選擇熱繼電器是由流入熱元件的電流產(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當形變到達必需距離時，就推動連桿動作，使限制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現(xiàn)電動機的過載愛惜。繼電器作為電動機的過載愛惜元件，以其體積小，構(gòu)造簡潔、本錢低等優(yōu)點在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。額定電壓：熱繼電器能夠正常工作的最高的電壓值，一般為溝通220V，380V。額定電流：熱繼電器的額定電流主要是指通過熱繼電器的電流額定頻率：一般而言，其額定頻率遵照45-62Hz設(shè)計。本設(shè)計選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器，型號為NR2-25G/Z0.1-10A。2.6.3接觸器的選擇接觸器的工作原理是：當接觸器線圈通電后，線圈電流會產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的磁場使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引動鐵心，并帶動溝通接觸器點動作，常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯(lián)動的。當線圈斷電時，電磁吸力消逝，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點復(fù)原，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。直流接觸器的工作原理跟溫度開關(guān)的原理有點相像。在電工學上，因為可快速切斷溝通和直流主回路和可頻繁地接通和大電流限制〔某些型別可達800安培〕電路的裝置，所以常常運用于電動機做為限制對象﹐也可用作限制工廠設(shè)備﹑電熱器﹑工作母機和各樣電力機組等電力負載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放愛惜作用。接觸器限制容量大，適用于頻繁操作和遠距離限制。是自動限制系統(tǒng)中的重要元件之一。溝通接觸器利用主接點來開閉電路，用幫助接點來導通限制回路。本設(shè)計選用CJX1系列溝通接觸器。其主要用于溝通50Hz(或60Hz)、額定工作電壓至1000V，在AC-3運用類別下額定工作電壓為380V時額定工作電流至475A的電路中，供遠距離接通和分斷電路或頻繁起動和限制溝通電動機，并可和適當?shù)臒徇^載繼電器組成電磁起動器，以愛惜可能發(fā)生過載的電路。繼電器型號為和PLC配套運用的CPU226XMAC/DC繼電器。第3章系統(tǒng)的軟件設(shè)計及智能算法的探究3.1PLC的選型和端口設(shè)計PLC具有通用性強，運用便利，適應(yīng)面廣牢靠性高，抗干擾實力強、編程簡潔等特點。隨著PLC的開展，出現(xiàn)了更多的功能強大的指令，這些指令本身在單操作的意義上供應(yīng)了更強的計算力，特別是運動限制指令和在網(wǎng)絡(luò)通訊方面功能更加強大，叮囑支持各種運動功能，實現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)限制、高度的集成操作及位置環(huán)的閉環(huán)限制，能夠滿足高性能工業(yè)機械手位置和運動精度要求。本章對于PLC的選型和I/O端口的支配進展了設(shè)計，充分表達了CPU226PLC的優(yōu)越性。而且應(yīng)用伺服電機自帶的編碼器時刻反響位置等信息給驅(qū)動器和PLC，通過PID限制算法，使限制更加精確、穩(wěn)定、快速。為了克制系統(tǒng)的非線性特性，智能算法也進展了優(yōu)化，參與了模糊智能算法。利用PLC編程邏輯限制器中的PID限制指令模塊，實現(xiàn)了對系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的比擬，使系統(tǒng)對限制響應(yīng)快速精確。3.1.1PLC型號的選擇一般狀況下，PLC是遵照集中輸入和輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進展工作的，其中心內(nèi)容就是“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷新”三個階段。為了使碼垛機械手實現(xiàn)自動化限制，使機械手臂能夠遵照軌跡規(guī)劃的路途進展運動，本設(shè)計接受PLC來實現(xiàn)碼垛機械手的自動限制。PLC在對機械手的關(guān)節(jié)限制的時候，一般狀況下是接受編程的方式產(chǎn)生脈沖輸出來實現(xiàn)限制，這種方法產(chǎn)生的最大脈沖頻率不能超過600Hz。經(jīng)分析探究，該設(shè)計須要17個輸入點，15個輸出點，為完成限制系統(tǒng)所需工藝流程，須要限制器能有較強的浮點運算實力和掉電保持的實力，依據(jù)須要限制的開關(guān)、設(shè)備，并考慮10%-15%的裕量，本系統(tǒng)接受S7-200系列CPU226可編程限制器，此PLC有24個輸入，16個輸出，6個30kHz時鐘速率的高速計數(shù)器，4個20kHz時鐘速率的脈沖輸出。CPU最特長理時間0.22μs，256個計數(shù)器，計數(shù)范圍為0-32767，并具有廣泛的擴展功能，和豐富的通信網(wǎng)絡(luò)功能?？梢酝ㄟ^脈沖輸入輸出插卡，看運用高速計數(shù)器和脈沖輸出功率，完全滿足限制要求[9]。3.1.2PLC輸入輸出端口的設(shè)置依據(jù)限制原理和智能碼垛機械手的工作要求和I/O支配如下表3-1：表3-1I/O端口支配表名稱代號輸入號名稱代號輸出號手動操作SA1I0.0手指驅(qū)動器YA1脈沖Q0.0連續(xù)操作SA2I0.1YA2方向Q0.1單周期操作SA3I0.2大臂驅(qū)動器YA3脈沖Q0.2單步操作SA4I0.3YA4方向Q0.3回原點操作SA5I0.4小臂驅(qū)動器YA5脈沖Q0.4啟動SB1I0.5YA6方向Q0.5停頓SB2I0.6底座驅(qū)動器YA7脈沖Q0.6手指加緊SQ1I0.7YA8方向Q0.7手指放松SQ2I1.0啟動指示HL1Q.10底座電機反響SQ3I1.1停頓指示HL2Q1.1底座電機運動SQ4I1.2警示燈HL3Q1.2大臂電機反響SQ5I1.3手指繼電器YA10Q1.3大臂電機運動SQ6I1.4大臂繼電器YA11Q1.4小臂電機反響SQ7I1.5小臂繼電器YA12Q1.5小臂電機運動SQ8I1.6底座繼電器YA13Q1.6光電傳感器SQ9I1.7觸力傳感器SQ10I2.0圖3-1PLCI/O端口支配3.2機械手特別環(huán)節(jié)的軟件設(shè)計在非超載的狀況下，電機的轉(zhuǎn)速、停頓的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變更的影響，當驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動伺服電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^限制脈沖個數(shù)來限制角位移量，從而到達精確定位的目的，同時可以通過限制脈沖頻率來限制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而到達調(diào)速的目的。當驅(qū)動器選擇位置限制時，來自外部的位置指令脈沖輸入和來自反響脈沖通過位置比擬環(huán)節(jié)的計算，到位置跟隨誤差信號，跟隨誤差信號經(jīng)過位置調(diào)整器的處理，生成速度給定指令，并通過速度調(diào)整器限制電機速度。位置限制方式的輸入方式也有三種，分別是：符號+序列限制，CW+CCW限制，90°相位差限制。每種方式都有正邏輯和負邏輯之分，一般出廠設(shè)定值都為正邏輯，如表3-2所示?！?〕符號+序列限制方式：符號+序列限制方式是將脈沖序列信號輸入給/PLUS端口，將方向信號輸入給/SIGN端口，其中高電平為正轉(zhuǎn)，低電平為反轉(zhuǎn)。由于此種限制方式簡潔易用，因此在實際限制中應(yīng)用較為普遍；〔2〕CW+CCW：雙脈沖序列限制，CW為正轉(zhuǎn)脈沖信號，CCW為反轉(zhuǎn)脈沖信號，對于正邏輯來說，當/PLUS輸入低電平信號，/SIGN端口輸入脈沖信號時為正轉(zhuǎn)，兩端口信號對換那么為反轉(zhuǎn)。通常該種限制方式的抗干擾實力較強，但是接線較困難，因此并不如第一種方式普遍；〔3〕90°相位差：也叫正交二相脈沖序列，A相相位超前B相90°時表示正轉(zhuǎn)，B相超前A相90°時表示反轉(zhuǎn)。在運用正交二相脈沖序列方式時，脈沖輸入倍增數(shù)有三個倍率可供選擇。表3-2位置限制方式說明指令狀態(tài)輸入倍增正轉(zhuǎn)指令反轉(zhuǎn)指令符號+脈沖序列〔正邏輯〕——PULS：SIGN：PULS：SIGN：90度相位差〔正邏輯〕×1×2PULS：PULS：×3SIGN：SIGN：PLSENENOPLSENENOQ0XPID指令：PIDENENOPIDENENOTBLLOOP3.3限制規(guī)律和智能算法目前主流的伺服驅(qū)動器均接受數(shù)字信號處理器〔DSP〕作為限制核心，可以實現(xiàn)比擬困難的限制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍接受以智能功率模塊〔IPM〕為核心設(shè)計的驅(qū)動電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測愛惜電路，在主回路中還參與軟啟動電路，以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進展整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步溝通伺服電機。功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡潔的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元〔AC-DC〕主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。3.3.1伺服驅(qū)動器的閉環(huán)限制伺服電機將驅(qū)動器的電信號轉(zhuǎn)化為角速度或角位移，同時又通過編碼器將自身的轉(zhuǎn)角信息實時反響給伺服驅(qū)動器，可以實現(xiàn)位置、速度、轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)限制。伺服驅(qū)動器和伺服電機組成的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，具有調(diào)速范圍寬、定位精度高、響應(yīng)速度快、無超調(diào)、轉(zhuǎn)矩波動小、過載實力強、牢靠性高等特點。依據(jù)伺服系統(tǒng)三環(huán)限制原理，伺服驅(qū)動器一般有位置模式、速度模式和轉(zhuǎn)矩模式三種可選，分別用在精確定位、無級調(diào)速和轉(zhuǎn)矩限制領(lǐng)域。本設(shè)計正是利用伺服系統(tǒng)的位置模式來實現(xiàn)碼垛機械手的精確定位功能。圖3-2伺服系統(tǒng)三環(huán)限制原理圖伺服驅(qū)動器設(shè)置中應(yīng)留意：1、設(shè)定位置環(huán)調(diào)整器的比例增益；2、設(shè)置值越大，增益越高，剛度越大，一樣頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會引起振蕩或超調(diào)；3、參數(shù)數(shù)值由具體的伺服系統(tǒng)型號和負載狀況確定圖3-3臂關(guān)節(jié)限制模型以臂關(guān)節(jié)為例，確定其數(shù)學模型在機械手臂關(guān)節(jié)對象中，一般將直流力矩電機模型以兩個慣性環(huán)節(jié)來簡化，其表達式為：(3-1)式中：Tm為電磁時間常數(shù)；Tl為電機時間常數(shù)；K為驅(qū)動電路的放大倍數(shù)以及電機減速器減速比的綜合值；S為積分環(huán)節(jié)。圖中的θ表示機械手輸出轉(zhuǎn)過的角度；θg表示給定角；在工程上，PID限制器因其具有構(gòu)造簡潔，能適應(yīng)大量工業(yè)過程的限制要求，具有較強的魯棒性而得到了廣泛的應(yīng)用。在探究中首先接受了PID限制器。以臂關(guān)節(jié)為探究對象進展了系列的折算，測得結(jié)果為Tm=0.271，Tl=l/R=0.00243(Tm>>Tl)。其開環(huán)傳遞函數(shù)為：(3-2)在過阻尼、無超調(diào)時，取得PD、PID參數(shù)分別為：P=8、D=6、和P=10、I=0.01、D=5。選用上述參數(shù)進展限制后，存在明顯問題；限制精度不高，限制過程超調(diào)量大，同時正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)存在必需的死區(qū)誤差。3.3.2限制智能算法由于機械手實際系統(tǒng)存在緊要的非線性，對系統(tǒng)的參數(shù)變更比擬敏感，難以做到精確定位；另外由于機械精度方面的緣由還存在必需的死區(qū)，使得限制精度降低，存在超調(diào)。PID限制器在線性限制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是如何使得PID限制應(yīng)用于非線性限制系統(tǒng)，并具有必需的牢靠性，始終為人們所關(guān)注，由于模糊限制具有必需的智能性，對于非線性的限制具有必需的特點，因而可以預(yù)見，假設(shè)將模糊限制策略應(yīng)用于PID限制器的設(shè)計，使限制器既具有傳統(tǒng)PID限制器的優(yōu)點，又具有模糊限制的智能特點，從而使得限制策略能夠隨工況的不同而實時調(diào)整，其限制構(gòu)造如圖3-4所示。限制器限制規(guī)律驅(qū)動裝置位置給定Eθθ限制器限制規(guī)律驅(qū)動裝置δEδEθ圖3-4模糊限制構(gòu)造圖圖中，Eθ為轉(zhuǎn)角誤差，δEθ為誤差增量。設(shè)位置誤差模糊量為E，誤差的變更量為C[E]，限制輸出量為U。將誤差E，誤差變更率C[E]及限制量U的論域取為{E}={C[E]}={U}={-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，其模糊子集語言變量描述詞匯如下，即:{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}≌{(diào)-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}。在系統(tǒng)中，位置的給定值為0度至360°，轉(zhuǎn)角的采樣值是利用PLC的高速輸入口來檢測旋變B合成信號Umsin(ωt+α)得出轉(zhuǎn)角信息α(-90?<α<+90?)，位置誤差的模糊值及模糊量賦值如表1所示。轉(zhuǎn)角誤差增量C[E(θ)]表示為C[E(θ)]=E[θ(i)]-E[θ(i-1)]其模糊化及模糊變量的賦值如表3-3所示。表3-3誤差的模糊化表及變量賦值表E(θ)單位〔度〕E-3-2-1012375≤θ≤90PB0.51.045≤θ≤75PM1.075≤θ≤90PS0.51.00.7-15≤θ≤15O1.0-45≤θ≤-15NS0.71.00.5-75≤θ≤-45NM1.5-90≤θ≤-75NB1.00.5限制中選擇了帶有可調(diào)整因子β的限制規(guī)那么：U=-[βE+(1-β)C[E]]，β(0，1)，通過調(diào)整β值可以變更對誤差和誤差變更的不同加權(quán)程度。限制過程中，接受β=0.5時那么其限制規(guī)那么可以用一個解析表達式概括:U=-[(E+C[E])/2]，即:誤差和誤差變更在限制量的加權(quán)程度均為1/2。調(diào)整方法可接受如下一組模糊校正規(guī)那么:Ri：ife(k)isPBandΔe(k)isPS，thenU=NBU(*)={U(-3)，U(-2)，U(-1)，0，U(+1)，U(+2)，U(+3)}那么對應(yīng)的精確量為：{-4V，-3V，-1.5V，0V，+1.5V，+3V，+4V}，限制規(guī)那么的輸出值DAC1210對應(yīng)D/A雙極性輸出的數(shù)字量電壓值。表3-4誤差增量的模糊化及變量賦值表C〔E〕〔度〕E-3-2-101237≤δe≤9PB15≤δe≤7PM12≤δe≤5PS1-2≤δe≤2O1≤-5δe≤-2NS1-7≤δe≤-5NM1-9≤δe≤-7NB1試驗中接受E[θ]以30°為界位，當:E[θ]≥30度時β=0.75；E[θ]≤30度時，β=0.15。依據(jù)上述限制規(guī)那么進展系統(tǒng)仿真，結(jié)果如圖3-5所示。圖中縱坐標表示系統(tǒng)的輸出相對值，橫坐標表示系統(tǒng)的輸出時間。圖a表示輸入單位階躍信號下，無自調(diào)整因子時的輸出波形圖；圖b表示在同樣條件下，參與自調(diào)整因子后的系統(tǒng)輸出波形圖。仿真結(jié)果說明，接受自調(diào)整因子后，系統(tǒng)超調(diào)量明顯減小，快速性有所改善[4]。(a)(b)圖3-5仿真曲線3.4軟件的編程智能機械手的編程主要是對四個伺服電機的精確限制，須要依據(jù)用戶的實地狀況操作運行進展調(diào)試，確定定時器的時間等等。軟件的編程見附錄。第4章智能機械手的調(diào)試前三章完成了方案的論證和軟硬件的選型和設(shè)計，使得智能碼垛機械手在構(gòu)造和性能上有了很大的完善，最終要將機械手投入應(yīng)用，離不開對機械手工作流程的設(shè)定，和對其的精確調(diào)試。本章主要在整體上，依據(jù)機械手的作業(yè)實際現(xiàn)場來完成機械手的工作流程圖，對各種伺服電機限制機械手各局部時間的設(shè)定。并利用力控組態(tài)軟件動畫表達機械手的運行，直觀表達智能碼垛機械手的各局部運行，給智能碼垛機械手應(yīng)用到實際工作中奠定了根底。4.1機械手的流程智能碼垛機械手作業(yè)流程：啟動后，各個機械臂進展回零復(fù)位，檢測相關(guān)工作狀態(tài)后，進展工作數(shù)據(jù)的輸入。自檢測無誤后進展路徑規(guī)劃，即對伺服電機位置限制的制定，然后起先作業(yè)。以下圖分別是數(shù)據(jù)輸入子程序、主程序流程圖，工作子程序圖。圖4-1數(shù)據(jù)輸入子程序圖4-2主程序流程圖圖4-3工作子程序流程圖4.2機械手現(xiàn)場調(diào)試及路徑規(guī)劃分析所謂路徑規(guī)劃是指給定機械手的初始位姿及機械手末端的目標位姿，在機械手的工作范圍內(nèi)找尋一條無碰撞路徑。本設(shè)計的碼垛機械手面對工業(yè)應(yīng)用，要求機械手的工作易于限制，盡量簡化操作者的工作步驟，工作步驟的簡化也從另一方面削減了誤操作的可能性，提高了穩(wěn)定性和牢靠性，因此我們接受了結(jié)合示教的路徑規(guī)劃算法。對于智能碼垛機械手來說，碼垛作業(yè)對機械手的起終點位姿有要求，在路徑中間只有速度、加速度和位置空間限制，點位限制只要求滿足起終點位姿，在軌跡中間只有幾何限制、最大速度和加速度約束；為了保證運動的連續(xù)性，要求速度連續(xù)，各軸協(xié)調(diào)。所以點位限制即可滿足碼垛機械手的限制要求，我們選擇結(jié)合示教的點位路徑規(guī)劃方法，實現(xiàn)碼垛機械手的點位限制。在示教之前，須要通過輸入碼垛對象的相關(guān)參數(shù)，之后只需通過示教盒操縱機械手確定抓取點和放置點，即可依據(jù)特定算法形成路徑，結(jié)合示教的路徑規(guī)劃流程圖如以下圖所示，碼垛對象的外形參數(shù)包括其形態(tài)和尺寸參數(shù)，啟動起始點相關(guān)參數(shù)包括啟動時抓手最低點距堆垛平面的距離、抓手幾何中心至傳送帶端面距離、釋放高度等，碼放區(qū)域的確定只須要通過示教確定該區(qū)域的對角線的兩個端點即可，可依據(jù)實地狀況輸入?yún)?shù)和確定運行時間指令，確定一條路徑[11]。圖4-4示教流程圖圖4-5碼操機械手各個機構(gòu)的工作循環(huán)圖4.3智能碼垛機械手示意下面介紹利用力控組態(tài)軟件對機械手限制系統(tǒng)進展動畫設(shè)計步驟如下：〔1〕設(shè)備連接設(shè)備連接翻開組態(tài)軟件，進入工程管理器，新建一個工程，選擇他的存儲路徑并設(shè)定工程名稱為“機械手”進入工程閱讀器后，首先進展設(shè)備的連接。上位機COM1和PLC之間通過PC/PPI編程電纜連接，選擇工程閱讀器左側(cè)大綱項“設(shè)備\COM1”，在工程閱讀器右側(cè)用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，運行“設(shè)備配置向?qū)А保嚓P(guān)配置如圖4-6所示：圖4-6設(shè)置配置向?qū)А?〕通訊設(shè)備參數(shù)設(shè)置在力控工程閱讀器的工程書目顯示區(qū)，點擊“設(shè)備”大綱項下PLC和上位計算機所連串口，進展參數(shù)設(shè)置。PLC的通信參數(shù)和組態(tài)設(shè)置應(yīng)一樣，同時組態(tài)系統(tǒng)的COM1口設(shè)置要和PLC一樣。PLC接受默認的通信參數(shù)如下：波特率為9600bps，通信協(xié)議為PPI，模式為十一位?！?〕構(gòu)造數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是力控軟件的核心局部。建立在數(shù)據(jù)庫中的各種變量負責和各種外部設(shè)備進展數(shù)據(jù)交換，以及相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲，它將組態(tài)的工程的各個局部連接成有機的整體。選擇工程閱讀器左側(cè)大綱項“數(shù)據(jù)庫\數(shù)據(jù)詞典”，在工程閱讀器右側(cè)用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，彈出“變量屬性”對話框，創(chuàng)立機械手限制系統(tǒng)各個變量數(shù)據(jù)。這些變量和PLC內(nèi)部變量一一對應(yīng)，PLC的輸入輸出完全由組態(tài)王內(nèi)部變量代替。通過建立動畫連接，這樣PLC的實際輸入輸出狀態(tài)就以動畫的形式都反映在組態(tài)監(jiān)控界面上。變量的定義如圖4-7所示圖4-7變量定義〔4〕監(jiān)控界面的設(shè)計和動畫連接進入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)，新建一個畫面。在畫面上創(chuàng)立機械手限制示意圖，畫中主要繪制了機械手，起先/復(fù)位按鈕和機械手位置指示燈。除此之外，畫面中還增加了實時報表和指定查詢報表，在報表中插入要查詢的變量，以便用戶方存儲和查看。主畫面如下圖建立變量數(shù)據(jù)庫中的變量和組態(tài)畫面中各個對象間的聯(lián)系，從而使畫面能夠依據(jù)實際數(shù)據(jù)的變更產(chǎn)生動畫效果。編寫應(yīng)用程序，用戶定義類似C語言的叮囑語言來驅(qū)動應(yīng)用程序。下面是局部應(yīng)用程序叮囑語言。if(\\本站點\開關(guān)==1&&\\本站點\==1)\\本站點\大小臂搖擺=\\本站點\大小臂搖擺+1\木塊垂直移動+1；if(\\本站點\底座轉(zhuǎn)動>=100)\\本站點\底座轉(zhuǎn)動=100\木塊水平移動+1；if(\\本站點\底座轉(zhuǎn)動==100&&\\本站點\手正轉(zhuǎn)限位==1〕\\本站點\大小臂搖擺=\\本站點\大小臂搖擺+1；if(\\本站點\開關(guān)==0&&\\本站點\手反轉(zhuǎn)限位==0){\\本站點\大小臂動=\\本站點\底座轉(zhuǎn)動-1；\\本站點\木塊垂直移動=\\本站點\木塊垂直移動+1；}圖4-8機械手構(gòu)造圖(5)系統(tǒng)運行遵照要求將上位機，PLC和機械手連接好以后，啟動組態(tài)運行系統(tǒng)TOUCHVIEW，運行機械手限制系統(tǒng)。將PLC開關(guān)指向RUN狀態(tài)，視察組態(tài)畫面是否和機械手運行一樣。檢查組態(tài)畫面動畫隱含連接正確和否，直至組態(tài)動畫正常運行為止[8]。結(jié)論智能碼垛機械手屬于典型機電一體化高科技產(chǎn)品，以PLC為核心的限制系統(tǒng)是當今機器人限制技術(shù)探究的一個新方向。本設(shè)計以智能碼垛機械手限制系統(tǒng)為探究對象，通過理論探究，技術(shù)攻關(guān)和試驗運行得出以下結(jié)論：通過對常圖4-2工作子程序流程圖見工業(yè)機械手限制技術(shù)的比照分析和系統(tǒng)探究，結(jié)合碼垛機械手的應(yīng)用環(huán)境和作業(yè)要求，確定了智能碼垛機械手限制系統(tǒng)的設(shè)計需求，提出具體的設(shè)計任務(wù)，確定了機械手限制系統(tǒng)軟硬件方案，組建了以PLC為核心的限制系統(tǒng)；通過硬件選型、軟件設(shè)計等工作，建立起完整的智能碼垛機械手限制系統(tǒng)硬件平臺，并進展了總體功能集成完成了相關(guān)的調(diào)試工作，驗證了該限制系統(tǒng)的可行性和牢靠性，為碼垛機械手的進一步改良和完善供應(yīng)了閱歷和幫助；編寫了機械手運動程序，并依據(jù)碼垛作業(yè)對各關(guān)節(jié)的運動要求，通過PLC完成了相關(guān)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)限制；設(shè)計了電流、速度為內(nèi)環(huán)，位置為外環(huán)的閉環(huán)機械手關(guān)節(jié)運動伺服系統(tǒng)，電流環(huán)、速度換分別運用驅(qū)動器內(nèi)置的P和PI算法，位置環(huán)運用驅(qū)動器的自動調(diào)諧，依據(jù)實際運行狀況接受伺服驅(qū)動器完成運動限制和參數(shù)調(diào)整，整定速度環(huán)和位置環(huán)參數(shù)，滿足了機械手運動限制對電流、速度和位置的根本要求。經(jīng)過本設(shè)計實際工作的驗證，該方案可行，功能齊全運用便利。在設(shè)計過程中由于水平和時間有限，該系統(tǒng)還存在一些缺乏，須要進一步完善：碼垛機械手機械局部的設(shè)計和加工還存在改良、提高的地方，還需對機械局