【正文】 文章從搬運機器人的實用方面入手，參考了一套設計方案，就搬運機器人的組成（執(zhí)行機構 和驅動機構）以及現(xiàn)實作業(yè)，理解了具體的手部、腕部、臂部和機座的結構形式和 PLC 控制原理和具體操著方法 。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為35 研究重點。 根據(jù)所選的 PLC1N40 系列的內部元件及輸入輸出的相關元件、設備，編制出 I/O 外部接線圖如圖 42 所示 圖 42 外部接線圖 Fig 42 external hookup ○ 4 程序設計 32 根據(jù)任務要求設計程序梯形圖 33 ○ 5PLC 仿真 34 ○ 6 機械手綜合控制程序 :綜合前述的步進電機和氣動伺服控制技術，同時結合對垂直手臂滑塊氣缸、氣爪的控制要求 ,下面給出機械手完成一次定位并抓取工件的部分 PLC 程序 ， 該程序表明 :當工件分揀加工完畢后，機械手首先轉動一定的角度指向取工件位置，待步進電機定位結束后，垂直手臂滑塊氣缸活塞落下，然后水平手臂氣缸在氣動伺服控制下伸出設定的定位位移。它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)。在滑塊氣缸和氣爪上都安裝有磁性開關傳感器，用于檢測氣缸活塞的位置。 1PG 的 DOG 端為確定步進電機原點位置時所用。 步進電機選用深圳白山機電公司的 BS110HB3L14204 型三相混合式步進電機，最大扭矩 :12Nm。根據(jù)動力源的不同，工業(yè)機械手的驅動機構 大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。伸縮式臂部機構的驅動可采用液壓缸直接驅動。 臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內任意一點。因此在 要求較大回轉角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結構。本次設計的手部選擇夾持類回轉型結構手部。以下是由于毛坯面與定位孔位置變化帶來的問題： ，機器人抓取后，由于毛坯面帶來的偏差，導致工件在手爪抓取時有移動，偏差大時與托盤有摩擦； ，由于毛坯面帶來的偏差，導致手抓不能完全貼合毛坯面，即使強硬貼合上，在工件脫離定位銷時會有嚴重的摩擦，導致碰撞報警； 說明：軟浮動功能在開啟后，機器人可以受外力改變姿態(tài)，改變大小可以通過參數(shù)設置。通過 3DL 軟件，機器人能夠計算出位置變化量Ｘ、Ｙ、 Z 、 W、 P、Ｒ。 3D 視覺定位技術應用于機器人上料至機床。這樣大大減少了在上下料滑臺上的設計工作，保證了系統(tǒng)的擴展功能。在國內的機械加工，目前很多都是使用專機或人工進行機床上下料的方式，這在產(chǎn)品比較單一、產(chǎn)能不高的情況下是非常適合的，但是隨著社會的進步和發(fā)展，科技的日益進步，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，使用專機或人工進行機床上下料就暴露出了很多的不足和弱點，一方面專機占地面積大，結構復雜、維修不便，不利于自動化流水線的生產(chǎn)；另一方面 ，它的柔性不夠，難以適應日益加快的變化，不利于產(chǎn)品結構的調整；其次，使用人工會造成勞動強度的增加，容易產(chǎn)生工傷事故，效率也比較低下，且使用人工上下料的產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性不夠，不能滿足大批量生產(chǎn)的需求。 電氣控制系統(tǒng)：運用人機界面對整個系統(tǒng)的的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，采采用三菱 Q 系 PLC 控制器 ,并使用工業(yè)現(xiàn)場總線實現(xiàn)系統(tǒng)中實時和非實時數(shù)據(jù)的傳輸，具有高度可靠性和可維護性。在該系統(tǒng)中， 由于使用了視覺技術，因此上下料滑臺無需工件的定位裝置。在應用工程方面：目前 國內已建立了多條弧焊機器人生產(chǎn)線，裝配機器人生產(chǎn)線，噴涂生產(chǎn)線和焊接生產(chǎn)線。 進入 80 年代后，在高技術浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機器人技術的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持。目前國內市場年需 求量在 3000 臺左右，年銷售額在 20 億元以上。 傳感系統(tǒng)：激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機器人系統(tǒng)中已得到成功應用，并實現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應性。 第二章 搬運機器人國內外研究現(xiàn)狀分析 2． 1 國外研究現(xiàn)狀 機器人操作機：通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設計等現(xiàn)代設計方法的運用，機器人操作機已實現(xiàn)了優(yōu)化設計。 一個國家要引入高技術并將其轉移 為產(chǎn)業(yè)技術（產(chǎn)業(yè)化），必須具備 5 個要素 5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。 根據(jù)日本政府 2020 年指定的一份計劃，日本 2050 年工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到 兆日元，擁有百萬工業(yè)機器人。 機器人技術是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術領域。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。而完成抓取，搬運和取走過程的運動機構就是大型直角坐標機器人，它們通常就是一個水平運動軸（ X軸）和上下運動軸（ Z 軸）。有些人認為，最高級的機器人要做的和人一模一樣，其實非也。并詳細在機器人的機構，檢測，控制方面深入理解 并研究搬運機器人，最后并著眼于現(xiàn)實，展望未來，對未來搬運機器人的發(fā)展趨勢作出探究， 并作理論上的研究推測。機器人成了人類最忠實可靠的朋友，在生產(chǎn)建設和科研工作中發(fā) 揮著越來越大的作用。可以 24 小時甚至更長時間連續(xù)重復運轉，還可以承受各種惡劣環(huán)境進行物體搬運作業(yè)， 超過限度的必須由搬運機器人來完成 。與傳統(tǒng)的機器的區(qū)別在于，機器人有計算機控制系統(tǒng)，因而有一定的智能，人類可以編制動作程序，使它們完成各種不同的動作。目前世界上使用的搬運機器人愈 10 萬臺，被廣泛應用于機床上下料、沖壓機自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。 機器人 是自動執(zhí)行工作的機器裝置。這7 類加工件數(shù)量大，機床幾乎要 24 小時運行。無論多臺機器人同步工作，還是單臺機器人獨立工作，但其本質是相近的，由于直角坐標機器人非常適合各種機床上下料應用，它不僅比其它的機器人成本低，而且效率更高，必將被在更多的行業(yè)被更廣泛的應用。 1． 4 研究意義與必要性 在發(fā)達國家中，工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套設備已成為自動化裝備的主流 機器人發(fā)展前景及未來的發(fā)展方向。噴漆等；⑶遠距作業(yè)型。一批國產(chǎn)工業(yè)機器人已服務于國內諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機器人技術的研究人才也涌現(xiàn)出來。我國正在努力發(fā)展工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)，引進國外技術和設備，培養(yǎng)人才，打開市場。 控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的性能進一步提高，已由過去控制標準的 611 軸機器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制 21 軸甚至 27 軸，并且實現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。 2． 2 國內研究現(xiàn)狀 我國工業(yè)機器人是從 二十 世紀 八十 年代開始起步，經(jīng)過 二十 多年的努力，已經(jīng)形成了一些具有競爭力的工業(yè)機器人研究機構和企業(yè)。目前，由于機器人技術及研發(fā)的落后，工業(yè)機器人還主要應用在制造業(yè)，非制造業(yè)使用的較少。但這些元部件距批量化生產(chǎn)還有一段距離。從而實現(xiàn)了 1 臺機器人服務 5 臺機床進務進行上下料作業(yè) 。由于待加工工件為毛坯件，機器人抓取工件后，上料的定位孔位置會 發(fā)生變化，甚至工件上料時的平面度也有變化。在各種機械加工行業(yè)中該系統(tǒng)應用廣泛。該技術實現(xiàn)了機器人在無夾具定位工件情況下的自動柔性搬運。此時機器人可以通過把偏差值 PR[]補償?shù)匠跏甲ト∥恢脕?實現(xiàn)工件的抓取。 原 理：選一個毛坯件作為初始工件，通過 3DL 視覺軟件對該工件在攝像頭中的畫面點位與機器人示教點位的關系進行標定，同時完成初始工件的特征標定。 軟浮動功能（ Soft Float）應用于工件抓取和機器人機床上、下料步驟。 3． 2 物料搬運機器人 3． 2． 1 執(zhí)行機構 23 手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平動型（多為回轉型，因其結構簡單）。有回轉運動、上下擺動、左右擺動。將夾緊活塞缸的外殼與擺動油缸的動片連接在一起；當回轉液壓缸中不同的油腔中進油時即可實現(xiàn)手腕不同方向的回轉。本次設計實現(xiàn)臂部的上下移動、前后伸縮、以及臂部的回轉運動。臂部的運動越多，機身的結構和受力越復雜。其中，機械手水平手臂氣缸的伺服控制采用氣動比例伺服控制系統(tǒng) 。為了確保步進電機控制的穩(wěn)定性、可靠性以及便于日后維護，我們選擇與 FX2N 系列 PLC配套的脈沖發(fā)生單元 FX2N1PG作為步進電機驅動器的控制單元 [2]。在圖 2的控制系統(tǒng)硬件接線中，主要涉及其中 SPC200 的 DIO 數(shù)字量 I/O 模塊的接線 [3]。同時， PLC 還29 不斷從 1PG 的 “BFM28” 、 “BFM27” 和 “BFM26” 緩存中讀入步進電機的運行狀態(tài)和當前位置值，以便在邏輯控制中通過對這些輸入值的處理來進一步控制機械手的動作。 31 PLC 的按以下方式選擇： 1. I/O 點數(shù)的估算 根據(jù)分析的結果，進行統(tǒng)計估算， F140 系列選擇主機 I/O 點數(shù)為 13/10。主要研究內容集中在以下 10個方面： 1．工業(yè)機器人操作機結構的優(yōu)化設計技術：探索新的高強度輕質材料，進一步提高負載 /自重比，同時機構向著模塊化、可重構方向發(fā)展。 5．機器人遙控及監(jiān)控技術，機器人半自主和自主技術，多機器人和操作者之間的協(xié)調控制，通過網(wǎng)絡建立大范圍內的機器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等。 第五章 總結 為了改善勞動環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，快速實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的機械化和自動化，搬運機器人受到很多國家的重視，并被廣泛運用。 37 參考文獻 [1] 朱世強，王宣銀 .機器人技術及其應用 [M].浙江：浙江大學出版社， 2020. [2] 孫樹棟 .工業(yè)機器人技術基礎 [M]