【正文】 文章從搬運(yùn)機(jī)器人的實(shí)用方面入手，參考了一套設(shè)計(jì)方案，就搬運(yùn)機(jī)器人的組成（執(zhí)行機(jī)構(gòu) 和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）以及現(xiàn)實(shí)作業(yè)，理解了具體的手部、腕部、臂部和機(jī)座的結(jié)構(gòu)形式和 PLC 控制原理和具體操著方法 。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實(shí)用化將成為35 研究重點(diǎn)。 根據(jù)所選的 PLC1N40 系列的內(nèi)部元件及輸入輸出的相關(guān)元件、設(shè)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(shè)計(jì) 32 根據(jù)任務(wù)要求設(shè)計(jì)程序梯形圖 33 ○ 5PLC 仿真 34 ○ 6 機(jī)械手綜合控制程序 :綜合前述的步進(jìn)電機(jī)和氣動(dòng)伺服控制技術(shù)，同時(shí)結(jié)合對(duì)垂直手臂滑塊氣缸、氣爪的控制要求 ,下面給出機(jī)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(dāng)工件分揀加工完畢后，機(jī)械手首先轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度指向取工件位置，待步進(jìn)電機(jī)定位結(jié)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(dòng)伺服控制下伸出設(shè)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(kāi)關(guān)傳感器，用于檢測(cè)氣缸活塞的位置。 1PG 的 DOG 端為確定步進(jìn)電機(jī)原點(diǎn)位置時(shí)所用。 步進(jìn)電機(jī)選用深圳白山機(jī)電公司的 BS110HB3L14204 型三相混合式步進(jìn)電機(jī)，最大扭矩 :12Nm。根據(jù)動(dòng)力源的不同，工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 大致可分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等四類。伸縮式臂部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)可采用液壓缸直接驅(qū)動(dòng)。 臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。因此在 要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的手部選擇夾持類回轉(zhuǎn)型結(jié)構(gòu)手部。以下是由于毛坯面與定位孔位置變化帶來(lái)的問(wèn)題： ，機(jī)器人抓取后，由于毛坯面帶來(lái)的偏差，導(dǎo)致工件在手爪抓取時(shí)有移動(dòng)，偏差大時(shí)與托盤有摩擦； ，由于毛坯面帶來(lái)的偏差，導(dǎo)致手抓不能完全貼合毛坯面，即使強(qiáng)硬貼合上，在工件脫離定位銷時(shí)會(huì)有嚴(yán)重的摩擦，導(dǎo)致碰撞報(bào)警； 說(shuō)明：軟浮動(dòng)功能在開(kāi)啟后，機(jī)器人可以受外力改變姿態(tài)，改變大小可以通過(guò)參數(shù)設(shè)置。通過(guò) 3DL 軟件，機(jī)器人能夠計(jì)算出位置變化量Ｘ、Ｙ、 Z 、 W、 P、Ｒ。 3D 視覺(jué)定位技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人上料至機(jī)床。這樣大大減少了在上下料滑臺(tái)上的設(shè)計(jì)工作，保證了系統(tǒng)的擴(kuò)展功能。在國(guó)內(nèi)的機(jī)械加工，目前很多都是使用專機(jī)或人工進(jìn)行機(jī)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(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，科技的日益進(jìn)步，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，使用專機(jī)或人工進(jìn)行機(jī)床上下料就暴露出了很多的不足和弱點(diǎn)，一方面專機(jī)占地面積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修不便，不利于自動(dòng)化流水線的生產(chǎn)；另一方面 ，它的柔性不夠，難以適應(yīng)日益加快的變化，不利于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整；其次，使用人工會(huì)造成勞動(dòng)強(qiáng)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(zhì)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(yùn)用人機(jī)界面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，采采用三菱 Q 系 PLC 控制器 ,并使用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，具有高度可靠性和可維護(hù)性。在該系統(tǒng)中， 由于使用了視覺(jué)技術(shù)，因此上下料滑臺(tái)無(wú)需工件的定位裝置。在應(yīng)用工程方面：目前 國(guó)內(nèi)已建立了多條弧焊機(jī)器人生產(chǎn)線，裝配機(jī)器人生產(chǎn)線，噴涂生產(chǎn)線和焊接生產(chǎn)線。 進(jìn)入 80 年代后，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，隨著改革開(kāi)放的不斷深入，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究得到了政府的重視與支持。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)年需 求量在 3000 臺(tái)左右，年銷售額在 20 億元以上。 傳感系統(tǒng)：激光傳感器、視覺(jué)傳感器和力傳感器在機(jī)器人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)化生產(chǎn)線上物體的自動(dòng)定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。 第二章 搬運(yùn)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 2． 1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 機(jī)器人操作機(jī)：通過(guò)有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，機(jī)器人操作機(jī)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。 一個(gè)國(guó)家要引入高技術(shù)并將其轉(zhuǎn)移 為產(chǎn)業(yè)技術(shù)（產(chǎn)業(yè)化），必須具備 5 個(gè)要素 5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。 根據(jù)日本政府 2020 年指定的一份計(jì)劃，日本 2050 年工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到 兆日元，擁有百萬(wàn)工業(yè)機(jī)器人。 機(jī)器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)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(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。而完成抓取，搬運(yùn)和取走過(guò)程的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)就是大型直角坐標(biāo)機(jī)器人，它們通常就是一個(gè)水平運(yùn)動(dòng)軸（ X軸）和上下運(yùn)動(dòng)軸（ Z 軸）。有些人認(rèn)為，最高級(jí)的機(jī)器人要做的和人一模一樣，其實(shí)非也。并詳細(xì)在機(jī)器人的機(jī)構(gòu)，檢測(cè)，控制方面深入理解 并研究搬運(yùn)機(jī)器人，最后并著眼于現(xiàn)實(shí)，展望未來(lái)，對(duì)未來(lái)搬運(yùn)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)作出探究， 并作理論上的研究推測(cè)。機(jī)器人成了人類最忠實(shí)可靠的朋友，在生產(chǎn)建設(shè)和科研工作中發(fā) 揮著越來(lái)越大的作用?？梢?24 小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)重復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以承受各種惡劣環(huán)境進(jìn)行物體搬運(yùn)作業(yè)， 超過(guò)限度的必須由搬運(yùn)機(jī)器人來(lái)完成 。與傳統(tǒng)的機(jī)器的區(qū)別在于，機(jī)器人有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，因而有一定的智能，人類可以編制動(dòng)作程序，使它們完成各種不同的動(dòng)作。目前世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人愈 10 萬(wàn)臺(tái)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動(dòng)搬運(yùn)。 機(jī)器人 是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。這7 類加工件數(shù)量大，機(jī)床幾乎要 24 小時(shí)運(yùn)行。無(wú)論多臺(tái)機(jī)器人同步工作，還是單臺(tái)機(jī)器人獨(dú)立工作，但其本質(zhì)是相近的，由于直角坐標(biāo)機(jī)器人非常適合各種機(jī)床上下料應(yīng)用，它不僅比其它的機(jī)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(yīng)用。 1． 4 研究意義與必要性 在發(fā)達(dá)國(guó)家中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動(dòng)化裝備的主流 機(jī)器人發(fā)展前景及未來(lái)的發(fā)展方向。噴漆等；⑶遠(yuǎn)距作業(yè)型。一批國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國(guó)內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來(lái)。我國(guó)正在努力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國(guó)外技術(shù)和設(shè)備，培養(yǎng)人才，打開(kāi)市場(chǎng)。 控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高，已由過(guò)去控制標(biāo)準(zhǔn)的 611 軸機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制 21 軸甚至 27 軸，并且實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。 2． 2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人是從 二十 世紀(jì) 八十 年代開(kāi)始起步，經(jīng)過(guò) 二十 多年的努力，已經(jīng)形成了一些具有競(jìng)爭(zhēng)力的工業(yè)機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)。目前，由于機(jī)器人技術(shù)及研發(fā)的落后，工業(yè)機(jī)器人還主要應(yīng)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(shí)現(xiàn)了 1 臺(tái)機(jī)器人服務(wù) 5 臺(tái)機(jī)床進(jìn)務(wù)進(jìn)行上下料作業(yè) 。由于待加工工件為毛坯件，機(jī)器人抓取工件后，上料的定位孔位置會(huì) 發(fā)生變化，甚至工件上料時(shí)的平面度也有變化。在各種機(jī)械加工行業(yè)中該系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在無(wú)夾具定位工件情況下的自動(dòng)柔性搬運(yùn)。此時(shí)機(jī)器人可以通過(guò)把偏差值 PR[]補(bǔ)償?shù)匠跏甲ト∥恢脕?lái) 實(shí)現(xiàn)工件的抓取。 原 理：選一個(gè)毛坯件作為初始工件，通過(guò) 3DL 視覺(jué)軟件對(duì)該工件在攝像頭中的畫面點(diǎn)位與機(jī)器人示教點(diǎn)位的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)完成初始工件的特征標(biāo)定。 軟浮動(dòng)功能（ Soft Float）應(yīng)用于工件抓取和機(jī)器人機(jī)床上、下料步驟。 3． 2 物料搬運(yùn)機(jī)器人 3． 2． 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 23 手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。將夾緊活塞缸的外殼與擺動(dòng)油缸的動(dòng)片連接在一起；當(dāng)回轉(zhuǎn)液壓缸中不同的油腔中進(jìn)油時(shí)即可實(shí)現(xiàn)手腕不同方向的回轉(zhuǎn)。本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)臂部的上下移動(dòng)、前后伸縮、以及臂部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力越復(fù)雜。其中，機(jī)械手水平手臂氣缸的伺服控制采用氣動(dòng)比例伺服控制系統(tǒng) 。為了確保步進(jìn)電機(jī)控制的穩(wěn)定性、可靠性以及便于日后維護(hù)，我們選擇與 FX2N 系列 PLC配套的脈沖發(fā)生單元 FX2N1PG作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)， PLC 還29 不斷從 1PG 的 “BFM28” 、 “BFM27” 和 “BFM26” 緩存中讀入步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和當(dāng)前位置值，以便在邏輯控制中通過(guò)對(duì)這些輸入值的處理來(lái)進(jìn)一步控制機(jī)械手的動(dòng)作。 31 PLC 的按以下方式選擇： 1. I/O 點(diǎn)數(shù)的估算 根據(jù)分析的結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估算， F140 系列選擇主機(jī) I/O 點(diǎn)數(shù)為 13/10。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下 10個(gè)方面： 1．工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載 /自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。 5．機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。 第五章 總結(jié) 為了改善勞動(dòng)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，快速實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，搬運(yùn)機(jī)器人受到很多國(guó)家的重視，并被廣泛運(yùn)用。 37 參考文獻(xiàn) [1] 朱世強(qiáng)，王宣銀 .機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用 [M].浙江：浙江大學(xué)出版社， 2020. [2] 孫樹(shù)棟 .工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ) [M]