【正文】 基于計(jì)算機(jī)PCI總線，可控制2~4個(gè)伺服/步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。其具有多軸直線插補(bǔ)，圓弧插補(bǔ)，螺旋線插補(bǔ)等功能。帶緩沖區(qū)的速度前瞻及小線段預(yù)處理功能等特別適用于高速、高精度運(yùn)動(dòng)控制要求的場(chǎng)合，初選運(yùn)動(dòng)控制器的型號(hào)為GE—300—SV—PCI，端子板型號(hào)為GC2—X00—ACC2—G，控制的軸數(shù)為X=4，控制電機(jī)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制方式為開環(huán)，輸出方式為模擬量輸出，反饋輸入為4軸編碼器輸入。此型號(hào)可以滿足性能要求，故可行。（2）傳感裝置的選擇機(jī)械手的傳感裝置要求精度高、重復(fù)性能好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、安裝方便可靠。機(jī)械手的手部接觸到物料時(shí)，需要用到觸覺傳感器，為了避免運(yùn)動(dòng)幅度過大，并且需要位置控制，就要用到位移傳感器。（3）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇 步進(jìn)電機(jī)需要用到伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器要求平穩(wěn)性能好，可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，初選YKA2404MA型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器體積小巧、低噪音、平穩(wěn)性極好、 性能高、價(jià)格低、運(yùn)轉(zhuǎn)平滑、分辨率高，采用獨(dú)特的控制電路，有效的降低了噪音，增加了轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性，雙極恒流斬波方式，使得相同的電機(jī)可以輸出更大的速度和功率。 ，可以實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)和過流、電壓過低保護(hù)。綜上所述，該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以滿足性能要求。 設(shè)計(jì)結(jié)果 控制裝置選擇PC機(jī)加插卡式運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器的型號(hào)為GE—300—SV—PCI，傳感器選擇觸覺傳感器和位移傳感器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)為YKA2404MA。 ： 端 子 板計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū) 動(dòng) 器 + 電 動(dòng) 機(jī) 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 總體硬件電路通過分析機(jī)械手的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，畫出總體硬件電路，： 總體硬件電路圖5 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的軟件主要包括運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃算法和關(guān)節(jié)伺服算法與相應(yīng)的動(dòng)作程序。控制軟件可以用任何語言來編制。 軟件實(shí)現(xiàn)的功能機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的功能主要有如下兩點(diǎn)： （1）示教再現(xiàn)功能。示教再現(xiàn)功能是指控制系統(tǒng)通過示教盒進(jìn)行示教，將運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)位置、動(dòng)作順序等信息預(yù)先教給機(jī)械手，將這些操作過程存儲(chǔ)在機(jī)械手的記憶裝置中，當(dāng)需要重復(fù)操作時(shí)，就將動(dòng)作信息從機(jī)械手的存儲(chǔ)器中調(diào)出來，重放存儲(chǔ)器中的內(nèi)容即可。 （2）運(yùn)動(dòng)控制功能。運(yùn)動(dòng)控制功能是指當(dāng)機(jī)械手末端操作器從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方的過程中，對(duì)其速度、加速度、位姿等項(xiàng)的控制。對(duì)其運(yùn)動(dòng)控制實(shí)際上是通過控制關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械手關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制分為兩步進(jìn)行，第一步是關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)伺服指令的生成，這一步可以離線完成，就是將機(jī)械手在空間的位置和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為由關(guān)節(jié)變量表示的時(shí)間序列隨時(shí)間變化的函數(shù)。第二步是關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制，這一步需要在線完成，就是跟蹤執(zhí)行第一步所生成的關(guān)節(jié)變量伺服指令[13]。運(yùn)動(dòng)控制包括：初始位置、各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度及加減速度、每個(gè)軸的位置、緊急停止和減速停止等[14]。 程序設(shè)計(jì)流程圖 程序設(shè)計(jì)的流程主要是根據(jù)機(jī)械手的動(dòng)作要求來完成的，當(dāng)接通電源、傳入程序后，不論機(jī)械手處于什么位置，都要先回到初始位置。系統(tǒng)的初始復(fù)位既包括軟件復(fù)位又包括硬件復(fù)位，軟件復(fù)位是指機(jī)械手系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置恢復(fù)到初始狀態(tài)，硬件復(fù)位是指機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)處于回位狀態(tài)[15]。在實(shí)際的生產(chǎn)流水線中，機(jī)械手并不是只完成一次動(dòng)作就可以了，它需要連續(xù)不斷的動(dòng)作，把物料從一處拿到另一處，本設(shè)計(jì)的機(jī)械手需要實(shí)現(xiàn)堆垛功能，就要求每一次手臂旋轉(zhuǎn)的角度是不一樣的，編寫軟件程序時(shí)需要設(shè)定好指定的角度，同時(shí)要在機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)上加限位開關(guān)，這樣，就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手不斷地動(dòng)作，直到要求其停止為止。機(jī)械手程序設(shè)計(jì)流程如圖5所示： 通電，傳入程序各關(guān)節(jié)復(fù)位？到達(dá)指定位置？是否吸附？上升到指定位置？ 是否松開旋轉(zhuǎn)到指定位置？下降到指定位置？旋轉(zhuǎn)到指定位置？ 手部下降各關(guān)節(jié)復(fù)位 腕部旋轉(zhuǎn) 臂部旋轉(zhuǎn) 手部上升 手部下降 吸盤松開 吸盤吸附 運(yùn)行結(jié)束NNNNNNNNYYYYYYYY 圖5 程序設(shè)計(jì)流程圖6 結(jié) 論本文設(shè)計(jì)了一種袋裝料碼垛機(jī)械手，分析了機(jī)械手各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，針對(duì)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)硬件、軟件進(jìn)行了研究，目前本設(shè)計(jì)完成了以下工作： （1）分析了機(jī)械手手部、腕部、大臂及小臂的運(yùn)動(dòng)形式，并對(duì)其主要部件進(jìn)行了選取和設(shè)計(jì)計(jì)算，完成了機(jī)械手裝配圖和主要零件圖。 （2）設(shè)計(jì)了機(jī)械手的硬件部分，采用了以固高運(yùn)動(dòng)控制器為核心的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)控制器以插卡形式嵌入PC機(jī)中，形成了“PC+運(yùn)動(dòng)控制器”的模式。 （3）畫出了機(jī)械手的電路圖和程序流程圖。袋裝料碼垛機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)中非常實(shí)用的機(jī)電產(chǎn)品，它代替人完成繁重的勞動(dòng)，在生產(chǎn)流水線上被廣泛使用，本文設(shè)計(jì)的袋裝料碼垛機(jī)械手基本可以實(shí)現(xiàn)所需功能，機(jī)械手手部為可拆裝結(jié)構(gòu)，如果物料的形狀和特性發(fā)生變化，手部也可以隨之變化，例如：手部可以變成夾鉗式手部，用于夾持棒料或方形硬性工件；手部也可以變成磁吸附式取料手，用于吸附帶磁的工件；也可以為手部安裝多指靈巧手等。該機(jī)械手的設(shè)計(jì)基本滿足了所需要求，維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。由于知識(shí)水平有限，設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)一些問題，對(duì)機(jī)械手的設(shè)計(jì)還需要進(jìn)一步優(yōu)化，這些問題有待于我們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)中進(jìn)一步研究和開發(fā)。參 考 文 獻(xiàn)[1] 李允文. 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)[M]. 廣東: 機(jī)械工業(yè)出版社, :1113.[2] 方建軍, 何廣平等. 智能機(jī)器人[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, :5658.[3] 劉國棟. 我國的機(jī)器人研究和發(fā)展[J]. 江南學(xué)院學(xué)報(bào), 2001(4):3538.[4] 孫桓, 陳作模, 葛文杰等. 機(jī)械原理[M]. 北京: 高等教育出版社, :4550. 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