【正文】 2~4個伺服/步進電動機。其具有多軸直線插補，圓弧插補，螺旋線插補等功能。帶緩沖區(qū)的速度前瞻及小線段預處理功能等特別適用于高速、高精度運動控制要求的場合，初選運動控制器的型號為GE—300—SV—PCI，端子板型號為GC2—X00—ACC2—G，控制的軸數(shù)為X=4，控制電機為步進電動機，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。此型號可以滿足性能要求，故可行。（2）傳感裝置的選擇機械手的傳感裝置要求精度高、重復性能好、可靠性高、抗干擾能力強、安裝方便可靠。機械手的手部接觸到物料時，需要用到觸覺傳感器，為了避免運動幅度過大，并且需要位置控制，就要用到位移傳感器。（3）步進電機驅動器的選擇 步進電機需要用到伺服驅動器，驅動器要求平穩(wěn)性能好，可以驅動步進電動機，初選YKA2404MA型號的步進電機驅動器，該驅動器體積小巧、低噪音、平穩(wěn)性極好、 性能高、價格低、運轉平滑、分辨率高，采用獨特的控制電路，有效的降低了噪音，增加了轉動平穩(wěn)性，雙極恒流斬波方式，使得相同的電機可以輸出更大的速度和功率。 ，可以實現(xiàn)過熱保護和過流、電壓過低保護。綜上所述，該步進電機驅動器可以滿足性能要求。 設計結果 控制裝置選擇PC機加插卡式運動控制器，運動控制器的型號為GE—300—SV—PCI，傳感器選擇觸覺傳感器和位移傳感器，步進電機驅動器的型號為YKA2404MA。 ： 端 子 板計算機運動控制器驅 動 器 + 電 動 機 硬件系統(tǒng)結構圖 總體硬件電路通過分析機械手的硬件系統(tǒng)結構圖，畫出總體硬件電路，： 總體硬件電路圖5 控制系統(tǒng)軟件設計 控制系統(tǒng)的軟件主要包括運動軌跡規(guī)劃算法和關節(jié)伺服算法與相應的動作程序。控制軟件可以用任何語言來編制。 軟件實現(xiàn)的功能機械手控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的功能主要有如下兩點： （1）示教再現(xiàn)功能。示教再現(xiàn)功能是指控制系統(tǒng)通過示教盒進行示教，將運動速度、運動位置、動作順序等信息預先教給機械手，將這些操作過程存儲在機械手的記憶裝置中，當需要重復操作時，就將動作信息從機械手的存儲器中調出來，重放存儲器中的內容即可。 （2）運動控制功能。運動控制功能是指當機械手末端操作器從一個地方移動到另一個地方的過程中，對其速度、加速度、位姿等項的控制。對其運動控制實際上是通過控制關節(jié)的運動來實現(xiàn)的。機械手關節(jié)運動控制分為兩步進行，第一步是關節(jié)運動伺服指令的生成，這一步可以離線完成，就是將機械手在空間的位置和運動轉化為由關節(jié)變量表示的時間序列隨時間變化的函數(shù)。第二步是關節(jié)運動的伺服控制，這一步需要在線完成，就是跟蹤執(zhí)行第一步所生成的關節(jié)變量伺服指令[13]。運動控制包括：初始位置、各關節(jié)的運動速度及加減速度、每個軸的位置、緊急停止和減速停止等[14]。 程序設計流程圖 程序設計的流程主要是根據(jù)機械手的動作要求來完成的，當接通電源、傳入程序后，不論機械手處于什么位置，都要先回到初始位置。系統(tǒng)的初始復位既包括軟件復位又包括硬件復位，軟件復位是指機械手系統(tǒng)的參數(shù)設置恢復到初始狀態(tài)，硬件復位是指機械手的各個關節(jié)處于回位狀態(tài)[15]。在實際的生產流水線中，機械手并不是只完成一次動作就可以了，它需要連續(xù)不斷的動作，把物料從一處拿到另一處，本設計的機械手需要實現(xiàn)堆垛功能，就要求每一次手臂旋轉的角度是不一樣的，編寫軟件程序時需要設定好指定的角度，同時要在機械手的各個關節(jié)上加限位開關，這樣，就可以實現(xiàn)機械手不斷地動作，直到要求其停止為止。機械手程序設計流程如圖5所示： 通電，傳入程序各關節(jié)復位？到達指定位置？是否吸附？上升到指定位置？ 是否松開旋轉到指定位置？下降到指定位置？旋轉到指定位置？ 手部下降各關節(jié)復位 腕部旋轉 臂部旋轉 手部上升 手部下降 吸盤松開 吸盤吸附 運行結束NNNNNNNNYYYYYYYY 圖5 程序設計流程圖6 結 論本文設計了一種袋裝料碼垛機械手，分析了機械手各個關節(jié)的運動狀態(tài)，針對機械手的機械結構和控制系統(tǒng)硬件、軟件進行了研究，目前本設計完成了以下工作： （1）分析了機械手手部、腕部、大臂及小臂的運動形式，并對其主要部件進行了選取和設計計算，完成了機械手裝配圖和主要零件圖。 （2）設計了機械手的硬件部分，采用了以固高運動控制器為核心的實驗平臺，運動控制器以插卡形式嵌入PC機中，形成了“PC+運動控制器”的模式。 （3）畫出了機械手的電路圖和程序流程圖。袋裝料碼垛機械手是工業(yè)生產中非常實用的機電產品，它代替人完成繁重的勞動，在生產流水線上被廣泛使用，本文設計的袋裝料碼垛機械手基本可以實現(xiàn)所需功能，機械手手部為可拆裝結構，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。該機械手的設計基本滿足了所需要求，維護方便，操作簡單，可以實現(xiàn)自動化。由于知識水平有限，設計中難免出現(xiàn)一些問題，對機械手的設計還需要進一步優(yōu)化，這些問題有待于我們在今后的學習中進一步研究和開發(fā)。參 考 文 獻[1] 李允文. 工業(yè)機械手設計[M]. 廣東: 機械工業(yè)出版社, :1113.[2] 方建軍, 何廣平等. 智能機器人[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, :5658.[3] 劉國棟. 我國的機器人研究和發(fā)展[J]. 江南學院學報, 2001(4):3538.[4] 孫桓, 陳作模, 葛文杰等. 機械原理[M]. 北京: 高等教育出版社, :4550. [5] 成大先, 王德夫, 姜勇等. 機械設計手冊[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, :450455.[6] 濮良貴, 紀名剛. 機械設計[M]. 北京: 高等教育出版社, :3638.[7] 劉鴻文. 材料力學[M], 第4版. 北京: 高等教育出版社, :5760.[8] 蔡衛(wèi)國. 關節(jié)型搬運機械手設計[J]. 濰坊學院學報, 2008(6):6364.[9] 羅庚合, 蔡霞. 搬運機械手的PLC控制[J]. 西安航空技術高等?？茖W校學報, 2002(1):79.[10] 羅庚興, 歐陽錫暢. 基于PLC 的氣動安裝搬運機械手設計[J]. 機電工程技術, 2010(7):3335.[11] 董景新, 趙長德, 熊沈蜀等. 控制工程基礎[M]. 北京: 清華大學出版社, :7780.[12] 固高科技有限公司. 運動控制器[M]. 自動化裝備控制系統(tǒng)解決方案, 2010.[13] 郭洪紅. 工業(yè)機器人運用技術[M]. 北京: 科學出版社, :6669.[14] P. Chand, M. Shazil, E. Kumar. TOWARDS A LOWCOST AUTONOMOUS OBJECT MANIPULATION DEVICE [J]. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2009(4), 6166.[15] , Wahyudi. Dynamic Modelling and Adaptive Traction Control for Mobile Robots [J]. International Journal of Advanced Robotic Systems, 2004(1),149154.28