【正文】 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]. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社， 2020. [3] 隗 金文，王慧 .液壓傳動(dòng) [M].沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社， 2020. [4] 謝存禧，張鐵 .機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020. [5] 吳振彪 .工業(yè)機(jī)器人 [M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2020. [6] 范印越 .機(jī)器人技術(shù) [M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 1988. [7] 叢明，徐曉飛 .玻璃基搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì) [J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)， 2020， 17（ 4）： 10012265. [8] 張建民 .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M]. 北京：高等教育出版社， 2020. [9] 濮良貴，紀(jì)名剛 .機(jī)械設(shè)計(jì) [M].第八版 .北京：高等教育出版社， 2020. [10] 韓建海 .工業(yè)機(jī)器人 .華中科技大學(xué)出版社， 2020. [11] 廖常初 .FX 系列 PLC 編成及應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020. [12] 王田苗 .走向產(chǎn)業(yè)化的先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)中國(guó)制造信息化， 2020（ 10） :24～ 25 世界工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)向 .今日科技 ,2020 。 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)。在此基礎(chǔ)上， 熟悉 了 機(jī)床上下料機(jī)器人，搬運(yùn)機(jī)器人 的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 了解 了 機(jī)器人 機(jī)械方面的設(shè)計(jì)（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）工作 。 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。 9．軟機(jī)器人技術(shù)（ soft robotics） :主要用于醫(yī)療、護(hù)理、休閑和36 娛樂(lè)場(chǎng)合。 8．微型和微小機(jī)器人 技術(shù)（ micro/miniature robotics） :這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向。 7．多智能體（ multiagent）調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。 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。另一問(wèn)題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化。 3．多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問(wèn)題解決的關(guān)鍵。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于 PC 機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn)。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。后續(xù)的 搬運(yùn)和放置工件的控制程序原理與之類(lèi)似。定位位移是由 PLC 的輸出端子(Y2～ Y0)控制 SPC200 輸入端子 (～ )的狀態(tài)來(lái)決定的，如附表所示，從而實(shí)現(xiàn)了 PLC 對(duì)氣動(dòng)伺服定位的控制。最大 I/O 點(diǎn)數(shù)為 120，一般指令的條數(shù)為 I/O 點(diǎn)數(shù)的 1012 倍左右， PLC 的容量不得小于此要求。 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。搬運(yùn)機(jī)器人順序功能圖，如圖 41 圖 41 順序功能圖 Fig 41 order functional diagram ○ 3 PLC 的選擇 可編程邏輯控制器（ PLC）是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，又稱(chēng)可編程控制器。它使用可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶(hù)設(shè)計(jì)的程序指令，這些指令用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和通過(guò)數(shù)字或模擬輸入，輸出來(lái)控制各種機(jī)電一體化，程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、耗電低，特別是易于、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，同類(lèi)型的 4 個(gè)工件搬運(yùn)為 一個(gè)基本循環(huán)，在各自的工件循環(huán)中分別設(shè)置了相應(yīng)的工件計(jì)數(shù)標(biāo)志位 ○ 1 機(jī)械手傳送 系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表 Tab 41 manipulator transmission system input and output point distribution list 名 稱(chēng) 輸入（輸出） 名 稱(chēng) 輸入（輸出） 名 稱(chēng) 輸入（輸出） 啟動(dòng) X0 縮回限位 X11 手腕正轉(zhuǎn) Y5 下限位 X1 手腕反轉(zhuǎn) X13 小臂伸出 Y6 夾緊工件 X2 底座反轉(zhuǎn) X10 松開(kāi) Y7 上限位 X3 小臂縮回 Y0 底座正傳 X4 下降 Y1 手腕反轉(zhuǎn) Y10 手腕正轉(zhuǎn) X5 夾緊 Y2 底座反轉(zhuǎn) Y11 伸出限位 X6 上升 Y3 停止 X12 手爪松開(kāi) X7 底座正轉(zhuǎn) Y4 ○ 2PLC 的構(gòu)成及工作原理 可編程邏輯控制器（ PLC）又稱(chēng)可編程控制器。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。通過(guò) TO 指令， PLC 將控制命令及參數(shù)寫(xiě)入 1PG 的緩存，而在1PG 控制下，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)則由 PLC 通過(guò) FROM 指令讀入，以便程序處理。通過(guò)這些傳感器的信號(hào)，并結(jié)合步進(jìn)電機(jī)和氣動(dòng)伺服的啟停信號(hào)，在 PLC 的控制下，就能夠?qū)瑝K氣缸和氣爪對(duì)應(yīng)的電磁閥進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣缸的動(dòng)作。另一方面 SPC200 又通過(guò)定位任務(wù)完成信號(hào) (MCA)將定位執(zhí)行情況反饋到 PLC 的輸入端 X12，以便于 PLC 的 程序控制。在圖 2的控制系統(tǒng)硬件接線(xiàn)中，主要涉及其中 SPC200 的 DIO 數(shù)字量 I/O 模塊的接線(xiàn) [3]。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在 DOG 信號(hào)的控制下緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)設(shè)定的原點(diǎn)位置時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)或行程開(kāi)關(guān)觸發(fā) PG0+和 PG0，使兩端接通 5V 電源，于是電機(jī)停28 轉(zhuǎn)，并將原點(diǎn)位置記錄下來(lái)，存貯在 1PG 的 BFM26 和 27 這 2 個(gè)寄存器中，作為 PLC 對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)一步控制的基準(zhǔn)和重要參數(shù)。在調(diào)試時(shí)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接近原點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)通過(guò)此端對(duì)應(yīng)的按鈕接通 24V 電源，從而使步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始以原點(diǎn)返回速度 (爬行速度 )轉(zhuǎn)動(dòng)，以便在到達(dá)設(shè)定的原 點(diǎn)位置時(shí)方便于 PG0 端的控制。 FX2N1PG 的 FP 和 RP 分別與步進(jìn)電機(jī)的 DR和 PU端子相連，表示輸出脈沖類(lèi)型分別為前向脈沖和反向脈沖。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]。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到步進(jìn)電機(jī)的正常運(yùn)行，必須合理選配。保持轉(zhuǎn)矩 :。考慮到機(jī)械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，對(duì)這種混合驅(qū)動(dòng)機(jī)械手采用 PLC 作為核心控制器，上述各控制對(duì)象都必須在PLC 的統(tǒng)一控制下協(xié)同工作 (如圖 2 所示 )， PLC 采用日本三菱公司的27 FX2N32MR 型 PLC(16 點(diǎn)輸入、 16點(diǎn)輸出 )。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) 。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)有：異步電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，電動(dòng)機(jī)使用簡(jiǎn)單，且隨著材料性能的提高，電動(dòng)機(jī)性能也逐漸提高。 液壓驅(qū)動(dòng)壓力高，可獲得大的輸出力，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，維修方便，但是，液壓元件成本高，油路比較復(fù)雜 [3]。 3． 2． 2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是搬運(yùn)機(jī)器人的重要組成部分。臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的結(jié)構(gòu)和受力越復(fù)雜。機(jī)身由臂部運(yùn)動(dòng)（升降、平移、回轉(zhuǎn)和俯仰）機(jī)構(gòu)及其相關(guān)的導(dǎo)向裝置、支撐件等組成。 機(jī)座是機(jī)身機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。機(jī)器人手臂的伸縮使其手臂的工作長(zhǎng)度發(fā)生變化，在圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)中，手臂的最大工作長(zhǎng)度決定其末端所能達(dá)到的圓柱表面直徑。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)。 手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較為多，受力復(fù)雜。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。它的作用是支撐腕部和手部25 （包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)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)。 圖 23 腕部回轉(zhuǎn)基本結(jié)構(gòu)示意圖 Fig 23 wrist rotation basic structure schematic drawing 腕部的驅(qū)動(dòng)方式采用直接驅(qū)動(dòng)的方式，由于腕 部裝在手臂的末端，所以必須設(shè)計(jì)的十分緊湊可以把驅(qū)動(dòng)源裝在手腕上。本次設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)器人的腕部是實(shí)現(xiàn)手部 ?180 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮??270 ），并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右