【正文】 (末端操作器 )的開合自由度，手指的開合所具有的自由度不包含在內(nèi)，因為這個自由度僅用于抓取工具，而對于工具的定位和定向不起作用。 針對本系統(tǒng)中機器人的任務(wù)要求，為了使它具有一定的操作靈活性、較好的使用性和普及型，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用圓柱坐標型。特點是結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快。 (5)SCARA型：這種機器人由兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)組成。這種結(jié)構(gòu)動作靈活，工作空間大，在作業(yè)空間內(nèi)手臂的干涉最小，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。其中一個肩關(guān)節(jié)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，另一個肩關(guān)節(jié)實現(xiàn)俯仰，這兩個肩關(guān)節(jié)軸線正交。特點是占地面積小，工作空間較大，但是移動關(guān)節(jié)不易防護。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是動作過程中負荷變動少，容易控制，缺點 是動作區(qū)域狹窄。特點是定位精度高，結(jié)構(gòu)簡單，三個關(guān)節(jié)運動相互獨立，其間沒有耦合，但是這種形式機器人占地面積大，操作靈活型差。由各關(guān)節(jié)按不同的配置方法可組合成結(jié)構(gòu)類型各異的機器人，其坐標形式 也各不相同，最常見的機器人結(jié)構(gòu)類型主要有下列幾種。該機器人的特點是動作靈活、通用性強、結(jié)構(gòu)較緊湊，能靈活抓取工件。上料主要完成：工件夾取 —— 垂直手臂上升 —— 腰部旋轉(zhuǎn) —— 水平手臂伸出 —— 手臂下降 ——手爪張開這一系列動作，將工件從儲存處送到流水線的傳送帶上。該機械手的設(shè)計就是依據(jù)機電一 體化系統(tǒng)的組成原則進行的 。 機電一體化系統(tǒng)由機械部分、傳感部分、控制部分三大部分組成。 黑龍江工程學(xué)院?？粕厴I(yè)論文 11 第二章 教學(xué)機器人的總體設(shè)計 本課題所研究的教學(xué)型機器人即機械手系統(tǒng)是一個典型的機電一體化系統(tǒng)。 黑龍江工程學(xué)院專科生畢業(yè)論文 10 軟件設(shè)計包括 PLC 梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的設(shè)計和上位機監(jiān)控軟件的開發(fā)。 從硬件角度考慮，機械手控制系統(tǒng)以開關(guān)量為主，因此采用 PLC作為控制核心，主控計算機作為上位機。 (3)控制系統(tǒng)的設(shè)計 本課題是一個典型的“計算機控制系統(tǒng)’’。 論文主要研究內(nèi)容 (1)教學(xué)機器人總體設(shè)計 確定機器人的任務(wù)要求，根據(jù)任務(wù)初步擬定機器人的技術(shù)參 數(shù)、運動形式、驅(qū)動方案、傳動方案、控制系統(tǒng)方案等。該機械手的機械結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)反復(fù)拆裝，無限組合；控制系統(tǒng)確定為以 PLC 為核心，控制機械手完成一系列復(fù)雜動作：如手爪張合，腰部回轉(zhuǎn)，水平手臂伸縮和垂直手臂升降等動作。 FX2N 系列 PLC 是近年來三菱公司推出的高性能小型 PLC，它有靈活多變的系統(tǒng)配置，還有許多特殊功能模塊可以選用，功能強大，使用方便。本文所要研究的機械手動作過程就是順序運動，自動運行時完成夾取工件、手臂升降、手臂伸縮及腰部回轉(zhuǎn)幾個動作，按照控制任務(wù)一步一步進行，所以采用 PLC 作為控制器非常合適。 黑龍江工程學(xué)院?？粕厴I(yè)論文 9 可編程序控制器 (Programmable Logic Controller，簡稱 PLC)是應(yīng)控制領(lǐng)域的要求而出現(xiàn)的。 隨著計算機科學(xué)和自動化水平的不斷提高，人們在各種領(lǐng)域內(nèi)大量采用計算機控制系統(tǒng)。機器人控制器由一組硬件和軟件組成，相當(dāng)于機器人的“大腦”。在各種作業(yè)中， 機器人的運動主要表現(xiàn)為末端操作器沿預(yù)定的路徑移動并保持預(yù)定的姿勢，在運動中或在預(yù)定的某些位置上完成作業(yè)規(guī)定的操作 。 一個完善的機械系統(tǒng)是機器人完成各種作業(yè)的必要條件：臂機構(gòu)能把 末端操作器伸到作業(yè)中任意的預(yù)定位置，腕機構(gòu)能保持任意的預(yù)定姿態(tài)， 末端操作器能完成諸如夾持、釋放等操作。今后的任務(wù)是把機器人技術(shù)推廣到更多的工業(yè)自動化生產(chǎn)領(lǐng)域和其他更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，大力開展跨國區(qū)域交流合作，與國際接軌，早日躋身于世界先進行列。國內(nèi)的機器人技術(shù)研發(fā)力量已經(jīng)具備了大型機器人工程設(shè)計和實施的能力，整體性能已達到國際同類產(chǎn)品的先進水平，而整體價格僅為國外同類產(chǎn)品的三分之二甚至一半，具有很好的性能價格比和市場競爭力。 瑚的裝配機器人；可潛入海底 6000m 的水下機器人，移動遙控機器人，主從操作機器人等，有些已達實用化水平并用于實際工程。 在機器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機器人機構(gòu)的運動 學(xué)、動力學(xué)分析與綜合研究，機器人運動的控制算法及機器人編程語言的研究，機器人內(nèi)外部傳感器的研究與開發(fā)，具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術(shù)、遙控機器人的控制技術(shù)等均取得長足進展，并在實際工作中得到應(yīng)用。 1985 年后開始列入國家有關(guān)計劃，發(fā)展比較快。 我國的機器人研究開發(fā)工作始于上世紀 70 年代初，到現(xiàn)在已經(jīng)歷了 30 多年的歷程。 據(jù) UNECE(聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會 )和 IFR(國際機器人聯(lián)合會 )統(tǒng)計，從 20 世紀 70年代起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好 勢頭。智能機器人的研究是一個艱巨而又廣泛的問題，隨著研究的不斷深入，相關(guān)科學(xué)的飛速發(fā)展，智能機器人在不久的將來一定會出現(xiàn)。 智能機器人被人們稱為第三代機器人，是能利用感覺和識別功能做決策行動的機器人。這種有感知功能的機器人已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的汽車制造、電子、機械等行業(yè)，從事焊接、油漆、裝配、包裝、零件加工、搬運等專業(yè)性工作。這種機器人帶有傳感器，能感 知環(huán)境和對象的情況以控制自身動作的變化。在隨后的生產(chǎn)應(yīng)用中，為了適應(yīng)各種不同用途需要 ，相繼出現(xiàn)了直角坐標、關(guān)節(jié)坐標、極坐標等許多種不同結(jié)構(gòu)的機器人。這種機械手可以通過讓其沿一系列點運動，將運動位置以數(shù)字形式存儲起來，動作執(zhí)行時，使伺服系統(tǒng)驅(qū)動機械手各關(guān)節(jié)軸來再現(xiàn)這些位置，從而讓機械手完成一些簡單的工作。 現(xiàn)代工業(yè)機器人起源于數(shù)控機床和遠程控制器。因此，本教學(xué)機器人的研制成功，對機電一體化專業(yè)教學(xué)有著十分重要的意義。 本文以慧魚公司的創(chuàng)意組合模型為平臺開發(fā)設(shè)計的教學(xué)機器人，以示教再現(xiàn)控制為主，可以很好地說明工業(yè)機器人的工作原理和工作過程。教育機器人是一類應(yīng)用于教育領(lǐng)域的機器人，它一般具備以下特點：首先是教學(xué)適用性，符合教學(xué)使用的相關(guān)需求；其次是具有良好的性能價格比，特定的教學(xué)用戶群決定了其價位不能過高；再次就是它的開放性和可擴 展性，可以根據(jù)需要方便地增 、減功能模塊，進行自主創(chuàng)新；此外，它還應(yīng)當(dāng)有友好的人機交互界面。為了培養(yǎng)機器人開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、維護方面的人才，我國很多高校也為本科生和研究生開設(shè)了機器人學(xué)課程。許多發(fā)達國家均把機器人技術(shù)的開發(fā)和研究列入國家高新技術(shù)發(fā)展計劃。它對穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著重要的作用。從某種意義上來說，機器人是機器進化過程的產(chǎn)物，是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。 國際標準化組織 (ISO)對機器人的定義“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機，這種操作機具有幾個軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù) 。 關(guān)鍵詞 ： 機械手，控制系統(tǒng)，可編程序控制器，監(jiān)控軟件 黑龍江工程學(xué)院?？粕厴I(yè)論文 5 ABSTRACT With the rapid development and extensive application ofrobot， the education robot is recognized by scientific research department and university． The paper using Fischer model as a platform designs and develops an education robot—— 3 一 DOF the paper analyzes the gross stmcture of the manipulator and confirms driving and transmission program， and then it builds up the manipulator in accordance with modular design method． At last the paper researches the control system of the manipulator． The paper focuses on control system． Control system adopts a distribute control system and contains two parts of field control system and PC monitor system． Field control system adopts PLC and PC as industry puter． It allocates PLC I／ O points from hardware and piles the manual and automatic ladder program from soRware． Based on the PLC munication protocol and VB software a simple and practical monitoring soRware is piled and remote operating the manipulator is realized． KEY WORDS： Manipulator， Control system， PLC， Monitoring software 黑龍江工程學(xué)院?？粕厴I(yè)論文 6 第一章 緒論 選題背景及意義 機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多門學(xué)科而形成的高新技術(shù)，其本質(zhì)是感知、決策、行動和交互四大技術(shù) 的綜合， 是 當(dāng)代研究十分活躍、應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域?？刂葡到y(tǒng)采用兩級分布式構(gòu)，包括下位機的現(xiàn)場控制和上位機的監(jiān)測系統(tǒng)兩部分。首先對機器人的總體結(jié)構(gòu)進行分析，確定驅(qū)動方案和傳動方案，然后按照模塊化設(shè)計方法組裝建立機械手結(jié)構(gòu)，最后進行了機器人控制系統(tǒng)的研究。 專 科 學(xué) 生 畢業(yè)論 文 基于 PLC 控制的教學(xué)型慧魚機器人系統(tǒng)研究 系部名稱 ： 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專業(yè)班級 ： 機電一體化技術(shù) 學(xué)生姓名 ： 指導(dǎo)教師 ： 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○一一年五月 黑龍江工程學(xué)院?？粕厴I(yè)論文 1 目 錄 摘 要 ................................................................................................ 4 ABSTRACT ............................................................................................. 5 第一章 緒論 .......................................................................................... 6 選題背景及意義 ................................................................................................ 6 機器人及其相關(guān)技術(shù)概述 ................................................................................ 7 國內(nèi)外機器人發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................................................... 7 機器人自動控制技術(shù) .............................................................................. 8 課題的目標和主要研究內(nèi)容 ............................................................................ 9 論文研究目標 .......................................................................................... 9 論文主要研究內(nèi)容 .................................................................................. 9 第二章 教學(xué)機器人的總體設(shè)計 .......................................................... 11 機器人任務(wù)要求和技術(shù)參數(shù) ..........................