【正文】 以后同類新產(chǎn)品的擴(kuò)展。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。示教完成的抓取程序?yàn)槌跏脊ぜ跏嘉恢玫淖ト∥恢?，此時(shí)工件抓取偏差值為零。通過(guò) 2DV 軟件，機(jī)器人能夠計(jì)算出位置變化量Ｘ、Ｙ、Ｒ機(jī)器人把該偏差值存入位置寄存器 PR[]中。 20 補(bǔ)充： 在該上下料的應(yīng)用中只有一種工件，當(dāng)有多種工件時(shí)， 2DV 視覺(jué)系統(tǒng)可以視以根據(jù)不同的工件進(jìn)行多次特征標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)多種工件之間的切換調(diào)用。 3D 視覺(jué)定位技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人上料至機(jī)床。 該技術(shù)解決了定位面有偏差的工件上料位置變化問(wèn)題。對(duì)于此種情況況，在沒(méi)有 3D 視覺(jué)系統(tǒng) DL 的情況下，機(jī)器人是無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)工 件的準(zhǔn)確上料。示教完成的上料程序?yàn)槌跏脊ぜ跏嘉恢玫纳狭衔恢?，此時(shí)工件上料偏差值為零。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。此時(shí)機(jī)器人可以通過(guò)把偏差 PR[]補(bǔ)償?shù)匠跏忌狭衔恢脕?lái)實(shí)現(xiàn)工件的上料。該技術(shù)的應(yīng)用大大增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性，尤其是在遇到定位面有偏差的工件設(shè)計(jì)時(shí)。 22 該項(xiàng)目中機(jī)器人手爪抓取待加工工件位置在毛坯面，各個(gè)毛坯件抓取位置與定位孔位置都有差異。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(pán)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。 補(bǔ)充：該項(xiàng)目中，工件定位孔與機(jī)床定位銷（錐形）之間的配合精度 達(dá)到 毫米。此時(shí)應(yīng)用軟浮動(dòng)功能，機(jī)器人抓取工件運(yùn)行到定位銷錐度部位，由機(jī)床夾具夾緊，機(jī)器人通過(guò)軟浮動(dòng)移動(dòng)至上料位置，實(shí)現(xiàn)上料過(guò)程。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤(pán)（主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤(pán)。本次設(shè)計(jì)的手部選擇夾持類回轉(zhuǎn)型結(jié)構(gòu)手部。 圖 22 搬運(yùn)機(jī)器人手部執(zhí)行部件示意圖 Fig 22 handling robot hands actuating parts schemes 如圖 22 的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，手部執(zhí)行依靠桿的伸縮運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其張合運(yùn)動(dòng)，桿的動(dòng)力源來(lái)自后續(xù)驅(qū)動(dòng)源的液壓缸，該液壓缸采用的是伸縮式液壓缸，該液壓缸能夠節(jié)省橫向的工作空間。手24 腕有獨(dú)立的自由度。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。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)。 設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)器人的腕部的運(yùn)動(dòng)為一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)是實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)的角度控制在 ?180~0 范圍內(nèi)，其基本的結(jié)構(gòu)形式如圖 23 所示。 機(jī)器人手部的張合是由雙作用單柱塞液壓缸驅(qū)動(dòng)的；而手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則由回轉(zhuǎn)液壓缸實(shí)現(xiàn)。 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。 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，一般來(lái)說(shuō)臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。手臂的運(yùn) 動(dòng)參數(shù)： 伸縮行程： 1200mm； 伸縮速度： 83mm/s；升降行程： 300mm； 升降速度： 67mm/s；回轉(zhuǎn)范圍： ?180~0 。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)。對(duì)固定式機(jī)器人，直接聯(lián)接在地面上，對(duì)可移動(dòng)式機(jī)器人，則安裝在移動(dòng)結(jié)構(gòu)上。并且，臂部的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰等運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置或傳動(dòng)件都安裝在機(jī)身上。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)器人的機(jī)身選用升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)；臂部和26 機(jī)身的配置型式采用立柱式單臂配置，其驅(qū)動(dòng)源來(lái)自回轉(zhuǎn)液壓缸。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。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓力低，輸出力較小如需要輸出力大時(shí)，其結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大，阻尼效果差低速不易控制，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能源方便，成本低。 3． 2． 3 控制系統(tǒng) 由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在機(jī)械手控制中，除了要對(duì)垂直手臂滑塊氣缸、 氣爪等普通氣缸進(jìn)行控制外，還要涉及到對(duì)水平手臂氣缸以及機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)的伺服控制。機(jī)械手的回轉(zhuǎn)控制則采用三相混和式步進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng)。 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。額定電流 。為此，我們?nèi)赃x擇白山公司與 BS110 三相混合式步進(jìn)電機(jī)配套的 Q3HB220M 等角度恒力矩細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器，定位精度可達(dá) 30000步 /轉(zhuǎn)。 PLC 通過(guò)擴(kuò)展電纜、控制信號(hào)以及 FROM/TO指令對(duì) 1PG 進(jìn)行控制，向 1PG 發(fā)出定位命令，然后由 1PG 通過(guò)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出指定數(shù)量的脈沖 (最大 100KPPS)來(lái)具體執(zhí)行這個(gè)定位命令，從而最終實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)步進(jìn)電機(jī)的伺服定位控制，既提高了控制的靈活性和可靠性 ,又便于控制程序的編寫(xiě)。 1PG 的 DOG 端為確定步進(jìn)電機(jī)原點(diǎn)位置時(shí)所用。 PG0+和 PG0為步進(jìn)電機(jī)到達(dá)原點(diǎn)位置時(shí)的停轉(zhuǎn)控制信號(hào)，需外加一個(gè) 5V 電源，正端接 PG0+，負(fù)端通過(guò)開(kāi)關(guān) K 與 PG0相連。 氣動(dòng)比例伺服控制系統(tǒng)采用德國(guó) Festo 公司的相關(guān)產(chǎn)品，主要由HMP 坐標(biāo)氣缸、伺服定位控制器 SPC200 以及與之配套的內(nèi)置位移傳感器 MLOPOT022氣動(dòng)伺服閥 MPYE51/8LF010B 和伺服定位控制連接器 SPCAIFPOT等裝置組成。從該圖中可見(jiàn)，一方面 PLC 通過(guò)輸出端 Y0Y3 控制 SPC200 的定位指令(RecordSelect 工作方式 )記錄號(hào)選取，并通過(guò) Y6 啟動(dòng)伺服定位 。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。 PLC 程序設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)初始化控制程序 ， PLC 與 1PG 間通過(guò) FROM/TO 指令進(jìn)行聯(lián)系。在圖 3 所示的部分步進(jìn)電機(jī)初始化程序中， PLC 一旦通電運(yùn)行， 便在每一個(gè)循環(huán)執(zhí)行周期中將其 M0～ M15 寄存器的內(nèi)容寫(xiě)入1PG 的操作命令緩存 “BFM25” 中，控制 1PG 的工作。按設(shè)計(jì)要求，同類型工件每 4 個(gè)為一組放置，兩種工件各自的堆放順序不能互相干擾。它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)。 30 正是基于 PLC 這些特點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)可以滿足該套工業(yè)機(jī)械手的要求。它使用可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用戶設(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，特別是易于控制、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。 內(nèi)存容量指的是用戶程序的容量 。 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。當(dāng)氣動(dòng)伺服定位結(jié)束后，氣爪動(dòng)作 ,夾緊工件。 第四章 搬運(yùn)機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。 2．機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開(kāi)放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語(yǔ)言、圖形編程界面正在研制之中。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)。其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。 4．機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小 ，二者正朝著一體化方向發(fā)展。 6．虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。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。過(guò)去的研究在該領(lǐng)域幾乎是空白，因此該領(lǐng)域研究的進(jìn)展將會(huì)引起機(jī)器人技術(shù)的一場(chǎng)革命，并且對(duì)社會(huì)進(jìn)步和人類活動(dòng)的各個(gè)方面產(chǎn)生不可估量的影響，微小型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。傳統(tǒng)機(jī)器人設(shè)計(jì)未考慮與人緊密共處，因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料，軟機(jī)器人技術(shù)要求其結(jié)構(gòu) 、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)器人意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安全的，機(jī)器人對(duì)人是友好的。 本文 探 究了國(guó)內(nèi)外機(jī) 器人 發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí) 機(jī)器人 的工作原理，熟悉了搬運(yùn) 機(jī)器人 的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。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 。 致謝： 感謝趙老師在這學(xué)期對(duì)我們的幫助和諄諄教誨，讓我們學(xué)到了很多關(guān)于工業(yè)機(jī)器人方面的知識(shí)，為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)