机械手范文

导语：如何才能写好一篇机械手，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：PLC；机械手；控制

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0013-02

随着工业机械手的广泛应用，其已经成为自动化控制领域的重要技术。在制造业不断发展的今天，机械手一方面可以代替人工进行生产线的作业，另外一方面机械手可以按照实际生产工艺的要求，按照一定的时间和程序设置来完成工作的卸载和传送。机械手的广泛应用可以大大的提高劳动生产率，加快我国制造业的转型与升级。如果机械手采用传统的继电器进行控制，则会直接造成系统原件比较繁杂、稳定性差以及出现故障概率高的特点。随着PLC技术的广泛应用，通过使用PLC来设计机械手的控制系统，可以保证较高的可靠性和较低的故障率，使用起来也相对简单。本文通过采用可编程控制器PLC来实现机械手的控制系统设计，使得控制过程精确可靠，使得在实际生产过程中变得明确和清晰。

1 机械手机构的液压系统分析

本文的机械手设计案例以锻造车间的机械手为例，该机械手处在高温的操作环境之中，机械手所要实现的功能就是将高温的锻件棒材加持到锻造工位的传送带上。实现对棒料准确的搬运，替代人工操作，改善工作环境。机械手的液压系统主要包括了液压驱动、手臂的升降和收缩等系统，再加上液压马达。液压换向回路使用三位四通阀进行控制。在机械手设计的过程中应该考虑以下几个方面的问题：（1）锻件的重量较大，机械手应该具备较大的夹紧力。同时工件在移动的过程中还会出现较大的惯性，保证工件不会脱落。（2）机械手的手指应该具备一定的夹角，手指的开闭角直接影响着工件能否顺利的加持到锻造工位上，对于手指的开闭幅度具有严格的要求；（3）机械手应该保证工件在搬运过程中的准确定位，必须要根据锻造工件的形状来选择机械手手指的形状；（4）由于锻件处在高温状态，在加持过程中应该保证机械手具有较高的强度，另外机械手的结构应该尽量紧凑，使得机械手的重心能够维持在手臂的回转轴线上。（5）在机械手设计的过程中，应该考虑到被抓工件的要求。如果是圆柱形锻件，则应该考虑使用V型手指，圆球形的工件考虑采用三指状的手指，方便加持工件。对于那些表面质量要求比较高的工件，应该在机械手的手指上加上泡沫垫片，防止加持部位的损坏。

2 机械手PLC控制系统的设计

2.1 PLC可编程控制器介绍

机械手所使用的PLC控制器主要包括了CPU、信号输入模块、数据输出模块、CPU扩展单元以及编程模块。CPU相当于PLC的心脏，完成对输入信号和数据的处理，将这些数据存储在存储器中。对于输入和输出模块而言，输入的信号主要有分为两个类别，分别为电压信号和电流信号，如果外在的信号比较尖锐，则会造成PLC的CPU损坏。另外为了控制外来的负载的额度，可以通过小型继电器的使用，来实现外来负载的隔离。在PLC中编程器主要是用来检测各种信号的运行状态，一般使用编程器的状况为逻辑输入有误或者需要检修的时候。本文中的PLC电源使用的是24V直流电源或者220V的交流电源，机械手的PLC控制器选择类型为西门子20EDR-1，有两个输入和输出模块，在A/D转换方面选择AD041型号，所设计的PLC框架如图1所示。

其中PLC的基本参数如表1所示。

本系统的输入电流信号范围是5-23mA，对应的十六位进制为0000-1770。用于补码的转换数据范围是3.2-4mA，当输入电流信号小于3.2mA时，断线检测的功能将会被充分启用，并且将数据转化为8000。首先对于模拟信号和数字信号的转换方面，在CPU模块中不能进行量程控制字符的改变，如果需要改变，则必须进行断电后重新操作。

2.2 机械手位移传感器的选择

位移传感器的选择对于机械手的设计具有重要的意义，机械手臂的升降和旋转都需要位移传感器的作用，还应该把位移数据准确的显示在屏幕上，主要目的就是满足机械手臂的位移和速度测定。目前通用的传感器为光栅位移传感器，当传感器的两块光栅的位置发生相对变化时，光敏电阻发生变化，实现了电信号传递，从而转变为位移信号，实现了位移的精确测量。除了直线位移传感器外，还需要安装角位移传感器，角位移传感器的类型为E6W5-2014。最后机械手指在加持工件的过程中，需要安装压力传感器，其中输出信号范围是5-60mA，电源选择24V直流电源。在机械手触摸屏的选择方面，要求有两个，首先就是要内存要大，能够存储较多的数据，分辨率要大和较高的显示亮度；其次PLC触摸屏要有串行通信功能，更好的方便PLC与机械手臂之间的通信。

3 PLC控制系统的程序设计与步进电机选择

3.1 机械手PLC总控制程序的设计

在机械手臂的下降和上升的程序设计中，只是两者的输入和输出的地址不同。在压力检测方面，只有检测到锻件毛坯夹紧以后才可以进行下一步的位移动作，所以首先应该进行压力的检测，实现了压力数值的显示。本文还通过CAE的仿真优化设计，为了进一步实现机械手臂的启停与位移控制，减少PLC控制器的安装面的位置，可以将启动按钮与停止按钮进行合并。同时为了确定机械手臂是处于手动工作模式还是处在连续工作模式，需要进行连续工作模式按钮，可以根据实际的运行情况来调整机械手臂的位置。同时为了保证机械手的正常运行，机械手在每一个工作周期内都要进行初始位置的检验，如果不是回到初始位置，则应该执行回到回转原点的操作。和启动的程序一样，机械手臂工作的运行方式也是通过按钮来实现的，手动按钮可以实现机械手的各种动作操作，从而满足实际生产的需求，只需要对步进电机的脉冲时间进行调整，尽量减少机械手的行程。在经过CAE软件操作的优化的过程中，可以通过以下结果步骤来进行，首先应该对机械手臂的模型进行优化，建立相应的机械传动机构，包括各种零件的设计以及机械手自由度的设计；其次，对机械手的模型进行运动仿真模拟，测试模型设计是否能够满足生产需求；然后细化设计模型，建立设计变量和目标函数之间的关系，得到性能最优的设计参数。本文根机械手的运动要求将机械手的抓取机构进行优化，从而绘制PLC控制流程图，通过对梯形图控制程序的编写，满足了实际生产机械手的工位需求。

3.2 步进电机选择

三相步进电机通常将电脉冲信号转变为角位移信号，步进电机的旋转是依靠角度的不断移动而进行的。通过对电脉冲数量的控制，来实现位移的控制。在步进电机的选择方面，本文采用的是三菱公司的横轴和纵轴位移的机械手升降机构，最大使用电流为3A。另外PLC启动技术的控制与传统的控制技术相比，具有价格低廉和结构简单等优点。现代化的PLC启动技术可以分为感知系统、控制程序、主机CPU部分以及执行机构的设计部分。在使用CAE进行软件仿真模拟的过程中，通过使用锻件的抓取机构为实际性能的优化目标，通过连杆机构的数次优化和坐标位置优化，使得机械手臂的抓紧力由3.5MN转变为20.56MN。通过采用虚拟样机技术可以有效的模拟机械手在实际生产过程中的抓取行为，现夹紧力的不断提高，具有较大的实际成产意义。表2位本PLC系统中A/D转换器的基本参数。

四个自由度的机械手臂的设计具有一定的普遍性和实用性，在PLC控制的模式下，实现锻件从一个位置运送至另一个位置，准确的实现位置定位和完成各项动作。在实际操作的过程中可以通过触摸屏完成各项操作和读取机械手实际的运行状态，包括压力和位移数值等信息，方便对机械手进行很好的控制。

4 结语

PLC控制技术在机械手设计领域中已经得到了广泛的应用，从而使得机械手在工业领域中得到了广泛的应用。本文在分析参考文献的基础上，借鉴传统机械手的设计方案，对适用于工厂锻件搬运的机械手PLC控制系统进行了CAE模拟仿真和设计。首先对机械手液压机构进行了深入的分析，得到机械手控制的三个关键因素；然后对适合机械手的PLC控制器、压力和位移传感器进行了相关技术参数选择，同时还对整体程序的设计进行了相关阐述，希望能够给以后的机械手PLC控制设计提供参考价值

参考文献

[1]尤峥.全自动冲压生产线在轿车生产中的应用效益分析[J].锻造与冲压，2005，9（4）：6-8.

[2]邹立连.一种汽车覆盖件自动化冲压线改造的实际应用[J].制造业自动化，2004，26（12）：73-74.

篇2

关键词：气动机械手；可编程控制器；控制系统

引言

在现代工业生产过程中，气动机械手由于有气源使用方便，没有环境污染，工作安全可靠，易于维修，广泛应用于流水线生产，机械加工，注塑，仪表等工业中，提高生产效率。本文以三自由度机械手为研究对象，设计了基于PLC的机械手控制系统，并在西门子S7-200的PLC上得到实现。

1 系统结构和功能介绍

气动机械手的结构如图1所示。

机械手气动控制回路原理见图2，主要由升降气缸、导杆气缸和旋转气缸组成。其中升降气缸、导杆气缸、旋转气缸使用单电控换向阀，通电时气缸伸出，断电后气缸自动缩回。手指夹紧气缸使用双电控换向阀。由于双电控换向阀具有记忆作用，如果在气缸伸出的途中突然失电，手指夹紧气缸仍将保持原来的状态，可保证夹持工件不会掉下。

机械手的动作过程如下：

（1）检查机械手是否处于初始位置。初始位置：升降气缸处于上升位置，旋转气缸位于左边位置，导杆气缸位于缩回位置，夹紧气缸位于放松位置。若不在初始位置，按下复位按钮，让其恢偷匠跏嘉恢谩

（2）按下启动按钮，机械手在工位1进行抓取工件过程：手臂伸出手爪夹紧抓取工件提升台上升手臂缩回。

（3）机械手到达工位2位置进行释放工件过程：手臂伸出提升台下降手爪松开放下工件手臂缩回。

（4）放下工件之后，机械手要回到初始位置，自动进行下一个工作周期。

（5）在工作过程中若按下停止按钮，机械手完成一个工作周期，回到初始位置。

2 PLC控制系统设计

根据机械手控制要求，有11个输入信号，6个输出信号，选用S7-200系列的CPU226 DC/DC/DC型号的PLC，I/O分配表见表1：

根据其控制要求，可以得到其控制流程图，见图3。

其编程实现可以通过三种方法实现：

（1）利用起保停程序实现。

（2）步进指令。

（3）左移位指令。

3 结束语

气动机械手价格低，动作准确，便于维护，易于控制，可靠性高，能在恶劣的环境下工作，减轻了人工成本，改善了工作环境，具有很强的实用价值。

参考文献

[1]姜继海，宋锦春，高常识[M].高等教育出版社，2002.

篇3

关键词：压铸机；送料；机械手；开发

在进行压铸机的送料过程中，其能够采用多种不同的形式使得机械运行效率得到较为显著的提升。但在目前市场中出现的压铸机已经难以满足其整体的运营以及运行。因此，在结合其市场的整体运行情况下，需要采用多种不同的方法对传统的机械手进行相应的改进。最终使得机械手的开发运行效率得到全面性的提高。

一、压铸机送料机械手的开发面临的挑战

1.1机械手的运行不够平稳

在进行机械手的整体构建过程中，其首先需要将两杆的机构进行平衡。在进行开发的过程中，其依f会面临机械手不够稳定等多方面的问题。因此，想要使得机械手的整体运行效率更高，其需要采用多种不同的形式实现其机械的稳定性。其基础结构不稳定主要表现在以下几个方面：

①其机械手在进行整体的安装过程中通常会采用整体性的安装。【1】这就使得其在高度差上难以调节，并且难以处理设备的交互性，从而使得其整体的体系差别增大，难以起到固定的作用。

②在进行机械手的整体调控中，其需要采用多种不同的控制方式让按钮开关得到改变。这样才能不断增强其整体运行的灵活性。同时，对于设备的停用以及各种故障的发生，其需要进行及早的预防，从而做到防患于未然。但是相对而言，很多传统的机械手在进行使用的过程中还不堪重负。在整体的使用过程中，还存在诸多的缺陷。因此，很多机械手难于精确设计并保证受力。

③机械手的密封性能还不够好，对于其气密结构，很多机械手在进行使用的过程中并未对其进行较好地密封。最终使得压铸机送料的效率大幅度的降低。而且从整体上而言，其料勺在进行综合性的使用中，其气密性还不够良好。从整体上而言其在进行料勺处理时，而且容易渗入金属液料。从而使得设备的运行周期持续下降。最终导致生产效率低下，并且使得设备的寿命变得短暂。【2】

1.2机械手结构不够精密

在进行机械手的整体应用中，其需要对五杆机构进行传感定位。并对初始依靠调的参数进行相应的调试。但在实际的应用中，其难以保证其整体的定位。在硬件的设备设计中，其常常容易出现硬件设备磨损以及滑动。而且还容易造成一定的定位失效。在进行手臂位置的控制中，其设备难以达到良好的精密，同时在硬件设备上，其相对而言，占用的空间也较大。所以，在动态机构的运行中，其很难将数字结构进行自动化的实现。而且，其整体的智能化结构也难以得到相应的优化。其五杆压铸机送料机械手如下所示：

二、压铸机送料机械手的开发分析

2.1机械手的方案设计

在进行逐渐工艺的整体生产中，其需要将送料机械手进行整体性的设计。其整体的设计方案如下所示：

①.根据负载特征，进行动力源选择。同时，对于负载的变化情况，其需要对动力的变化参数进行数据的分析。在进行整体的机械台设计中，其需要对电机的整体摆放位置进行装拆的分析，同时还要对工作面的振动情况进行相应的分析。这样，其机械手臂的设计，从而使得其整体的运行更加平稳。【3】

②在进行机械手臂的整体设计中，其需要对机械手臂的结构体系进行相应的优化。其首先需要对杆件的参数变化情况进行较为明确的分析。同时，为了能够使得负载变化更加平稳。其需要对轨迹的变化曲线进行数据性的控制。同时，在进行铰链端的设计中，其需要将滚动轴的变化情况进行力的平衡分析。在进行连接端的整体设计中，其需要考虑到整体的动力运转。并对受力的负载变化情况进行手臂的平稳转动。在进行连接设计的过程中，其还需要对机械加工的难易程度进行考虑。选择焊接和螺栓连接，方便装拆和购买。

在进行装置的外观设计上，其需要对环境的恶劣性进行相应的密封，同时还要保证其料勺的液料充足。同时还要对设备进行型号的更换，并且有利于实现其经济价值。【4】

2.2压铸机送料机械手在线自动化检测系统的开发

在进行机械手的自动检测中，其需要以PLC为自动化检测系统，在进行机构的整体设计中，其需要对铸件的生产顺序进行相应的分析，同时在进行PLC程序的编排过程中，其需要进行多方面的软件控制。同时，在进行编程软件的控制时，需要对其机构的运动情况进行信号数字的编排。并采用接触式的传感器进行位置传感的双重保护，最终防止其传感器在运行的过程中发生一定的故障。

2.3送料机械手的开发利用

在进行送料机械手的整体应用与开发中，其首先需要对其开发路径进行一定的要求。同时，在熔炉口，需要对其水平方向进行进料的移动，同时还要对其锁模导柱进行路径的数据控制。其整体的估计参数变化如下所示：

①.熔炉腔深度半米左右，考虑到不应取最底部液料，故在取料口提起高度至少半米。同时，在进行取料的过程中，需要对机械手的变化情况进行较为明确的数据分析。这样其跨距就会发生一定性的变化，其整体的跨距大约在2米左右。【5】

②根据300t压铸机上方锁模导柱与送料口的距离，考虑多型号压铸机适用性，机械手应斜插入送料口上方，竖直距离应保持在0.1米。

三、结语：

压铸机送料机械手的开发分析十分关键，其能够使得机械手的应用体系得到相应的优化。在进行设计的过程中，其首先需要对压铸机的送料机械手进行相应的分析，尤其是对于机械手的应用中各种问题进行较为明确的参数确定。然后对其整体的体系优化，并加强送料机械手的整体开发利用。最终使得压铸机的送料效率得到相应的提高。

参考文献：

[1] 崔爱军.自动化生产是压铸发展的必由之路[J]. 金属加工（热加工）. 2014（15）

[2] 梁锋，陈洋，刘江.关于PLC变频器技术的特点及实现的分析研究[J]. 中国石油和化工标准与质量. 2012（03）

[3] 陈金城，翟春泉.快速成长中的中国压铸机制造业[J]. 特种铸造及有色合金. 2015（09）

篇4

1并联换档机械手力学分析

通常并联机构的移动速度较低，惯性力对机构性能的影响不大，因此静力学特性成为并联机构性能的重要体现。目前，静力学研究的方法主要有两种：几何法和分析法。几何法又称为拆杆法，将机构拆分为杆组，在各个杆的连接处以约束力代之，根据平面任意力系或空间任意力系的平衡条件列出关于未知力的平衡方程组进行求解；分析法又称分析静力学，它以虚功原理为理论基础，从功的角度出发寻求主动力之间的关系。

1.1汽车变速器换档力的形成与传递

图3为变速器的组成。它由输入轴、输出轴、齿轮系、换档拨叉和换档杆组成，其中换档杆是整个变速器的控制器。在换档过程中，通过前、后、左、右摆动换档操作杆来实现汽车的换档。传统的换档机械手采用直接控制拨叉来模拟换档过程，这种控制方式不仅破坏了箱体的结构，还无法真实准确地模拟汽车换档的过程，因此，本课题采用直接控制换档操作杆的方式来模拟人手换档的过程。在整个换档过程中，换档操作手柄要完成选档和换档两个动作，即以换档杆与换档器连接点为旋转中心，在选档和换档两个方向上来回摆动。换档过程中的阻力有自锁和互锁装置的阻挡力、拨叉轴和轴座之间的摩擦力、拨叉轴和轴座的变形、锥形弹簧的变形、高低速齿轮啮合时产生的冲击力等。这些阻力最终都要传递到操纵杆的球形手柄上，通过驾驶员的作用力来平衡。由于操纵杆只能在换档和选档两个方向上运动，因此可以用这两个方向上作用于球形手柄的两个等效力f1和f2来对阻力进行平衡。换档过程中的阻力种类较多，很难用公式计算出精确的数值来，因此这两个等效力的数值只能通过实际测量来得到。

1.2机构力雅克比矩阵模型

以整个并联机构为研究对象，作用在该机构上的外力包括等效于球形手柄上的力f1和f2，伸缩杆L1和L2的驱动力F1和F2，机构自身的重力以及各关节处的摩擦力。为简化受力分析，我们将机构自重和摩擦力忽略掉，这样作用在并联机构上的外力只剩下等效力f1，f2和驱动力F1，F2，其受力分析简图如图4所示。忽略掉重力和摩擦力之后，整个机构所受约束为理想约束，满足虚功原理的应用条件。在球销副的中心点处建立直角坐标系OXYZ，应用虚功原理可列出机构的虚功方程：JT为4×4方阵，称为并联机构的静力雅可比矩阵，很显然速度雅可比矩阵和静力雅克比矩阵之间存在着转置的关系，揭示了速度传递关系和静力传递关系之间的内在联系。采用虚位移法对机构进行静力学分析，推导出机构的输出力和驱动力之间的映射关系，验证了力雅克比矩阵实际意义。下面我们通过仿真来进一步分析验证最大驱动力和外部载荷之间的关系。

2并联换档机械手静力学仿真

并联机构的静力学仿真以前文推导的静力学逆解为数学模型并假定在整个运动过程中作用于球形手柄的外载荷不发生变化。仿真过程中，作用于球形手柄的换档力设定为50N，选档力定为50N，仿真时间为10s。静力学仿真程序流程见图5。其中，［Xs，Ys］为运动起始点坐标，［Xe，Ye］为运动终点坐标，f＝［0，50］表示换档力在［0，50］上离散。档位变换时并联机械手换档力与选档力的静力仿真结果如图6所示。由图6可以看出：在选档方向上L1杆为主要作用杆，F1小于50．4N；在换档方向上L2杆为主要作用杆，F2小于50N，最大驱动力和外部载荷基本相等。在换档方向上，驱动杆的驱动力呈二次曲线变化，符合实际换档过程中的受力情况。

3结论

篇5

关键词：搬运机械手；电气一体化；定位控制

中图分类号：TP241 文献标识码：A

0.引言

随着制造业的快速发展，机械手成为当今时代的标志，有效改善劳动条件，保障人身安全。当前，机械手可以精确执行预先编写的程序命令，实现预计动作，被广泛应用于机床、模具锻造或者点焊、喷漆工艺方面。本文基于完成生产线之间物品运输设计的机械手系统，能够完成手臂上下伸缩、手臂左右摆动以及手指抓握3个动作；采用集成传输模式，即手臂机构采用伺服电机驱动，手爪机构则采用气压传动。

1.硬件结构设计

1.1 伺服电机选择

电机选择方面，本课题选用交流伺服电机，因为随着电机调速方法的不断研究，目前能够将电机调速范围与成本降低到宽调速直流电机。同时，交流伺服电机拥有较高的可靠性和控制性，因此目前能够得到广泛应用。而直流伺服电机内部存在电刷和换向器因素，导致电机工作可靠性降低，提高后期运行成本；交流异步电动机虽然没有电刷磨损，结构简单，成本较低，但应用时对其调速十分烦琐，成本相对较高，不经济适用。考虑到电机后期维护方便，本课题的升降电机与旋转电机都选用交流伺服电机PanasonicMDMA152P1U型号，便于后期保养维修，采用的驱动器为MDDDT5540型号。

1.2 气缸和阀门的选择

本机械手驱动系统运动速度由气流调节阀控制，运动方向由电磁阀控制。目前，气体驱动系统凭借其价格低廉等优点在工业中得到广泛应用。同时气动夹持器由于气体的可压缩性，在捕获过程中具有一定的灵活性，不会由于力度过大导致被抓取物破坏。根据指尖距离及手爪夹紧力，夹紧装置选择一个具有可调缓冲装置的双作用气缸，并设有夹紧装置和压力传感器。气缸本身配有两个一位单通阀门，本设计为了能够保证气缸在断气状态下保持气缸内部的压力，所以根据经验选用SMC公司的VZ110气开阀。

1.3 传感器的选择

传感器的功能是将被测物的物理量转变成由控制系统可以识别的电信号。实时检测系统本身以及工作对象、工作环境的状况，为控制系统提供有效精准的电信号。本课题研究的机械手，位置检测装置主要用来判断机械手执行左旋/右旋，上升/下降等动作时是否到位，通常选择行程开关，并将其安装在预先设定的位置。本机械手选用直线接触式行程开关，当行程开关检测到机械手运动到预定位置时，立即终止当前动作，准备运行下一动作。

2.机械手动作的实现过程

机械手的工作均由伺服电机驱动螺纹丝杆旋转和电机自转来完成。本机械手的一个工作周期要完成手臂下降―工件加紧―手臂上升―右旋―手臂再下降―松开工件―手臂在上升―左旋8个动作，全部由对应的限位开关来控制，系统原始位置设置在原点，当按下开始命令时，机械手会立即有序的执行预订相应动作。为确保人身安全，机械手安装了一个光电开关，当机械手右旋到预定位置时，必须检测到右工作台上没有工件时才能执行下降动作。另外，机械手能够实现自锁功能，在系统断电断气情况下保持机械手姿势。本文研究的机械手系统工作方式一共有手动操作，半自动操作，自动操作3种模式，当系统上电后机械手首先初始化，然后进行选择相应的工作方式。

3.控制系统的设计

控制系统是机械手设计的重要组成部分，是保证机械手在工作过程中安全可靠的关键。实时控制着机械手的每一个作业动作，控制系统的稳定性以及可靠性的好坏直接决定了机械手工作过程的效率，起着不可低估作用。

3.1 PLC的选用

本文机械手的控制系统根据经验选用“CPU226AC/24输入/16输出”型PLC，另外，由于系统I/O端的分组情况及隔离与接地的需求，需要增加10%～20%的裕量，配置了两个EM253位控模块和一个EM22324VDC数字组合8输入/8输出的扩展模块。本文设计的控制系统，控制面板上操作按钮的输入端应该接入PLC输入口的I0.0-I1.5，系统的行程开关接入I1.6-I2.3，料架上的两个光电传感器应该接入I2.4、I2.5输入口，伺服驱动器的报警端接入I2.6、I2.7接口，伺服电机定位完成后发出的信号接入I3.0、I3.1。其次，PLCQ0.0-Q0.6输出端连接系统信号指示灯，Q0.7-Q1.4端连接外部信号，实时检测机械手状态，Q1.5-Q1.7端连接驱动器，为电机提供电源，Q2.0-Q2.3端连接定位模块，主要控制电机的运转，Q2.4-Q2.5端连接气缸控制阀，调节气缸的伸缩。

3.2 控制模块设计

本文中，控制系统主要由PLC主控单元、I/O模块和EM253位核心控制器构成，机械手的抓放动作由选用的气缸驱动，其余动作由选用的伺服电机驱动，同时电机配有驱动器，由位控模块接收脉冲输入。结构上，系统配有极限行程开关，每个部件的极限运动由脉冲来限位。主控单元采用单独封装，设计为模块式结构，安装在相应的支架上，主要包括PLC模块、触摸终端、I/O模块和两个位控模块，通过PLC专用电缆进行相互通信。位控模块采用的是PLC特殊模块EM253，因为可以运用其产生的脉冲串对电机速度何位置进行开环控制，产生的脉冲串存储在S7-200相应的存储区中，通过扩展的I/O总线与S7-200进行通信。

3.3 控制面板的设计

本文所设计的机械手根据实际应用所需设置以下控制按钮。（1）工作模式选择开关：当正常生产时将机械手调到自动模式，机械手会自动运行。当机械手出现故障或者出现报警时可以将机械手调到手动模式，机械手可通过点动调整。（2）电源开关：当机械手系统准备工作时，必须将电源拨至ON位置，给系统设施供电，其中触摸终端由PLC进行供电。当机械手系统停止工作时，必须将电源拨至OFF位置，切断一切设施供电，保证系统及人身安全。（3）急停按钮：当机械手系统在运行过程中，出现突况例如搬运不够稳定、下放物品不到位、超过了极限位置以及没有抓取成功目标物等等发生时，迫使机械臂系统停止工作，此时仅需按下急停按钮，则可立即使机械手停止工作，有效避免事故的发生和经济损失。（4）机械手上升、下降、左旋、右旋、夹紧、松开按钮：这些按钮通常在调试或者排除系统故障时对机械手进行单步操作时使用，属于手动操作。（5）复位按钮：当需要将机械手系统自动恢复到初始位置的情况时，需要按此按钮实现相应复位功能。（6）启动按钮：当机械手系统完成上电，工作模式等一系列前期准备工作之后，按下此按钮系统就会自动完成预设搬运动作。（7）测试灯/报警按钮：机械手系统安装结束后，要对机械手的作业稳定性进行试验。此时，试灯/报警清除按钮对电路上所有的工作指示灯做检测，保证正式运行时的安全。另外，当机械手系y出现报警时，我们对系统进行故障维修后，必须按此按钮消除报警，使系统进行正常作业。

结语

本文对机械手驱动系统、控制系统方面进行认真细致地研究，能够对生产线上有无工件进行精准判断，降低了工作劳动强度，提高了企业生产效率，对自动化生产线的柔性制造方面和工作效率方面起到了不可估量的作用。

参考文献

[1]蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略[J].机器人技术与应用，2001，76（4）：11-16.

[2]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[3]朱春波.PLC控制的气动上下料机械手[J].液压气动与密封，1999：21-24.

[4]郭艳萍.基于PLC的工业机械手控制系统[J].仪表技术与传感器，2007，9（9）：31-32.

[5]李长军.西门子S7-200PLC应用实例解说[M].北京：电子工业出版社，2011.

篇6

【关键词】机械手 气动 工业生产

一、引言

国家标准GB/T1264390对机械手的定义：具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。机械手在现代工业自动化的发展中占有重要的地位，机械手加速了企业生产方式的变革，机械手是在工业机械化和自动化生产过程中根据需求产生的一种装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线。当前机械手虽然还不如人手那样灵活，但其具有不知疲劳，不怕危险重复工作的能力，机械手得以应用越来越广泛。机械手早期应用于汽车制造工业中，用于焊接、喷漆、上下料和搬运等工序，可替代人在危险、有害、有毒、低温和高热等环境中完成繁重、单调的重复劳动，提高了劳动生产率，保证了产品质量。机械手同数控加工中心，自动搬运车辆，自动检测系统组成柔性制造系统（Flexible Manufacturing System ）和计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System ），实现生产自动化。在工业上机械手分为专用机械手和通用机械手，专用机械手是整机的附属部分，动作较为简单，工作对象固定，具有固定程序，适用于大批量的产品生产，在工业生产中常见的如自动换刀机械手，料机械手，装配机械手和焊接机械手等装置。通用机械手自己具备控制系统、可编程序、动作较为灵活的特点，适用于多样性和中小批量的产品生产，具有工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。

二、气动机械手概述

（一）气动技术简介

气动传动与控制技术被形象的称为工业自动化之肌肉，在加工制造业领域获得重视。近几十年来随着微电子技术、通信技术和自动化控制技术的发展，气动技术也得以大力发展。气动技术（Pneumatics）是以压缩空气来传动和控制机械的一门专业技术。气动技术具有能耗小、无污染、效率高、成本低、可靠性高、结构简单。具有环境适应能力强，防火、防爆、抗电磁干扰、抗幅射等优点。气动技术向精确、高速、小型、复合和集成的方向发展[1]。

（二）气动机械手概述

在工业机械手使用中最多的驱动方式是电机驱动。驱动电机常用步进电机、直流伺服电机以和交流伺服电机，由于电机速度高，采用减速机构包括谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等。电机驱动机械手的特点是控制精度高，驱动力大，响应快，信号检测、传递、处理方便，采用灵活控制方式。电动机械手成本高，限制了使用范围，气动机械手成本性能比低，在满足社会生产实践需要的同时也越来越多的受到重视。气动机械手技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要实用技术。气动机械手与其它控制方式的机械手相比，具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强等特点。

气动机械手在机械手基础上发展起来，气动机械手由感知部分、控制部分、主机部分和执行部分等方面组成。采集感知信号及控制信号由智能阀岛来完成，气动伺服定位系统代替了伺服电机、步进马达或液压伺服系统，气缸、摆动马达完成原来由液压缸或机械所作的执行动作，主机部分采用了标准型材辅以模块化的装配形式，使得气动机械手能拓展成系列化、标准化的产品。根据需求情况，选择相应功能和参数的模块，像积木一样随意的组合，代表气动机械手今后的发展方向，气动机械手代替一些功能不理想的工业机械手的地位[2]。

（三）某型机械手结构设计

1、气动搬运机械手的结构

机械手按手臂坐标类型来分主要有直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、SCARA型。

当系统工作开始时，产品在工作台A时，机械手1工作，完成基本操作后，把物品放在工作台B上，机械手2便启动工作，完成一个循环后，把物品放在工作台C上，机械手3启动工作，这样3个机械手不断的循环工作。当系统工作结束时，机械手1首先完成一个循环后停止，然后机械手2、机械手3也顺序依次停止工作。当系统工作开始时，机械手1首先工作，完成基本操作后，机械手2便启动工作，同样完成一个循环后，机械手3启动工作，这样3个机械手不断的循环工作。当系统工作结束时，机械手1首先完成一个循环后停止，然后机械手2、机械手3也顺序依次停止工作。每个机械手的完成基本操作，当工作台上有产品时，机械手下降，机械手在最低位抓紧物品，机械手夹紧物品上升，机械手夹紧物品右旋180度，夹紧物品下降，在最低位时松开物品，机械手上升，机械手左旋一百八十度，回到原位。为了实现对气动搬运机械手群的自动控制，本系统采用PLC做控制器。本系统的输入开关量为数字信号，直接连接PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制。系统框图如图4所示[3]。

（三）机械手群电气控制原理

机械手1下降电磁阀连接KA1，机械手1夹放电磁阀连接KA2，机械手1上升电磁阀连接KA3，机械手1左旋电磁阀连接KA4，机械手1右旋电磁阀连接KA5，机械手2下降电磁阀连接KA 6，机械手2夹放电磁阀连接KA7，机械手2上升电磁阀连接KA8，机械手2左旋电磁阀连接KA9，机械手2右旋电磁阀连接KA10，机械手3下降电磁阀连接KA 11；机械手3夹放电磁阀连接KA12，机械手3上升电磁阀连接KA13，机械手3左旋电磁阀连接KA14，机械手3右旋电磁阀连接KA15。电气连接图如图5所示。

三、小结

当前各国对机械手开发应用不断发展，它减轻了人繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产，提高了生产效率，稳定了产品质量，降低了废品率，从而大大降低生产成本，增强企业的核心竞争力。结构模块化，控制智能化，感觉功能变强，系统应用与集成化，微型化气动机械手是当前发展的方向。

参考文献：

[1] 成大先.机械设计手册（气压传动） [M] .北京：化学工业出版社，2004：89-118

[2] 吴爱萍.PLC控制的设计技巧[J].工业控制计算机，2003（2）：61-62.

[3] 王雄耀.近代气动机器人（气动机械手）的发展及应用[J].液压气动与密封，1999，（5）：13-16

篇7

关键词：轴承变形量 SCARA型机器人 手臂柔顺度

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0215-01

随着科技进步和社会发展，搬运的负载越来越大，只有设计出更大负载能力的机械手，才能在国际高端市场占有一定立足之地。

许多单位和学者对机械手手臂柔顺度展开了研究。常治斌在长臂机械手手臂结构设计中，除考虑强度问题外，还要考虑刚度问题，即机械手在抓起工件后，手臂受力会产生变形[1]。要使机械手满足位置精度要求，必须控制机械手手臂在受力后的变形值，使它在允许范围内。采用梁单元的有限元法，着重介绍了截面尺寸不同的长臂机构手手臂的静、动态特性分析程序设计及计算实例。林异捷等人对全液压铅残极板移载机械手提升手臂装置进行运动学分析[2]。通过对移载机械手提升机构进行建模并实现简化，采用正向运动学和逆向运动学的分析方法，建立起支撑杆的位移、速度、加速度与对应液压缸的位移、速度、加速度之间的关系。通过仿真软件对所得的运动学方程进行了验证，提高最终结果的准确性。利用所得到的研究结果，可以为移载机械手的动力学分析、运动轨迹规划和控制系统及液压系统的设计提供重要依据。杨振针对手臂模型未知和动态环境下的仿人机器人手臂柔顺性控制算法[3]，根据不同任务研究了在线控制仿人机器人手臂的柔性。通过仿真研究表明，合理的调整阻抗参数在实际力控制过程中至关重要，它可以有效地减少机械手与环境接触时的冲击力。同时对基于神经网络逆系统的阻抗控制算法作了仿真研究，仿真结果表明该算法的效果较理想。本文计算由球轴承引起的手臂下垂量使用的是赫兹接触理论。赫兹理论做了以下的假设[4]。对于滚动轴承内部的接触问题来说，这些假设基本上是成立的。

材料是均匀的；

接触区的尺寸远远小于物体的尺寸；

作用力与接触面垂直（即接触区内不存在摩擦）；

变形在弹性极限内进行。

使用赫兹接触理论可以计算出接触面的尺寸和应力。当钢与钢接触时最大赫兹接触应力可简化为平均赫兹接触应力

其中Q是接触载荷。

本研究使用的软件是SolidWorks Simulation[5]。SolidWorks Simulation 是一个与 SolidWorks完全集成的设计分析系统。所涉及的具体内容有：线性静态分析、频率分析、动态分析、线性化扭曲分析、热分析、非线性分析、跌落测试分析、疲劳分析、压力容器设计和横梁和桁架。

该软件采用了有限元方法（FEM）。FEM是一种用于分析工程设计的数字方法。FEM由于其通用性和适合使用计算机来实现，因此已被公认为标准的分析方法。

SolidWorks Simulation节省了搜索最佳设计所需的时间和精力，可大大缩短产品上市时间。通过减少产品开发周期数量来缩短产品上市时间。快速测试许多概念和情形，然后做出最终决定，这样，就有更多的时间考虑新的设计，从而快速改进产品。

洁净机器人手臂主要应用于半导体、硬盘、平面显示器和太阳能产业中的晶片搬运，机器人手臂的刚度必须满足不同工位、有无负载所引起的末端高度下垂量要求，即为柔顺度定义。

机器人柔顺度计算包括两部分：第一部分是轴承变形量的计算；第二部分是对手臂进行有限元分析，得出末端下垂量。本文以SCARA型三关节机器人手臂作为计算对象，每个转动关节选用两个深沟球轴承作为选择支撑。SCARA型机器人手臂受力分析如图1所示[6]。

1 轴承变形引起的下垂量计算

首先，利用机器人手臂的三维模型，分别对三个关节进行质量和质心位置评估后可得到手臂各关节承受的力矩。然后，通过受力分析，计算出各个轴承所受到的载荷力。

计算辅助变量

其中：1-I，1-II与2-I，2-II，分别为包含两接触物体1和2的主曲率的平面，为曲率。

计算出后，查赫兹接触系数表，可得出。

当钢与钢接触时，弹性趋近量计算公式可简化为：

其中：Q为轴承所受载荷力。

最后，将机器人手臂有负载和无负载时轴承引起的末端下垂量做差，可得到负载引起的末端下垂量为3.691 mm。

2 机器人手臂变形引起的下垂量计算

通过SolidWorks Simulation软件对手臂有负载和无负载两种情况进行有限元分析。将有负载和无负载的手臂最前端变形量做差，即为不考虑轴承变形作用下的手臂变形量。此时计算出的手臂变形量为3.324 mm。

3 结语

本计算方法以SCARA型机器人手臂为例，计算结果7.015 mm与实验值6.795 mm误差仅为3%。因此，这种计算方法可以满足洁净机械手产品柔顺度的计算要求。

参考文献

[1] 常治斌，方炜镖，孙传琼，等.长臂机械手手臂结构的有限元分析[J].湖北汽车工业学院学报，1996（2）.

[2] 林异捷，袁锐波，衡杨，等.移载机械手提升手臂装置的运动学分析[J].机床与液压，2012（19）.

[3] 杨振.基于阻抗控制的机器人柔顺性控制方法研究[C]//东南大学自动控制系统论文集，2004.

[4] 冈本纯三.球轴承的设计计算[M].黄志强，译.北京：机械工业出版社，2003.

篇8

关键词：机械手；触摸屏；控制系统

1侧取机械手系统人机画页设计

触摸屏程序设计的主体是屏幕画页的设计，依据控制系统的要求和功能，触摸屏画页设计主要由背景页面、参数设定框、工作状态窗口、控制按钮、报警显示画页等部分组成。图1为人机画页的总体框架设计图，主控画页由手动、参数设置、自动、系统报警画页、I/O显示等部分组成。本文设计主要是依据执行功能选取相应的屏幕控制元件同时对元件属性相关的地址或参数进行设置[1]。

2开机画页设计

首先开机时设备要进行自我检查，确认设备所有输出、输入信号都处于正常状态。机械手触摸屏系统的开机画页如图2所示。

3主控画页

主控画页由原点复归、手动、自动、设置、I/o、警报五个命令按钮组成，如图3所示。系统自检完成后对伺服轴进行原点复归可以按下原点复归按钮，在图4按钮属性中，可将地址设定为与PLC相对应的工作区地址W0.11，按钮按下时，写入地址1，按钮放开时，写入地址0。切换屏幕屏幕实现不同控制功能时，可按下按钮“手动”“设置”“自动”“I/O”“警报”[2]。

4手动画页

如图5所示，侧取机械手系统手动画页各个控制按钮实现各个运动操作步骤。控制按钮为触发信号实现各步骤的运行，按钮可实现PLC发送相应的动作指令并驱动机构完成相应动作。画页设计要考虑手动动作的互锁关系，例如手动旋出是不能旋入的[3]。

5参数设置画页的设计

利用NS触摸屏的数字输入功能可以进行系统的参数设置。如下页图6所示，设置自动时第一次、第二次旋转角度，根据确定的PLC程序里脉冲输出口发出的脉冲数决定伺服电机旋转的角度并对应相应的数据存储器，该设定数据还与伺服驱动器的电子齿轮比有关系。速度选择按钮是通过改变脉冲输出的频率来实现的。各个延时的设计与设定同理[4]。

6状态监控画页的设计

状态监控画页图设计如图7所示，通过NS触摸屏位灯来显示PLC各输入/输出触点的状态，能帮助使用者通过提供各个传感器信号显示来判断各个信号是否正常。例如，灯变黄色为全自动信号，表示注塑机打开全自动信号。灯变黄色表示压力不足，表示系统压力不足，压力传感器被触发发出了信号[5]。输出画页同理。

7结语

本文利用欧姆龙编程软件对侧取机械手的触摸屏控制程序进行设计，并阐述每个操作画页的功能及相关创建过程。通过对触摸屏画页程序的设计研究，实现了控制系统的人机交互功能。

参考文献

[1]董曼鸽.基于PLC的五轴注塑机械手控制系统的实现[D].西安:西安电子科技大学,2012.

[2]臧国杰.可编程人机交互系统的研究与开发[D].杭州：浙江大学,2006.

[3]王龙.基于注塑机的三伺服机械手的研究与开发[D].江门:五邑大学,2009.

[4]ZHANGHaipeng,YANGRuqing,YANGMing.Designofhumanmachineinterfaceforintelligenttransportationsystem[J].计算机应用研究,2007:246-248.

篇9

关键词：PLC；机械手；步进电机；组态控制

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.043

1 引言

机器人是在机械化、自动化发展浪潮中涌现出来的一种新型装置，它的出现大大解放了生产工人的劳动，提高了劳动生产率。机器人技术是未来高技术、新兴产业发展的基础之一，对于国民经济和国防建设具有重要意义。我国在863计划、国家自然科学基金、国家科技重大专项等规划中对机器人技术研究给予极大的重视[1]。

随着工业4.0和我国的“中国制造2025”战略的部署，我国大力发展制造业，而我国的制造业正处在上升期，随着市场竞争的激烈、劳动力成本的逐年上升以及用户对个性化、定制化的需求越来越迫切，老龄化社会的形成，一线工人减少的趋势不可逆转，我国制造业迫切需要升级改造，来提高经济效益，因此，对机器人产业具有迫切的需求。

2 系统的控制要求

要求机械手在4个工位之间依次搬运工件，控制程序具有“复位”“启动”“停止”“急停”功能。

机械手在运动过程中，按“停止”按钮，五自由度机械手完成当前动作后停止运行，按“启动”按钮，五自由度机械手继续下一步动作。

在五自由度机械手运动时，按下“急停”开关，五自由度机械手立即停止移动及转向，此时如需再次运行机械手，需亲手将本次搬运途中掉下的工件拿到1号物料台，再按“复位”按钮“复位”完成后，按启动可重新运行。

系统采用两台S7-200PLC，一台作为从站对机械手进行控制，另一个台作为主站监控机器人的运行状态。触摸屏与主站PLC连接，实现对主站PLC和从站PLC的实时监控，并控制PLC按上述流程完成搬运任务。

利用触摸屏，可以对系统进行“复位”、“启动”、“停止”“急停”等操作，并可以在触摸屏上实时显示当前五自由度机器人的运行状态。

3 硬件设计

系统输入需要有四个按钮分别控制系统的“复位（SB1）”“启动（SB2）”“停止（SB3）”“急停（SB4）”功能；还需有四个传感器分别作为“原点”“右限位”“底座旋转限位”的限位与控制。

机械手有五个自由度，分别是基座水平移动、基座旋转、大臂抬放、小臂抬放、手爪夹紧和放松。基座的水平移动和旋转由步进电机来控制，步进电机分别由PLC的两个高速脉冲输出点Q0.0和Q0.1控制其速度；大臂和小臂由直流电机控制。手爪由舵机控制。

PLC控制结构图如图2：

为节约成本，该系统只有水平移动和底座旋转采用步进电机驱动，S7-200PLC只有两个高速脉冲输出点，其他三个自由度包括大臂抬放、小臂抬放以及手爪电机通过PLC的普通输出点进行控制。

4 PLC的软件设计

PLC软件采用模块化程序设计，由主程序模块和6个子程序模块组成，子程序包括水平移动、水平停止、旋转移动、旋转停止、水平复位、水平减速。程序结构图如图3：

5 系统的网络结构与组态

西门子S7-200系列PLC支持多种通信协议，协议定义了主站与从站两类通信设备，主站可以对网络上另一台（或多台）设备从站发出命令，从站则响应来自主站的命令。主、从站间的专用通信协议有PPI协议、MPI协议、PROFIBUS协议和自由口协议。在实际应用中，S7-200经常采用PPI协议进行通信。S7-200通过PPI通信可以发挥其强大的通信功能，实现PLC与PLC、PLC与PC、PLC与其他智能设备之间的信息交换，组成集中管理的多级分布式PLC网络控制系统[2]。

该系统的网络结构如图4所示，采用两台PLC，一台作为从站用于控制机器人的动作，另一台作为主站对从站的状态进行监控，用计算机在S7-200CPU处于STOP模式时对PLC进行编程，并对触摸屏进行组态。

组态技术的发展与应用极大地提高了工业控制系统的自动化水平。目前，基于组态技术，以PLC为核心的计算机测控系统一般是利用单台PLC或PLC-PLC网络完成信号的前沿采集、检测与控制功能，PC机和组态软件只用于系统的监控与历史数据管理。该系统采用MCGS软件进行组态，组态流程如图5所示。

6 结术语

基于MCGS组态监控的机械手主从网络控制系统在山东英才学院PLC实验室调试通过并实际运行。该系统成本低廉，运行稳定，采用MCGS进行系统开发，方便、快捷，可以在工程应用中推广使用。

参考文献：

[1]谭民，王硕.机器人技术研究进展[J].自动化学报，2013，7（39）：7.

[2]朱奕丹，吴凯波.主从式S7-200PPI通信与MCGS监控组态设计[J].自动化技术与应用，2006（25）：5.

篇10

关键词 触觉模拟；动态

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0184-01

传统上只有准静态的，点状的信号来表示虚拟环境之中的部分。在以前的文章中，我们曾经提出了动态来代替这个概念。速度可以使得它产生动态，但生产优质无质量动态相互作用力的能力。有了这个基础，我们推广了概念的基础，在实际情况下，虚拟机械手通过给定一些动力，就是指其本身的运动的属性。比如真正的机器人，在虚拟操控技巧跟踪用户和掌握运动而产生的力反馈。虚拟武器和其他物体之间的相互作用实际应用于尖端几何速度的情况下，在一个线性约束最小二次算式的最简解决途径。该方法是为了表示在一个实际两手触觉控制台所运行的6自由度的圆柱链接虚拟机械手对实时

仿真。

1 简介

对触觉的解释是指在人为创造的触觉设备的用户具有触觉，将力反馈给操纵杆或是主机器手。与图形显示的同时，使虚拟模拟在现实中有身临其境的触觉反馈。这也是利用遥控技术，通过交互与远距离机械手依靠感觉的相互作用力来进行操作。这两个应用程序可以合并在一个接口实现增强效果，在自动化系统中，用户命令过滤，检查，并纠正可能在传输到远程站点过程中的错误。

触觉力反馈的有效应用需要在电脑通过精确的计算，从而模拟环境下产生出虚拟操作环境。在这方面，长期以来理解为一个物理主机内的模拟是代表的需要。该主要是由直接找出虚拟位置，同时记录它的接触位置。这个过程可以防止将对象和界限直接的通过或者是跳跃过去，即使主体用户在时间采样时只能得到离散的数据。之间的联系和适当的偏差表明恢复力量是使用者生成提供的。

在传统上，是一种小型，点状的目标，没有动力，在行进中快速转换到主体的位置，如果失去联络，便没有自己的控制动力。此外，力的反馈，一般准静态机器处理反应，完全是基于对每个时间步的主偏转顺序。这种方法已经固定化，甚至是兼容的虚拟物体的触觉显示有效的一个主设备，使用户能够体会和探索虚拟世界。

引进的动态成为可能超过运动而达到反应更大程度的控制。他们的基础，除了自己的速度和加速度状态到位置允许直观的落实，静态无法模拟复杂的相互作用。例如，在和静止物体之间，或两个独立控制的刚体碰撞，可以很容易地使用模拟速度约束的基础上简单的经典动力学方法来释义，比如动量守恒。

本文中，对触觉的概念进一步扩大并且赋予动态和运动自身的性质。可以是多体运动链的形式，提供了一个有效的仿真机械手。特别是，我们认为，虚拟机械手的遥控操作机器人的在微创手术的范围内使用。无论是虚拟环境还是现实中使用其作为基础的外科训练，如果系统需要增加一个接口来增添一个机械手，触觉模拟必须是能够左右有运动副的机械手，机器人这个有运动副的机械手会有所限制条件，机器部件之间的互动，如碰撞，抓等运动。本文介绍了实现中能达到这些目标的方法，使用机械手的速度虚拟为基础的一阶动态。

2 背景

最初，触觉环境包括固定化形式，固定化是代表用户的位置几何约束的虚拟物体。对力进行了计算观察到虚拟对象的用户的渗透，以及提供硬弹簧的力量。记录用户所在的侵入虚拟表面上看“神对象的位置”的介绍，作为主体在最终理想的情况下，证实是由一个停止点的代表性效应无限硬表面。当虚拟对象是遇到限制停留在表面上，使用户推到对应的触觉装置。

用户的主设备和点的代表性限制了虚拟的表面可模拟各种有效。例如，使用表面由许多较小的多边形表面生成的，对象通过无限小的点可以下降相邻多边形之间的差距，通过数值舍入创建。基于这个原因，对象一般是一个小球所取代，被称为。

利用这种想法开辟了使用其他形状代替球形的可能。这使得更多的不同触觉交互显示。例如，在外科手术机器人，机械手使用这一方法创伤是细和长，因为他们并不需要在病人的身体大切口。为了模拟这种机械手的操作，必须考虑到在操作中的碰撞力，也要考虑机器人之间的身体和周围组织的碰撞。为了解决这个问题，何巴什多安和斯蒂南威桑利用光线为基础的来代表手术机械手。但到这一步，完整的虚拟操控也被触觉使用。卢克和爱德华兹和卢克触觉模拟一个“H”型拖拉机换档采用双自由度作为虚拟手完成工业机器人一个触觉设备。在这些应用中，涉及模拟单一和静态环境之间的相互作用。对象没有移动，并于，类似于早期模拟虚拟限制。可变形物体进行了研究。

模拟涉及多个机构之间的相互作用的动态响应。通常情况下，采用二阶模型，运用牛顿定律和刚性碰撞事件动量守恒，通过允许的在动力减小损失，微弹性碰撞也可以模拟。这种方法扩展到多体动力学仿真允许使用多连杆触觉模拟机器人。二阶另一个方法是使用服务器之间和不同的对象春天般的潜在领域，从牛顿定律获得。通过使用可变刚度的潜在领域，不同的可以有效地进行模拟。

在所有上述情况中，二阶动态使用要求，任意质量或质量矩阵被分配给。在尼迈耶和米特拉提出基于的动态互动，为实现同时保持不是使用牛顿定律和动量守恒，而是运用几何约束转换成等效速度的限制使用伺服更新率来模拟刚体碰撞和持续的接触。这一办法还延长至多个条件下，如在一个触觉环境。但是，被表现为简单的几何形状单一固定化的机构，而不是动态的，这里考虑多体运动链。也有从一个机器人系统的角度增强一些触觉的发展。触觉反馈应用到运动规划具有非常大的通信时延遥操作机器人的环境系统，利用一个虚拟世界的静态。实时遥操作，哈提卜和考斯特，马尼埃使用触觉反馈的机器人外科手术，从机器人机械手的空间工作安全为主要目的的。