机械手臂范文

导语：如何才能写好一篇机械手臂，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。

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一、引言

气动机械手臂是气动技术在机械加工领域运用最多的一种技术，其具有质量好，重量轻，操作简单，性能稳定以及环保节能灯特点。气动机械手臂主要采用模块化的设计模式，尤其是使用当前传输技术的气动机械手臂，使用可多次编程的阀岛技术进行控制，同时，其气动伺服系统，也全部采用模块化的设计进行组装，便于进行精确定位 [1]。

本文的核心内容是研发构建一种定位精确、适用性广的气动机械手臂，对研发过程中具体涉及的机械原理和系统配置进行了研究，设计了基于三菱的FX2N可编程控制器的控制系统的硬件和软件。

二、气动机械手臂总体结构设计方案

气动机械手臂有多种类型，根据具体运动模式，可以区分为圆柱坐标、球式坐标、直角坐标和关节式四种机械类型[2]。机械手臂的运行组件由主体和辅助部件组成。用来改变抓取对象的空间位置的组件称为主运动部件，主要包括手臂部位和立柱部位，而单纯改变抓取对象方位和状态、不涉及空间位置改变的组件就是辅助运动部件，主要有手腕和手指部位。

气动机械手臂的工作为两个位置点之间的材料移动工作，因此机械手臂要具有基本的升降、回转和伸缩能力，因此，这里采取圆柱坐标式构造模式，此处机械手臂保留三个自由度，即升降自由度（用x表示、包含上升下降两参数）、回转自由度（用θ表示，有正转反转两个参数）和伸缩自由度（用r表示，分为伸展和收回两个动作）。该机械手臂的运动模式如图1所示。

图1 机 械 手 臂 运 动 简 图

三、控制系统的功能及结构分析

控制系统的设计首要问题是如何选择一台理想的PLC（主要是规格和型号），其次是PLC的I/O（输入/输出）点和设备的配置。然后是程序流程设计与程序编制[3]。

1、直线控制单元的控制

如图2所示为气缸的位置控制器及其构成图。图中气管线路用虚线代表，电线或电缆用实线表示。控制器的信号来自PLC，PLC是这部分的核心，通过磁传感器识别气缸到达的位置，达到实时精准地控制气缸。

2、 PLC控制硬件

要实现系统的主要功能，就必须对此气动机械手的每一个动作都要求要有一个手控的按键。为保证机械手执行工作的准确性，就要求在程序设计时要考虑到相互牵连的功能。在现实情况中，控制机械手的启动按键和停止按键必须要在一起的，这主要在于设置控制机械手的启停时考虑到节省PLC的输入输出点数这个因素。系统在运转时，要保证机械手的工作在一个正常的循环周期内。在设计时考虑到在机械手在进行每一个周期的工作时，机械手的设定值按系统主体需要设定，比如正转、反转、上升、下降、伸出、缩回、加紧、放松。每次开始前，需重新设定，使机械手回到原来的位置，进行工作，也就是所谓的“回原点”。对于回原点，包括自动式和手动式。根据系统需要选择PLC的型号，并对PLC端的输入输出点进行I/O分配，相关的分配表如表1所示。

图2 直线控制单元构成图

3、PLC控制软件

在连续模式下，机械手的运行是按照操控主体的初始设定进行的，要保证整个连续模式下的系统的高效运行[4]，就要求在操作之前检验整个系统的操作是否处在真正的设定值上。整个操作可利用各个具体的操作按键操控气缸的运行，在到达相对应的初始位置时再对气缸的运动进行减压、停止，这就保证了整个系统合理有效的会到初始值的原点。对于正处于连续模式的机械手来说，当系统被手动操控回到原始位置时，整个系统会自觉的进入到下一个正常的循环中。图3所示为循环动作梯形图。

图3 循环动作程序段

四、结论

对气动机械手的构造进行模块化整理，对气动机械手的整体进行相关的分析和设计，对其气动位置控制系统进行了深入研究，对气动机械手的控制系统的硬件、软件进行了设计。经过调试运行，达到了预定效果。实践证明，所开发的以PLC为核心的气动机械手控制系统，运行可靠性高，操作简单方便，环境适应性强。

参考文献

[1]李超.气动通用上下料机械手的研究与开发[D]. 西安：陕西科技大学. 2003.

[2]陆鑫盛.气动新技术讲座――模块式气动机械手[J].液压气动与密封.2001（6）： 31～43.

[3]劳俊，伍世虔，杨叔子.模块化与现代制造技术[J]..制造技术与机床.2004（9）： 40～42 .

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关键词：机械手臂；智能；控制系统；设计

前言

由于机械手臂是近现代制造业发展中出现的新型的技术形式，它的逐步发展使得企业整体的生产水平得以进一步提高，因此在这种条件下开发研制一种多关节智能机械手臂，但是这种机械手臂所要涉猎学科广泛，包括机械学、力学和计算机信息技术等，这就使得机械手臂在控制上常常出现一些不足，因此本文主要基于机械手臂的工作原理和构成，采用CAN总线对于机械手臂进行智能控制，可以使得机械手臂的控制能力大大提高。

1.概述机械手臂的组成和工作模式

1.1机械手臂的组成

机械手臂主要是由控制系统和驱动装置、执行装置组成。首先，执行装置主要由手掌和腕部、手臂等组成，主要的用来抓取一些部件和工具，而且它可以根据不同抓取物的大小和形状变换不同的方式抓取；驱动装置主要是使得手臂变换不同的形态对于抓取物进行灵活抓取；控制系统主要是利用网络和多媒体信息技术对于整个机械手臂的自由度进行控制，进而使得机械手臂的自由度进一步提升，相对于以前的点动和连续性控制效率大大提高。由于现在大多的工厂采用伺服电动和计算机信息技术进行机械手臂控制的[1]。

1.2机械手臂的工作模式

机械手臂的伺服驱动装置，主要是通过关节的驱动对于机械手的基本动作进行控制，目前机械手臂主要是采用闭环控制的原理进行控制。伺服电机的基本原理是计算主机给出的关节应该操作的位置和计算机探测到的关节应该操作之间出现的误差，该误差通过数据模型的转换和功放之后，这样可以使得机械手臂和关节操作更加精准。各种伺服电机是现在经常使用的驱动装置，由于一般伺服电机输出的速率较高，输出转矩小，但是关节带动的力度和转速不足，但是力矩却较大。因此，在电机与负载间需要一种优质的驱动装置，使得转矩和转速在一定意义上达成一致。

另一种驱动装置是计算机控制系统，各关节伺服驱动性信号和指示都是通过主机进行计算后采样发出的。计算机根据整体的轨迹运行状态，进而得到在不同阶段和时间下轨迹运行数据，依据反向运动的原理把这些轨迹数据的变化，进一步转化成对于各个关节的指令数据。通常采用主机与关节计算机对于机械手臂进行控制。而且有时候需要进行智能化的操控，还需对包括视觉在内的各种传感信号进行搜集和处置并进行智能的形态下的辨析、解决问题、工作的规划、进行决策，这些才需要三级计算机形式进行控制[2]。

2.多关节智能机械手臂控制系统的设计

2.1多关节模式的设计

多关节的机械手臂主要是四个手指和六个手指构成，可以在垂直和水平这两个方向进行平面运动，而且通过四个或六个不同的电机对四个或六个手指进行控制，进而使得整个的手臂进行抓取的运动。当电脑的主机发出控制信号的时候，带有传感功能的装置就会对于要抓取的物体的位置进行探测，从而将控制器接收到信号，进而操作电机带动手臂和关节进行运动，等要抓取物体的时候就会对手臂发出指令，进而完成整个抓取动作，抓取结束后智能手臂控制系统还会将指令发送到电机装置，进而使得整个多关节模块完整的得以呈现，还可以使得机械手臂的自由度进一步提升，而且控制效率大大提高[3]。

2.2控制和驱动装置的整体过程的设置

现在国际和国内在控制多关节智能机械手臂主要是采用CAN总线进行调控，机械手臂的每个关节可以通过CAN总线进行规范化的控制和操作，而且每个关节都是这个网络控制下的一个环节，他们之间的关系是缺一不可和相辅相成的。每个关节都要与CAN总线进行连接，而且在传输数据的时候用数据包的形式，这就使得CAN总线通过控制器对于机械手臂的每个环节进行监测；另一方面，每个关节点和环节也可以通过自己的传感器将自己对于机械手臂监测信息传到CAN总线的控制网络上，进而形成一个封闭的控制系统，这样可以使得控制终端及时调整手臂的位置，进而更加精准的完成工作和任务，进一步提高生产的效率，而且还可以节省资源和控制上的人力投入。另外，整个设计过程不光需要硬件设备的投入，还需要注重设计过程中的计算机软件应用程序的建设，这对于完善整个智能手臂的控制设计模式有一定的促进作用，因为软件关系到整个网络控制系统的好坏，因此在设计的过程中很重视这方面的开发和研究。

3.结语

随着现代在制造业的不断发展，以及工业自动和机械化的不断推进，因此这就促使企业研制和探索开发智能机械手臂，从而使得自己的企业的工作和生产的效率进一步得以提升，而且也节约了工作的时间和人力和物力的投入。因此本文首先概述了机械手臂的组成和工作模式；其次，根据机械手臂以上的基本理论和原理的基础上，利用目前国际和国内先进的CAN总线的控制技术和模式，设计一种创新性的智能机械手臂控制装置，进而使得机械手臂的工作效率大大提高，智能性也逐步增强，而且也使得机械手臂的便捷性和灵活性大大提升，这对于整体工作效率的提高也也有一定促进作用。

参考文献：

[1]陈玄.基于模糊控制下多自由度机械手臂控制技术的研究[D].中北大学，2014.

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许多学生做笔记不用手写，而是记在笔记本或者平板电脑上。但是科学家们表示，这样记笔记效果不佳。如果你需要记住一些东西，就写下来。用手写笔记更有利于概念信息的长时记忆。

Turn off your computer if you want to remember something. Computers can be distracting. Computers provide the chance to send a quick message to a friend， check a sports’ score， shop or watch a funny cat video. It is really hard to resist a funny cat video. But computers may hurt performance in school， called academic performance.

如果你想记住一些东西就关掉你的电脑。电脑会分散你的注意力。你可以用电脑给朋友发消息，查看体育比分，购物或是观看有趣的猫咪视频。而我们真的很难抗拒有趣的猫咪视频。但是电脑可能会影响你在学校的表现，也就是学业成绩。

Students who type notes on a keyboard often type what the professor says word-for-word. They may type without really thinking about what they are typing. These electronic notes contained more words. But scientists say it leads to “mindless transcription”.

学生使用键盘记笔记，经常会逐字逐句打出教授说的话。他们可能对自己敲打键盘写下的内容没有进行过真正的思考。这些电子笔记包含了更多单词。但是科学家表示，他们会导致“盲目抄录”。

However， students taking notes by hand need to first process the information they hear. Then they record just the main points， or summarize. They use fewer words. This is because people usually write slower than they type. This process of summarizing information leads to a deeper understanding.

然而，学生们通过手写记笔记要先处理他们所听到的信息。然后他们记下的只是要点或者总结。他们用的文字更少。这是因为人们写字通常比打字要慢。这个总结信息的过程会引发深层次理解。

In the study， students listened to a teacher and then took a test. Some took notes by typing on a computer. The others took notes by writing them down. Both groups performed about the same in remembering facts. But students who typed their notes did much worse on conceptual questions. Also， researchers found that those who wrote their notes remembered conceptual information better a week later.

在这个研究中，学生听老师讲课然后参加考试。一部分学生用电脑记笔记，另一部分则用手写记笔记。两组学生记忆事实的表现大致相同，但在电脑上记笔记的学生在概念性问题做得更差。并且，研究人员发现，用手记笔记的学生，在一周之后仍能更好地记住概念信息。

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笔记本电脑高档者如IBMT41系列，单台价格超过3万元，价值上不逊于一辆低档汽车，但车险众多，笔记本电脑险又有谁见过？像手机、笔记本这样由于移动性强而特别容易丢失的情况，鲜有保险公司愿意为之单独策划相应的险种。

但从11月15日起，购买联想笔记本促销机型的用户只需加99元，就能获得一个“无忧无虑大礼包”，其中除了常见的USB光电鼠标、笔记本电脑包和64M魔盘外，还包含了价值万元的自注册之日起“一年笔记本财产综合险附加盗抢险”。从购买后进行用户注册之日起，一年的时间内，如果用户在使用笔记本的过程中遇到了偷盗、天灾等不可预计的情况时，将得到价值约万元的笔记本财产险（按照实际购买价格保险）。除此之外，联想笔记本的用户还享受自注册之日起“一年笔记本屏幕意外损坏保修服务”？熏即包含人为在内的非故意损坏，笔记本屏幕故障维修。

虽属促销，但可以看出此次联想促销手段的策划是非常用心的。眼下各大厂商的销售手段，可以说五花八门，各个厂商都有很多笔记本的促销招数来吸引消费者，有的厂商跟热门电影捆绑销售，而随机赠送鼠标、U盘等大礼包已经成为了惯用的手段了。联想暑期促销时，也曾用过给笔记本配备双电池的方式。但这次对购买笔记本的用户赠送的“双保险”，可谓是开创了笔记本“本险”时代。

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1、关闭用户体验计划：手机里有很多的默认设置，如果任由其开着，会在手机后台中无形般运行，不仅占用内存，而且非常耗电。比如“设置”-“其他”-“设备与隐私”-“加入用户体验计划”，就占用内存的默认设置。只需要将其关闭，就能优化很多的占用和节省我们手机的电量。

2、关闭桌面与锁屏杂志：用过oppo手机的都知道，oppo手机的壁纸总是会“不请自来”，还时不时更新，而且又占用内存，从而手机的运行添加许多的累赘，关掉这个功能就一劳永逸了。“设置”-“桌面与锁屏杂志”中找到“锁屏杂志”将其关闭即可。

3、清理文件夹的碎片缓存和垃圾：有些人来回安装和删除APP，虽然表面上APP删除了，但是实际上手机的碎片文件还残存。长期以往，手机越来越臃肿，手机自然而然就会变得卡顿了。对于这些碎片可以在手机的“文件管理”中进行选择性删除。

（来源：文章屋网 ）

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关键词 轴承 墩锻 上下料机械手 气缸 设计

中图分类号：TG315 文献标识码：A

1 轴承毛坯墩锻用闭式单点压力机

闭式单点压力机可完成冲裁、成形、弯曲、浅拉伸、校正等冷冲压工序，也可以进行锻压件热切边工序，是压制各种大、中型薄板成形工件不可少的设备之一。其广泛应用于汽车、农业机械、电机、家用电器、轻工、仪器仪表、航空、兵器等工业制造部门。闭式单点压力机在轴承内外圈冲压成型中广泛应用，目前基本由人工进行上下料，生产效率低、劳动强度大、工作条件差、危险性高。针对闭式单点压力机按照轴承内外圈加工工艺要求，特设计自动上下料机械手，该机械手具有体积小，重量轻，操作灵活，工作可靠，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，减轻劳动强度，提高生产效率等优点。

2 方案设计

用于轴承内外圈冲压闭式单点压力机的自动上下料机械手，其由以下三大子系统组成：机械系统、电气控制系统和气动系统。

2.1 结构方案设计

自动上下料机械手机械系统如图1和图2所示：主要由V型传送带、料斗、夹持机械手、送料气缸、夹紧气缸、推料气缸、导轨、滑板、底板、毛坯托板等组成。其工作原理为：轴承毛坯从加热炉输出到V型传送带上，V型传送带通过带轮旋转将毛坯输送到料斗，在锥形料斗中，毛坯恰好成直立状态，夹持机械手在夹紧气缸作用下，将毛坯夹住，然后由送料气缸推动滑板和夹持机械手将毛坯送到单电压力机的锻座上，夹持机械手松开，毛坯直立于锻座上，夹持机械手退回，压力机滑块下行，将毛坯墩锻成圆饼状，压力机滑块上行，并由推料气缸伸出将冲好的毛坯推出锻座，完成一个墩锻循环。

2.2 机械手控制时序

自动上下料机械手主要用于抓去圆柱形毛坯，主要完成物料夹紧、送料、推料等工作，其工作时序如图3所示。

2.3 气动系统设计

自动上下料机械手气动系统如图4所示，图中球阀是总进气通道总控制阀；空气组合元件由过滤器、减压阀和油雾器组成，过滤器主要负责过滤压缩空气中的杂质，减压阀主要负责控制系统压力，油雾器负责后端元件的给油。流量控制阀主要是控制3个气缸的进气和排气流量，3个电磁换向阀作用是控制气缸的运动方向，手动阀作用是控制系统是否进气。

3 设计计算

已知机械手所夹毛坯为2.6KG，重力约为约为26N，机械手与毛坯摩擦因数为 0.5，则夹持力与重力相等，则有：

气缸输出力为：

式中为气缸活塞最大速度，为气缸活塞理论基准速度，查得气缸的理论基准速度 = 400mm/s，根据参考文献查得 = 0.975，式（7）得 = 390mm/s，选用MB系列缸径50mm的气缸即能满足缓冲能力的要求。

② 推料气缸：已知气缸行程L=200mm，气缸动作时间t=0.8s，即气缸运动速度为250mm/s，取摩擦因素 = 0.5，由式（4）算得气缸所承受的负载为 = 0.5？.6？.8=13N，计算得推料气缸缸径为8.14mm，取D=32mm，选用MB系列缸径32mm的气缸能满足缓冲能力的要求。

③ 夹紧气缸：气缸行程L=30mm，气缸动作时间t=0.1s，气缸活塞运动速度为300mm/s，由气缸所需最小输出力F3 = 94N确定气缸的负载力为100N，计算出推料气缸缸径为22.6mm，取D=32mm，选用MB系列缸径32mm的气缸能满足缓冲能力的要求。

4 实验研究

该机械手使用表明：单点闭式压力机自动上下料机械手具有体积小、重量轻和操作灵活方便；能抵抗毛坯材料的高温，保证长期在高温工作条件下能够保持较高的可靠性等优点；其大大提高了锻压的生产率，降低了工人的劳动强度，降低成本，具有较高的使用价值和推广价值。

2011年浙江省大学生大学生科技成果推广项目（2011R42 7009）；衢州学院中青年学术骨干培养计划（XNZQN201104）

参考文献

[1] 刘文波，陈白宁，段智敏.工业机器人[M].沈阳：东北大学出版社，2007.12.

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关键词：气动机械手，结构优化，结构设计

前 言：

气动机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。

在现代工业技术应用的气动机械手能够实现4个自由度的运动，其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现。最前端的气爪抓取物品，通过气动肌肉的驱动实现各自关节的转动，使物品在空间上运动，根据合理的控制，最终实现机械手的动作要求。气动机械手回转臂的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。

1.气动机械手的原理

气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。它巧妙地应用力的平衡原理，使操作者对重物进行相应的位移，就可在空间内平衡移动定位负荷。重物在提升或下降时形成浮动状态，靠气路实现微重力的物料位移，操作力受工件重量影响。无需熟练的点动操作，操作者用手推拉重物，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置，或者通过操作台控制工件的位移可完成以下动作：送料、预夹紧、手臂上升、手臂旋转、小臂伸长、手腕旋转。

图1：气动机械手系统工作原理图

气压传动机械手的优点：（1）不用增速机构就能获得较高的运动速度，这是简易机械手的一项主要性能，其可适应各种快速自动搬运的工作。（2）能源方便，工厂都有压缩工作站。（3）空气泄漏基本无害。（4）适应易爆、易燃等恶劣环境。

（5）结构、保养都简单，成本低。（6）可将直线风缸和摆动风缸做成手臂的一部分，结构简单，刚性好。

2.气动机械手的主要部件和设计要求

根据模块化设计思想，机械手的各模块化机构分别为：立柱、手臂、小臂、手腕和手爪几个部分。论文选择圆柱坐标式机械手，木设计的机械手具有3个自由度：手臂伸缩；机身回转；机身升降。木设计的机械手主要由3个大部件和3个气缸组成：手部，采用一个气爪，通过机构运动实现手爪的运动。臂部，采用直线缸来实现手臂的伸缩。机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。

机械手的手部是机械手上承担抓取工件的机构，由于被抓取物件（炮弹）的形状近似于圆台，所以，其手爪采用特殊的V字型结构，即手爪的内表而设计成与圆台斜度相同的斜而，即保证了抓取的稳定又不会因“线接触”而影响炮弹的表而质量。通过对平衡气缸内空气压力快速精确的调节，实现对某一重量范围内工件的实时平衡状态。机械手可选择定制功能：平衡系统；垂直提升；负载平衡。设备回转关节设置刹车系统，可在任意所需要的位置刹车，使机械手可以长期或定期保持需要的状态。翻转90度、翻转180度和翻转任意角度（MAX270°）；断气保护：设备被意外断气时，设备上的储气罐装置可保证工人正常完成一个循环工作，然后进入刹车状态指不功能：负载指示、到位指示。误操作保护功能：工件在悬空时不可被释放。人性化操作手柄：控制按钮和人性化防滑手柄集成一体，让操作人更便捷操纵机体。工件表面保护：夹具接触工件部位装置保护物件，保证工件表而不会被刮伤。高效率工作：夹具设置抓取导向，让工件的拾取更高效。

控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作程序的存储方式有分离存储和集中存储两种。分离存储是将各种控制因素的信息分别存储于两种以上的存储装置中，如顺序信息存储于插销板、凸轮转鼓、穿孔带内；位置信息存储于时间继电器、定速回转鼓等；集中存储是将各种控制因素的信息全部存储于一种存储装置内，如磁带、磁鼓等这种方式使用于顺序、位置、时间、速度等必须同时控制的场合，即连续控制的情况下使用。

3.机械手回转臂的结构优化措施

为防止手臂沿伸缩方向轴线转动、加大承载能力，以及提高运动精度，必须设有导向装置。伸缩手臂的导向装置需根据伸缩手臂的安装形式、结构及负荷等条件来确定。用的有单导向杆和双导向杆。在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难，将旋转气缸安装在底板上，实现机械手的回转运动，使机械手向左或向右摆动。机械手末端执行器的水平伸缩运动和竖直升降运动各由一个气缸控制，即以最简单的形式，在完全伸出和回缩位置之间进行切换。

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Abstract： In today's society， science and technology has rapid development， and also the graphic monitoring has great improvement in the field of industrial automation. This design from the teaching point of view， introduces the overall structure of graphic monitoring robot teaching platform， using graphic monitoring to complete the simulated operation can not only monitor the manipulator， but also can simulate control. Through powerful animation function of configuration software can display the action process of manipulator in real time， through the simulation manipulator drawing， doing variables， programming to realize the simulation of the manipulator operation， the application of animation to simulate the effect of the manipulator operation reduces the difficulty of learning， but also can absorb the experience in a large extent and master knowledge.

关键词： 机械手；PLC；图形监控；组态技术

Key words： manipulator；PLC；graphic monitoring；configuration technology

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）36-0227-03

0 引言

随着我国社会主义市场经济的发展，现代工业日新月异，计算机应用的日益普及，在专业教学中，利用计算机进行仿真教学已经引起人们充分关注。从组态软件的内涵上说，组态软件是指在软件领域内，操作人员根据应用对象及控制任务的要求，配置（包括对象的定义、制作和编辑，对象状态特征属性参数的设定等）用户应用程序的过程，也就是把组态软件视为“应用程序生成器”。从应用角度讲，组态软件是完成系统硬件与软件沟通、建立现场与监控层沟通的人机界面的软件平台，它的应用领域不仅仅局限于工业自动化领域，还可应用于仿真教学和技能鉴定考核等领域。

图形监控机械手教学平台是一种适合大中专学生的具有开放式特征的教学平台。是多种高科技的融合，可以完成电工、电子、PLC、机械设计、传感器、机电控制、触摸屏技术、组态技术等许多课程的几百个实训实验。图形监控机械手教学平台的作用主要以展示机械结构、运动特征和功能关系为主。相对于工业机器人具有它的特殊性：首先，一台图形监控机械手教学平台相当于一个试验平台，要能显示多种运动性能。因此，利用组态软件可实现远程控制、可视画面同步和实时监测从而构成一个集动作控制、过程监测与控制的网络化、智能化、综合化、组态化的自动控制，在我国现代化工业发展进程中将起到巨大的推动作用。本文采用三自由度圆柱坐标型机械手结构，图形监控示教器采用组态软件和触摸屏，控制系统采用可编程序控制器，设计了图形监控机械手教学平台，具有造价低、调控容易、重复性好的特点。

1 图形监控机械手教学平台描述

如图1所示，图形监控机械手教学平台主要由图形监控示教器、机械手（手部和运动机构）和控制系统四大部分构成。

1.1 图形监控机械手教学平台功能及模块

①图形监控示教器：是人机交互（即运动轨迹的录入、编辑、储存，支持的图案元素，输入方法为引导示教式），主要由PC、组态软件和触摸屏来实现。

②机械手：主要由手部和运动机构组成。

1）手部是用来抓取工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种形式，如夹持型、托持型和吸附型等，主要由气缸、气控机械抓手来实现。

2）运动机构是使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式；主要由电机、步进电机及驱动模块来实现。

③控制系统：完成插补计算，脉冲输出及与电机驱动器信号的连接，位置测量，逻辑处理（限位信号，操作信号等），具有在线控制和离线控制功能（在线控制通过上位机控制软件实现控制，离线控制采用面板控制），主要由步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、旋转码盘、单片机及PLC控制电路来实现。

1.2 图形监控机械手教学平台控制方式 图形监控机械手的控制方式为手动和自动两种。工作过程为：

①进行手动控制时，手臂的升降、伸缩和腰部的回转、夹钳等张合的各流程需要进行点动控制。

②自动控制时，机械手首先回到初始位置，接着水平手臂伸出，碰到限位开关后停止，然后垂直手臂下降，碰到下限位开关停止运动，手爪电，夹紧工件，然后垂直手臂上升，碰到上限位开关停止，腰部顺时针旋转，直到碰到限位开关停止，手臂下降到下限位开关后，手爪电机反转，松开工件，最后垂直手臂再上升，水平手臂缩回，腰部逆时针旋转，回到初始状态。整个过程实现了将工件从A位置搬运到B位置。

2 图形监控机械手教学平台系统设计

2.1 图形监控机械手教学平台控制要求

①图形监控机械手教学平台具有启动、停止、水平移动（左移、右移）、垂直移动（上升、下降）、夹紧、放松等动作功能。

②可以通过启动、停止按钮控制机械手的启动、停止。

③机械手在原点位置，按下启动按钮后，机械手下降至工件处夹紧工件携工件上升至上限位右移至右限位（下一个工位上方）下降至指定位置放下工件后上升至上限位左移至左限位，回到原始位置。此过程反复循环执行。

④机械手运动过程中，如果按下停止按钮，机械手并不马上停止，而是继续工作，直到完成本周期操作，回到原始位置，之后停止，不再循环。如果按下急停按钮，机械手停在当前位置，解除急停后，按下复位按钮，机械手复位，停在初始位置等待重新开始操作。

⑤机械手的水平移动、垂直移动、夹紧、放松通过PLC控制的电磁阀实现。

2.2 图形监控机械手教学平台硬件设计 图形监控机械手教学平台的控制系统一般包括两个进步电机、一个直流电机、一个电磁阀，该系统可以让单台PLC进行多个对象控制，只有适当的选用高性能的PLC，才能实现该系统完全的控制功能。为了师生直观方便的使用，给予上位机/触摸屏（图形监控示教器）进行监控，如图2所示的控制结构。用于发讯息的开关如按钮、光电开关和行程开关作为PLC的输入信号，PLC的输出控制步进电机驱动器、继电器和电磁阀，用于完成手臂的升降/伸缩（左右）步进电机、手爪旋转直流电机和手爪夹紧/放松等控制。

①图形监控机械手教学平台控制系统的核心是三菱FX1N-24MT型PLC。该PLC有14点输入，10点输出，输出接口为晶体管型。步进电机、直流电机与PLC一般是不直接相连的，PLC与步进电机驱动器、接触器或者继电器的线圈相连。为了实现直流电机的正反转及安全互锁等问题，PLC输出端子接中间继电器，该继电器为直流继电器，具有4对常开常闭触点，额定电压为12V，能够满足直流电机互锁要求。

②图形监控机械手教学平台的控制系统中有两个步进电机、一个直流电机和一个电磁阀分别控制垂直手臂升降、水平手臂伸缩（左右）、腰部旋转和手爪夹紧/放松。垂直手臂步进电机由升/降步进电机驱动器控制上升和下降；水平手臂步进电机由左/右步进电机驱动器控制手臂伸出和缩回；腰部旋转直流电机由继电器分别控制顺时针转和逆时针转；手爪夹紧/放松由电磁阀分别控制夹紧和松开。同时为腰部旋转和手爪夹紧/放松输出端设置了互锁，这就实现了腰部旋转左转和右转、手爪夹紧和放松之间的互锁，防止输出相反的两个继电器和电磁阀同时为“ON”。

③图形监控机械手教学平台的控制系统还设置6个限位开关，分别安装在机械手的垂直手臂的最高位和最低位、水平手臂的最长位和最短位、腰部两侧，用于检测机械手的位置，机械手手爪的夹紧/放松由PLC内部的时间继电器控制。

④为了便于生产加工和维修、调整，设置了工作方式选择开关。当开关置于“自动”位时，机械手将工件从一个位置搬运到指定位置卸下，并返回原位等待下一个工件到来，全部自动进行；置于“手动”位时，通过按钮机械手垂直手臂的升降、水平手臂的伸缩、腰部的旋转、手爪的放松、夹紧等各动作流程进行点动控制。同时，为了保证在紧急情况下（包括PLC发生故障时）能可靠地切断PLC的负载电源，设置了交流接触器，在PLC开始运行时按下“负载电源”按钮，使交流接触器线圈得电并自锁，交流接触器的主触点接通，出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。

2.3 图形监控机械手教学平台软件设计 图形监控机械手教学平台运行方式有两种，首先在控制面板上或图形监控示教器选择运行方式，如果选择了“手动”方式，程序按照手动程序运行，如果选择“自动”方式，程序首先检查机械手是否位于原点位置，也就是满足初始状态，满足的话则进入自动运行程序，不满足的话先完成回原点程序再进行自动程序的运行。控制系统的流程图如图3所示。

2.4 图形监控机械手教学平台监控系统设计（图形监控示教器）

2.4.1 实现机图形监控械手教学平台运行的动态演示

组态软件集成了图形技术，人机界面技术，数据库技术，控制技术，网络与通信技术，使控制系统开发人员不必依靠某种具体的计算机语言，只需通过可视化的组态方式，就可完成监控软件设计，降低了监控画面开发难度。组态软件拥有丰富的工具箱、图库和操作向导，使开发人员避免了软件设计中许多重复性的开发工作，可提高开发效率，缩短开发周期，已成为监控系统主要的软件开发工具之一。

组态软件提供了多种控制器件库、图形控制和功能组件，可组态各种显示与控制功能，创建画面和信息并将其与PLC程序链接，以图形形式显示系统操作状态、当前过程值及故障信息，提供友好的人机界面来操作被监控的设备或系统，对PLC系统中的实时数据进行显示、记录、存储、处理，满足各种监控要求。

利用组态软件创建一个工程项目，在工程项目中创建一个“初级演示”画面，在“初级演示”画面上可以设计如图4所示的图形监控械手教学平台监控示意图，再设置垂直手臂升降、水平手臂伸缩（左右）、手爪夹紧/放松、工件、运行标志a、次数a等内存变量，设置矩形A、B、C等图形部件相关的动画组态，并设计初级演示画面的命令语言程序，反复调试，完成该工程项目的组态。

2.4.2 图形监控示教器控制PLC实现机械手动作 利用组态软件在工程浏览器中创建一个“简易控制”画面，在“简易控制”画面可以设计如图5所示的图形监控机械手教学平台控制图。

将三菱FX系列PLC与计算机或触摸屏的COM口连接，在工程浏览器中配置设备三菱PLC，再设置放松、夹紧、下移、上移、右移、左移等变量，这些变量分别与三菱PLC的输出端相关联，设置运行标志b、次数b等内存变量。设置图形部件、指示灯等图素相关的动画组态，并设计控制画面的命令语言程序，反复调试，完成“控制”画面的组态。

运行该工程项目，打开“简易控制”画面，可实现图形监控械手教学平台控制运行的仿真动态演示。运行过程中，伴随机械手的动作，相关的指示灯点亮或熄灭。

2.4.3 实现图形监控示教器与PLC联动的仿真教学 利用组态软件在工程浏览器中创建一个“仿真控制”画面，在“仿真控制”画面可以设计如图6所示的图形监控机械手教学平台仿真控制图。

设置运行标志c、次数c等内存变量。打开图库，选择开关图形，在六个指示灯旁放置六个开关。根据简易机械手的控制要求，在PLC内编制图形监控械手教学平台控制程序。设置图形部件、指示灯、开关等图素相关的动画组态，并设计仿真控制画面的命令语言程序，反复调试，完成“仿真控制”画面的组态。

运行PLC程序，运行图形监控械手教学平台控制组态工程，用组态软件实时显示图形监控械手教学平台的动作过程，用PLC控制图形监控械手教学平台步进电机、直流电机和电磁阀，实现组态软件与PLC联动的仿真教学。

2.5 图形监控机械手教学平台运行调试 为了保存所有的组态设置，就需要关不所有组态监控程序。这时候将PLC程序下传到PLC装置中让其运行，为了进入组态工程运行界面，就需要切换到离线状态，然后在启动组态软件。在运行过程中，我们可以通过按钮的操作检测出所编的程序是否正确。经过运行测试后，该教机械手教学平台控制系统的动作才能进行有效监控，PLC程序才能达到控制要求。

3 结论

图形监控对机械手控制系统进行监控的时候，要以最少的人员配置来加强对机械手的管理，这样能够提供较为清晰、准确的机械手运行状态，以此来为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。本文通过介绍图形监控机械手对教学有很好的辅助作用，机械手控技术既是一项复杂的随机系统又是一项综合型的技术。

参考文献：

[1]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS用户指令.

[2]朱慧玲.教学机器人的开发与设计[J].机电产品开发与创新，2007，20（2）：17.

篇9

一、机械手的系统工作原理

机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及压力检测装置等所组成。在程序控制的条件下，采用气压传动与电机传动的混合传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。压力检测装置随时将机械手反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置.

二、机械手的整体设计方案

为了使机械手的设计简便，机械手的手部采用了夹持型的设计，它是连杆机构在气缸的带动下绕其回转中心旋转来带动手指的开闭的，优点是动作灵敏，结构 设计简单，适应性强，精度高，一定的承载能力等特点。

1. 机械手的手臂结构方案设计。按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和降（或俯仰）运动。对于手臂的升降，我们在考虑到平稳性和安全性以及升降的准确性之后，决定利用丝杠进行传动。同时考虑到手臂的转动以及回转体的特性，我们在立柱底下安装一台小型步进电机，步进电机来完成机械手的回转运动，手臂的横移通过气缸来实现。

2. 机械手的驱动方案设计。我们选择了电机驱动和气压传动，目前步进电机的最小转角完全能实现1.8°/s，的最小转角。而且步进电机的成本不高，进一步增加了机械手的通用性。气动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此也是比较合理的传动方式。

3. 机械手的控制方案设计。考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用单片机对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变程序即可实现，非常方便快捷。

4. 机械手的主要技术参数

一、机械手的最大抓重是其规格的主参数，由于是采用气压方式驱动，因此考虑抓取的物体不应该太重

二、基本参数运动速度是机械手主要的基本参数，影响机械手动作快慢的主要因素是手臂伸缩及回转的速度

三、手部结构设计

1. 夹持式手部结构

1.1手指的形状和设计

夹持式是最常见的一种，本文采用两指式夹取。

1.2手部夹紧气压缸的设计

（1）手部驱动力计算。假设夹起质量最大为1KG的工件，在1s内水平匀速直线运动0.3m，设两手指原始间隔40mm当手指间隔为20mm时触碰工件并夹紧，夹持点距转轴的力臂大约为800mm.

假设综合摩擦系数为u=0.15，由G=mg得G=9.8N，又G=2uF可得F=32.67N （F为手指对工件的家夹持力）

则夹持距为：M=F・S=32.67x0.8=26.13N・m

（2）确定气缸内径。根据竖直臂的工作载荷以及初选的工作压力，缸径D可以利用下述的公式计算出，当活塞杆收缩克服载荷做功时：

其中：D为气缸的内径（m）；F1为作用于气缸活塞上的推力（N）；P为初选的工作压力（Pa）；n为总机械效率（当气缸动态性能要求和工作频率较高时，n=0.3一0.5.

（3）水平伸缩气缸内径的计算。对于气缸伸缩运动，利用流体的知识，v=Q/s，Q为流体流量，S为底面积，暂定v=0.05m/s，s=2πr2=2×π0.012=6.28×10-4m2，

所以Q=VS=

气缸收缩时所承受的外力F 20N，水平伸缩的行程为30mm，伸出或缩回的时间为0.5s.

取d/D=0.5，P=0.5Mpa， =0.4代入公式得

≈0.0239m=23.9mm

2. 电机丝杆螺母传动

底座的圆周运动采用电机带动齿轮传动，机械手的上下运动为丝杆螺母传动和气缸伸缩运动。

经过查阅市面上的伺服电机减速器一体设备的输出转速为1200r/min，暂定机械手的上下运动的速度为0.05m/s左右，接下来我们计算丝杆螺距。

已知n=1200r/min即为20r/s，而v=0.05m/s。

又有，即，

四、传感器的选取

压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器，特点：小型轻便、响应快、在线性好、可靠性高。

我们选择小尺寸微型称重拉压力传感器传感器的满量程输出电压（MAX mv）=传感器的拱桥电压（5到15VDC的范围内，）X传感器的灵敏度（例如：1MV/V或者2MV/V）

传感器所受到的力与传感器的输出电压呈线性关系满足：Ymv=a*Xf

产品参数：精度：0.1%F・S；工作温度范围：-20～+65℃；灵敏度：1～2 ±0.1mv/v

五、机械手的控制系统

对于机械手，我们采用单片机进行控制。单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点在对价格和性能的考虑下，我们选择了80C51系列的增强型单片机80C522单片机。

六、结论

1.采用电机和气缸的混合传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好，不会因环境变化影响传动及控制性能。阻力损失和泄漏较小，不会污染环境。同时成本低廉。

2.机械手采用单片机进行控制，有很高的安全性和可靠性，同时也很方便去改动程序，是的机械手的通用性更强。

作者简介：门柯平，西南交通大学机械工程学院。

向顺，西南交通大学机械工程学院。

篇10

葆苾康带给中网和WTA的价值

中国网球公开赛（简称“中网”）是亚洲最高级别的皇冠级赛事，是WTA（国际女子职业网联）和ATP（国际男子职业网联）全球赛事中非常重要的一部分。目前，中国网球公开赛已经成为顶级球员汇集的经典赛事。

作为WTA全球官方营养品唯一提供商，葆苾康连续参与了2011、2012年度中国网球公开赛。今年，葆苾康又成为中国网球公开赛白金赞助商，帮助更多运动员增强体质。在此之前，葆苾康一直在帮助WTA球员补充营养，使得她们更加健康，并且为了让球员使用产品没有后顾之忧，葆苾康还提出百万美金保障计划，即如果运动员服用的葆苾康营养补充品，在WADA违禁药物测试中得出阳性反应，葆苾康将赔偿该运动员当前年度收入的两倍金额，最高达100万美金。

中网和WTA为葆苾康带来的价值

葆苾康自进入中国市场以来，已开展了大量的品牌推广活动，如WTA、中网嘉年华、《生命时报》、《家庭医生》等。中国网球公开赛和WTA中网嘉年华极大地提升了葆苾康的品牌形象，帮助其在中国市场树立了良好口碑。

以2011年数据为例，葆苾康通过赞助2011中国网球公开赛，2500小时的国际电视转播为葆苾康带来超过100万美元的赞助商Logo曝光价值。经过分析发现，2011中国网球公开赛期间，葆苾康Logo在亚太地区获得的曝光价值最高，超过总比重的80%，而在全球58家转播商的转播中，CCTV-5（中央电视台体育频道）又成为创造最高曝光价值的媒体。

除了电视转播，网络电视也为葆苾康带来将近690万美元的赞助商Logo曝光价值，其中CNTV（中国网络电视）的贡献价值最高。

与此同时，中网各活动及赛事的新闻会、醒目的场地广告、赞助商站位、球员活动均为葆苾康树立健康、向上的形象做出贡献。今年中网赛事期间，现场参与人数超过10万，葆苾康为观众提供了丰富多彩的网球游戏、互动体验以及知名球星签名活动，向世界展现了“精选营养 精彩表现”的风采；葆苾康产品展台向观众展示了优质的产品，并为参与活动的观众准备了大豆蛋白粉的试吃；世界网球冠军郑洁、美国网球公开赛冠军斯托瑟以及刚刚在韩国和东京获得双打冠军的琼斯和斯皮尔斯等WTA运动员参与互动，为葆苾康健康向上的品牌形象提供了强烈说服力。

WTA运动员大使的赞扬

两度参加中国网球公开赛，葆苾康除在会场进行产品的展示和推广外，其品质也得到了众多WTA运动员大使的赞扬，并获得了“中国网球公开赛独家合作伙伴”称号，获得“杰出贡献奖”。世界网球冠军郑洁说：“我相信葆苾康USANA产品，因为它的背后有一支优秀的专家团队，他们用100%的专业力量保证着这些产品的品质，我很乐意推荐葆苾康USANA产品给我所有的家人和朋友，因为我相信葆苾康USANA。”

在2011年度美国网球公开赛上，WTA三位成员荣获冠军：澳大利亚球员斯托瑟获得女单冠军，美国选手胡贝尔获得女双冠军，美国选手奥丁获得混双冠军。

斯托瑟说：“使用正确的营养补充产品很重要。”

胡贝尔说：“我是WTA众多年龄较大队员中的一员，在了解葆苾康USNAN后，我开始了巨大的转变，开始关注我的健康，我的饮食和我的营养补充，我感觉我已经达到我的巅峰状态。”

奥丁说：“我要感谢我的支持者，他们给予我在内的众多WTA运动员以支持，葆苾康USNAN为女子运动提供了极大的支持，我为成为葆苾康USNAN的品牌大使感到骄傲。”

获得“大满贯”对于网球选手而言，是至高无上的荣耀。葆苾康在助力 WTA运动员节节破竹的同时，也为提升自身的品牌形象、客户享誉度及市场占有率打下基础，为将来在全球保健品市场获得“大满贯”埋下伏笔。

【链接】

目前葆婴公司拥有四大产品系列：

葆婴Babycare母婴系列是全国妇联，计划生育委员会，卫生部，民政部等17大部委联合发起的“心系新生命-种子工程”系列活动连续六年的唯一战略合作伙伴，曾被BBC报道为“亚洲增速第一的母婴品牌。”

葆?康USANA是适合家人的功能性保健食品，是国际网球女子联盟WTA 运动员官方指定的唯一营养品提供商。