齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

第4章 智能机械手的调试

前三章完成了方案的论证和软硬件的选型和设计，使得智能码垛机械手在结构和性能上有了很大的完善，最后要将机械手投入应用，离不开对机械手工作流程的设定，和对其的准确调试。

本章主要在整体上，根据机械手的作业实际现场来完成机械手的工作流程图，对各种伺服电机控制机械手各部分时间的设定。并利用力控组态软件动画体现机械手的运行，直观体现智能码垛机械手的各部分运行，给智能码垛机械手应用到实际工作中奠定了基础。

4.1 机械手的流程

智能码垛机械手作业流程：启动后，各个机械臂进行回零复位，检测相关工作状态后，进行工作数据的输入。自检测无误后进行路径规划，即对伺服电机位置控制的制定，然后开始作业。下列图分别是数据输入子程序、主程序流程图，工作子程序图。

工作数据输入输入码垛对象外形参数输入启动起点相关参数选择码垛方式示教确定码放区域示教确定抓取点数据自检

图4-1 数据输入子程序

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开始机械臂复位检测工作状态标志监测工作操作标志工作数据输入N输出错误类型工作各传感器标志初始化载入已检测各值数据检测传感器输入N是否有货Y大臂下降小臂下降手爪夹持数据自检无误Y伺服驱动器规划规划无误是否加紧YN工作小臂上升大臂上升按所规划路径运动工作是否完成Y机械臂复位N大臂下降小臂下降输出错误类型停机调试手爪释放大小臂提升手爪复位停止原路径返回

图4-2主程序流程图 图4-3工作子程序流程图

4.2 机械手现场调试及路径规划分析

所谓路径规划是指给定机械手的初始位姿及机械手末端的目标位姿，在机械手的工作范围内寻找一条无碰撞路径。本设计的码垛机械手面向工业应用，要求机械手的工作易于控制，尽量简化操作者的工作步骤，工作步骤的简化也从另一方面减少了误操作的可能性，提高了稳定性和可靠性，因此我们采用了结合示教的路径规划算法。

对于智能码垛机械手来说，码垛作业对机械手的起终点位姿有要求，在路径中间只有速度、加速度和位置空间限制，点位控制只要求满足起终点位姿，在轨迹中间只有几何限制、最大速度和加速度约束；为了保证运动的连续性，要求速度连续，各轴协调。所以点位控制即可满足码垛机械手的控制要求，我们选择结合示教的点位路径规划方法，实现码垛机械手的点位控制。

在示教之前，需要通过输入码垛对象的相关参数，之后只需通过示教盒操纵机械手

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确定抓取点和放置点，即可根据特定算法形成路径，结合示教的路径规划流程图如下图所示，码垛对象的外形参数包括其形状和尺寸参数，启动起始点相关参数包括启动时抓手最低点距堆垛平面的距离、抓手几何中心至传送带端面距离、释放高度等，码放区域的确定只需要通过示教确定该区域的对角线的两个端点即可，可根据实地情况输入参数和确定运行时间指令，确定一条路径[11]。

选择码垛方式输入·码垛对象外形参数输入启动起始点相关参数示教确定码放区域示教确定抓取点重新输入显示错误原因检查各参数是否相互干涉N根据起始点和终止点计算路径Y

图4-4 示教流程图

抓物件行程末端手爪动作臂部抬起大臂动作臂部放下放物件T/S空行程臂部抬起底座回转小臂动作12345678

图4-5 码操机械手各个机构的工作循环图

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4.3 智能码垛机械手示意

下面介绍利用力控组态软件对机械手控制系统进行动画设计步骤如下： （1）设备连接

设备连接打开组态软件，进入工程管理器，新建一个工程，选择他的存储路径并设定项目名称为“机械手”进入工程浏览器后，首先进行设备的连接。上位机COM1与PLC之间通过PC/PPI编程电缆连接，选择工程浏览器左侧大纲项“设备\\COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”，相关配置如图4-6所示：

图4-6 设置配置向导

（2）通讯设备参数设置

在力控工程浏览器的工程目录显示区，点击“设备”大纲项下PLC 与上位计算机所连串口，进行参数设置。PLC 的通信参数与组态设置应一致，同时组态系统的COM1口设置要与PLC 一致。PLC 采用默认的通信参数如下：波特率为9600bps，通信协议为PPI，模式为十一位。 （3）构造数据库

数据库是力控软件的核心部分。建立在数据库中的各种变量负责和各种外部设备进行数据交换，以及相关数据的存储，它将组态的工程的各个部分连接成有机的整体。选择工程浏览器左侧大纲项“数据库\\ 数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框，创建机械手控制系统各个变量数据。这些变量与PLC 内部变量一一对应，PLC的输入输出完全由组态王内部变量代替。通过建立动画连接，这样PLC的实际输入输出状态就以动画的形式都反映在组态监控界面上。变量的定义如图4-7所示

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