機(jī)械手組態(tài)設(shè)計.doc

no沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙目錄0 前言.21組態(tài)王.31.1組態(tài)王軟件的簡介.31.2 組態(tài)王軟件的典型組件.31.3組態(tài)王軟件的特點(diǎn).42機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計.5 2.1 機(jī)械手的簡介.52.2 機(jī)械手的組成.52.3 機(jī)械手的工作原理.63課程設(shè)計的分析.73.1 機(jī)械手的工作過程. 73.2 建立組態(tài)工程.73.3 定義數(shù)據(jù)變量.73.4 系統(tǒng)界面設(shè)計.83.5 程序及流程圖.93.6 系統(tǒng)的運(yùn)動調(diào)試.12 結(jié)束語13 參考文獻(xiàn)140前言機(jī)械手自動結(jié)構(gòu)的積極作用正日益為人們所認(rèn)識，它能部分的代替人的勞動并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序，時間和位置來完成工件的篩選與傳送。因為它能大大改善公人的勞動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，因此，受到各企業(yè)的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用，尤其是在高溫，高壓，高粉塵，噪聲的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國，近年來也有快速的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要對流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行分揀，而本課設(shè)便是結(jié)合相應(yīng)的硬件，完成分揀動作。第1章 組態(tài)王1.1 組態(tài)王軟件的簡介 本系統(tǒng)采集控制軟件選用中國本土軟件廠商北京亞控科技發(fā)展有限公司生 產(chǎn)的，國內(nèi)最早的商用組態(tài)軟件“組態(tài)王” 。截止到 2009 年底， “組態(tài)王”已在 國內(nèi)裝機(jī)量有 10 萬套，成功地應(yīng)用于我國工業(yè)領(lǐng)域的各行各業(yè)，例如石油、化 工、電力、冶金、造紙、橡膠、環(huán)保、機(jī)械制造等等，在中國使用的監(jiān)控軟件中， 組態(tài)王擁有國內(nèi)最多的用戶。1.2 組態(tài)王軟件的典型組件(1)圖形界面開發(fā)程序是自動化工程設(shè)計工程師為實施其控制方案，在圖形編輯工具的支持下進(jìn)行圖形系統(tǒng)生成工作所依賴的開發(fā)環(huán)境。通過建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng),供圖形運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行時使用。(2)圖形界面運(yùn)行程序在系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下，圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)被圖形界面運(yùn)行程序裝入計算機(jī)內(nèi)存并投入實時運(yùn)行。(3)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)程序有的組態(tài)軟件只在圖形開發(fā)環(huán)境中增加了簡單的數(shù)據(jù)管理功能，因而不具備完整的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目前比較先進(jìn)的組態(tài)軟件（如力控等）都有獨(dú)立的實時數(shù)據(jù)庫組件，以提高系統(tǒng)的實時性，增強(qiáng)處理能力。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)程序是建立實時數(shù)據(jù)庫的組態(tài)工具，可以定義實時數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)連接、數(shù)據(jù)類型及相關(guān)的各種參數(shù)。(4)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行程序在系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下，目標(biāo)實時數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)被實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行程序裝入計算機(jī)內(nèi)存并執(zhí)行預(yù)定的各種數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)處理任務(wù)。歷史數(shù)據(jù)的查詢、檢索、報警的管理都是在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行程序中完成的。(5)i/o驅(qū)動程序是組態(tài)軟件中必不可少的組成部分，用于和i/o設(shè)備通訊，互相交換數(shù)據(jù)，dde和opc client是兩個通用的標(biāo)準(zhǔn)i/o驅(qū)動程序，用來和支持dde標(biāo)準(zhǔn)和opc標(biāo)準(zhǔn)的i/o設(shè)備通訊。多數(shù)組態(tài)軟件的dde驅(qū)動程序被整合在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或圖形系統(tǒng)中，而opc client則多數(shù)單獨(dú)存在。 1.3 組態(tài)王軟件的特點(diǎn) (1)豐富的i/o。 將組態(tài)王和驅(qū)動程序整合在一起，通用性強(qiáng)，含有多種io驅(qū)動程序，能與較多的plc通信，并且通信可靠。(2)報警和事件系統(tǒng)。 組態(tài)王報警系統(tǒng)具有方便、靈活、可靠、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。組態(tài)王分布式報警管理提供多種報警管理功能。包括：基于事件的報警、報警分組管理、報警優(yōu)先級、報警過濾、新增死區(qū)和延時概念等功能，以及通過網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程報警管理。組態(tài)王還可以記錄應(yīng)用程序事件和操作員操作信息。報警和事件具有多種輸出方式：文件、數(shù)據(jù)庫、打印機(jī)和報警窗，并且可以利用控件等工具輕松瀏覽和打印報警數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。(3)安全系統(tǒng)。 組態(tài)王采用分級和分區(qū)保護(hù)的雙重保護(hù)策略，對新增用戶組和安全區(qū)管理、999個不同級別的權(quán)限和64個安全區(qū)形成雙重保護(hù)，另外組態(tài)王能記錄程序運(yùn)行中操作員的所有操作。第2章 機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計2.1 機(jī)械手的簡介機(jī)械手現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于各行各業(yè)中，無論是在工地，港口還是各種各樣的生產(chǎn)過程中，都涉及到機(jī)械手的操作。它是一種能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。2.2 機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個自由度。控制系統(tǒng)是通過對機(jī)械手每個自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。2.3 機(jī)械手的工作原理機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個自由度。控制系統(tǒng)是通過對機(jī)械手每個自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。第3章 課程設(shè)計的分析3.1 機(jī)械手的工作過程 按下開始按鈕裝置開始工作，機(jī)械手首先做下降運(yùn)動，待下降到位后，機(jī)械手張開手指抓取物品(抓緊物品時間由定時器確定)；然后機(jī)械手上升到最上端(由上限位開關(guān)確定)，再向右運(yùn)動；到達(dá)右端后，機(jī)械手開始下降，下降到位后機(jī)械手松開，放下物品；再將機(jī)械手上升，如此循環(huán)提取物品。機(jī)械手工作過程流程如下所示： 原始位下降夾緊上升右移 左移 上升 放松 下降3.2 建立組態(tài)工程 運(yùn)行組態(tài)環(huán)境，在“組態(tài)王”工程管理器(projmanager)選擇選單“文件新建工程”或單擊“新建”按鈕。在工程路徑文本框中輸入一個有效的工程路徑，或單擊“瀏覽”按鈕后在彈出的路徑選擇對話框中選擇一個有效的路徑。在工程名稱文本框中輸入工程的名稱，該工程名稱同時將被作為當(dāng)前工程的路徑名稱。在工程描述文本框中輸入對該工程的描述文字。工程名稱長度應(yīng)小于32個字節(jié)，工程描述長度應(yīng)小于40個字節(jié)。單擊“完成”完成工程的新建。3.3 定義數(shù)據(jù)變量 數(shù)據(jù)庫是”組態(tài)王”軟件的核心部分，在工程管理器中，選擇”數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典”，雙擊”新建圖標(biāo)”，彈出”變量屬性”對話框，創(chuàng)建機(jī)械手各個變量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)變量是構(gòu)成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實時數(shù)據(jù)庫的過程也即定義數(shù)據(jù)變量的過程。定義數(shù)據(jù)變量的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量名稱、類型、初始值和數(shù)值范圍，確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時間范圍和保存期限等。數(shù)據(jù)對象有io開關(guān)型、io數(shù)值型、io字符型、內(nèi)存開關(guān)型等8種類型。不同類型的數(shù)據(jù)對象，屬性不同，用途也不同。 設(shè)計中的數(shù)據(jù)變量：時間（內(nèi)存整數(shù)）、垂直移動（內(nèi)存整數(shù)）、水平移動（內(nèi)存整數(shù)）、物體水平移動（內(nèi)存整數(shù)）、旋轉(zhuǎn)（內(nèi)存整數(shù)）、上行燈（內(nèi)存離散）、下行燈（內(nèi)存離散）、左行燈（內(nèi)存離散）、右行燈（內(nèi)存離散）、夾緊顯示（內(nèi)存離散）、啟動（內(nèi)存離散）、傳送帶（內(nèi)存離散）。 變量的設(shè)置如圖3-1所示：圖3-1：變量的設(shè)置3.4 系統(tǒng)界面設(shè)計在組態(tài)王平臺上建立“機(jī)械手控制系統(tǒng)”窗口并設(shè)置好窗口屬性。通過繪圖工具箱中的工具，繪制出組建系統(tǒng)所需的各個元件，調(diào)用系統(tǒng)控件制作控制按鈕，利用文字標(biāo)簽對相應(yīng)元件進(jìn)行注釋。最后生成的整體效果圖如圖3-2所示：圖3-2：生成的整體效果圖3.5 控制系統(tǒng)程序編程及流程圖控制系統(tǒng)程序如下：if(本站點(diǎn)啟動=1)本站點(diǎn)時間=本站點(diǎn)時間+1;if(本站點(diǎn)時間5 &本站點(diǎn)時間10 &本站點(diǎn)時間50 &本站點(diǎn)時間55 &本站點(diǎn)時間60)本站點(diǎn)水平移動1=本站點(diǎn)水平移動1+10 ;本站點(diǎn)旋轉(zhuǎn)=本站點(diǎn)旋轉(zhuǎn)+3;本站點(diǎn)水平移動=本站點(diǎn)水平移動-10;本站點(diǎn)向上燈亮=0;本站點(diǎn)向左燈亮=1;if(本站點(diǎn)時間100)本站點(diǎn)水平移動1=0;本站點(diǎn)時間=0;本站點(diǎn)向左燈亮=0;else本站點(diǎn)垂直移動=0;本站點(diǎn)垂直移動1=0;本站點(diǎn)啟動=0;本站點(diǎn)時間=0;本站點(diǎn)水平移動=0;本站點(diǎn)水平移動1=0;本站點(diǎn)向上燈亮=0;本站點(diǎn)向下燈亮=0;本站點(diǎn)向左燈亮=0;本站點(diǎn)向右燈亮=0;本站點(diǎn)水平移動2=0; 流程圖如下：機(jī)械手下降夾起物體機(jī)械手上升機(jī)械手右移機(jī)械手下降放開物體機(jī)械手上升機(jī)械手左移復(fù)位循 環(huán)開始3.6 系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試機(jī)械手控制系統(tǒng)的界面設(shè)計、關(guān)聯(lián)變量和程序編制完成后，就程序進(jìn)行調(diào)試，最后完成的系統(tǒng)運(yùn)行效果圖如圖3-7、3-8所示：圖3-7：系統(tǒng)運(yùn)行效果圖圖3-8：系統(tǒng)運(yùn)行效果圖結(jié)束語本次課程設(shè)計的主要目的是:熟悉并熟練掌握組態(tài)王軟件的功能和特點(diǎn)、掌握組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成、通過組態(tài)王軟件的使用，進(jìn)一步掌握了解機(jī)械手的工作原理、培養(yǎng)自主查找資料，搜索信息的能力、培養(yǎng)實踐動手能力與合作精神。設(shè)計主要任務(wù)：了解機(jī)械手的控制要求、確定系統(tǒng)的控制方案、利用組態(tài)軟件編制監(jiān)控系統(tǒng)圖形界面、建立實時數(shù)據(jù)庫、畫面的圖形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間的關(guān)系、編制程序?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械手以及物品的控制和監(jiān)視。課程設(shè)計主要內(nèi)容：熟悉所用組態(tài)軟件的操作、查看有關(guān)參考書籍、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料、獨(dú)立設(shè)計基于組態(tài)軟件的機(jī)械手的控制方案、根據(jù)實際系統(tǒng)的要求，進(jìn)行簡單的畫面設(shè)計與編輯，簡單控制程序的編寫，設(shè)定動畫連接等功能、進(jìn)行程序的運(yùn)行，調(diào)試與改進(jìn)。本次課程設(shè)計使我們加深了對組態(tài)軟件的了解，熟悉組態(tài)軟件對機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計、畫面的設(shè)計、參數(shù)變量的設(shè)定、程序的編制，運(yùn)行，調(diào)試與改進(jìn)、機(jī)械手控制系統(tǒng)的動畫連接。這次課程設(shè)計是我們班每個人都親自參加的一次組態(tài)王應(yīng)用練習(xí)設(shè)計，它幫助我們更加深刻的了解和掌握了一些關(guān)于組態(tài)王的應(yīng)用知識和方法。在這個學(xué)習(xí)調(diào)試運(yùn)行的過程中我也遇到很多問題經(jīng)過老師和同學(xué)的幫助最終解決了這些問題，成功地調(diào)試出結(jié)果，完成了本次課程設(shè)計，達(dá)到了預(yù)期的效果和目標(biāo)。但這使我更加深刻地體會到對于這門課程還有多東西沒有完