机械手组态设计.doc

no沈阳理工大学课程设计专用纸目录0 前言.21组态王.31.1组态王软件的简介.31.2 组态王软件的典型组件.31.3组态王软件的特点.42机械手系统设计.5 2.1 机械手的简介.52.2 机械手的组成.52.3 机械手的工作原理.63课程设计的分析.73.1 机械手的工作过程. 73.2 建立组态工程.73.3 定义数据变量.73.4 系统界面设计.83.5 程序及流程图.93.6 系统的运动调试.12 结束语13 参考文献140前言机械手自动结构的积极作用正日益为人们所认识，它能部分的代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序，时间和位置来完成工件的筛选与传送。因为它能大大改善公人的劳动条件，加快实现工业生产的机械化和自动化，因此，受到各企业的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用，尤其是在高温，高压，高粉尘，噪声的场合，应用的更为广泛。在我国，近年来也有快速的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分拣，而本课设便是结合相应的硬件，完成分拣动作。第1章 组态王1.1 组态王软件的简介 本系统采集控制软件选用中国本土软件厂商北京亚控科技发展有限公司生 产的，国内最早的商用组态软件“组态王” 。截止到 2009 年底， “组态王”已在 国内装机量有 10 万套，成功地应用于我国工业领域的各行各业，例如石油、化 工、电力、冶金、造纸、橡胶、环保、机械制造等等，在中国使用的监控软件中， 组态王拥有国内最多的用户。1.2 组态王软件的典型组件(1)图形界面开发程序是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在图形编辑工具的支持下进行图形系统生成工作所依赖的开发环境。通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统,供图形运行环境运行时使用。(2)图形界面运行程序在系统运行环境下，图形目标应用系统被图形界面运行程序装入计算机内存并投入实时运行。(3)实时数据库系统组态程序有的组态软件只在图形开发环境中增加了简单的数据管理功能，因而不具备完整的实时数据库系统。目前比较先进的组态软件（如力控等）都有独立的实时数据库组件，以提高系统的实时性，增强处理能力。实时数据库系统组态程序是建立实时数据库的组态工具，可以定义实时数据库的结构、数据来源、数据连接、数据类型及相关的各种参数。(4)实时数据库系统运行程序在系统运行环境下，目标实时数据库及其应用系统被实时数据库系统运行程序装入计算机内存并执行预定的各种数据计算、数据处理任务。历史数据的查询、检索、报警的管理都是在实时数据库系统运行程序中完成的。(5)i/o驱动程序是组态软件中必不可少的组成部分，用于和i/o设备通讯，互相交换数据，dde和opc client是两个通用的标准i/o驱动程序，用来和支持dde标准和opc标准的i/o设备通讯。多数组态软件的dde驱动程序被整合在实时数据库系统或图形系统中，而opc client则多数单独存在。 1.3 组态王软件的特点 (1)丰富的i/o。 将组态王和驱动程序整合在一起，通用性强，含有多种io驱动程序，能与较多的plc通信，并且通信可靠。(2)报警和事件系统。 组态王报警系统具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点。组态王分布式报警管理提供多种报警管理功能。包括：基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能，以及通过网络的远程报警管理。组态王还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。报警和事件具有多种输出方式：文件、数据库、打印机和报警窗，并且可以利用控件等工具轻松浏览和打印报警数据库的内容。(3)安全系统。 组态王采用分级和分区保护的双重保护策略，对新增用户组和安全区管理、999个不同级别的权限和64个安全区形成双重保护，另外组态王能记录程序运行中操作员的所有操作。第2章 机械手系统的设计2.1 机械手的简介机械手现在已经应用于各行各业中，无论是在工地，港口还是各种各样的生产过程中，都涉及到机械手的操作。它是一种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。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。2.2 机械手的组成 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（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结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，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，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。2.3 机械手的工作原理机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（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结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，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，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。第3章 课程设计的分析3.1 机械手的工作过程 按下开始按钮装置开始工作，机械手首先做下降运动，待下降到位后，机械手张开手指抓取物品(抓紧物品时间由定时器确定)；然后机械手上升到最上端(由上限位开关确定)，再向右运动；到达右端后，机械手开始下降，下降到位后机械手松开，放下物品；再将机械手上升，如此循环提取物品。机械手工作过程流程如下所示： 原始位下降夹紧上升右移 左移 上升 放松 下降3.2 建立组态工程 运行组态环境，在“组态王”工程管理器(projmanager)选择选单“文件新建工程”或单击“新建”按钮。在工程路径文本框中输入一个有效的工程路径，或单击“浏览”按钮后在弹出的路径选择对话框中选择一个有效的路径。在工程名称文本框中输入工程的名称，该工程名称同时将被作为当前工程的路径名称。在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字。工程名称长度应小于32个字节，工程描述长度应小于40个字节。单击“完成”完成工程的新建。3.3 定义数据变量 数据库是”组态王”软件的核心部分，在工程管理器中，选择”数据库数据词典”，双击”新建图标”，弹出”变量属性”对话框，创建机械手各个变量数据，数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也即定义数据变量的过程。定义数据变量的内容主要包括：指定数据变量名称、类型、初始值和数值范围，确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。数据对象有io开关型、io数值型、io字符型、内存开关型等8种类型。不同类型的数据对象，属性不同，用途也不同。 设计中的数据变量：时间（内存整数）、垂直移动（内存整数）、水平移动（内存整数）、物体水平移动（内存整数）、旋转（内存整数）、上行灯（内存离散）、下行灯（内存离散）、左行灯（内存离散）、右行灯（内存离散）、夹紧显示（内存离散）、启动（内存离散）、传送带（内存离散）。 变量的设置如图3-1所示：图3-1：变量的设置3.4 系统界面设计在组态王平台上建立“机械手控制系统”窗口并设置好窗口属性。通过绘图工具箱中的工具，绘制出组建系统所需的各个元件，调用系统控件制作控制按钮，利用文字标签对相应元件进行注释。最后生成的整体效果图如图3-2所示：图3-2：生成的整体效果图3.5 控制系统程序编程及流程图控制系统程序如下：if(本站点启动=1)本站点时间=本站点时间+1;if(本站点时间5 &本站点时间10 &本站点时间50 &本站点时间55 &本站点时间60)本站点水平移动1=本站点水平移动1+10 ;本站点旋转=本站点旋转+3;本站点水平移动=本站点水平移动-10;本站点向上灯亮=0;本站点向左灯亮=1;if(本站点时间100)本站点水平移动1=0;本站点时间=0;本站点向左灯亮=0;else本站点垂直移动=0;本站点垂直移动1=0;本站点启动=0;本站点时间=0;本站点水平移动=0;本站点水平移动1=0;本站点向上灯亮=0;本站点向下灯亮=0;本站点向左灯亮=0;本站点向右灯亮=0;本站点水平移动2=0; 流程图如下：机械手下降夹起物体机械手上升机械手右移机械手下降放开物体机械手上升机械手左移复位循 环开始3.6 系统的运行调试机械手控制系统的界面设计、关联变量和程序编制完成后，就程序进行调试，最后完成的系统运行效果图如图3-7、3-8所示：图3-7：系统运行效果图图3-8：系统运行效果图结束语本次课程设计的主要目的是:熟悉并熟练掌握组态王软件的功能和特点、掌握组态软件的系统构成、通过组态王软件的使用，进一步掌握了解机械手的工作原理、培养自主查找资料，搜索信息的能力、培养实践动手能力与合作精神。设计主要任务：了解机械手的控制要求、确定系统的控制方案、利用组态软件编制监控系统图形界面、建立实时数据库、画面的图形对象与数据库的数据变量之间的关系、编制程序实现对机械手以及物品的控制和监视。课程设计主要内容：熟悉所用组态软件的操作、查看有关参考书籍、查阅相关文献资料、独立设计基于组态软件的机械手的控制方案、根据实际系统的要求，进行简单的画面设计与编辑，简单控制程序的编写，设定动画连接等功能、进行程序的运行，调试与改进。本次课程设计使我们加深了对组态软件的了解，熟悉组态软件对机械手控制系统的设计、画面的设计、参数变量的设定、程序的编制，运行，调试与改进、机械手控制系统的动画连接。这次课程设计是我们班每个人都亲自参加的一次组态王应用练习设计，它帮助我们更加深刻的了解和掌握了一些关于组态王的应用知识和方法。在这个学习调试运行的过程中我也遇到很多问题经过老师和同学的帮助最终解决了这些问题，成功地调试出结果，完成了本次课程设计，达到了预期的效果和目标。但这使我更加深刻地体会到对于这门课程还有多东西没有完