基于组态的机械手设计

1、第一章 组态王1.1 组态王的特点组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。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。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

2、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。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。1.2 组态软件的结构划分从总体上讲，组态软件是由两大部分构成的，系统开发环境：是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进行应用程序的

3、系统生成工作所必须依赖的工作环境。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,供系统运行环境运行时使用。系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。系统运行环境：在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运 第1页 共12页行。系统运行环境由若干个运行程序组成，如图形界面运行程序、实时数据库运行程序等。 组态软件支持在线组态技术，即在不退出系统运行环境的情况下可以直接进入组态环境并修改组态，使修改后的组态直接生效。自动化工程设计工程师最先接触的一定是系统开发环境，通过一定工作量的系统组态和调试，最终将目标应用程序在系统运行环境投入实时运

4、行，完成一个工程项目。(2)按照成员构成划分。组态软件因为其功能强大，而每个功能相对来说又具有一定的独立性，因此其组成形式是一个集成软件平台，由若干程序组件构成。1.3 用途在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC , C , FORTRAN等）来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。软件的出现，解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如DCS组态，PLC梯形图组态。人机界面生成软件就叫组态。其实在其他行业也有组态

5、的概念，人们只是不这么叫而已。如AutoCAD， (PowerPoint)都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品，并以数据文件保存作品，而不是执行程序。组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在时的。组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。1.4使用组态王软件的特点(1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。(2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简

6、单,参数输入与修改灵活。(3)具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。第2页 共12页第二章 机械手工作原理2.1 机械手构成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。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

7、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微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。2.2 工作原理及流程机械手主要由手部、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

8、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等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。第3页 共12页机械手流

9、程框图，如图2-1所示图2-1第4页 共12页机械手的种类，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。工作流程如下，开始时机械手下降到部件的高度，然后夹紧部件，帯着部件上升一定高度，帯着部件向

10、右移动到传送带上方，下降一定距离，放松把部件放在传送带上，上升回原位，向左移动回到最初位置，继续循环工作。工作流程如下图2-2所示。图2-2第5页 共12页第三章 基于组态机械手系统设计3.1 新建工程运行组态环境，在“组态王”工程管理器(Manager)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。在工程路径文本框中输入一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。3.2 系统控制界面设计在组态

11、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3-1。图3-1第6页 共12页3.3 数据变量的定义数据库是”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。如图3-2所示。图3-23.4 动画连接由图形对象搭制而成的图形界面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。组态王实现图形动画设计的主要方法是将用户窗1：3中

12、的图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。物体的水平移动参数，如图3-3所示图3-3第7页 共12页机械手水平移动与垂直移动的参数如图3-4所示。图3-4传送带旋转参数如图3-5所示。图3-5第8页 共12页开关参数如图3-6所示图3-63.5 系统程序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)本站点垂直移动=本站点垂直移动+10;本站点向下灯亮=1;if(本站点时间>5 &&本站点时间<=10)本站点垂直移动=本站点垂直移动-10;本站点垂直移动1=本站点垂直移动1+10;本站点a=1;本站点左夹

13、=本站点左夹+20;本站点右夹=本站点右夹+20;本站点向下灯亮=0;本站点向上灯亮=1;if(本站点时间>10 &&本站点时间<=50)本站点水平移动=本站点水平移动+10;本站点水平移动1=本站点水平移动1+10;本站点水平移动2=本站点水平移动2+10;本站点向上灯亮=0;本站点向右灯亮=1;if(本站点时间>50 &&本站点时间<=55)本站点垂直移动=本站点垂直移动+10;本站点垂直移动1=本站点垂直移动1-10;本站点向右灯亮=0;本站点向下灯亮=1;本站点左夹=本站点左夹 第9页 共12页-20;本站点右夹=本站点右夹-20

14、;if(本站点时间>55 &&本站点时间<=60)本站点垂直移动=本站点垂直移动-10;本站点向下灯亮=0;本站点放=1;本站点夹紧显示=0;本站点向上灯亮=1;if(本站点时间>60)本站点电机=本站点电机+1 ;本站点水平移动1=本站点水平移动1+10 ;本站点旋转1=本站点旋转1+10;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

15、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;本站点左夹=0;本站点右夹=0;第10页 共12页设计总结本次课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。通过这次课程设计，我对组态的知识有了进一步的学习。通过这次设计，本人在多方面都有所提高。通过这次设计，综合运用本专业所学课程的理论，设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固所学的内容，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在设计过程中遇到了很多问题，我都没有放弃，不明白的地方就及时查资料，问同学或是找老师帮忙。经过查阅有关方面的书籍，获取了很多专业方面的知识，拓展了视野，增加了我实际动手能力。在此感谢我们的老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次设计的每个实验细节和每个结果，都离不开老师您的细心指导。第11页 共12页参考文献1 袁秀英.组态控制技术M.电子工业出版社.20032 王晓根.工业控制组态软件仿真系统中的应用M.20013 北京亚控科技有限公司.组态王电子参考手册J20034马国华.监控