課程設(shè)計(jì)--工業(yè)機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　第1章 前言</b></p><p>　　1.1機(jī)械手實(shí)驗(yàn)要求</p><p>　　熟完成一個(gè)工業(yè)機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，（對(duì)象自己定）要求有流程圖畫面，報(bào)表畫面。各畫面間能實(shí)現(xiàn)靈活切換，所以畫面都能實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。</p><p><b>　　1.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><

2、p>　　1．熟悉組態(tài)王軟件，達(dá)到熟練使用組態(tài)軟件的常用工具;</p><p>　　2．學(xué)會(huì)完成組態(tài)工程的設(shè)計(jì)步驟;</p><p>　　3．鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和分析問題解決問題的能力。</p><p><b>　　1.3組態(tài)王的特點(diǎn)</b></p><p>　　它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等

3、優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)

4、畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。</p><p>　　第2章 機(jī)械手的工作原理</p><p>　　機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)

5、，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)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(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)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2～3個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制

6、?？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(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。</p><p>　　機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)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(dòng)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。</p><p>　　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(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換

7、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(xiǎn)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(dòng)條件。</p><p>　　第3章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1機(jī)械手的工作過程</p><p>　　按下開始按鈕裝置開始工作，機(jī)械手首先做下降運(yùn)動(dòng)，待下降

8、到位后，機(jī)械手張開手指抓取物品(抓緊物品時(shí)間由定時(shí)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(dòng)；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。</p><p>　　機(jī)械手工作過程流程如圖3-1所示：</p><p>　　原始位→下降→夾緊→上升→右移</p><p>　　↑

9、 ↓</p><p>　　左移← 上升 ← 放松 ←下降</p><p>　　圖3-1 機(jī)械手工作過程流程圖</p><p>　　3.2 組態(tài)在機(jī)械手中的應(yīng)用</p><p>　　組態(tài)軟件又稱上位機(jī)管理軟件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，它提供了靈活的組態(tài)工具，人機(jī)交互界面好，能充分實(shí)現(xiàn)工業(yè)各領(lǐng)域的管理控制、數(shù)據(jù)采集、連續(xù)控制及統(tǒng)

10、計(jì)過程控制。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)充分運(yùn)用組態(tài)王的仿真功能實(shí)現(xiàn)人機(jī)的交流，以達(dá)到對(duì)機(jī)械手的控制。</p><p>　　第4章 機(jī)械手的組態(tài)畫面設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4-1 組態(tài)畫面設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 建立組態(tài)工程</p><p>　　運(yùn)行組態(tài)環(huán)境，在“組態(tài)王”工程管理器(Proj—Manag

11、er)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(gè)有效的工程路徑，或單擊“瀏覽?”按鈕后在彈出的路徑選擇對(duì)話框中選擇一個(gè)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(shí)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(duì)該工程的描述文字。工程名稱長(zhǎng)度應(yīng)小于32個(gè)字節(jié)，工程描述長(zhǎng)度應(yīng)小于40個(gè)字節(jié)。單擊“完成”完成工程的新建。</p><p>　　4.2 定義數(shù)據(jù)變量<

12、/p><p>　　數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)＼數(shù)據(jù)詞典”，雙擊”新建圖標(biāo)”，彈出”變量屬性”對(duì)話框，創(chuàng)建機(jī)械手各個(gè)變量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)變量是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)間范圍和保存期限等。數(shù)據(jù)對(duì)象有I／O開關(guān)型、I／O數(shù)值型、

13、I／O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(duì)象，屬性不同，用途也不同。</p><p>　　設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)變量：時(shí)間（內(nèi)存整數(shù)）、垂直移動(dòng)（內(nèi)存整數(shù)）、水平移動(dòng)（內(nèi)存整數(shù)）、物體水平移動(dòng)（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(dòng)（內(nèi)存離散）、傳送帶（內(nèi)存離散）。</p><p><b

14、>　　變量的設(shè)置如圖：</b></p><p>　　圖4-2 變量的設(shè)置</p><p>　　4.3 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)</p><p>　　在組態(tài)王平臺(tái)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(gè)元件，調(diào)用系統(tǒng)控件制作控制按鈕，利用文字標(biāo)簽對(duì)相應(yīng)元件進(jìn)行注釋。</p><p>　

15、　設(shè)計(jì)流程圖如圖所示：</p><p>　　1<下行時(shí)間<5，下行燈亮</p><p>　　抓取時(shí)間1，電機(jī)燈亮 傳送帶運(yùn)動(dòng)</p><p>　　5<向上時(shí)間<10，上行燈亮</p><p>　　10<右移時(shí)間<50，右行燈亮</p><p>　　50&l

16、t;下移時(shí)間<55，下行燈亮</p><p><b>　　電機(jī)燈亮</b></p><p>　　圖4-3 設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　4.4控制系統(tǒng)程序的設(shè)定</p><p><b>　　控制系統(tǒng)程序如下：</b></p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\啟動(dòng)==1)

17、</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\時(shí)間=\\本站點(diǎn)\時(shí)間+1;</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間<=5)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)+10;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\下行燈=1;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間>5 &&

18、\\本站點(diǎn)\時(shí)間<=10)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)-10;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\物體垂直移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\物體垂直移動(dòng)+10;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\下行燈=0;\\本站點(diǎn)\上行燈=1;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間>10 &&\\本站

19、點(diǎn)\時(shí)間<=50)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)+5;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\物體水平移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\物體水平移動(dòng)+5;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\上行燈=0;\\本站點(diǎn)\右行燈=1;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間>50 &&\\本站點(diǎn)\時(shí)間&l

20、t;=55)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)+10;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\物體垂直移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\物體垂直移動(dòng)-10;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\右行燈=0;\\本站點(diǎn)\下行燈=1;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間>55 &&\\本站點(diǎn)\時(shí)間<=6

21、0)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)-10;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\下行燈=0;\\本站點(diǎn)\上行燈=1;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間>60)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\旋轉(zhuǎn)=\\本站點(diǎn)\旋轉(zhuǎn)+1 ;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\物體水平移動(dòng)

22、=\\本站點(diǎn)\物體水平移動(dòng)+5;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)-10;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\上行燈=0;\\本站點(diǎn)\左行燈=1;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\電機(jī)燈亮=1;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間>80)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\物

23、體水平移動(dòng)=0;\\本站點(diǎn)\時(shí)間=0;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\左行燈=0;\\本站點(diǎn)\電機(jī)燈亮=0;}}</p><p>　　else{\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)=0;\\本站點(diǎn)\物體垂直移動(dòng)=0;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\啟動(dòng)=0;\\本站點(diǎn)\時(shí)間=0;\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)=0;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\物體水平移動(dòng)=0

24、;\\本站點(diǎn)\上行燈=0;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\下行燈=0;\\本站點(diǎn)\左行燈=0;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\右行燈=0;\\本站點(diǎn)\傳送帶水平移動(dòng)=0;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\電機(jī)燈亮=0;}</p><p><b>　　4.5 動(dòng)畫連接</b></p><p>　

25、　由圖形對(duì)象搭制而成的圖形界面是靜止不動(dòng)的，需要對(duì)這些圖形對(duì)象進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)計(jì)，真實(shí)地描述外界對(duì)象的狀態(tài)變化，達(dá)到過程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。組態(tài)王實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫設(shè)計(jì)的主要方法是將用戶窗1：3中的圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫屬性。</p><p><b>　　機(jī)械手</b></p><p>　　圖4-4 機(jī)械手動(dòng)畫連接</p>&

26、lt;p><b>　　物體</b></p><p>　　圖4-5 物體動(dòng)畫連接</p><p><b>　　開關(guān)</b></p><p>　　圖4-6 開關(guān)動(dòng)畫連接</p><p><b>　　指示燈</b></p><p>　　圖4-7 指示燈動(dòng)

27、畫連接</p><p><b>　　（5）傳送帶</b></p><p>　　圖4-8 傳送帶動(dòng)畫連接</p><p><b>　　電機(jī)</b></p><p>　　圖4-9 電機(jī)動(dòng)畫連接</p><p>　　4.6 系統(tǒng)的運(yùn)行于調(diào)試</p><p>

28、　　機(jī)械手控制系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)、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)行效果圖如下：</p><p>　　圖4-10 機(jī)械手控制系統(tǒng)的運(yùn)行效果圖</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)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

29、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(shí)踐動(dòng)手能力與合作精神。</p><p>　　設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、畫面的圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)變量之間的關(guān)系、編制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)械手以及物品的控制和監(jiān)視。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)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

30、獻(xiàn)資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)基于組態(tài)軟件的機(jī)械手的控制方案、根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的要求，進(jìn)行簡(jiǎn)單的畫面設(shè)計(jì)與編輯，簡(jiǎn)單控制程序的編寫，設(shè)定動(dòng)畫連接等功能、進(jìn)行程序的運(yùn)行，調(diào)試與改進(jìn)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)使我們加深了對(duì)組態(tài)軟件的了解，熟悉組態(tài)軟件對(duì)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、畫面的設(shè)計(jì)、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

31、控制系統(tǒng)的動(dòng)畫連接。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)是我們班每個(gè)人都親自參加的一次組態(tài)王應(yīng)用練習(xí)設(shè)計(jì)，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(shí)和方法。在這個(gè)學(xué)習(xí)調(diào)試運(yùn)行的過程中我也遇到很多問題，感謝孟老師對(duì)我的指導(dǎo)和幫助，感謝我的同學(xué)們對(duì)我的細(xì)心講解，使得本次的課程設(shè)計(jì)能夠順利成功地調(diào)試出結(jié)果，完成了本次課程設(shè)計(jì)，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(huì)到對(duì)于這門課程還有多東西沒有完全掌握

32、也認(rèn)識(shí)到這門課程的重要性,，使我受益匪淺。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 北京亞控科技有限公司．組態(tài)王電子參考手冊(cè)EZ]．2003[2] 吳明亮，蔡夕忠．可編程控制器實(shí)訓(xùn)教程[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社2005[3] Wonderware Corporation．In Touch 7．0 AdvancedTraining