桁架机械手控制系统
桁架机械手结构和设计分析
桁架机械手结构和设计分析桁架机械手是一种利用桁架结构设计的机械手臂，具有轻量化、高强度和高稳定性的特点，被广泛应用于工业机器人、航空航天、汽车制造等领域。
在本文中，我们将对桁架机械手的结构和设计进行分析，探讨其优点和应用前景。
一、桁架机械手结构分析1. 桁架结构桁架结构是由多个横竖交错的杆件和节点连接构成的空间结构，能够承受较大的受力，并且具有较高的刚度和稳定性。
采用桁架结构设计的机械手臂能够具有较高的承载能力和较好的运动稳定性。
2. 关节连接桁架机械手的关节连接采用智能化设计，可以实现多自由度的运动，并且具有较大的工作空间。
关节连接的结构设计也决定了机械手的精度和灵活性，因此需要进行精细的设计和优化。
3. 轨迹规划桁架机械手的轨迹规划采用先进的控制算法和传感器技术，可以实现高精度、高速度的运动控制，并且能够适应复杂的工作环境和任务需求。
桁架机械手在实际生产中具有较大的应用前景。
1. 轻量化设计桁架机械手的设计采用轻量化材料和结构设计，能够实现机械手的轻盈、高强度和高稳定性。
轻量化设计也能够减小机械手的能耗和成本，提高其工作效率和经济性。
2. 结构优化3. 控制系统三、桁架机械手的应用前景1. 工业机器人2. 航空航天桁架机械手在航空航天领域具有较大的应用前景，能够实现飞机部件的装配和维护工作，提高生产效率和质量。
桁架机械手也能够适应复杂的空间环境和任务需求，因此具有较大的市场潜力。
3. 汽车制造桁架机械手具有较高的优点和应用前景，能够满足复杂生产环境和任务需求，因此在工业自动化领域具有较大的市场需求和发展空间。
相信随着科技的不断进步和创新，桁架机械手将会在未来的工业自动化中发挥越来越重要的作用。
桁架机械手结构和设计分析
桁架机械手结构和设计分析1. 引言1.1 桁架机械手结构和设计分析介绍桁架机械手是一种具有高度灵活性和精准性的工业机器人，其设计和结构分析对于提高生产效率和质量具有重要意义。
本文将对桁架机械手的结构和设计进行深入分析，并探讨其工作原理、结构组成、设计要点、性能优势和应用领域。
桁架机械手通过桁架结构实现多自由度运动，可以完成复杂的工业任务。
其结构由横梁、立柱、关节和执行器等组成，通过精密的控制系统实现精准定位和操作。
设计要点包括结构刚度、负载能力、运动速度和精度等方面，关乎机器人的稳定性和性能表现。
桁架机械手具有快速响应、高精度、重复性好、节能环保等优势，适用于各种制造业领域，如汽车制造、电子设备组装、航空航天等。
通过优化设计和控制算法，桁架机械手在现代工业生产中发挥着不可替代的作用。
在深入分析和研究桁架机械手的结构和设计特点的基础上，可以更好地理解其工作原理和性能优势，为其在工业生产中的应用提供更有效的支持和指导。
2. 正文2.1 桁架机械手的工作原理分析桁架机械手是一种常用于工业生产线上的自动化装配机器人，其工作原理可以分为三个主要部分：控制系统、传动系统和执行系统。
控制系统是桁架机械手的大脑，负责接收并处理来自外部的指令，以实现机械手的各项动作。
控制系统通常由PLC（可编程逻辑控制器）或者工控机组成，通过编程来实现机械手的自动化操作。
控制系统可以根据预先设定的程序来指导机械手进行各种动作，包括抓取、放置、旋转等。
传动系统是桁架机械手的动力来源，主要由伺服电机、减速器、传动链条等组成。
伺服电机可以提供足够的力和速度，减速器可以将电机提供的高速度降低到合适的速度，传动链条将力传递给机械手各部件，使其进行相应动作。
执行系统是桁架机械手的动作执行部分，包括各种执行器、传感器等。
执行系统根据控制系统发出的指令，利用传动系统提供的动力，实现机械手的各项动作。
传感器可以监测机械手的位置、速度、力度等参数，确保机械手的准确运行。
桁架机械手的结构组成和动作原理
桁架机械手的结构组成和动作原理桁架机械手主要实现机床制造过程的自动化，并采用了集成加工技术，适用于生产线的上下料、工件翻转、工件转序等。
桁架机械手由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
按机器人结构分类为直角坐标型，机械手沿二维直角坐标系移动。
主体部分通常采用龙门式结构，由y向横梁与导轨、z向滑枕、十字滑座、立柱、过渡连接板和基座等部分组成，z向的直线运动皆为交流伺服电动机通过蜗轮减速器驱动齿轮与y向横梁、z向滑枕上固定的齿条作滚动，驱动移动部件沿导轨快速运动。
移动部件为质量较轻的十字滑座和z向滑枕，滑枕采用由铝合金拉制的型材。
横梁采用方钢型材，在横梁上安装有导轨和齿条，通过滚轮与导轨接触，整个机械手都悬挂在其上。
桁架机械手的控制核心通过工业控制器(如：PLC，运动控制，单片机等)实现。
通过控制器对各种输入(各种传感器，按钮等)信号的分析处理，做出一定的逻辑判断后，对各个输出元件(继电器，电机驱动器，指示灯等)下达执行命令，完成X，Y，Z三轴之间的联合运动，以此实现一整套的全自动作业流程。
在国内的机械加工，目前很多都是使用专机或人工进行机床上下料的方式，但是随着社会的进步和发展，科技的日益进步，产品更新换代加快，专机和人工有很多不足，占地面积大，柔性不够，生存效率低下，等等已经不能满足大批量生产的需求。
由于桁架机械手输送的速度快，加速度大，加减速时间短。
当输送较重的工件时，惯量大，因此，伺服驱动电机要有足够的驱动和制动的能力，支撑元件也要有足够的刚度及强度。
只有这样，才能使伺服电动机满足桁架机械手输送的高响应、高刚度及高精度要求。
在选择合适伺服电动机的情况下，根据物料运动的距离和运行节拍，计算出伺服系统的位移和轨迹，对驱动器PID参数进行动态调整。
桁架机械手根据接收到的位移、速度指令，经变化、放大并调整处理后，传递给运动单元，通过光纤传感器对运行状态进行实时检测，在高速搬运过程中，运动部件在极短的时间内到达给定的速度，并能在高速行程中瞬间准停，通过高分辩率式编码器的插补运算，控制机械误差和测量误差对运动精度的影响。
二轴桁架机器人控制系统实训报告
二轴桁架机器人控制系统实训报告
一、实验目的
了解常用电器元件的使用。
了解步进和伺服电机的使用。
3.熟悉 PLC控制。
4.体会析架机械手的搬运过程。
二、实验器材
1.格架机械手实训装置1套。
2.多心电缆线一根。
3.一字螺丝刀(小)一只。
三、实验原理
PLC根据事先下载的程序来输出高速脉冲到步进驱动器或伺服驱动器，步进驱动器或伺服驱动器使步进电机或伺服电机运转。
四、实验步骤
1.根据附表一用多心电缆线连接机构和电路板:
2.如下图插上电源插头，推上空开，给设备上电:
3.打开三联件。
4.如下图，上电后等待PLC初始化完成（run灯常亮绿灯)，按
下启动按钮，机械手回零完成后，放一个物料到原料仓里，机械手抓取物料到模拟加工进行加工，加工完成后，机械手把加工好的成品放入成品仓。
再次放一个物料到原料仓里，机械手将继续上述过程。
按下停止或急停，机械手停止;急停旋起后或者不再按停止按钮，此时按下启动，机械手再次运行。
5.实训结束，关闭电源，整理实验台。
基于PMAC的四轴桁架机械手控制系统设计与研究
然而，尽管本次演示的研究取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处，例 如未考虑复杂的生产环境对控制系统性能的影响。未来研究方向可以包括拓展控 制算法以适应更复杂的生产环境和提高机械手的自适应性。
参考内容
引言
四轴飞行器是一种具有广泛应用前景的无人机，其控制系统对于飞行器的稳 定性和精度具有至关重要的作用。随着科技的不断进步，嵌入式技术逐渐成为四 轴飞行器控制系统的重要发展方向。本次演示将围绕基于嵌入式的四轴飞行器控 制系统展开研究与设计进行详细阐述。
PMAC作为一种可编程自动化控制器，广泛应用于各种工业自动化设备中。近 年来，越来越多的研究基于PMAC的桁架机械手控制系统设计。这些研究主要集中 在运动学模型建立、动力学分析、传感器融合等方面。此外，一些研究还了控制 策略的设计，以实现更精确和灵活的机械手控制。
研究方法
本次演示在设计和实现基于PMAC的四轴桁架机械手控制系统时，主要考虑了 以下因素：
基于PMAC的四轴桁架机械手控 制系统设计与研究
01 摘要
03 文献综述
目录
02 引言 04 研究方法
目录
05 结果与讨论
07 参考内容
06 结论
摘要
本次演示主要研究了基于PMAC（Programmable Machine Automation Controller）的四轴桁架机械手控制系统的设计与实现。针对工业生产中的桁架 机械手控制问题，本次演示提出了一种新的控制策略，旨在提高机械手的运动精 度、稳定性和灵活性。通过实验验证，本次演示所设计的控制系统在桁架机械手 应用中具有显著的优势。
感谢观看
引言
桁架机械手在现代化工业生产中扮演着举足轻重的角色，尤其在精密制造、 自动化生产线等领域发挥着重要作用。为了满足工业生产不断提高的精度和效率 要求，针对桁架机械手的控制系统设计显得尤为重要。本次演示旨在研究基于 PMAC的四轴桁架机械手控制系统的设计与实现，以期提高机械手的运动性能。
桁架机械手的结构设计
桁架机械手的结构设计一、引言介绍桁架机械手的定义和应用领域，阐述桁架机械手结构设计的重要性。
二、桁架机械手的基本结构1. 桁架机械手的组成部分：支撑结构、运动机构、末端执行器。
2. 支撑结构：固定在地面上，承受整个系统的重量和力矩，保证系统稳定。
3. 运动机构：由电机、减速器、传动装置等组成，控制桁架机械手在三维空间内的运动。
4. 末端执行器：根据不同应用场景选择不同的执行器，如夹爪、喷嘴等。
三、桁架机械手的运动方式1. 平移运动：通过水平方向上的移动实现物体在平面内的移动。
2. 提升运动：通过垂直方向上移动实现物体在竖直方向上的变化。
3. 回转运动：通过旋转实现物体在水平面内或竖直平面内旋转。
四、桁架机械手关节设计1. 关节类型：旋转关节和直线关节。
2. 关节传动方式：齿轮传动、同步带传动、蜗轮蜗杆传动等。
3. 关节驱动方式：电机驱动、液压驱动、气压驱动等。
五、桁架机械手的控制系统1. 控制系统的组成部分：控制器、编码器、传感器等。
2. 控制系统的工作原理：通过编程实现对机械手的运动控制。
3. 控制系统的分类：开环控制和闭环控制。
六、桁架机械手结构设计中需要考虑的因素1. 负载能力：根据实际应用需求确定负载能力，选择合适的支撑结构和执行器。
2. 运动速度和精度：根据应用场景确定运动速度和精度要求，选择合适的电机和传感器。
3. 系统稳定性：保证整个系统在运行过程中稳定可靠，避免因失稳而导致事故发生。
七、桁架机械手结构设计案例分析以某厂家生产的桁架机械手为例，介绍其具体结构设计方案，包括支撑结构、运动机构、执行器等。
八、桁架机械手结构设计的未来发展趋势1. 智能化：引入人工智能技术，实现自主学习和自主决策。
2. 模块化：将桁架机械手模块化，方便维护和升级。
3. 轻量化：采用新型材料和结构设计，减轻整个系统的重量。
九、结论总结桁架机械手的结构设计要点和发展趋势，强调其在工业生产中的重要作用。
桁架机械手工作原理
桁架机械手工作原理
桁架机械手是一种多关节并联机器人，由支架、执行器、关节和末端执行器等组成。
工作原理如下：
1. 结构：桁架机械手采用类似桥梁桁架结构，通过众多连接件和连接杆件组成支架，形成一个空间框架结构。
2. 关节：桁架机械手通常有多个关节，在每个关节处设置执行器，可以控制关节的转动。
关节的旋转在三维空间内构建出机械手的工作区域。
3. 传动：执行器通过传动装置将动力传递给关节，使关节能够做出相应的运动。
传动方式可以有齿轮传动、链条传动、皮带传动等多种方式。
4. 控制系统：桁架机械手的关节运动由控制系统控制。
控制系统接收输入信号，经过处理后，将控制信号发送给执行器，从而实现机械手的运动。
控制系统可以采用编程控制、传感器反馈控制等方式。
5. 末端执行器：桁架机械手的末端通常安装有执行器，可以用于抓取、搬运、装配等操作。
末端执行器可以是夹具、机械手爪、吸盘等。
总体来说，桁架机械手通过关节的连续旋转和末端执行器的操作，完成各种工业生产任务。
工作原理是通过控制系统控制关节运动，从而实现末端执行器对物体的操作。
桁架机械手具有结构简单、运动灵活和可扩展性强等特点，广泛应用于物流、装配、焊接、喷涂等领域。
桁架机械手控制系统
-I-
1.桁架机械手控制系统
北京凯恩帝自动化科技有限公司
1 桁架机械手控制系统
1.1
基本配置
系统组成
概述
触摸屏版本：RS485_115200_E82_160530 PLC 版本：KTC_STD_3.0_201603xx CNC 软件版本：KTC_B02_V4.0.00a_160128[01_160127] 控制轴数：3 个（X 轴控制料盘，Y 轴和 Z 轴控制桁架机械手） 控制料盘数：2 个
切换窗口
按对应键可在不同窗口间切换。
-3-
工作方式切换键
工作方式状态 报警状态
北京凯恩帝自动化科技有限公司
1.桁架机械手控制系统
1.3.1.2 状态显示
换料工作状态
自动换料（连续运行）、自动换料（单段运行）。
工作方式状态
自动方式、手动方式、手轮方式、回零方式
报警状态
NC 报警：CNC 报警标志置位，解除 NC 报警后改标志消失 PLC 报警：PLC 报警标志置位，解除 PLC 报警后改标志消失 PLC 工作异常：PLC 未及时更新计数器，检查 PLC 版本并确认 D10908 数值是否变化 脱机运行：触摸屏未与 CNC 建立连接，在设置页面检查触摸屏 ID 密码是否正确 未连接电缆：触摸屏 COM2 口上未接收到任何反馈数据，检查电缆连接 未初始化 ID：触摸屏 ID 码为空，请联系机床厂家
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22 Z 轴快速下降到 Z 轴位置 2，然后切换到低速； 23 Z 轴慢速下降到 Z 轴位置 3； 24 气爪 2 放松，放加工完成工件； 25 Z 轴慢速上升到 Z 轴位置 2； Plc 向 HMI 发送加工完成信号，接收到启动信号后，继续执行。
自动换料循环过程（每次循环都等待 HMI 的启动信号） 5 Z 轴慢速下降到 Z 轴位置 3； 6 气爪 1 夹紧，抓取毛坯件； 7 Z 轴慢速上升到 Z 轴位置 2，然后切换到高速； 8 Z 轴快速上升到安全高度 Z 轴位置 1； 9 Y 轴快速运动到待换料位置 2；[二轴桁架结构使用]） （X 和 Y 轴快速运动到待换料位置 2）；[三轴桁架结构使用]
机械手示意图 卡盘示意图
料盘示意图
1.3.2.1 操作
循环启动 停止换料 单段开关
启动自动换料，触摸屏从当前料号（由[当前行号]和[当前列号]选择）开始换料，单颗料的换料过 程请参考 I1.1。
停止自动换料
PLC 将单颗料的换料过程划分为若干阶段，打开该开关，用户可单段调试每一个阶段。当前段结
-4-
Plc 呼叫换料； 安全门打开；
1快速运动到近换料位置 3； 12 Y 轴慢速运动到换料位置 4； 13 气爪 2 夹紧，取下已完成工件； 卡盘松； 14 Y 轴慢速回退到近换料位置 3； 15 旋转汽缸动作；气爪 1 和气爪 2 交换位置； 16 Y 轴慢速运动到换料位置 4； 17 气爪 1 放松，安装毛坯件； 卡盘夹紧； 18 Y 轴慢速回退到近换料位置 3； 19 Y 轴快速运动到待换料位置 2； 20 Z 轴快速运动到安全高度 Z 轴位置 1； 21 Y 轴快速运动到放料位置 1；[二轴桁架结构使用]
1.3.2
位置窗口
桁架机械手自动换料过程的控制和显示在该窗口上实现。提供【循环启动】、【停止换料】和【单段 开关】按键，可显示各轴机床坐标、实时运动速度、工件计数、当前料号和换料阶段。绘图区可动 态显示桁架机械手的运动过程。
绘图参数按键 机床坐标
换料操作按键
轴速度 工件计数 料盘号 当前料号 动作阶段
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1 桁架机械手控制系统
1.1
基本配置
系统组成
概述
触摸屏版本：RS485_115200_E82_160530 PLC 版本：KTC_STD_3.0_201603xx CNC 软件版本：KTC_B02_V4.0.00a_160128[01_160127] 控制轴数：3 个（X 轴控制料盘，Y 轴和 Z 轴控制桁架机械手） 控制料盘数：2 个
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料盘切换工作类型
本系统提供双料盘换料功能，支持以下工作方式： 1 单料盘循环工作，可设置循环次数 2 双料盘循环工作，可设置循环次数
单次换料控制过程
初始状态执行 1 次（重启、故障恢复、初始化） 1 气爪 1 松开，气爪 2 松开，旋转汽缸到位； 2 Z 轴上升到安全高度 Z 轴位置 1； 3 X 和 Y 轴快速运动到取料位置 1（毛坯料盘位置）； 4 Z 轴快速下降到 Z 轴位置 2，然后切换到低速；
1.桁架机械手控制系统
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束后，换料动作停止，按【循环启动】键开始下一个阶段。
绘图参数按键
为了正确显示桁架机械手的运动过程，轴实际行程与屏幕坐标间需要设置合适的变换比例。按下绘 图区左上角的按键显示如下窗口：
各轴行程范围
绘图元件位置 绘图比例
绘图比例参数和绘图区位置参数都是灰色显示，表示这些参数是只读属性，不可手动修改。其它参 数都可以直接修改。修改后，按【应用】键保存设置，按返回键关闭该窗口。
切换窗口
按对应键可在不同窗口间切换。
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工作方式切换键
工作方式状态 报警状态
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1.3.1.2 状态显示
换料工作状态
自动换料（连续运行）、自动换料（单段运行）。
工作方式状态
自动方式、手动方式、手轮方式、回零方式
报警状态
NC 报警：CNC 报警标志置位，解除 NC 报警后改标志消失 PLC 报警：PLC 报警标志置位，解除 PLC 报警后改标志消失 PLC 工作异常：PLC 未及时更新计数器，检查 PLC 版本并确认 D10908 数值是否变化 脱机运行：触摸屏未与 CNC 建立连接，在设置页面检查触摸屏 ID 密码是否正确 未连接电缆：触摸屏 COM2 口上未接收到任何反馈数据，检查电缆连接 未初始化 ID：触摸屏 ID 码为空，请联系机床厂家
KND 数控系统内置 PLC，并支持 PLC 轴控制功能。基于此可实现独立于数控系统之外的桁架机械 手的控制与显示。数控系统和内置 PLC 控制数控机床及其附属设备单元，内置 PLC 同时也控制桁 架机械手的动作和相关开关状态，触摸屏通过 MODBUS 总线协议与内置 PLC 交换数据。 如下图所示，图中虚线框部分组成了完整的桁架机械手控制系统。
KND 数控系统
伺服控制
数控机床
桁架机械手控制系统
触摸屏
操作控制 状态交换
内置PLC PLC轴控制
动作控制 状态反馈
桁架机械手
1.2 工艺流程
OY XZ
Z轴安全高度 Y轴安全门位置
上Y
Z
主轴 下 轴
轴
料汽
卡
位缸
盘
置翻
高
转
度
位
置
Z轴速度切换高度 Z轴取料高度
料盘
启动加工前，设置好桁架参数。开始加工后，桁架机械手完成自动上下料的过程。
-2-
1.桁架机械手控制系统
1.桁架机械手控制系统
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26 X 和 Y 轴快速运动到下一个取料位置 1； 27 旋转汽缸动作；气爪 1 和气爪 2 交换位置；
1.3
1.3.1
料盘换完料 Z 轴快速运动到安全高度 Z 轴位置 1；
操作与显示
根据需求，参照 KND 数控系统界面风格设计了桁架控制单元显示界面。显示界面包括七个基本窗 口，每个基本窗口共用的元素统一放在公共窗口上。除此之外，还提供若干弹出窗口。 1 公共窗口：各页面共用的元件由该窗口统一布局 2 位置窗口：自动换料控制 3 调试控制：提供手动控制桁架的部分功能 4 参数窗口：设置各轴、料盘和其它相关参数 5 设置：显示示教开关，版本信息，取料位置 6 报警：报警信息显示 7 弹出窗口：辅助信息显示 8 屏保窗口：显示屏保页面
1.3.2.2 状态显示
机床坐标和轴速度
触摸屏实时读取并显示这些数据。轴速度指轴运动的实时速度，单位为毫米/分（mm/min）。
工件计数
每成功换一颗料，该计数加一。上电后自动清零。
1.4 参数一览表............................................................................................................................11 1.5 报警 ....................................................................................................................................... 12
1.3.1 公共元素窗口................................................................................................................................. 3 1.3.2 自动控制窗口................................................................................................................................. 4 1.3.3 手动控制窗口................................................................................................................................. 5 1.3.4 参数窗口 ........................................................................................................................................ 6 1.3.5 示教窗口 ........................................................................................................................................ 7 1.3.6 设置窗口 ........................................................................................................................................ 8 1.3.7 报警窗口 ...................................................................................................................................... 10 1.3.8 弹出窗口 ...................................................................................................................................... 10 1.3.9 屏保窗口 ...................................................................................................................................... 10