机械手动作的模拟要点
机械手模拟仿真实验文档
机械手模拟仿真实验文档实验简介问题描述：应用仿真技术，建立一个具有四自由度的（虚拟）机械手，可完成在任意给定的两个三维空间点之间画一条直线的任务解决方案：首先使用VRML语言建模机械手模型，再使用Matlab中的Simulink仿真环境模拟机械手四个关节的运动状态，然后在此基础之上编写Matlab程序完成所需功能。
重点难点：如何建立世界坐标系，并得到每个坐标点与四个关节旋转角度的对应关系？如何计算机械手臂沿两点直线移动过程中四个关节的运动姿态(即旋转角度)？一、机械手建模为了实现对机械手的仿真实现，我们首先建立一个模拟四个关节（四个自由度）可运动的机械手，效果如下图1.1所示。
图 1.1 四个自由度的机械手模型该机械手的模型分为底座，四个关节以及顶端的画笔，我们重点来弄清楚四个关节的运动情况，地下的红色小立方体可以在水平面的方向左右(即顺时针或逆时针)旋转正负90度，其余的三个颜色分别标记为绿色、蓝色和灰色的三个立方体，它们可以绕着各自的底平面心前后旋转运动，其运动幅度均为正负90度。
建立机械手模型时，采用了MA TLAB支持的虚拟现实建模语言VRML。
1.1 虚拟现实建模语言VRMLVRML（Virtual Reality Modeling Language）即虚拟现实建模语言，是一种用于建立真实世界的场景模型或者人们虚构的三维世界的场景建模语言，是一种面向Web面向对象的三维造型语言，其实质为一种解释性语言，常用的编辑环境有VrmlPad，VRML文件的后缀名为.wrl, 使用浏览器浏览时需要相应插件的支持，可下载cortona3d.msi安装即可由于VRML在互联网和可视化的广泛应用，Matlab对于虚拟现实也进行了有力的支持，Matlab提供了Simulink接口和Matlab接口来与虚拟现实进行交互，相应的详细说明文档请查看Matlab帮助文档中的Virtual Reality Toolbox内容。
机械手的模拟控制
PLC课程设计机械手的模拟控制组员：高真齐侯毛威学号：13150204271315020423指导教师：徐承韬2016年5月27日引言在现今的生活上,科技日新月益的进展之下,机械人手臂与有人类的手臂最大区别就在于灵活度与耐力度。
也就是机械手的最大优势可以重复的做同一动作在机械正常情况下永远也不会觉得累！机械手臂的应用也将会越来越广泛,机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，作业的准确性和环境中完成作业的能力。
工业机械手机器人的一个重要分支。
可编程逻辑控制器，即PLC，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
而本次设计，就是利用可编程逻辑控制器设计机械手的动作模拟控制。
关键词：机械手PLC 可编程逻辑控制器目录PLC课程设计 (1)引言 (2)一：设计任务书 (5)1.1 控制要求 (5)1.2设计要求 (5)二：硬件电路设计和描述 (6)2.1. I/O分配 (6)2.2 PLC外围接线图 (7)三：软件设计流程及描述 (8)3.1 流程图 (8)3.2 功能图 (9)3.3 工作方式 (9)四：PLC控制程序 (10)4.1 梯形图 (10)4.2 梯形图说明 (14)4.3 I/O 分配表 (15)五．设计心得 (16)参考文献 (18)一：设计任务书1.1 控制要求按起动后，传送带A运行直到按一下光电开关才停止，同时机械手下降。
下降到位后机械手夹紧物体，2s后开始上升，而机械手保持夹紧。
上升到位左转，左转到位下降，下降到位机械手松开，2s后机械手上升。
上升到位后，传送带B 开始运行，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到按一下光电开关才停止……循环1.2设计要求1) 根据控制要求，进行机械手的模拟控制硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
机械手动作的模拟沈阳理工
1概述机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。
近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。
机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。
特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。
总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。
国内外都十分重视它的应用和发展。
MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域中有着广泛的应用。
本设计通过MCGS组态软件对机械手进行监控，将机械手的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。
可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。
随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。
初期的PLC主要在以开关量居多的电气顺序控制系统中使用，但在20世纪90年代后，PLC也被广泛地在流程工业自动化系统中使用，一直到现在的现场总线控制系统，PLC更是其中的主角，起应用面越来越广。
PLC的主要应用范围通常可分成以下几种：1.中小型电气控制系统。
2.制造业自动化。
3.运动控制。
4.流程工业自动化。
2硬件设计2.1 控制要求图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。
当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。
机械手动作模拟实训报告
一、实训背景随着工业自动化技术的不断发展，机械手作为一种重要的自动化设备，广泛应用于工业生产、物流搬运、医疗康复等领域。
为了提高学生对机械手动作原理及控制方法的理解，本次实训选择了机械手动作模拟作为实训内容，旨在通过模拟实验，让学生掌握机械手的运动规律、编程方法以及控制策略。
二、实训目的1. 理解机械手的基本结构、工作原理及运动规律。
2. 掌握机械手的编程方法，能够根据实际需求设计机械手的动作程序。
3. 熟悉机械手控制系统的调试与优化方法。
4. 培养学生动手实践能力和团队合作精神。
三、实训内容1. 机械手基本结构及工作原理本实训所采用的机械手为气动机械手，主要由气缸、气动阀、气管、连接件、机械臂等组成。
气缸作为动力源，通过气动阀控制气缸的伸缩，实现机械臂的弯曲和伸展。
机械臂的运动轨迹可通过编程进行控制，完成搬运、装配、焊接等操作。
2. 机械手编程本实训所采用的编程软件为PLC编程软件，通过编写梯形图或指令语句实现对机械手的控制。
编程步骤如下：（1）根据实际需求，确定机械手的运动轨迹和动作顺序。
（2）在PLC编程软件中，绘制梯形图或编写指令语句，实现机械手的动作控制。
（3）对编程程序进行调试，确保机械手按照预定动作运行。
3. 机械手控制系统的调试与优化在机械手动作模拟过程中，可能存在以下问题：（1）机械手运动轨迹不准确。
（2）机械手动作速度不稳定。
（3）机械手动作存在抖动现象。
针对以上问题，可通过以下方法进行调试与优化：（1）调整机械臂的连接件，确保运动轨迹准确。
（2）调整气缸的气压，使机械手动作速度稳定。
（3）调整机械臂的支撑结构，减少动作过程中的抖动。
四、实训过程1. 准备工作（1）安装机械手及气动设备。
（2）连接气管、气管接头等。
（3）安装PLC编程软件。
2. 编程（1）根据实际需求，确定机械手的运动轨迹和动作顺序。
（2）在PLC编程软件中，绘制梯形图或编写指令语句，实现机械手的动作控制。
（3）对编程程序进行调试，确保机械手按照预定动作运行。
机械手运动仿真实验报告
机械手运动仿真实验报告机械手结构组成（简图）①①为机械手底座②为机械臂1③为机械臂2④为机械臂3a、b、c为转动副，机械臂实现3自由度运动二、机械手运动学方程推导绘图框及转动副夹角：绘图框大小为400X400转动副a： anglea转动副b: angleb转动副c： anglec机械手运动范围：机械臂1长度50,机械臂2长度100,机械臂3长度50。
三个关节可实现360度旋转。
故机械臂运动范围为以半径为200的圆内。
机械手底座:X： (150,200)Y： (250,200)机械臂1：X1：(200,200)Y1：((200+ 50 * cos(anglea*3.1415926/180)),(200-50 * sin(anglea*3.1415926/180)))机械臂2：X2：((200+ 50 * cos(anglea*3.1415926/180)),(200-50* sin(anglea*3.1415926/180)))Y2：((200 + 50 * cos(anglea*3.1415926/180)+100 * cos(angleb*3.1415926/180)), (200 - 50 * sin (anglea*3.1415926/180)-100* sin(angleb*3.1415926/180)))机械臂3：X3：((200 + 50 * cos(anglea*3.1415926/180)+100 * cos(angleb*3.1415926/180)), (200 - 50 * sin (angLea*3.1415926/180)-100* sin(angleb*3.1415926/180)))Y3：( (200 + 50 * cos(anglea*3.1415926/180)+100 * cos(angleb*3.1415926/180)+50 * cos(anglec *3.1415926/180)), (200 - 50 * sin(anglea*3.1415926/180)-100* sin(angleb*3.1415926/180)-50 * sin(anglec*3.1415926/180)))三、机械手运动仿真程序编写(关键函数代码)pWnd->Invalidate(); pWnd->UpdateWindow() ;pDC->Rectangle(0,0,400,400);DrawRobotBase();DrawRobotMemberBar1(m_fanglea);DrawRobotMemberBar2(m_fanglea, m_fangleb);DrawRobotMemberBar3(m_fanglea, m_fangleb, m_fanglec);// 绘制底座及其颜色代码void CDrawRobotDlg::DrawRobotBase() {CPen SuiyiPen;SuiyiPen.CreatePen(PS_SOLID,Wide,RGB(hong, lv, lan));CPen *oldPen;oldPen = pDC->SelectObject(&SuiyiPen);pDC->MoveTo(150,200);pDC->LineTo(250,200);pDC->SelectObject(oldPen);DeleteObject(SuiyiPen) ;}// 绘制杆1void CDrawRobotDlg::DrawRobotMemberBar1(float anglea){pDC->MoveTo(200,200);pDC->LineTo(int(200+ 50 * cos(anglea*3.1415926/180)),int(200-50 * sin(anglea*3.1415926/180)));}// 绘制杆2void CDrawRobotDlg::DrawRobotMemberBar2(float anglea,float angleb){pDC->MoveTo(int(200+ 50 * cos(anglea*3.1415926/180)),int(200-50* sin (anglea*3.1415926/180)));pDC->LineTo(int(200 + 50 * cos(anglea*3.1415926/180)+100 * cos(angleb *3.1415926/180)),int(200 - 50 * sin(anglea*3.1415926/180)-100* sin(angleb*3.1415926/180)));}// 绘制杆3void CDrawRobotDlg::DrawRobotMemberBar3(float anglea, float angleb, float anglec){pDC->MoveTo(int(200 + 50 * cos(anglea*3.1415926/180)+100 * cos(angleb *3.1415926/180)),int(200 - 50 * sin(anglea*3.1415926/180)-100* sin(angleb *3.1415926/180)));pDC->LineTo(int(200 + 50 * cos(anglea*3.1415926/180)+100 * cos(angleb *3.1415926/180)+50 * cos(anglec*3.1415926/180)),int(200 - 50 * sin(anglea *3.1415926/180)-100* sin(angleb*3.1415926/180)-50* sin(anglec*3.1415926 /180)));}// 转动副a 加减角度按钮代码void CDrawRobotDlg::OnButton 1(){m_fanglea = m_fanglea + 1 ;UpdateData(FALSE);Invalidate(FALSE) ;}void CDrawRobotDlg::OnButton2(){m_fanglea = m_fanglea - 1 ;UpdateData(FALSE);Invalidate(FALSE) ;}// 转动副b 加减角度按钮代码void CDrawRobotDlg::OnButton3(){m_fangleb = m_fangleb + 1 ;UpdateData(FALSE);Invalidate(FALSE) ;}void CDrawRobotDlg::OnButton4(){m_fangleb = m_fangleb - 1 ;UpdateData(FALSE);Invalidate(FALSE) ;}〃转动副c加减角度按钮代码void CDrawRobotDlg::OnButton5(){m_fanglec = m_fanglec + 1 ;UpdateData(FALSE);Invalidate(FALSE) ;}void CDrawRobotDlg::OnButton6(){m_fanglec = m_fanglec - 1 ;UpdateData(FALSE);Invalidate(FALSE) ;}// 机械臂1 启动按钮代码void CDrawRobotDlg::OnButton7(){AfxBeginThread(MoveThreada, this) ; }// 机械臂2 启动按钮代码void CDrawRobotDlg::OnButton8(){AfxBeginThread(MoveThreadb, this) ; }// 机械臂3 启动按钮代码void CDrawRobotDlg::OnButton9(){AfxBeginThread(MoveThreadc, this) ;}// 机械臂1 旋转代码UINT CDrawRobotDlg::MoveThreada(void *parama){CDrawRobotDlg *pDlga = (CDrawRobotDlg*)parama ;while(1){pDlga->m_fanglea = pDlga->m_fanglea + 1 ;pDlga->Invalidate(FALSE) ;Sleep(100) ;}return 0 ;}// 机械臂2 旋转代码UINT CDrawRobotDlg::MoveThreadb(void *paramb){CDrawRobotDlg *pDlgb = (CDrawRobotDlg*)paramb ;while(1){pDlgb->m_fangleb = pDlgb->m_fangleb + 1 ;pDlgb->Invalidate(FALSE) ;Sleep(100) ;}return 0 ;}// 机械臂3 旋转代码UINT CDrawRobotDlg::MoveThreadc(void *paramc){CDrawRobotDlg *pDlgc = (CDrawRobotDlg*)paramc ;while(1){pDlgc->m_fanglec = pDlgc->m_fanglec + 1 ;pDlgc->Invalidate(FALSE) ;Sleep(100) ;}return 0 ;}// 更新按钮代码void CDrawRobotDlg::OnButtonRefresh0(){UpdateData(TRUE);Invalidate(FALSE);四、软件界面截图与说明界面左边为演示界面，右边为数据输入界面及运行按钮。
物料抓取机械手设计及运动仿真
物料抓取机械手设计及运动仿真随着工业自动化的不断发展，越来越多的制造和加工过程采用机器人和自动化设备来完成。
其中，物料抓取机械手的设计和运动仿真对于实现自动化生产流程的高效运行具有至关重要的作用。
本文将介绍物料抓取机械手的设计要点及运动仿真的重要性，并探讨相关的问题及解决方案。
物料抓取机械手的设计首先需要确定其结构形式和基本参数。
一般而言，机械手主要由手部机构、腕部机构和臂部机构组成。
手部机构负责抓取物料，腕部机构则负责手腕的姿态调整，臂部机构支持机械手的移动。
根据实际生产需要，可在设计中针对不同的物料特性和抓取要求进行结构优化。
物料抓取机械手的运动过程中涉及到复杂的动力学关系。
因此，在设计中需要建立相应的动力学模型，以实现精确的运动控制和抓取策略。
动力学模型需要考虑重力、摩擦力、空气阻力等各种外部力的影响，同时还需要机械内部的动态特性。
物料抓取机械手的驱动系统是实现抓取动作的关键部分。
根据不同的应用场景和性能需求，可选择不同的驱动方式，如液压驱动、气压驱动、电动驱动等。
在设计中，需要根据实际情况选择合适的驱动方式和驱动元件，并综合考虑驱动系统的布局和重量等因素。
运动仿真是在设计阶段对机械系统进行模拟分析和验证的方法。
通过运动仿真，可以在实际制造之前发现和解决潜在的问题，提高机械系统的性能和质量。
在物料抓取机械手的设计中，运动仿真可用于验证结构设计、优化动力学模型以及评估抓取策略的可行性。
通过运动仿真，可以模拟机械手的实际运动过程，并精确计算出抓取时间、抓取位置、抓取力度等关键参数，为实际制造提供重要参考。
运动仿真主要通过计算机辅助设计软件来实现。
这些软件通常具有强大的建模和分析功能，可以建立详细的机械系统模型，并进行动态性能分析和优化。
一些软件还提供了与控制系统仿真工具的集成，以实现整个系统的联合仿真。
物料抓取机械手的设计及运动仿真在自动化生产中具有极其重要的意义。
通过对机械手结构的合理设计、动力学模型的精确建立以及驱动系统的优化，可以有效地提高机械手的性能和质量。
机电系统实验-机械手动作的模拟
实验十二机械手动作的模拟一、实验目的用步进顺控STL RET指令来实现机械手动作的模拟。
二、控制要求图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升下降和左移右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。
当某个电磁阀线圈通电，就直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。
另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。
设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个有八个动作。
三、机械手动作的模拟实验面板图此面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。
四、输入输出接线列表送。
机械手的上升、下降与左移、右移都是由双线圈两位电磁阀驱动气缸来实现的。
抓手对物件的松开、夹紧是由一个单线圈两位电磁阀驱动气缸完成，只有在电磁阀通电时抓手才能夹紧。
该机械手工作原点在左上方，按下降、夹紧、上升、右移、下降、松开、上升、左移的顺序依次运行。
它有手动自动等几种操作方式，下图表示出了自动运行方式的状态转移图。
状态图的特点是由某一状态转移到下一状态后，前一状态自动复位。
S2为初始状态，用双线框表示。
当辅助继电器M8041，M8044接通时，状态从S2向S20转移，下降输出Y0动作，当下限位开关X1接通时，状态S20向S21转移，下降输出Y0切断，夹紧输出Y1接通并保持。
同时启动定时器T0。
1S后定时器T0的接点动作，转至状态S22，上升输出Y2动作，当上升限位开关X2动作时，状态转移到S23，右移输出Y3动作。
右移限位开关X3接通，转到S24状态，下降输出Y0再次动作。
当下降限位开关X1又接通时，状态转移至S25，使输出Y1复位，即夹钳松开，同时启动定时器T1，1S之后状态转移到S26，上升输出Y2动作。
当上限位开关X2接通，状态转移至S27，左移输出Y4动作，到达左限位开关X4接通，状态返回S2，又进入下一个循环。
机械手动作的模拟实验报告模板
一、实验目的：
掌握用PLC控制由多个气缸组成的机械手的方法。
二、设备名称：
THPFSM-1/2可编程控制器高级实验装置（S24 S7-200模拟实验挂箱）。
三、实验内容
图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。
当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。
另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。
设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：
四、实验步骤
1.熟悉实验箱面板，硬件连接
下表为输入输出连线列表：
面板SB1 SB2 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4
PLC I0.0 I0.5 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4
面板YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 HL
PLC Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5
2.操作步骤。
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机械手动作的模拟
控制要求
图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。
当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。
另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。
设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：
机械手动作的模拟实验面板图：
此面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。
输入/输出接线列表]
面板SB1 SB2 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4
PLC I0.0 I0.5 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4
面板YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 HL
PLC Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 0Q0.4 Q0.5
工作过程分析：
当机械手处于原位时，上升限位开关I0.2、左限位开关I0.4均处于接通（“1”状态），移位寄存器数据输入端接通，使M10.0置“1”，Q0.5线圈接通，原位指示灯亮。
按下启动按钮，SB1置“1”，产生移位信号，M10.0的“1”态移至M101，下降阀输出继电器I0.0接通，执行下降动作，由于上升限位开关U0.2断开，M10.0置“0”，原位指示灯灭。
当下降到位时，下限位开关SQ1接通，产生移位信号，M10.0的“0”态移位到M10.1，下降阀Q0.0断开，机械手停止下降，M10.1的“1”态移到M10.2，M20.0线圈接通，M20.0
动合触点闭合，夹紧电磁阀Q0.1接通，执行夹紧动作，同时启动定时器T37，延时1.7秒。
机械手夹紧工件后，T0动合触点接通，产生移位信号，使M10.3置“1”，“0”态移位至M102.，上升电磁阀YQ0.2接通，I0.1断开，执行上升动作。
由于使用S指令，M20.0线圈具有自保持功能，Q0.1保持接通，机械手继续夹紧工件。
当上升到位时，上限位开关I0.2接通，产生移位信号，“0”态移位至M10.3，Q0.2线圈断开，不再上升，同时移位信号使M10.4置“1”，Q0.4断开，右移阀继电器Q0.3接通，执行右移动作。
待移至右限位开关动作位置，I0.3动合触点接通，产生移位信号，使M10.3的“0”态移位到M10.4，Q0.3线圈断开，停止右移，同时M10.4的“1”态已移到M10.5，Q0.0线圈再次接通，执行下降动作。
当下降到使I0.1动合触点接通位置，产生移位信号，“0”态移至M10.5，“1”态移至M10.6，Q0.0线圈断开，停止下降，R指令使M20.0复位，Q0.1线圈断开，机械手松开工件；同时T38启动延时1.5秒，T1动合触点接通，产生移位信号，使M10.6变为“0”态，M10.7为“1”态，Q0.2线圈再度接通，I0.1断开，机械手又上升，行至上限位置，I0.2触点接通，M10.7变为“0”态，M11.2为“1”态，I0.2线圈断开，停止上升，Y004线圈接通，X003断开，左移。
到达左限位开关位置，X004触点接通，M11.2变为“0”态，M11.3为“1”态，移位寄存器全部复位，Q0.4线圈断开，机械手回到原位，由于I0.2、I0.4均接通，M10.0又被置“1”，完成一个工作周期。
再次按下启动按钮，将重复上述动作。