机械手运动及控制实验
机械手控制系统实验总结
机械手控制系统实验总结一、实验目的机械手控制系统是现代工业中不可或缺的一部分，本次实验旨在通过实践，掌握机械手控制系统的基本原理和操作方法，提高学生的实践能力和实际应用能力。
二、实验原理机械手控制系统是由机械手、控制器和传感器组成的。
机械手是机械臂，可以模拟人的手臂进行各种动作，控制器是控制机械手运动的设备，传感器用于检测机械手的位置和状态。
本次实验采用的机械手控制系统是基于PLC控制器和伺服电机的，PLC控制器是一种可编程逻辑控制器，可以根据需要编程控制机械手的运动。
三、实验步骤1. 搭建机械手控制系统，连接PLC控制器和伺服电机。
2. 编写PLC程序，控制机械手的运动，包括机械手的起始位置、终止位置和运动轨迹等。
3. 调试机械手控制系统，检测机械手的运动是否符合要求，如有问题及时调整。
4. 测试机械手控制系统的稳定性和可靠性，检测机械手在长时间运行过程中是否会出现故障。
四、实验结果经过实验，机械手控制系统运行稳定，机械手的运动符合要求，能够顺利完成预定的任务。
在长时间运行过程中，机械手控制系统没有出现故障，表现出良好的可靠性和稳定性。
五、实验总结通过本次实验，我深刻理解了机械手控制系统的基本原理和操作方法，掌握了PLC编程技能和机械手调试技巧。
同时，我也认识到了机械手控制系统在现代工业中的重要性，更加深入了解了现代工业的发展趋势和未来发展方向。
六、实验心得本次实验让我深刻认识到了实践的重要性，只有通过实践才能真正掌握知识和技能。
在实验过程中，我遇到了许多问题，但是通过不断尝试和调试，最终成功解决了问题。
这让我更加坚信，只要有决心和毅力，就能够克服任何困难，实现自己的目标。
机械手运动算法及应用实验
机械手运动算法及应用实验
机械手是一种常用的工业机器人，广泛应用于制造业、航空航天等领域。
机械手在工作时需要进行各种动作，如抓取、放置、旋转等，这
些动作需要依靠机械手的运动算法来实现。
机械手的运动算法主要包括轨迹规划算法、运动控制算法等。
其中轨
迹规划算法主要是指根据机械手的运动要求和物体的位置、形状等信息，规划出机械手的运动轨迹。
常见的轨迹规划算法包括直线插值法、圆弧插值法、样条插值法等。
运动控制算法主要是指控制机械手按照规划好的轨迹进行运动的算法。
常见的运动控制算法包括PID控制、滑模控制、自适应控制等。
这些
算法通过检测机械手的位置、速度等信息，调整机械手的运动状态，
使其按照预定轨迹运动。
在机械手应用实验中，可以利用这些运动算法，实现机械手的抓取、
放置、旋转等各种运动。
例如，在一台自动装配设备中，机械手需要
按照预定的轨迹，将零件从料架上抓取下来，然后放置到相应的位置上。
在这个过程中，机械手需要实现抓取、移动和放置等多个动作，
这些动作均需要依靠合适的运动算法来实现。
此外，在机械手应用实验中还可以利用模拟软件模拟机械手的运动过程，进一步优化运动算法。
通过模拟，可以调整机械手的运动参数，测试各种运动算法的效果，并选择最优算法实现机械手的实际运动。
这种方法不仅可以减少实验成本，还可以大大提高实验的效率。
总之，机械手的运动算法是实现它各种动作的基础，其应用范围非常广泛，涉及多个领域。
相信随着技术的不断进步，机械手的运动算法将会不断地被优化和改进，为人们的生产和生活提供更好的服务。
机械手 实验报告
机械手实验报告机械手实验报告引言：机械手是一种能够模拟人类手臂动作的机器设备，广泛应用于工业生产、医疗手术、科学研究等领域。
本次实验旨在通过对机械手的研究和实践，深入了解其工作原理和应用，以及探索其在未来的发展前景。
一、机械手的工作原理1.1 机械手的结构机械手由机械臂、控制系统和执行器组成。
机械臂通常由多个关节连接而成，通过电机驱动实现运动。
控制系统负责接收指令并控制机械臂的运动，而执行器则将控制信号转化为相应的动作。
1.2 机械手的感知系统为了实现精确的操作，机械手通常配备了各种感知系统，如摄像头、传感器等。
这些感知系统能够实时获取周围环境的信息，为机械手的运动提供准确的参考。
二、机械手的应用领域2.1 工业生产机械手在工业生产中起到了至关重要的作用。
它能够替代人工完成重复性、繁琐的工作，提高生产效率和质量。
例如，在汽车制造业中，机械手能够完成车身焊接、零件组装等工作。
2.2 医疗手术机械手在医疗手术中的应用也越来越广泛。
通过精确的运动和高清晰度的摄像头，机械手能够帮助医生进行微创手术，减少手术风险和创伤。
此外，机械手还可以进行精确的药物注射等操作。
2.3 科学研究机械手在科学研究中的应用也非常重要。
科学家们可以通过机械手进行实验操作，获取更加准确和可靠的数据。
例如，在材料科学领域，机械手能够实现对材料的精确测试和分析。
三、机械手的发展前景随着科技的不断进步，机械手的发展前景非常广阔。
未来，机械手将更加智能化、灵活化。
例如，机械手将能够通过学习和自主决策，适应不同的工作环境和任务需求。
同时，机械手还将与人类更加紧密地合作，形成人机协同的工作模式。
结论：通过本次实验，我们对机械手的工作原理、应用领域和发展前景有了更深入的了解。
机械手作为一种重要的机器设备，将在各个领域发挥重要作用，为人类的生活和工作带来更多便利和进步。
我们期待着机械手在未来的发展中能够创造更多的奇迹。
机械手的实验报告
机械手的实验报告机械手的实验报告引言：机械手作为一种重要的自动化设备，广泛应用于工业生产、医疗手术、科学研究等领域。
本次实验旨在探究机械手的基本原理和应用，并通过实际操作，加深对机械手的理解。
一、机械手的基本原理1. 结构组成：机械手主要由机械臂、末端执行器和控制系统组成。
机械臂通常采用多关节连杆结构，通过电机驱动实现运动。
末端执行器根据不同需求，可以是夹爪、吸盘等工具。
控制系统负责接收指令并控制机械手的运动。
2. 运动方式：机械手的运动方式主要包括旋转、平移和伸缩。
旋转是指机械臂在水平或垂直方向上的转动；平移是指机械臂在空间中的移动；伸缩是指机械臂的长度变化。
3. 控制原理：机械手的控制原理通常采用开环或闭环控制。
开环控制是指根据预设的运动参数，直接控制电机的转速和方向；闭环控制则通过传感器实时监测机械手的位置和状态，反馈给控制系统，以实现更精确的控制。
二、机械手的应用领域1. 工业生产：机械手在工业生产中扮演着重要的角色。
它可以完成重复性高、精度要求高的操作任务，如装配、搬运、焊接等。
机械手的应用可以提高生产效率，降低劳动强度，保证产品质量。
2. 医疗手术：机械手在医疗领域的应用也越来越广泛。
它可以辅助医生进行精确的手术操作，如微创手术、神经外科手术等。
机械手的稳定性和高精度可以大大提高手术成功率，并减少对患者的伤害。
3. 科学研究：机械手在科学研究中的应用也非常重要。
它可以帮助科学家进行实验操作，如化学试剂的加注、药物筛选等。
机械手的快速、准确和可重复性使得科学研究更加高效和可靠。
三、实验操作及结果在本次实验中，我们使用了一台六轴机械手进行操作。
首先，我们通过控制系统设置机械手的运动轨迹和速度。
然后，根据实验要求，机械手完成了一系列的动作，如夹取物体、放置物体等。
实验结果显示，机械手能够准确地按照预设的轨迹和速度进行运动，并成功完成了各项操作任务。
机械手的夹取力度和放置位置也能够满足要求。
plc实验报告机械手
plc实验报告机械手PLC实验报告：机械手的控制与应用引言：PLC（可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于工业自动化领域的控制设备，它能够根据预设的程序和输入信号，控制输出信号的状态，实现机械设备的自动化运行。
本实验报告将着重介绍PLC在机械手控制与应用方面的实验过程、结果和分析。
一、实验目的本次实验的目的是通过PLC控制机械手的运动，实现对物体的抓取和放置操作。
通过实验，我们可以了解PLC在机械手控制中的应用，掌握PLC编程的基本原理和方法。
二、实验装置与步骤实验装置包括PLC控制器、机械手、传感器和执行器等。
实验步骤如下：1. 连接PLC控制器和机械手，确保电气连接正确。
2. 编写PLC程序，包括机械手的运动控制和传感器的信号检测。
3. 将程序下载到PLC控制器中，进行调试和测试。
4. 通过输入信号触发PLC程序，观察机械手的运动情况。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们成功地实现了对机械手的控制，完成了物体的抓取和放置操作。
通过编写PLC程序，我们可以根据传感器的信号状态来控制机械手的动作，实现对物体的精确控制。
在实验中，我们还发现了一些问题和改进空间。
首先，机械手的运动速度有待提高，特别是在高速运动时，存在一定的抖动和不稳定性。
其次，对于不同形状和重量的物体，机械手的抓取效果有所差异，需要进行进一步的优化和调整。
四、实验应用与展望机械手在工业生产中有着广泛的应用前景。
通过PLC的控制，机械手可以实现对各种物体的抓取、搬运和放置操作，提高生产效率和质量。
未来，随着科技的不断发展，机械手的应用领域将进一步扩大，包括医疗、物流、仓储等领域。
此外，我们还可以进一步改进机械手的控制算法和机械结构，提高其运动速度和精度。
通过引入视觉传感器和人工智能技术，机械手可以更加智能化地进行操作，适应更复杂的环境和任务需求。
结论：本次实验通过PLC控制机械手的运动，实现了对物体的抓取和放置操作。
实验结果表明，PLC在机械手控制中具有重要的应用价值。
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。
六自由度机械手复杂运动控制
本文以示教型六自由度串联机械手为试验设备，进行机械手的复杂运动控制，使机械手完成各种复杂轨迹的运动控制等功能，能够在现代工业焊接、喷漆等方面的任务。
本文从运动学分析的基础上着手研究轨迹控制的问题，利用运动学逆解的方式分析复杂轨迹运动的可行性和实用性。
目前，六自由度机械手的复杂运动控制已经有了比较好的逆解算法，也有一些针对欠自由度机械手的逆解算法。
逆解算法求出的解不是唯一的，它能使机械手达到更多位姿，完成大部分的原计划任务，但其中的一些解并不是最优化的，因此必须讨论其反解的存在性和唯一性。
本文通过建立机械手的笛卡尔坐标系，推导出机械手的正、逆运动学矩阵方程，并研究了正、逆运动学方程的解；在此基础上建立机械手的工作空间，并讨论其工作空间的灵活性和存在可能性。
因此本文的另一种方式对六自由度串联机械手的复杂运动控制问题进行研究，提出以机械手示教手柄引导末端执行器对复杂运动轨迹进行预设计。
然后通过记录程序进行复杂轨迹的再实现，再对记录程序进行预修改，最终通过现有的程序进行设计编程完成复杂轨迹设计任务。
并利用MATLAB对轨迹进行仿真，对比其实际与计算的正确性。
最后本设计通过六自由度串联机械手实现平面文字轨迹，得出其设计的方式。
即首先利用示教手柄实现轨迹预设，记录预设轨迹程序，然后再对比程序初始化坐标进行手动编程。
关键词：六自由度机械手，笛卡尔坐标系，运动学方程，仿真，示教手柄ABSTRACTIn this paper, mechanical hand control the complex movement based on the series of six degrees of freedom manipulator so that the mechanical hand complete the complex trajectory of the movement control functions. In modern industrial welding, painting, and other aspects of the mandate can be used.This article based on the analysis of kinematics to study the trajectory control problems, use of inverse kinematics of the complex mode of tracking movement of the feasibility and practicality. At present, the six degrees of freedom manipulator complex movement has been relatively good control of the inverse algorithm.There are also some less freedom for the inverse of the manipulator algorithm. Solutions sought by inverse algorithm is not the only solution, it can reach more manipulator Pose, originally planned to complete most of the task.But some of these solutions is not the most optimal, it is necessary to discuss their anti-the existence of solutions and uniqueness.Through the establishment of the manipulator Cartesian coordinates, derived manipulator is the inverse kinematics matrix equation and the study is the inverse kinematics of the equation solution on the basis of this establishment manipulator working space. And discuss their work space The flexibility and the possibility exists.So in another way to the six degrees of freedom series manipulator motion control the complex issues of research, to handle the machinery Shoushi guide for the implementation of the end of the complex pre-designed trajectory. Then track record of the complicated procedure to achieve, and then record the pre-amended procedures.The eventual adoption of the existing procedures designed trajectory design of complex programming tasks. And using MATLAB simulation of the track, compared with its actual calculation is correct.The final design through six degrees of freedom series manipulator track to achieve flat text, draw their design approach. That is, first of all use of teaching handle achieve trajectory default the track record of default procedures, and then compared to manual procedures initialized coordinate programming.key words：Six degree-of-freedom manipulators，Cartesian coordinates，Equations of motion，Simulation，Demonstration handle.绪论 (1)课题研究背景和意义 (1)国内外研究状况 (2)六自由度机械手复杂运动控制的现实意义 (4)课题的提出 (5)本课题研究的主要内容 (5)串联机器人运动学 (7)2.1 机器人运动学方程的表示 (7)2.1.1 运动姿态和方向角 (8)2.1.2 运动位置和坐标 (9)2.1.3 连杆变换矩阵及其乘和 (12)2.2 机械手运动方程的求解 (15)2.2.1 欧拉变换解 (16)2.2.2 滚、仰、偏变换解 (20)2.2.3 球面变换解 (21)2.3 反解的存在性和唯一性 (23)2.3.1 反解的存在性和工作空间 (23)2.3.2 反解的唯一性和最优解 (24)2.3.3 求解方法 (25)六自由度机械手的平面复杂轨迹设计及运动学分析 (27)3.1 系统描述及机械手运动轨迹设计方式 (27)3.1.1 机器人技术参数一览表 (27)3.1.2 机器人控制系统软件的主界面 (27)3.1.3 机器人各部位和动作轴名称 (28)3.1.4 机械手运动轨迹设计方式 (29)3.2 平面复杂轨迹设计目的 (33)3.2.1“西”字的轨迹设计和分析 (33)3.2.2“南”字的轨迹设计和分析 (34)3.2.3机械手的起始位姿和末态位姿 (35)3.3机械手轨迹设计中坐标系的建立 (35)3.4 平面轨迹设计的正运动学分析 (43)3.4.1平面轨迹设计的正运动学分析原理 (43)3.4.2 正运动学分析步骤及计算 (44)3.5 平面轨迹设计的逆运动学分析 (45)3.5.1 平面轨迹设计的逆运动学分析原理 (45)3.5.2.逆运动学分析步骤及计算 (46)设计实现过程和MA TLAB仿真计算 (50)4.1 设计实现过程 (50)4.2 MA TLAB仿真计算 (53)结论与展望 (57)5.1 结论 (57)5.2 展望 (58)致谢 (59)参考文献 (60)第一章绪论1.1 课题研究背景和意义在现代制造行业中，先进的制造技术不断的代替传统的加工方法和操作方式。
PLC实验——机械手控制
1. 机械手控制
搬运纸箱的机械手结构示意图如图1所示, 它的气动系统原理图如图2所示。
机械手的主要运动机构是升降气缸和回转气缸。
升降挡铁初始时处于行程开关SQ1处, 吸盘在A处正上方。
系统启动后, 如果光电开关TD检测出A处有纸箱, 则升降气缸使机械手的升降杆下降, 当升降挡铁碰到行程开关SQ2时, 吸盘恰好接触到纸箱上表面, 继续让升降杆下降, 以挤出吸盘和纸箱表面围成的空腔内的空气, 形成负压。
持续几秒钟, 升降杆停止下降, 升降气缸使升降杆上升, 吸盘带着纸箱上升, 当升降挡铁碰到SQ1时, 停止上升。
回转气缸使回转臂顺时针转180°, 吸盘运动至B处正上方, 回转挡铁碰到行程开关SQ4时停止回转, 吸盘下降, 当升降挡铁碰到SQ2时, 停止下降, 并且停止几秒钟, 这时, 电磁阀HF3开启, 吸盘放松纸箱。
之后, 吸盘上升, 当升降挡铁碰到SQ1时, 吸盘逆时针转180°回到A处正上方, 回转挡铁碰到行程开关SQ3时停止回转, 如果TD未检测出A处有纸箱, 则机械手停止等待；若TD检测出A处有纸箱, 则机械手重复上述工作过程。
机械手的I/O连接图、流程图、梯形图分别如图2、图3、图4所示。
图1 机械手
图2 I/O连接图图3 流程图
图4 梯形图。
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+：逆时针 向上
-：顺时针 向下
7. Homework （Report）
➢ What’s a manipulator? ➢Using the right joints to draw the GRB-400 manipulator. ➢Draw the operational space of the GRB-400 manipulator and calculate the Normalized volume index Vn ➢Design a manipulator with an end-effector, introduce its application and explain why you design it in this way.
3 DOF
Operation space
4. Operational space
✓ Example3-Articulated manipulators
θ3 θ2
θ1
manipulator
Three rotational joint （ θ1， θ2 ， θ3 ） for position determination
5. End-Effector
Needle
5. End-Effector
spray nozzles
5. End-Effector
Cutter
5. End-Effector
➢ The mechanism of the end-effector therefore depends on the object's properties and the operation.
The manipulator consists of joints and links.
Fig1 The mechanism of a manipulator
2. Symbols of joints
Prismatic joint
Rotational joint
Symbols of joints The mechanism of the manipulator can be drawn using joints and links
3 DOF
Operation space
4. Operational space
✓ Example2-Polar-coordinate manipulators
r Ф
θ
manipulator
One prismatic joints （r） two rotational joint （Ф andθ） for position determination
➢ Depending on different operations, end-effectors with fingers, suction pads, needles, spray nozzles, and cutters have been reported.
5. End-Effector
Experiment 1
Design and Control of Manipulators
1. What’s a manipulator?
A manipulator is defined as a device that has a function similar to that of a human arm and can move a work object in three dimensions.
➢ Thus the end-effector should not be designed for multipurpose use but for specific use, whereas the human hand, because of its flexibility, can carry out many different operations.
4. Operational space
✓ Example1-Cylindrical-coordinate manipulators
r z
θ
manipulator
Two prismatic joints （z and r） One rotational joint （θ） for position determination
3. DOF (degree of freedom)
✓ Advantages
✓ Flexibility (灵活性) ✓ Capacity (能力)
✓ Disadvantages
✓ Heavy mass ✓ Sluggish control (控制迟缓)
✓ Several evaluation indices
6. Experiment
L3=170mm
L2=200mm L1=200mm
2=270º 1=270º
GRB-400 manipulator
6. Experiment
6.1 坐标空间
关节坐标空间
直角坐标空间
直接操作各个关节的运动 来完成机器人的运动
指定机器人末端执行器在直角坐标空 间中的运动来完成机器人操作任务
Finger
Support Tubes
Cable Pull
5. End-Effector
suction pad
Step 1: Hold the orange by the vacuum pad Step 2: Hold the orange into the hand cage Step 3: Cutting off the stem by cutters
Vn V /(4L3 / 3)
(1)
V—— volume of operational space L——sum of the link lengths
5. End-Effector
➢ The end-effector can sometimes be called a robotic hand, but its mechanism is often completely different from that of a human hand.
3 DOF
Operation space
4. Operational space
① Evaluation Operational space
• Operational space is one of the most important indices, because the robot cannot reach the work object if the position of the work object is not included in this space. As a rule of thumb, this space increases with total link length. When it is necessary to compare the different types of manipulators, the normalized volume index:
Operation space
3 DOF
4. Operational space
✓ Example4-SCARA man
manipulator
One prismatic joints （Z）
Two rotational joint （ θ1， θ2 ）
for position determination
6.2 操作步骤（续）
（7）对机器人进行操作，完成指定任务，并保存
作业要求：
a) 工件由P4点抓取后，搬运到P7点 后放置；
b) 再由P7点再搬运回P4点
（8）重放保存好的任务 （9）点击“自动回零” ——“伺服断点”——“关闭控制器” （10）操作完毕，退出机器人示教程序 （11）按急停按钮，再将空气开关拨到OFF位置 （12）退出Windows，关闭PC电源
Observer 1， 3:00 pm
Observer 2， 6:00 pm
Stress, force
B
A
C
Permanent displacement
O
displacement
Rotten part
Output layer
Ripness
Middle layer
Input layer
(Color) (Shape) (Size) (Sugar content)
6. Experiment
6.2 操作步骤
（1）打开PC电源 （2）将控制箱后面板上的空气开关拨到ON位置 （3）将急停按钮依指示方向旋转一定角度 （4）启动绿色按钮 （5）进入机器人示教操作程序 （6）程序打开后，点击“打开控制器”——“伺服上电”
——“系统自检”——“自动回零”
6. Experiment