【机电传动控制】机械手控制
机械手的控制设计
机械手的控制设计随着制造业的发展，机械手已经成为不可或缺的自动化生产设备之一。
机械手的控制设计是机械手能够准确、灵活地完成生产任务的关键。
本文将介绍机械手控制系统的基本原理、常见控制技术和未来的发展趋势。
一、机械手控制系统的基本原理机械手控制系统的基本原理是将指令传输到机械手的控制器中，然后控制器将指令转化为控制信号并送达电机，从而控制机械手的运动。
通常，机械手控制系统包括以下几个方面：1. 传感器：用于测量机械手的位置、速度、力量、方向等参数，并将这些参数转化为电信号送到控制器中。
2. 控制器：用于接收传感器的信号，并通过计算、判断等操作，生成电气信号，控制机械手的运动，从而实现自动化操作。
3. 电机：用于驱动机械手的运动，根据控制器的信号控制机械手的运动速度、方向、力量等参数。
二、机械手控制技术机械手控制技术是实现机械手自动化操作的重要技术手段，常见的机械手控制技术主要包括以下几种：1. 点位控制技术：点位控制技术是指通过控制机械手的每个关节的运动来确定机械手的末端位置。
在点位控制技术中，通常采用PID控制器控制机械手的角度位置。
2. 轨迹控制技术：轨迹控制技术是指通过控制机械手沿一定的参考轨迹运动，从而实现特定的操作。
在轨迹控制技术中，通常需要根据轨迹规划算法生成参考轨迹，并采用开环或闭环控制策略进行控制。
3. 力控制技术：在一些质量检测和装配操作中，需要对机械手施加一定的力来完成操作。
在力控制技术中，需要通过力传感器或压力传感器等器件测量机械手的施力情况，然后采用适当的控制策略来控制机械手的力量，从而实现一定的装配和调整操作。
三、机械手控制系统的未来发展趋势随着自动化技术的迅速发展，机械手控制系统也在不断发展和完善，针对未来机械手控制系统的发展趋势可以从以下几个方面进行展望：1. 智能化：未来的机械手控制系统将更加智能化，增加复杂任务的规划和执行能力，实现更加快捷高效的生产操作。
在智能化方面，主要应用机器人视觉等先进技术。
机械手的控制方式及控制系统设计
机械手的控制方式及控制系统设计机械手在工业科技中的应用时间较长，随着工业生产的不断发展进步，机械手的控制技术也得到了较为快速的发展。
人们在很早以前就希望能够借助其他的工具替代人类自身的手去从事重复性的工作，或者具有一定危险性的工作，从而提高工业的生产效率，同时也能规避人们在生产实际生产中碰到的危险情况。
此外，在一些特殊的场合中，必须要依靠机械手才能加以完成。
未来机械手在工业生产中将发挥更大的作用，本文主要对机械手的控制方式及控制系统设计方法进行了较为详细的分析。
2 机械手原理概述机械手具有很多的优点，比如机械手比人的手具有更大的力气，能够干很多人手所无法干的事情，这样也能提高工业生产中的效率，同时采用机械手进行工业生产时的成本相对而言也会得到一定程度上的降低。
机械手通常由三部分组成，即机械部分，传感部分和控制部分。
其中，手部安装在手臂的前端，用来抓持物件，这是执行机构的主体，可根据被抓持物件的形状、重量、材料以及作业要求不同而具有多种结构形式。
控制部分包括控制系统和人机交互系统。
对于机器人基本部件的控制系统，控制系统的任务是控制机械手的实际运动方式。
机械手的控制系统有开环和闭环两种控制方式，如果工业机械手没有信息反馈功能，那么它就是一个开环控制系统。
如果有信息反馈功能，它是一个闭环控制系统。
对于机器人基本组成的人机交互系统，人机交互系统是允许操作员参与机器人控制并与机器人通信的装置。
总之，人机交互系统可以分为两类：指令给定装置和信息显示装置，机械手的控制主要是通过软件程序加以实现。
随着科学技术的发展，机械手相关的技术也得到了快速的发展，先进的控制方式和先进的控制技术在机械手的控制领域中也具有一定的采用。
现在机械手不仅广泛应用于采矿、化工、船舶等领域，并且在航天、医药、生化等领域占有重要地位。
3 机械手的控制方式工业机器人可根据控制方法分为以下几类，一类是点控制。
点控制，也称为PTP控制，仅控制起点和终点的姿势，两点之间的轨迹没有规定。
机械手控制总结9篇
机械手控制总结9篇第1篇示例：机械手控制是现代工业自动化领域中非常重要的技术之一，它可以通过程序控制来完成复杂的操作任务，如搬运、装配、焊接等。
在很多工业生产领域，机械手已经取代了人工劳动，提高了生产效率和产品质量。
下面将从机械手控制的原理、分类、控制方法以及优缺点等方面进行总结。
一、机械手控制的原理机械手控制的原理是通过传感器采集目标物体的信息，然后由控制器对其进行处理，最后输出相应的控制信号驱动执行器实现目标动作。
传感器的作用是采集目标物体的位置、形状、颜色等信息，而控制器则根据传感器采集到的信息来计算出目标物体的位置和姿态，再通过控制算法生成相应的控制信号，驱动执行器完成动作。
根据不同的控制原理和结构特点，机械手控制可以分为多种类型，主要包括以下几种：1.基于位置的控制：通过设定目标位置和姿态，控制机械手执行相应的动作。
2.基于力控制：通过力传感器检测执行器以及目标物体之间的力，实现柔性操控和力量适应性。
3.基于视觉的控制：通过相机等视觉传感器采集目标物体信息，实现机械手对目标物体的识别和跟踪。
1.基于PID控制算法：PID控制算法是一种经典的控制算法，通过比例、积分、微分三个控制环节来调节执行器的输出。
2.基于模糊控制：模糊控制是一种适用于非线性系统的控制方法，通过模糊逻辑和模糊推理来实现目标控制。
3.基于神经网络控制：神经网络控制是一种模仿人脑神经元结构和工作原理的控制方法，能够应用于复杂系统的建模和控制。
1.优点：（1）提高生产效率：机械手可以24小时不间断工作，不受疲劳和情绪影响，能够大幅提高生产效率。
（2）提高产品质量：机械手运动精度高、重复性好，可保证产品加工的精度和一致性。
（3）减少人力成本：机械手可以代替人工进行危险、繁重和重复性工作，降低了人力成本。
2.缺点：（1）高成本：机械手的购买、安装和维护都需要巨额投资，对企业资金压力较大。
（2）技术要求高：机械手控制需要专业人员进行研发和维护，对技术人才的要求较高。
浙师大机电PLC实验四-机械手的模拟控制2
机电传动控制技术实验报告班级姓名学号同组人员二零一六年十二月实验四机械手的模拟控制一、实验目的用PLC构成机械手控制系统二、实验设备1、PLC实验箱一台；2、PLC编程环境与编辑软件一套。
三、实验要求1、控制要求按启动后，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，左转到位后下降，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。
2 、I/O分配（连线）3、输入程序代码（梯形图或助记符）四、实验步骤1、把PLC自身的接线端子O/0、O/1、O/2、O/3、O/4，O/5、O/6、O/7分别与机械手模拟控制实验上的1、2、3、4、5、6、A、B接线柱相连，I/0、I/1分别与M1（起动）、M2（停止）相连。
2、把PLC主控制器旁24V的COM端接到此模拟实验的COM端上，旁边的＋5V端接到此模拟实验的＋5V端，PLC输出端所用到的COM口相互并联后再接到5V的GND端。
3、输入程序检查无误后运行程序。
（程序见配套光盘机械手文件）4、程序说明：机械手把工件从A点移到B点。
实际机械手设备上装有上、下限位和左、右限位开关。
机械手起先处于原点，当按下起动按钮后：①机械手下降（1灯亮），工作钳处于放松状态（5灯亮），工件A亮表示有工件需要移到B点；②下降2秒后，工作钳碰到下限位开关并刚好到达工件A位置，工作钳夹紧（1、5灯不亮、2灯亮），延时1.5秒；③机械手上升（A灯不亮、3灯亮）；④上升2秒后，碰到上限位开关，停止上升并开始往右移（3灯不亮、4灯亮）；⑤机械手右移2秒后刚好碰到右限位开关停止右移并开始下降（4灯不亮、1灯）；⑥下降2秒后碰到下限位开关并刚好在工件B位置，工作钳放松（1、2灯不亮，5、B灯亮）；延时1.5秒；⑦机械手上升2秒（3灯亮）；⑧碰到上限位开关后往左移2秒（3灯不亮、6灯亮），到达原位碰到左限开关（6、B灯不亮），一个工作周期完成。
机械手控制
2.状态元件
状态元件是构成状态转移图的基本元素，是可编程控制器的软元 件之一。 FX2N 共有 1000个状态元件，其分类、编号、数量及用 途如表1所示。
表1 FX2N的状态元件
类别
元件编号
个数 用途及特点
初始状态
返回状态 通用状态 掉电保持 状态 具有
S0～S9
S10～S19
10
10
用作 SFC图的初始状态
图中机械手的任务是将工件由A 处传送到B处。 上升、下降和左移、右移的执行分别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 再通电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反的方向的线圈通 电为止。 另外，夹紧、放松由单线圈二位电磁阀推动气缸动作。设备 装有上下左右限位开关。
4.2 I/O分配及状态转换表
4.2.1 I/O分配
根据机械手工作原理和控制要求，可以确定电气控制系统的I/O 点分配，如下图 。
机械手动作的PLC硬件接线图
4.2.2 状态转移图
根据机械手动作要求和I/O 分配表，可以编制出状态转移图 如下图所示。
机 械 手 控 制 状 态 转 移 图
4.3 程序的编制
19
22 23 24 26 27 28 29 31 32 33 34 36
OUT
Y0 K20 SET Y1 LD T0 SET S23 STL S23 OUT Y2 LD X2 SET S24 STL S24 OUT Y3 LD X3 SET S25 STL S25
37 OUT 38 LD 39 SET 41 STL 42 OUT 45 46 47 49 50 51 52 54 55 56 57 59 60
机械手的控制要求
机械手的控制要求引言机械手是一种广泛应用于工业生产中的自动化设备，它可以模拟人类手臂的运动，完成各种需要精确而繁琐操作的任务。
机械手的控制是实现其准确、高效工作的关键，本文将介绍机械手的控制要求及相关内容。
机械手的基本结构机械手通常由主臂、关节、末端执行器等组成。
主臂负责提供基本的机械结构支持，关节用于控制机械臂的运动，末端执行器则负责完成具体任务。
机械手的控制系统根据任务需求和机械手结构的特点进行设计。
1. 精确定位能力机械手在工业生产中常常需要进行精确的定位操作，因此其控制系统需要具备精确定位的能力。
这要求机械手能够准确感知当前位置，以及对目标位置进行准确控制，通过合适的传感器和控制算法实现精确定位。
2. 直观的操作界面机械手的操作界面应该简单直观，方便操作员进行交互控制。
操作界面可以提供实时的机械手位置信息、任务状态反馈以及参数调节等功能。
同时，接口也需要易于使用和配置，方便操作员进行灵活的调整和操作。
机械手在操作过程中需要保证安全性，防止意外事故的发生。
控制系统应该具备相应的安全保护机制，如限位开关、力传感器等，能够及时检测到异常情况并采取相应的控制策略，确保机械手工作在安全范围内。
4. 快速响应能力机械手通常在繁忙的生产线上工作，需要具备快速响应的能力。
控制系统应具备高速的数据处理能力，能够快速响应操作指令，实现机械手的高效运动控制。
5. 灵活可扩展性机械手的控制系统应具备灵活可扩展的特性，以适应各种任务需求。
例如，可以支持多种通信接口和通信协议，方便与其他设备进行联动；可以根据具体任务需求进行自定义配置，提供各种控制策略和算法的选择。
6. 低功耗和节能设计随着环境保护意识的提高，机械手的节能设计也变得越来越重要。
控制系统应该具备低功耗的特点，尽量减少能源消耗，提高机械手的能效。
结论机械手的控制要求涵盖了精确定位能力、直观的操作界面、安全性能、快速响应能力、灵活可扩展性以及低功耗和节能设计等方面。
典型机电一体化系统之机械手
典型机电一体化系统之机械手机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
由以下结构：执行机构——驱动-传动机构——控制系统——智能系统——远程诊断监控系统，五部分组成。
机械手的设计构想是以人的手为基础，以机械拉来实现人的动作，它的动作由以下四部分来实现：1、自由度的旋转2、肩的前后动作3、肘的上下动作4、腕(手)的动作驱动-传动机构与执行机构是相辅相成的，在驱动系统中可以分:机械式、电气式、液压式和复合式，其中液压操作力最大。
控制系统采用西门子PLC控制。
运动形式:动力臂有旋转(300°)、前后、上下三自由度运动，均由三个液压伺服系统控制(其中旋转系统为开环控制，其它两系统均为具有位置及动压反馈的闭环系统。
)结构图如下工业机械手性能概要工作压力130bar冷却系统启动油温40℃，安全阀开启压力210bar油温最高许用温度60℃，最大输出流量87L/min，电机功率22KW，电机转速1450转/min，负载能力30~600Kg，工作频率250~300次/h，最大工作范围6~8m，许用超载20%工业机械手的结构是基于模组块系统上的，模组块系统适合于提高移动的速度或特殊类型的工作。
在设计上考虑维修的简单性。
维修的人员需要具备一定的资格，应能处理一般的机械设备的问题或通常液压件的安装。
（1）动力臂的机械构造动力臂由上臂和一个较底臂(下臂)连接组成，它建立一个围绕垂直轴旋转的支撑上。
在垂直面的运动是围绕水平轴(称之为肩轴)的上臂运动和围绕第二个水平轴(称之为肘轴)下臂的旋转运动叠加而获得的。
上臂的运动是通过液压缸直接控制，下臂的运动是由液压缸通过一个可以围绕肩轴旋转并且通过一个传送横梁来控制。
方位角的运动是通过一个安装支撑面上的液压马达进行控制的，马达通过与基础板连接的差动器的侧伞齿轮上的小齿轮来带动。
通过横梁和和肘部零件的连接保持最终配置部件的位置恒定不便。
机械手控制
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。
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[1]。
由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。
机械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。
我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少。
本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化控制的。
通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。
机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的发展，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。
目前，正式投入使用的绝大部分机械手属于第一代机械手，即程序控制机械手。
这代机械手基本上采用点位控制系统，没有感觉外界环境信息的感觉器官，主要用于焊接、喷漆和上下料。
第二代机械手具有感觉器官，仍然以程序控制为基础，但可以根据外界环境信息对控制程序进行校正。
这代机械手通常采用接触传感器一类的简单传感装置和相应的适应性算法。
现在，第三代机械手正在第一、第二代机械手的基础上蓬勃发展起来，它是能感知外界环境与对象物，并具有对复杂信息进行准确处理，对自己行为做出自主决策能力的智能化机械手。
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实验二搬运机械手的控制
一、实验目的
掌握应用PLC技术设计工艺生产控制系统的思想和方法，掌握PLC的编程技巧和程序调试方法，训练解决工程实际控制问题的能力。
二、实验仪器设备
1、THPLC－2型可编程序控制器模拟实验箱。
其中配备的主机为日本三菱FX1N－40MR型可编程序控制器，实验面板中设有多个实验区，本实验对应的实验区为“机械手动作的模拟”实验区。
2、个人计算机。
3、FX-422CAB型RS-422缆线或FX-422CAB-150型RS-422缆线。
4、FX系列PLC编程软件SWOPC-FXGP/WIN-C。
三、控制要求
有一搬运工件的机械手，其操作是将工件从左工作台搬到右工作台，工艺流程示意图如下面附图所示。
机械手通常位于原点。
SQ1为下限位开关，SQ2为上限位开关，SQ3、SQ4分别为右限位开关和左限位开关。
机械的上下左右移动以及工件的夹紧，均由电磁阀驱动气缸来实现。
电磁阀YV1控制机械手下降，YV2负责夹紧工件，YV3使机械手上升，YV4控制机械手右移，YV5控制机械手左移。
搬取工件时，按下启动按钮1SB，则：
①机械手先由原点下降，碰到下限位开关SQ1后，停止下降；
②夹紧电磁阀YV2动作将工件夹紧，为保证工件可靠夹紧，机械手在该位置等待3s；
③待夹紧后，机械手开始上升，碰到上限位开关SQ2后，停止上升；
④改向右移动，移到右限位开关SQ3位置时，停止右移；
⑤改为下降，至碰到下限位开关SQ1时，停止下降；
⑥机械手将工件松开，放在右工作台上，为确保可靠松开，机械手在该位置停留2s；
⑦然后上升，碰到上限位开关SQ2后，停止上升；
⑧改为左移，回到原点，压在左限位开关SQ4和上限位开关SQ2上，各电磁阀均失电，机械手停在原位。
再按下启动按钮时，又重复上述过程。
四、系统配置
根据控制要求画出PLC的I/O分配表或I/O分配图；
由于所采用的实验箱中，已将PLC输入输出端外接的开关、按钮和信号灯的部分线路连接好，放置于实验模板内，因此，实验时只要将PLC主机与“机械手动作的模拟”实验模板两者的外接插孔用连接线按需要插接好即可。
五、程序设计
要求采用两种编程方法进行程序设计：
1、设计梯形图（用基本指令和移位功能指令），列写出相应的指令表；
2、设计状态转移图，画出相应的梯形图（用步进指令和基本指令），写出相应的指令表。
参考程序如附图。
六、程序的写入、运行与调试
采用FX系列PLC编程软件SWOPC-FXGP/WIN-C进行程序的写入。
用基本指令编程的梯形图，采取梯形图的程序写入方法；用步进指令编程的状态转移图，采取梯形图或指令表的程序写入方法。
运行并调试程序，记录运行调试过程，分析控制效果。
七、思考与练习题
在上述内容的基础上，修改系统配置及控制程序，从而实现以下要求：
1、系统启动工作后，自动运行5个工作循环，即机械手连续完成了5次搬运过程时，才使搬运停止；
2、搬运停止时使系统发出闪光报警信号，该信号为亮、灭各0.5秒，持续30秒后熄灭。
八、实验报告要求
要求“实验预习报告内容”填写第一至四项的内容和第五项中的状态转移图，“实验原始记录”填写指令表，“实验报告内容”填写第五项中的两种梯形图和第六、七项的相关内容。
附图：。