物料搬运机器人控制设计(6千克)的毕业设计需要考虑哪些问题？

导读：" 物料搬运机器人控制设计(6千克)的毕业设计需要考虑哪些问题？1.机器人运载能力：针对物料搬运机器人的控制设计，首先需要考虑的是其运载能力。在设计过程中需明确机器人的最大负载，以确保机器人能够承担所需的物料搬运任务。2.控制系统设计：物料搬运机器人的控制系统设计是毕业"

物料搬运机器人控制设计(6千克)的毕业设计需要考虑哪些问题？

　　1.机器人运载能力：针对物料搬运机器人的控制设计，首先需要考虑的是其运载能力。在设计过程中需明确机器人的最大负载，以确保机器人能够承担所需的物料搬运任务。

　　2.控制系统设计：物料搬运机器人的控制系统设计是毕业设计中的关键问题之一。该设计需要考虑机器人的导航、定位、路径规划、避障等功能，以确保机器人能够准确无误地执行搬运任务。

　　3.传感器选择与应用：为了实现机器人的导航、定位和避障功能，需要选择合适的传感器并合理应用。常见的传感器包括激光雷达、摄像头、超声波传感器等，设计师需要考虑传感器的精度、响应速度、适应环境等因素。

　　4.通信技术选型：在设计过程中，需要确定机器人控制系统与外部设备或中心控制系统之间的通信方式。常见的通信技术包括以太网、无线通信等，设计师需要根据实际需求选择合适的通信技术，以确保机器人能够与其他设备进行有效的信息交流。

　　5.安全性考虑：在物料搬运机器人的控制设计中，安全性是一个重要的问题。

　　设计师需要考虑安全传感器的应用，确保机器人能够及时感知并避免与人员或其他物体碰撞。

　　此外，还需要考虑紧急停止装置的设计，以确保在紧急情况下能够迅速停止机器人的运动。

　　6.系统可靠性与稳定性：物料搬运机器人的控制设计需要考虑系统的可靠性和稳定性。设计师需要选择合适的硬件设备和软件算法，并进行充分的测试和验证，以确保系统能够长时间稳定运行，并在各种环境下保持良好的性能。

　　7.人机交互设计：在设计物料搬运机器人的控制系统时，还需考虑人机交互界面的设计。设计师需要设计直观友好的界面，使操作人员能够方便地与机器人进行交互，并监控机器人的运行状态。

　　8.节能与环保：在控制设计中，还要考虑物料搬运机器人的节能与环保性能。设计师应采用低功耗的硬件设备和优化的软件算法，以减少能源消耗，并采用环保材料和设计，以减少对环境的负面影响。

　　9.成本控制：最后，设计师需要在控制设计中考虑成本控制。根据预算和资源限制，选择合适的硬件设备和软件算法，并合理规划项目进度，以确保在有限的资源下实现高效的控制设计。

　　通过考虑以上问题，毕业设计中的物料搬运机器人控制设计可以更加全面、可行和实用，为实际应用提供有力支持。

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　　简介：机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线[1]。笔者开发的用于热处理淬火加工的物料搬运机械手，采用PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件分拣、搬运和淬火加工的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化以及淬火工艺的要求随时更改相关控制参数。

关键字：可编程控制器，机械手，定位控制

1引言

　　机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线[1]。笔者开发的用于热处理淬火加工的物料搬运机械手，采用PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件分拣、搬运和淬火加工的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化以及淬火工艺的要求随时更改相关控制参数。

2物料搬运机械手结构

　　物料搬运机械手为三自由度气压式圆柱坐标型机械手，主要由机座、腰部、水平手臂、垂直手臂、气爪等部分组成。

　　其中，腰部采用步进电机驱动旋转，手臂及气爪采用气缸等气动元件。

　　对应的物料分拣装置由4个普通气缸构成，用以将不同长度的工件经分拣后送至各自的轨道中，并在轨道终端进行淬火加工，加工完毕后再由机械手抓取、搬运和分类堆放。

　　机械手抓取长、短工件的顺序不是固定的，要视物料分拣装置的分拣结果以及长、短工件哪一个先到达轨道终端来定。

　　但机械手对工件的堆放顺序却是固定的，要按照一定的规律堆放(如图1中，长、短工件各放一边，以4个为一组进行堆放)，并且堆放工件的位置精度也是有要求的。

3机械手控制系统组成

　　由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在机械手控制中，除了要对垂直手臂滑块气缸、气爪等普通气缸进行控制外，还要涉及到对水平手臂气缸以及机械手腰部回转的伺服控制。

　　其中，机械手水平手臂气缸的伺服控制采用气动比例伺服控制系统;机械手的回转控制则采用三相混和式步进电机及其控制系统。

　　考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，对这种混合驱动机械手采用PLC作为核心控制器，上述各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作(如图2所示)，PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入、16点输出)。

　　步进电机选用深圳白山机电公司的BS110HB3L142-04型三相混合式步进电机，最大扭矩:12Nm;保歼锋持转矩:13.5Nm;额定电流4.2A。

　　步进电机驱动器性能的优劣，直接关系到步进电机的正常运行，必须合理选配。

　　为此，我们仍选择白山公司与BS110三相混合式步进电机配套的Q3HB220M等角度恒力矩细分型驱动器，定位精度可达30000步/转。

　　为了确保步进电机控制的稳定性、可靠性以及便于日后维护，我们选择与FX2N系列PLC配套的脉冲发生单元FX2N-1PG作为步进电机驱动器的控制单元[2]。

　　PLC通过扩展电缆、控制信号以及FROM/TO指令对1PG进行控制，向1PG发出定位命令，然后由1PG通过向步进电机驱动器输出指定数量的脉冲(最大100KPPS)来具体执行这个定位命令，从而最终实现PLC对步进电机的伺服定位控制，既提高了控制的灵活性和可靠性,又便于控制程序的编写。

　　在图2中，FX2N-1PG的FP和RP分别与步进电机的DR-和PU-端子相连，表示输出脉冲类型分别为前向脉冲和反向脉冲。

　　1PG的DOG端为确定步进电机原点位置时所用。

　　在调试时，当步进电机接近原点位置时，应通过此端对应的按钮接通24V电源，从而使步进电机开始以原点返回速度(爬行速度)转动，以便在到达设定的原点位置时方便于PG0端的控制。

　　PG0 和PG0-为步进电机到达原点位置时的停转控制信明改燃号，需外加一个5V电源，正端接PG0 ，负端通过开关K与PG0-相连。

　　当步进电机在DOG信号的控制下缓慢转动到达设定的原点位置时，可通过手动或行程开关触发PG0 和PG0-，使两端接通5V电源，于是电机停转，并将原点位置记录下来，存贮在1PG的BFM#26和#27这2个寄存器中，作为PLC对步进电机进一步控制的基准和重要参数。

　　气动比激虚例伺服控制系统采用德国Festo公司的相关产品，主要由HMP坐标气缸、伺服定位控制器SPC200以及与之配套的内置位移传感器MLO-POT-0225、气动伺服阀MPYE-5-1/8-LF-010-B和伺服定位控制连接器SPC-AIF-POT等装置组成。

　　在图2的控制系统硬件接线中，主要涉及其中SPC200的DIO数字量I/O模块的接线[3]。

　　从该图中可见，一方面PLC通过输出端Y0-Y3控制SPC200的定位指令(RecordSelect工作方式)记录号选取，并通过Y6启动伺服定位;另一方面SPC200又通过定位任务完成信号Q0.4(MC-A)将定位执行情况反馈到PLC的输入端X12，以便于PLC的程序控制。

　　在滑块气缸和气爪上都安装有磁性开关传感器，用于检测气缸活塞的位置。通过这些传感器的信号，并结合步进电机和气动伺服的启停信号，在PLC的控制下，就能够对滑块气缸和气爪对应的电磁阀进行控制，进而实现气缸的动作。

4控制系统PLC程序设计

4.1步进电机初始化控制程序

　　PLC与1PG间通过FROM/TO指令进行联系。

　　通过TO指令，PLC将控制命令及参数写入1PG的缓存，而在1PG控制下，步进电机的运行状态则由PLC通过FROM指令读入，以便程序处理。

　　在图3所示的部分步进电机初始化程序中，PLC一旦通电运行，便在每一个循环执行周期中将其M0～M15寄存器的内容写入1PG的操作命令缓存“BFM#25”中，控制1PG的工作。

　　同时，PLC还不断从1PG的“BFM#28”、“BFM#27”和“BFM#26”缓存中读入步进电机的运行状态和当前位置值，以便在逻辑控制中通过对这些输入值的处理来进一步控制机械手的动作。

　　按设计要求，同类型工件每4个为一组放置，两种工件各自的堆放顺序不能互相干扰。因此，同类型的4个工件搬运为一个基本循环，在各自的工件循环中分别设置了相应的工件计数标志位。

4.2机械手综合控制程序

综合前述的步进电机和气动伺服控制技术，同时结合对垂直手臂滑块气缸、气爪的控制要求,下面给出机械手完成一次定位并抓取工件的部分PLC程序

　　该程序表明:当工件分拣加工完毕后，机械手首先转动一定的角度指向取工件位置，待步进电机定位结束后，垂直手臂滑块气缸活塞落下，然后水平手臂气缸在气动伺服控制下伸出设定的定位位移。

　　定位位移是由PLC的输出端子(Y2～Y0)控制SPC200输入端子(I0.2～I0.0)的状态来决定的，如附表所示，从而实现了PLC对气动伺服定位的控制。

　　当气动伺服定位结束后，气爪动作,夹紧工件。

　　后续的搬运和放置工件的控制程序原理与之类似。

5结束语

　　上述针对机械手的控制方法充分利用了PLC和其它控制装置的特性，结构紧凑、控制可靠，目前在现场运行良好。作为一个相对独立的PLC控制系统，它还可以通过RS-485总线或CC-Link总线与生产线上的其它PLC及控制器组成工业控制网络,实现更进一步的自动化生产控制。

搬运机器人技术论文

　　目前,随着自动化技术的不断发展和应用的广泛普及,工业机器人已在搬运、焊接、包装、喷绘等领域替代了传统的人力。这是我为大家整理的搬运机器人技术论文，仅供参考!

搬运机器人伺服系统的设计研究篇一

　　摘要：搬运机器人的伺服系统，目前普遍应用的是以级次掌控、总线讯息、交流程控、数值信息加工、内部结构保护等为主要内容的智能化的数字信息控制手段，不仅确保了伺服系统的安全、高效运行，而且实现了精准、高速、稳定的良好性能。本文对搬运机器人伺服系统的技术质量控制和级次管理进行了分析，并且全面地阐述了定位系统、速率环比、技术参数和设施保护等信闹激应当把握的重点内容，对提高伺服系统的控制技术，具有一定的参考价值。

关键词：搬运机器人;伺服系统;设计研究

引言

　　搬运机器人达到精准、科学的轨迹运行是实现伺服技术功能目标定位的重要保障。

　　目前在搬运机器人伺服系统的应用前景上分析，伴随着机器人在各个领域、各个行业越来越广泛的推广应用，其所从事的工作事项越来越具有很强的技术难度，这就给伺服技术的安全、高效、稳定、科学、动感等性能的发挥带来了很高的要求。

　　同时，随着数字化信息技术普及程度的日益广泛，特别是DSP等技术方法的不断推陈出新，给机器人伺服技术的变革带来了巨大的发展空间，也使得这种伺服系统日益探索应用了许多的新技术和新方法，比如建立交流程控、数值加工等，不仅使得机器人伺服系统满足了高速、精确的目标要求，而且越来越能够独立承担非常复杂的各种任务。

　　本文结合南方某省的搬运机器人为例，围绕机器人的稳定、精准、防干扰性能，科学地分析阐述了伺服技术的技术特性和研发思路，并对数字信息处理等技术方法的应用推广和设计理念、设施保护等内容进行了探究。

1搬运机器人伺服系统的级次控制思路和技术标准

　　该省设计研发这种搬运机器人主要是为了适应浇筑施工环节的技术要求，并且充分考虑到这种机器人的通用效果。

　　所以在设计的时候，将其打造为了固定变量取值为6的现代化机器人，并设计了包括上臂摇动、下臂摇动、腰间回环、手腕摇动、手腕回旋、下臂回环等6项内容在内的活动功能关节，按照浇筑施工现场操作的有关部署，依据一定时间控制能够由热炉内舀出铝制液体，服务于8个机器设备铸模使用。

　　而且在设计这种搬运机器人的时候，要使其能够在3.5米半径的区域内顺畅运转，最后环节的多次确定位置的误差上下不能高于3毫米，按照搬运机器人每个关节的误差折算，上下不能超过0.049度。

　　同时，要严格控制伺服系统的安全、稳定性能，通过技术指标控制，避免机器人在实现搬运伺服功能的时候出现铝制液体流出或者影响浇筑效果。

　　同时，在对搬运机器人进行技术参数控制的时候，运用了管理、控制、伺服等级次方法，使承担主要控制功能的网络信息系统得到了减负，降低了伺服技术的运行期间。

　　利用管理的技术方法，通常是加强搬运机器人离线状态监控，对其运行的空间事先合理预设，使其能够在进行浇筑环节操作的时候，发挥图形设计、现场示范、纠错调整以及现场施工信息数据的检索、查询、质量问题的排查和定期展现等作用。

　　利用控制的技术方法，一般是依据定位传感设施提供的定位信息，在预定时间内设置出一定的路径，同时将测算出来的下级信息传送给伺服技术进行处理。

　　而伺服技术主滑袜要解决的是对搬运机器人的运动功能进行科学掌控，并依据施工标准和设计的精确系数确保机器人能够达到预定的运动轨迹完成工作任务。

2搬运机器人伺服系统的设计要求

　　对于搬运机器人来说，伺服系统主要承担任务事项的执行工作，因此，伺服系统的安全、可靠工作，对搬运机器人的总体运行有着至关重要的影响。

　　一是交流程控。

　　近年来，这种程控驱动技术方法得到了快速的发展，由于本身结构不大、重量很小、能耗量低、适应性强、坚固性高、安全可靠、经久耐用，同时在调速方面有着很好的效果，在未来的发展中很有可能会替弯并换掉直流驱动技术。

　　搬运机器人在各个关节的运行驱动中，全部使用了交流程控的驱动技术，在组件构成上应用的是永磁式同步无刷电机，并且通过自动控制技术确保了频率的变换和速率的调节。

　　二是三环系统。

　　由于搬运机器人对不利环境的适应性很强，承受重力的性能很高，在发挥伺服技术功能的时候，不仅应当妥善解决稳定性和动态化的设计要求，而且应当注意对外界干扰的防范。

　　本文所提到的搬运机器人就通过这种三环系统较好地实现了伺服功能(详见图2)。

　　但是由于三环伺服控制技术虽然具有良好的稳定和防干扰能力，不过从需要的频率特性上来看，外环的要比内环的低很多，着就制约了外环控制系统的反应性能。

　　所以通常使用一种新型组件，改进内环频率特性，确保系统运行速率，提升有效的防止干扰和可靠性能。

　　三是伺服系统。

　　构成伺服模式的主要设施包括位控板、放大器、SM电机、编码仪和减速器等。

　　其中SM电机应用的是进口的永磁式系统，可以承受的电力负荷非常高，在机器人中应用非常好。

　　编码仪主要是对SM旋转速率和定位进行监测，而且根据6个运动关节监控机器人运行的精准情况，并运用减速器通过间接程控的方法实现较大的输送力矩确保搬运机器人能够高效做工。

　　由于减速器在每个关节点上都进行了安装，不仅提高了反应速度，而且不会产生很大的转动惯力，运行效率非常好。

　　放大器使用的是变频设施，具有绝缘效果，关节运动产生的功率一般不大，但是启闭的速率却非常高，作用非常显著。

　　位控板的性能一般是接发控制指令，对定位信息做出反应，测算关节运动误差，实现每个关节的伺服系统控制目标，由于构成材料的关键组件是芯片系统，相当于计算机网络设备，具有良好的信号反应和处置性能，而且由于采用了总线控制技术，确保了信息数据的安全、精准、高效地传输，实现了搬运机器人伺服系统的科学运转。

　　四是参数系统。

　　一般情况下，搬运机器人需要承受的外界应力水平和惯性具有一定的差异性，运行速率也具有一定的不同，但是由于6个关节的动作需要一定的协作性，每个关节的运动都会对搬运机器人位置检测的精确性和动作进行的稳定度产生制约，所以控制技术参数，保障伺服技术的效果是一项非常重要的工作。

　　比如，需要考量电流的跟踪运行轨迹，科学控制电流环的技术参数，确保提升反应速率，无需进行后期的调控，确保搬运机器人伺服系统安全、稳定的运转，同时，由于功率组件启闭迅速，还要尽量改进电流设施的频率特性，确保外环具有稳定的运行性能。

　　四是保护系统。

　　为了充分保证搬运机器人的安全、稳定动作，就需要对软件硬件设施予以保护。

　　一方面，要妥善地保护硬件设施，一旦搬运机器人伺服系统出现了故障，比如，伺服放大器设施承受的热量过大，电源电压超过了极限负荷，电机运行的速率超过了=极限或者电机承受的电力负荷值过大，编码器在信息的传输上出现了误差，电源相级缺失，就要及时切断主电路的电源，对电力系统进行保护。

　　另一方面，要妥善保护软件设施，主要是对位控板进行保护，比如结合关节的动作，跟踪监测误差情况，并及时做出纠错调整，或者暂停关节动作，避免出现机械碰撞的事故，影响伺服系统的正常运行。

3结束语

　　综上所述，搬运机器人伺服技术基于交流程控、三环系统、技术参数的科学把握和对硬件软件设施的及时防护，确保了良好的反应机制和防扰动性能，确保了机器人在承担工作任务的时候能够及时、快速、稳定、高效地按照精准轨迹运行，相信应用推广前景将非常广阔。■

参考文献

[1]郭毓、马勤弟、许春山、胡斌、毛建.搬运机器人伺服系统的研究(J).南京理工大学学报.2001(3).

[2]昊广顺、凌雷、方素香、王玉果.PLC在搬运机器人控制系统中的应用(J).2006(2).

[3]吴凤江、孙奎.基于PROFIBUS总线的搬运机器人伺服控制系统(J).伺服控制.2009(2).

基于工业机器人的极板搬运工作站的设计与实现篇二

　　【摘要】在中国制造2050和工业4.0“机器换人”的大背景下，中国工业生产正由制造向智造转型升级。本文在铅蓄电池极板生产线中引入工业机器人，开发了一种极板搬运工作站，并进行了PLC控制系统的设计，大大提电池极板生产效率，实现自动化。

【关键词】工业机器人;电池极板;搬运工作站

Designandimplementationofplateshandlingworkstationbasedonindustrialrobot

WANGZhe-lu

(DepartmentofElectricalandElectronicEngineering，WenzhouVocational