基于慧魚平臺的自動化搬運系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
基于慧魚平臺的自動化搬運系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn),基于,平臺,自動化,搬運,系統(tǒng),設(shè)計,實現(xiàn)
摘 要
利用慧魚創(chuàng)意模型組合包內(nèi)的構(gòu)件拼接的自動化搬運系統(tǒng)，主要是由自動化物料搬運設(shè)備和自動化物料存儲設(shè)備構(gòu)成，其中動力裝置均由電機(jī)提供，通過慧魚構(gòu)件組搭建模型，然后通過慧魚軟件編程模擬仿真出自動化搬運系統(tǒng)的實際效果。
本人的課程設(shè)計是用德國慧魚創(chuàng)意積木組合包內(nèi)的構(gòu)件為載體，搭建出自動化物料搬運設(shè)備和自動化物料存儲設(shè)備的基本構(gòu)架，再利用ROBO編程，通過TXT控制器面板去控制所搭建的模型，使搭建的模型達(dá)到預(yù)期的動作，完成搬運的和存儲的功能，再而取代我們以后常用的由硬體描述語言所驅(qū)動的構(gòu)架。本人的說明書重點是簡明扼要的闡釋機(jī)械之間的配合關(guān)系，各種傳感器安裝使用，軟件編寫，以及如何實現(xiàn)對電機(jī)的控制，讓慧魚軟件平臺的操作變得簡單易懂，同時方便快捷，便于大家理解。
自動化物料搬運設(shè)備是循跡小車和搬運機(jī)械手臂的理想結(jié)合，通過傳感器，實現(xiàn)從小車的循跡運動，到達(dá)預(yù)定的地點，到機(jī)械手臂完成貨物搬運的過程。
自動化物料存儲設(shè)備是利用傳感器檢測貨架的閑置空間，然后將貨物從固定的地點，用機(jī)械手臂搬運到閑置的空間，完成空間的合理分配。
關(guān)鍵詞：慧魚模型；循跡小車；傳感器：機(jī)械手臂
I
ABSTRACT
The automatic moving system is composed of automatic moving robot, automatic sorting system and automatic storing and transporting robot. The power device is provided by motor, and the model is formed by the cometary components. Then the actual effect of the automatic moving system is simulated by the cometary programming.
This course is designed to use German fischer creative blocks combination of components as the carrier, build automated material handling equipment, and the basic framework of the automatic material storage equipment, recycling ROBO programming, through TXT controller panel to control the building model, to build the model of the desired action, complete the function of handling and storage, instead we commonly used later again driven by hardware description language structure. My manual focus is concise explanation cooperate relationship between the mechanical, various sensors installed, writing software, and how to realize the control of the motor, let fischer platform operation simple easy to understand, convenient and quick at the same time, to facilitate everybody understanding.
Automated material handling equipment is tracking the car and handling the ideal combination of mechanical arm, through the sensor, achieve tracking motion, from the car to a predetermined location, to the mechanical arm to complete the process of cargo handling.
Automation material storage device is to use the sensor testing shelf space, then the goods from a fixed location, with a robotic arm to the unused space, space distribution.
Key Words：Fischertechnic; Tour line; Sensor: A robotic arm
I
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 緒 論 1
1.1 選題背景及意義 1
1.2 自動化搬運系統(tǒng)的設(shè)計原則 2
1.3 自動化搬運系統(tǒng)的定位 3
1.4 自動化搬運系統(tǒng)的內(nèi)容 4
第2章 慧魚模型 5
2.1 慧魚創(chuàng)意組合模型的簡介 5
2.2 慧魚創(chuàng)意組合模型的意義 5
2.3 慧魚創(chuàng)意組合模型的主要構(gòu)件 6
第3章 搬運系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
3.1 自動化物料搬運設(shè)備 10
3.2 自動化物料存儲設(shè)備 19
第4章 搬運系統(tǒng)的Robo Pro編程 23
4.1軌跡跟蹤小車的軟件編程 23
4.2搖臂式搬運手臂的軟件編程 26
4.3三自由度搬運手臂程序的軟件編程 30
第5章 結(jié) 論 32
參 考 文 獻(xiàn) 33
附錄1：外文翻譯 34
附錄2：外文原文 41
基于慧魚平臺的自動化搬運系統(tǒng)
第1章 緒 論
1.1 選題背景及意義
產(chǎn)品都是由物料加工生產(chǎn)而來，在生產(chǎn)到消費的過程中，物料的搬運作業(yè)是十分重要的一個環(huán)節(jié)，對于生產(chǎn)商而言，自動化搬運系統(tǒng)的合理性，將很大程度上影響到產(chǎn)品成本的高低，同時搬運系統(tǒng)的合理性，也將對生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)造成很大的影響，不合理的搬運系統(tǒng)會造成作業(yè)時間的浪費，產(chǎn)品的損壞，進(jìn)而降低生產(chǎn)率。所以在國家制造業(yè)迅速發(fā)展的今天，物料搬運系統(tǒng)的研究是非常必要的。在制造企業(yè)中引入物料搬運方案，可以有效提高搬運效率，合理安排生產(chǎn)時間，節(jié)約人力資源，減少機(jī)器加工等待時間，讓更多的生產(chǎn)力投入到產(chǎn)品的加工中去，從而提高企業(yè)的競爭力[4]。合理優(yōu)化物料搬運路線，選擇合適的搬運單元和搬運工具，可以減少物料中轉(zhuǎn)的復(fù)雜程度，減少物料在中轉(zhuǎn)過程中的損耗，便于生產(chǎn)車間的合理布局和管理。
對于一個自動化搬運系統(tǒng)而言，運輸、倉儲保管、裝卸搬運是其中的核心所在[11]。自動化物料搬運設(shè)備是可以進(jìn)行自動化搬運作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，用一種設(shè)備握持工件，同時從一個加工位置移到另一個加工位置[6]。搬運機(jī)器人可安裝不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動；自動化物料存儲設(shè)備是可以合理安排物料存儲與搬運的設(shè)備，極大的節(jié)約了空間成本，同時方便查找，也降低了人類的體力勞動。
在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，自動化搬運系統(tǒng)中的核心就是自動化搬運設(shè)備。而自動化搬運設(shè)備的先進(jìn)性，往往是由搬運機(jī)器人的發(fā)展程度決定的。當(dāng)今，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，搬運機(jī)器人可以很好地實現(xiàn)機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合[11]。搬運機(jī)械人雖然目前還不如人那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點。因此，搬運機(jī)械人越來越廣泛地得到了應(yīng)用，也是今后工業(yè)發(fā)展的必然趨勢[4]。
1.2 自動化搬運系統(tǒng)的設(shè)計原則
1、確定方針原則:了解現(xiàn)有問題，考慮技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的限制，初步考慮解決問題的方針。
2、規(guī)劃原則:根據(jù)了解的實際情況，初步建立一個目標(biāo)，基本確立初步的需求和所有物料搬運和儲存活動的應(yīng)變計劃。
3、系統(tǒng)原則:整合搬運和儲存活動，使得系統(tǒng)和活動經(jīng)濟(jì)有效，包括進(jìn)貨、檢驗、儲存、生產(chǎn)、組合、包裝、倉儲、出貨、運送等。
4、空間利用原則:充分有效地利用空間。
5、標(biāo)準(zhǔn)化原則:盡可能把搬運方法和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化。
6、工效原則:了解人類的能力和限制以設(shè)計物料搬運設(shè)備和程序，使得使用系統(tǒng)的人和系統(tǒng)能有效互動。
7、能源原則:考慮物料搬運系統(tǒng)和物料搬運程序的能源消耗。
8、生態(tài)原則:使用對環(huán)境不良作用最少的物料搬運系統(tǒng)和物料搬運程序。
9、機(jī)械化原則:物料搬運過程機(jī)械化，以增進(jìn)效率。
10、簡單方便原則:通過消除減少和合并不需要的移動和設(shè)備，以簡化搬運。
11、重力原則:在考慮安全損壞遺失等因素下，盡可能使用重力移動物料。
12、安全原則:遵循安全原則，使用安全的物料搬運系統(tǒng)和方法。
13、信息化原則:在物料搬運和儲存系統(tǒng)使用電腦，以增進(jìn)物料搬運系統(tǒng)和物料搬運程序?qū)ξ锪虾托畔⒌目刂啤?
14、系統(tǒng)化原則:處理物料搬運和儲存時，整合數(shù)據(jù)流動和物流流動的系統(tǒng)化。
15、布局原則:對所有可行的方案，準(zhǔn)備操作順序和設(shè)備設(shè)計，接著選擇最有效的效果的方案。
16、成本原則:比較不同解決方案的每單位物料搬運成本。
17、維修原則:對所有物料搬運設(shè)備，準(zhǔn)備預(yù)防維修和定期維修的計劃。
18、淘汰原則:需要考慮產(chǎn)品的生命周期，對于設(shè)備更新有長期且經(jīng)濟(jì)的合理政策。
1.3 自動化搬運系統(tǒng)的定位
企業(yè)的物料搬運系統(tǒng)定位是一個非常麻煩的問題，從我國當(dāng)前的發(fā)展情況來看，東西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，使得企業(yè)物料搬運系統(tǒng)具有了多樣性，既有可以體現(xiàn)當(dāng)今世界物料搬運最為先進(jìn)科技水平的由無人自動搬運小車、自動化立體倉庫、自動化輸送機(jī)等組成的無人化物料搬運系統(tǒng)，也有還處于相當(dāng)落后的，比較原始的物料搬運輸送線。但是不論何種水平，有一點是共同的，即這些物料搬運系統(tǒng)都與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)狀況、產(chǎn)品質(zhì)量要求、勞動力水平的高低、產(chǎn)品的市場競爭力等狀況相匹配，也就是對于不同的企業(yè)來看，是沒有最好的、最先進(jìn)的搬運系統(tǒng)，只有最經(jīng)濟(jì)、最合適的物料搬運系統(tǒng)。
我們都知道，搬運系統(tǒng)的本質(zhì)任務(wù)就是在A、B倆地之間連續(xù)搬運大量物料?？梢园l(fā)現(xiàn)搬運位置精度高，搬運時間比較準(zhǔn)確的搬運系統(tǒng)一般都是自動化搬運系統(tǒng)才能達(dá)到的水平，這種自動化搬運系統(tǒng)被廣泛用于大批量生產(chǎn)的流水線、裝配線。事實證明輸送機(jī)搬運系統(tǒng)是最適于大批量生產(chǎn)方式的搬運系統(tǒng)。因此，輸送機(jī)搬運系統(tǒng)實際上已成為大批量生產(chǎn)的代名詞，但是這種搬運系統(tǒng)實際上由外部的需求條件來定位，它要求物料型式比較單一、量大、品種單調(diào)，在社會生活水平尚處于溫飽階段時，這種搬運系統(tǒng)與社會相吻合。當(dāng)社會進(jìn)入小康，需求呈現(xiàn)多元化、個性化、人性化，這種大批量流水線生產(chǎn)出來的雷同商品，顯然無法滿足市場要求。這種外部需求反饋到企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中要求原有生產(chǎn)線在功能、外形、花色、大小等方面有所調(diào)整和變動，傳統(tǒng)的大批量流水線搬運系統(tǒng)顯得力不從心[6]。
在當(dāng)今而言，輸送搬運運系統(tǒng)對企業(yè)的定位來說是不合適的。這種不合適的根本原因源于經(jīng)濟(jì)發(fā)展從高速走向平穩(wěn)增長的經(jīng)濟(jì)環(huán)境的變化，源于人們消費從單調(diào)雷同走向多樣化的觀念的變化，源于大眾生活水平從溫飽走向小康社會發(fā)展的變化。自動化的搬運系統(tǒng)已經(jīng)變得更為受企業(yè)歡迎，因為它的特點是小批量、多品種生產(chǎn)，同時可以適應(yīng)變化多端的消費市場。這樣的生產(chǎn)方式需要已經(jīng)不再需要更換大量的工裝，因為在搬運大量不同的原材料及零部件時，只需要更改搬運系統(tǒng)的手爪機(jī)構(gòu)就可以完成不同物料的搬運。這樣就可以滿足當(dāng)生產(chǎn)線上可能會出現(xiàn)同時組裝幾種不同的產(chǎn)品或頻繁更換組裝不同的產(chǎn)品時，依舊可以方便快捷的完成搬運的行為。自動化搬運系統(tǒng)的這些特點，符合企業(yè)的物流系統(tǒng)所需要的應(yīng)變能力，即滿足物流系統(tǒng)的柔性[11]。這種具有一定柔性的物流系統(tǒng)，對隨時應(yīng)變市場變化的企業(yè)來講是合適的， 其物流系統(tǒng)的定位，就應(yīng)當(dāng)是具有相當(dāng)科技含量的柔性物流系統(tǒng)。
1.4 自動化搬運系統(tǒng)的內(nèi)容
對于一個自動化搬運系統(tǒng)而言，運輸、倉儲保管、裝卸搬運是其中的核心所在。本人所設(shè)計的自動化搬運系統(tǒng)就是以慧魚創(chuàng)意組合模型搭建出來實際仿真模型，模擬整個自動化搬運系統(tǒng)的工作過程中最為重要的運輸和裝卸搬運部分。
1.4.1 自動化物料搬運設(shè)備
物料搬運是指在統(tǒng)一范圍內(nèi)所進(jìn)行的、通過使物料存放狀態(tài)和空間位置發(fā)生改變?yōu)橹饕康牡男袨?。倉庫作業(yè)效率的提高主要就是同屋物料搬運體現(xiàn)的，物料搬運也將直接影響到生產(chǎn)效率[4]。在生產(chǎn)型企業(yè)中，物流經(jīng)理通常要對貨物搬運入庫、貨物在倉庫中的存放、貨物從存放地點到訂單分揀區(qū)域的移動以及最終到達(dá)出貨區(qū)準(zhǔn)備運出倉庫等環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)。物料搬運作業(yè)具體主要有以下幾個方面：水平或斜面運動—搬運作業(yè)；垂直運動—裝卸作業(yè)；碼垛或取貨—提升或下降作業(yè)；轉(zhuǎn)向—繞垂直線轉(zhuǎn)動作業(yè)和翻轉(zhuǎn)—繞水平軸線轉(zhuǎn)動作業(yè)。
本人所設(shè)計的物料搬運設(shè)備是自動化搬運機(jī)器人，其功能可以實現(xiàn)自動化的物料搬轉(zhuǎn)運輸上，有兩個部分構(gòu)成，其一是軌跡跟蹤小車，主要作用為沿著既定的軌跡行駛，從摸一個起點移動到到目的地；另外一個部分為自動化機(jī)械手臂，負(fù)責(zé)將物料夾起，移動，升降和旋轉(zhuǎn)等動作，完成物料的搬運。軌跡跟蹤小車與自動化機(jī)械手臂，通過編程控制，協(xié)調(diào)與調(diào)試，共同完成物料的搬運工作。
1.4.2 自動化物料存儲設(shè)備
倉儲物流設(shè)備是指在倉儲管理過程中使用到的硬件設(shè)施和信息管理軟件系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)主要包括立體貨架、堆垛機(jī)、室內(nèi)搬運車、出入輸送設(shè)備、分揀系統(tǒng)、升降設(shè)備（提升機(jī)或升降機(jī)）、以及計算機(jī)管理和監(jiān)控系統(tǒng)。這些設(shè)備可以組成半自動化、自動化、機(jī)械化的倉庫，來堆放、存取和分揀物品。
利用自動化立體倉儲設(shè)備，可實現(xiàn)倉庫高層合理化、存取自動化、管理簡便化。其功能可概括為[6]：
1、高層貨架存儲，節(jié)約用地，充分利用庫房空間增大存儲量；
2、自動存取，提高入出庫效率，機(jī)械自動化作業(yè)解放人力，減小勞動強(qiáng)度；
3、計算機(jī)控制，自動對信息進(jìn)行準(zhǔn)確的存儲和管理，自動打印各種報表；
4、可與其他輸送設(shè)備配合使用，使生產(chǎn)、倉庫、物流整體鏈接，減少管理成。
第2章 慧魚模型
2.1 慧魚創(chuàng)意組合模型的簡介
1964年，阿圖?費舍爾以“六面可拼接體”作為孩子的生日禮物，經(jīng)過幾十年的發(fā)展與創(chuàng)新，以“六面可拼接體”為基本構(gòu)件的慧魚創(chuàng)意組合模型(fischertechnik)成熟起來并且獲得大眾的認(rèn)可?；埕~創(chuàng)意組合模型代表的科技含量很高的工程技術(shù)是以類智趣拼裝模型體現(xiàn)出來，因此慧魚創(chuàng)意組合模型不僅僅是一種可以很好地通過搭建模型，編輯程序進(jìn)行仿真以展示科學(xué)原理和技術(shù)過程的理想教具，同時也為青少年的創(chuàng)新教育和實驗提供了最佳的載體，使得青少年們擁有了更多動手實踐機(jī)會，可以很好的幫助他們鍛煉獨立思考的能力與創(chuàng)新的思維能力。
尼龍塑膠是一種纖維的樹脂，具有良好的綜合性能，以此作為慧魚創(chuàng)意組合模型中的主要部件的原材料，使得慧魚創(chuàng)意組合模型部件的尺寸精確度高，且不易磨損，這樣可以保證在反復(fù)拆裝的同時不會對模型結(jié)合的精確度造成影響。同時，由于慧魚創(chuàng)意組合模型組合包內(nèi)的主要構(gòu)件都是用了工業(yè)燕尾槽專利設(shè)計以達(dá)到六面都可拼接的效果，這種獨特的設(shè)計使得搭建模型時可以實現(xiàn)隨心所欲的組合和擴(kuò)充。
慧魚創(chuàng)意組合模型主要包括創(chuàng)意組合包、培訓(xùn)模型、工業(yè)模型三大系列（本人的畢業(yè)設(shè)計所使用的主要便是創(chuàng)意組合包），在創(chuàng)意組合包里面主要涵蓋了機(jī)械結(jié)構(gòu)方面、電子控制方面、液壓氣動方面、和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域和高新學(xué)科。使用慧慧魚創(chuàng)意組合模型，首先便是利用組合包內(nèi)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械元件、電氣元件、氣動元件，輔以傳感器、控制器、執(zhí)行器的配合搭建出基本模型，然后將設(shè)計構(gòu)思以程序的方式輸入到TXT控制器，通過實際的模擬仿真和實驗分析，基本可以實現(xiàn)任何技術(shù)過程的還原，更可以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和大型機(jī)械設(shè)備操作的模擬，從而為實驗教學(xué)、科研創(chuàng)新和生產(chǎn)流水線可行性論證提供了可能。
2.2 慧魚創(chuàng)意組合模型的意義
在使用慧魚創(chuàng)意組合模型進(jìn)行模擬仿真的過程中，由于慧魚的“六面可拼接體”可以實現(xiàn)任意的拼接，完全可以讓學(xué)生們以自己的創(chuàng)意去搭建自己所想要的模型。在這個過程中，將自己在課本上所學(xué)到的理論知識與實際的情況相結(jié)合，將所學(xué)的機(jī)械原理、氣動技術(shù)、電子電路和軟件編程等方面的知識充分的運用，使得本來枯燥的理論知識變得生動形象，不僅可以提高學(xué)生對于理論學(xué)習(xí)的興趣性，加強(qiáng)對于理論知識的理解，同時可以開拓自己的知識面，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新思維能力。在慧魚創(chuàng)意組合模型的搭建、組裝以及編程的過程中，學(xué)生的實際動手的能力、解決實際問題的能力和創(chuàng)新設(shè)計的能力也得到了充分的鍛煉。以學(xué)習(xí)為主、專業(yè)嚴(yán)謹(jǐn)是慧魚課程的教學(xué)側(cè)重點?；埕~創(chuàng)意組合模型體現(xiàn)了不同學(xué)科的知識點的組合，不僅可以應(yīng)用于中小學(xué)各個年級學(xué)科教學(xué)，還可以用于大學(xué)不同專業(yè)以及研究生工程實驗和技術(shù)創(chuàng)新活動，可以說這是創(chuàng)新教育的一個全新平臺。
我選擇以慧魚組合包作為自動化搬運系統(tǒng)的載體，一方面是由于慧魚組合包內(nèi)部的構(gòu)件基本可以搭建出我所需要的自動化搬運系統(tǒng)的模型，并且通過將編輯的程序輸入到TXT控制器可以實現(xiàn)對所搭建出來的模型的控制，通過實際觀察模型的運動情況，可以生動形象的展現(xiàn)出整個搬運系統(tǒng)的運行情況；另一方面則是由于慧魚創(chuàng)意組合模型組合包內(nèi)的大量構(gòu)件可以將我所學(xué)的機(jī)械方面，電子方面以及控制方面的知識綜合的體現(xiàn)出來，是我大學(xué)四年所學(xué)知識的一個匯總，對我自己的一個檢測，希望可以通過慧魚創(chuàng)意組合模型對自己的大學(xué)提交一份滿意的答卷。
2.3 慧魚創(chuàng)意組合模型的主要構(gòu)件
2.3.1 基本構(gòu)件分類：
圖2.1基本構(gòu)件
2.3.2 控制器：
快速脈沖計數(shù)端口，接收帶編碼器電機(jī)中的編碼器信號，還可以作為數(shù)字量輸入端使用，如開關(guān)。TXT控制器的EXT端口只能耦合 1個TXT控制器，TX控制器的EXT端口可以擴(kuò)展多個TX控制器。
圖2.2 TXT控制器
2.3.3 電氣元件：
圖2.3 傳感器與執(zhí)行器
2.3.4 電機(jī)
圖2.4 電機(jī)
2.3.4 接觸開關(guān)：
圖2.5 開關(guān)
2.3.5 LED燈：
圖2.6 LED燈
第3章 搬運系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 自動化物料搬運設(shè)備
本人所設(shè)計的自動化物料搬運設(shè)備所要實現(xiàn)的目標(biāo)為遠(yuǎn)距離的物料搬運，所以為了達(dá)到預(yù)定的目的，物料搬運設(shè)備需要有兩個部分構(gòu)成，軌跡跟蹤小車與搖臂式搬運手臂。軌跡跟蹤小車需要實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的軌跡跟蹤，即為沿著固定的軌跡行駛，將物料由起始地遠(yuǎn)距離的運輸?shù)侥康牡?。搖臂式機(jī)械手臂需要實現(xiàn)的功能為當(dāng)軌跡小車到達(dá)物料的起始地時將物料夾起，并且跟隨小車移動，直到到達(dá)目的地，將物料放回到預(yù)定點。
3.1.1 軌跡跟蹤小車
1 組裝模型
在實驗室進(jìn)行慧魚模型小車組裝工作，首先熟悉慧魚模型的構(gòu)件及其拼裝方法，我所要實現(xiàn)的功能是跟蹤搜索，因為沒有相關(guān)的拼裝順序說明書或者步驟，我需要按照自己的思路進(jìn)行拼接，首先我們現(xiàn)有的組裝材料有控制器板、電源、連接電線、電機(jī)、傳感器、各個拼裝模塊等：
圖3.1 電機(jī) 圖3.2 六面體長方形模塊（左）
六面體正方形模塊（右）
圖3.3 軌跡傳感器
首先拼接的小車底板，用到的是正六面體模塊和長方六面體模塊，根據(jù)電機(jī)的體積大小確定底板的拼接。因為要實現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向，所以采用2個電機(jī)驅(qū)動來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的功能，然后根據(jù)2個電機(jī)的位置，用上述的六面體模塊通過楔形卡槽將其組裝成一個底板的樣子。因為電機(jī)上有齒輪，所以采用的是齒輪傳動，帶動輪子轉(zhuǎn)動，將輪子套上輪套，然后在用一個帶有孔的正方六面體模塊連接固定齒輪軸和裝好的輪。然后將這個部件裝到帶有電機(jī)的底板下方，并調(diào)整位置將齒輪配合好并固定，最后調(diào)整好各個結(jié)構(gòu)的位置讓兩邊的輪子盡量對稱，這樣后基本的前輪框架就出來了。
圖 3.4 整體前輪裝置
然后裝配的是后輪，因為后輪實現(xiàn)的只是平衡小車以及保持小車行走的能力，所以結(jié)構(gòu)簡單，另外需要在上面裝電源來提供動力源給電機(jī)，把后底板與前面所拼裝的整體前輪裝置安裝到一起組成可以行走的小車雛形，再把軌跡傳感器安裝到小車前面部分，這樣所有的初級準(zhǔn)備都完成。
圖 3.5 車體雛形
2 安裝控制板及接線
我們所用到的是TXT controller控制器：
電機(jī)與控制器的連線如圖（電機(jī)中間的藍(lán)頭三線中紅線接電源，綠線接C口地線，黑線接C口上位線，電機(jī)兩邊的口接控制器M口，傳感器紅頭線中綠接I口地線，紅線接電源，藍(lán)線中紅綠均接I1 2口表示輸入），把線接好并且把TXT控制器安裝到小車模型上：
圖3.6 軌跡跟蹤小車
3.1.2 搖臂式搬運手臂
1 結(jié)構(gòu)分析
我們需要拼接的是一個可360°旋轉(zhuǎn)，并能夠完成俯仰動作的一個吊臂，其末端執(zhí)行器是一個可以控制開合的手爪，以完成貨物從低到高或從高到低的一個搬運的設(shè)備，我們將其細(xì)分到以下幾個機(jī)構(gòu)：
（1）下方控制整體360°旋轉(zhuǎn)的渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)需要將渦輪蝸桿同時固定在底板上，由一個電機(jī)驅(qū)動。
（2）后側(cè)控制吊臂俯仰動作的絲杠及配件。絲杠上連接一個與其相匹配的塊，塊上的兩臂與連接手爪的支撐型材相連，隨著絲杠的轉(zhuǎn)動，塊在絲杠上上升或下降，其手臂帶動支撐型材做俯仰動作，絲杠的旋轉(zhuǎn)由電機(jī)控制.
（3）末端執(zhí)行的可開合的手爪。手爪的開合同樣用電機(jī)控制，并加上兩個觸碰開關(guān)進(jìn)行限位處理。
2 組裝模型
在拼接自動化搬運手臂時，由于三個機(jī)構(gòu)之間聯(lián)系性不是特別高，互不干擾，所以我選擇把分別完成拼接，最后再用相應(yīng)的連接件將他們連接成一體。
a部分的拼接：渦輪蝸桿是重要的傳動件，為了保證整體旋轉(zhuǎn)的流暢，我們需要把握好渦輪與蝸桿之間的間距，也就是說，我們需要確定好這兩個件在底板上的安裝位置，經(jīng)過試驗和分析，我們選定了一個最好的位置，既能保證機(jī)構(gòu)平穩(wěn)的運行，又留出了足夠的空間來安裝控制器等其余原件，為了保證傳動的平穩(wěn)可靠，我們還需要其余相應(yīng)的塊在合適的位置作為支撐。
圖3.7 a部分渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)
b部分的拼接：這一部分是控制吊臂俯仰的重要組成部分，在拼接的時候，既要考慮到它的行程，又要消除由于高度過高而產(chǎn)生的變形情況。絲杠是需要電機(jī)驅(qū)動的，將電機(jī)安裝到固定在渦輪盤上的塊上，并且在絲杠的底端裝一個齒輪，齒輪與電機(jī)軸上的齒輪嚙合進(jìn)行傳動，考慮到渦輪盤的空間，我們在這兩個齒輪間加了一個惰輪，這樣不會對傳動產(chǎn)生任何影響，同時也可以留出空余空間，防止干涉的發(fā)生。單從絲杠來看，光是固定下端是不行的，在其頂端也需要固定，這樣就不會出現(xiàn)由于載重而產(chǎn)生傾斜或變形的情況。吊臂和連接塊的長度需要根據(jù)實際行程來進(jìn)行調(diào)整。
圖3.8 b部分吊臂控制裝置
c部分的拼接：手爪的主要作用是夾取貨物，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，手爪能靈活開合是重點，然后根據(jù)貨物的大小來確定觸碰開關(guān)的位置，在保證夾緊貨物且不損壞貨物的前提下，不對手爪的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
圖3.9 c部分手爪裝置
連接件的拼接：三根型材在所有的零件中剛度最大，作為支撐桿使用，承受大部分的力的同時還不會產(chǎn)生變形，上方的型材一端需要繞軸轉(zhuǎn)，一端需要與手爪連接，由于手爪需要保持一直垂直于地面，所以型材與手爪之間也是可以相對轉(zhuǎn)動的，不能把它們固定。為了讓塊與塊之間處于同一平面，不產(chǎn)生相對移動，在必要的地方添加紅色的小薄片用于定位。
圖3.10 抓取裝置
3.1.3 物料搬運設(shè)備的成果展示
物料搬運機(jī)器人主要由兩個部分組成：軌跡追蹤小車與搖臂式自動化搬運手臂，兩者之間分別使用TXT控制器進(jìn)行控制，獨立編程。在最初的構(gòu)思時，考慮的是通過一個TXT控制器完成對兩個部分的控制，但是由于需要控制的電機(jī)數(shù)目比輸出端口的數(shù)量多，通過實際的仿真發(fā)現(xiàn)無法實現(xiàn)，最終還是選擇以兩個TXT控制器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。自動化物料搬運設(shè)備需要實現(xiàn)的是遠(yuǎn)距離物料的搬運，所以運輸小車是不可或缺的，考慮到實際工廠的物料搬運車都有規(guī)定的行駛軌道，所以選擇以軌跡傳感器來實現(xiàn)定軌跡行駛。在搭建機(jī)械手臂時，考慮到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及搬運的合理性，最終選擇搭建球坐標(biāo)式機(jī)器人。在搖臂式機(jī)械搬運手臂的實際拼接時，最大的難點是手爪的拼接，需要控制夾取物料時，手爪的張開程度，既要保證可以將物料搬起，又要考慮物料不會因為夾緊力不夠發(fā)生脫落現(xiàn)象。最初的設(shè)想是使用滑覺傳感器來控制，但是最終由于不具備條件，換了一種思路，改為使用微動開關(guān)配合電機(jī)使用，當(dāng)脈沖計數(shù)次數(shù)達(dá)到預(yù)定數(shù)值，控制電機(jī)的啟停，實現(xiàn)對于手爪的開合程度控制。
圖6.1 物料搬運機(jī)器人左視圖
圖6.2 物料搬運機(jī)器人俯視
3.1.4 機(jī)械結(jié)構(gòu)分析：
蝸輪蝸桿傳動：
⑴ 蝸桿傳動
蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動機(jī)構(gòu)，兩軸線交錯的夾角可以為任意值，常用的為90°。
由查詢資料可知，慧魚創(chuàng)意模型組合包里面的蝸輪蝸桿傳動主要是圓柱蝸桿傳動。
圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)有模數(shù) m、 壓力角 a、蝸桿頭數(shù) z1、蝸輪齒數(shù) z2、及蝸桿的直徑d1等。
①模數(shù)與壓力角
蝸輪蝸桿嚙合時，蝸桿的軸面模數(shù)、壓力角應(yīng)該與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等。
ma1=mt2=m
αa1=αa2
②蝸桿的分度圓直徑d1
為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目，對每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑d1
而把比值稱為蝸桿的直徑系數(shù)。
q=d1/m
③蝸桿頭數(shù)z1
蝸桿頭數(shù)可根據(jù)要求的傳動比和效率來選擇，通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。
④傳動比i和齒數(shù)比u
傳動比 i=n1/n2
其中，n1、n2分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速，r/min。
齒數(shù)比 u=z2/z1
⑤蝸桿齒數(shù)z2
蝸桿齒數(shù)z2主要是根據(jù)傳動比來確定的，但是為了避免根切現(xiàn)象，理論上應(yīng)使
z2min> 17。
⑥蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距α
蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距 α=1/2（d1+ d2）=1/2（q+z2）m
⑵ 蝸桿傳動的特點
①當(dāng)使用單頭蝸桿是，蝸桿每旋轉(zhuǎn)一周，渦輪只轉(zhuǎn)過一個齒距，因而可以實現(xiàn)的傳動比大。蝸桿頭數(shù)用Z1表示(一般Z1=1~4)，蝸輪齒數(shù)用Z2表示。從傳動比公式I=Z2/Z1可以看出，一般在動力傳動中，取傳動比I=10-80；在分度機(jī)構(gòu)中，I可達(dá)1000。這樣大的傳動比如用齒輪傳動，則需要采取多級傳動才行，所以蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕。
②在蝸桿傳動中，因為蝸桿齒是連續(xù)不間斷的螺旋齒，它與蝸輪齒嚙合時是連續(xù)不斷逐漸進(jìn)入以及逐漸退出的的，同時嚙合的齒數(shù)又比較多，因此工作平穩(wěn)，沖擊、震動、噪音都比較小。
③蝸桿的螺旋升角很小，并且低于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，因此握桿傳動具有自鎖性。
④由于蝸桿傳動與螺旋齒輪的傳動相識，在嚙合處有相對滑動，故而蝸桿傳動效率低，一般認(rèn)為蝸桿傳動效率比齒輪傳動低。尤其是具有自鎖性的蝸桿傳動，其效率僅為0.4左右，一般效率只有0.7~0.9。
⑤嚙合處有相對滑動，當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而使得工作發(fā)熱量大，齒面容易磨損，成本高。
圖3.11 蝸輪蝸桿示意圖
⑶ 慧魚中的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)
本人所搭建慧魚模型使用的蝸輪蝸桿便是阿基米德蝸桿（ZA蝸桿），阿基米德蝸桿的端面齒廓為阿基米德螺旋線，其軸面齒廓為直線，可以在車床上用梯形車刀加工，所以制造簡單，但難以磨削，故精度不高。在阿基米德圓柱蝸桿傳動中，蝸桿與蝸輪齒面的接觸線與相對滑動速度之間的夾角很小，不易形成潤滑油膜，故承載能力較低。
由于慧魚模型組合包里面的零件全部為固定尺寸，所以不對結(jié)構(gòu)的進(jìn)行受力計算以及校核。在我所搭建的模型中，蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)所起到的作用主要為倆個方面，一個是帶動機(jī)械手臂做旋轉(zhuǎn)運動，使得機(jī)械手臂可以達(dá)到固定的地點；另外的作用這是成為搭建手臂的底座，承擔(dān)豎直方向的載荷作
3.2 自動化物料存儲設(shè)備
本人所設(shè)計的自動化物料存儲所要實現(xiàn)的目標(biāo)為近距離的物料搬運，主要任務(wù)是將定點的物料搬運到存儲架上，所以主要的設(shè)計目標(biāo)為圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人。
3.2.1 三自由度機(jī)械手臂
1 結(jié)構(gòu)分析
物料存儲設(shè)備主要由三自由度機(jī)械手臂，傳感器，和存儲貨架組成。機(jī)械手臂由三個電機(jī)和一個馬達(dá)驅(qū)動三個自由度的運動以及手爪的開合運動，其中控制手爪的夾緊和松開主要是由4號馬達(dá)實現(xiàn)的，機(jī)械手臂機(jī)器人的手爪主要需求的功能也是對貨物的夾緊與松開物件；渦輪蝸桿裝置主要負(fù)責(zé)控制的是機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn)，由1號電機(jī)進(jìn)行控制，編程時輸入的脈沖數(shù)，將決定該機(jī)械手臂的旋轉(zhuǎn)角度；2號電機(jī)則是控制機(jī)械手臂的前后運動，可以將旋轉(zhuǎn)后的貨物送到貨架指定的位置。3號電機(jī)主要是控制機(jī)械手臂的上升與下降，主要負(fù)責(zé)調(diào)控貨物將其運送到存儲貨架不同的高度位置；機(jī)械手臂可通過慧魚軟件對TXT控制器進(jìn)行編程，從而輸出控制信號到各電機(jī)與馬達(dá)，驅(qū)動機(jī)械手臂的運動方向或行程，從而夾取或放置物件。
圖3.12 三自由度機(jī)械手臂
2 組裝模型
三自由度機(jī)械手臂的整體結(jié)構(gòu)非常緊湊，與前面的機(jī)械手臂不同，需要從底座開始搭建。首先拼接的是渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)，蝸輪蝸桿是非常重要的傳動件，我需要保證整體旋轉(zhuǎn)的流暢性以及作為底座的穩(wěn)定性，所以不僅需要把握好渦輪與蝸桿之間的間距，同時也要確定好這兩個件在底板上合理性同時為了保證傳動的平穩(wěn)可靠，我們還需要其余相應(yīng)的塊在合適的位置作為支撐。六面可拼接體拼接出來的結(jié)構(gòu)其作用均為支撐作用。鋁型材做為該機(jī)械手臂機(jī)構(gòu)垂直運動與水平運動的導(dǎo)軌，然后用小號六面體拼接出來的結(jié)構(gòu)不僅起到了支撐作用同時也為該機(jī)構(gòu)提供垂直運動的空間，這樣基本的骨架就可以搭建出來了。然后將馬達(dá)，手爪以及限位開關(guān)與搭建出來的骨架合理的連接。
A開關(guān)的作用是實現(xiàn)手臂的收縮限位作用，其運作過程是，當(dāng)手臂末端觸碰到A開關(guān)時，A開關(guān)向B電機(jī)發(fā)送停止信號，B電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，手臂收縮到初始位置。B開關(guān)（脈沖開關(guān)）的作用是控制手臂的伸出距離，其運作過程是通過電機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動一對齒輪的轉(zhuǎn)動，從動齒輪帶動脈沖齒輪的轉(zhuǎn)動，脈沖齒輪的轉(zhuǎn)動控制開關(guān)的開合次數(shù)，通過程序給B開關(guān)輸入脈沖次數(shù)，當(dāng)B開關(guān)的開合次數(shù)等于脈沖次數(shù)時，B開關(guān)向2號電機(jī)發(fā)送停止信號，手臂實現(xiàn)目標(biāo)距離的伸出。C開關(guān)（脈沖開關(guān)）的作用是控制手爪的合閉的大小，其運作過程是4號電機(jī)的轉(zhuǎn)動開動脈沖齒輪轉(zhuǎn)動，脈沖齒輪的轉(zhuǎn)動控制C開關(guān)的開合次數(shù)，通過程序向C開關(guān)輸入脈沖次數(shù)，當(dāng)C開關(guān)的開合次數(shù)等于脈沖次數(shù)時，C開關(guān)向4號電機(jī)發(fā)送停止信號，從而實現(xiàn)手爪合閉大小的控制。D開關(guān)的作用是控制手爪的打開至最大值，其運作過程是當(dāng)4號電機(jī)轉(zhuǎn)動時小絲杠也隨之轉(zhuǎn)動，從而帶動手爪打開，當(dāng)手爪上的開關(guān)觸碰裝置觸碰到D開關(guān)時D開關(guān)向4號電機(jī)發(fā)送停止信號，4號電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，手爪打開到最大位置。其中1號電機(jī)受自身控制；2號電機(jī)受A開關(guān)和B開關(guān)控制；C電機(jī)受自身控制；4號電機(jī)受C開關(guān)和D開關(guān)控制。
3.2.2 物料搬運設(shè)備成果展示
物料存儲設(shè)備需要實現(xiàn)的是將物料搬運到存儲架上，因此是短距離的搬運，無需搬運小車，所以我選擇搭建了一個圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人。該設(shè)備最初的設(shè)想是通過傳感器檢測存儲架上空閑的位置，通過合理的分配，將貨物有序到的搬運到存儲架上，充分的利用空間，但是由于傳感器數(shù)目不足，最終只是實現(xiàn)將物料搬運到存儲架上的功能。
該機(jī)械手臂的手爪與前面物料搬運機(jī)器人的手爪一樣，都是通過微動開關(guān)以及電機(jī)實現(xiàn)物料的抓取，但是其中伸縮運動與上下運動都是通過接觸開關(guān)進(jìn)行控制，因此精確度更高。
圖6.3 搬運系統(tǒng)兩大部分
3.2.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)分析
絲杠螺母機(jī)構(gòu)分析：
（1）絲杠螺母機(jī)構(gòu)的基本傳動形式
絲杠螺母結(jié)構(gòu)又被稱之為螺旋傳動結(jié)構(gòu)，它的主要作用是將螺母的直線運動轉(zhuǎn)換為絲杠的旋轉(zhuǎn)運動或者將絲杠的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為螺母的直線運動，本人所利用的便是將電機(jī)帶動絲杠的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)換為螺母的直線運動。絲杠螺母結(jié)構(gòu)主要有類似于千斤頂這類的傳動能量為主的，類似工作臺中進(jìn)給絲桿的傳遞運動為主的，還有調(diào)整零件之間的相對位置的。
（2）絲杠螺母相對運動組合形式
a、螺母固定，絲杠轉(zhuǎn)動并移動
這種傳動形式由于螺母本身起著支撐作用，使得絲杠軸承可能產(chǎn)生的軸向竄動被降低，同時具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動精度高的特點。缺點是剛性較差，只適合行程小的情形。
b、螺母轉(zhuǎn)動，絲杠移動
由于該傳動形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動，所以需要一個導(dǎo)向裝置。它的特點是結(jié)構(gòu)很緊湊，絲杠的剛性很好，適合行程較大的情況。
c、螺母轉(zhuǎn)動，絲杠移動
這種傳動形式需要限制螺母移動和絲杠的轉(zhuǎn)動，但是由于結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，且所占用的空間很大，應(yīng)用很少。
d、絲杠固定，螺母固定并移動
這種傳動方式結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，但是在大多數(shù)的情況下，使用極不方便，很少有實際的應(yīng)用。
圖3.13 絲杠螺母的傳動形式
（3）慧魚模型中的絲杠螺母結(jié)構(gòu)
慧魚模型中的絲杠螺母的運動方式主要用的是絲杠轉(zhuǎn)動螺母移動，在物料存儲設(shè)備中，絲杠與電機(jī)相連，螺母則是與控制機(jī)械手爪上下移動的鋁型材相連。抓取貨物時，程序開始運行，電機(jī)被控制開始右旋轉(zhuǎn)，此時絲杠與電機(jī)相連接同樣進(jìn)行右旋轉(zhuǎn)，螺母沿著絲杠向上移動，根據(jù)杠桿原理，鋁型材的另外一側(cè)向下運動，使得機(jī)械手爪向下運動；當(dāng)回歸正常狀態(tài)時，電機(jī)被控制左旋轉(zhuǎn)，絲杠也跟著左旋轉(zhuǎn)，螺母沿著絲杠向下運動，帶動鋁型材的另一側(cè)向上運動，與之相連的機(jī)械手爪也跟著向上運動
第4章 搬運系統(tǒng)的Robo Pro編程
4.1 軌跡跟蹤小車的軟件編程
4.1.1 編程思路
①ＴＸＴ控制板能夠控制電機(jī)轉(zhuǎn)動；
②顏色識別傳感器可以檢測到是否到達(dá)指定位置，實現(xiàn)暫停；
③紅外軌跡傳感器能夠識別白色背景上的黑色軌跡，并向ＴＸＴ控制板輸送信號；
④當(dāng)小車運動至軌跡盡頭時，小車停止。
4.1.2 程序框圖
控制模塊是軟件系統(tǒng)的核心，主要功能是通過接收TXT控制器的實時信息，對信息進(jìn)行分析，判斷，然后作出判斷，使得小車可以完成軌跡跟蹤的目標(biāo)。
程序開始
紅外軌跡傳感器識別軌跡并向控制板輸送信號
顏色識別傳感器進(jìn)行檢測，判斷是否延時。
TXT控制板判斷輸入信號是否偏離軌跡然后向電機(jī)輸出運動信號
電機(jī)輸出轉(zhuǎn)動量
小車運動到軌跡盡頭隨后小車停止運動
圖4.1 軌跡跟蹤小車程序框圖
主程序：
圖4.2 軌跡小車主程序
由于紅外軌跡傳感器識別的是白色背景上的黑色軌跡：
① 右側(cè)的傳感器進(jìn)行識別，如果識別到黑色軌跡,I1傳感器輸入為“0”,隨后左側(cè)傳感器識別,若I2輸入依然為“0”,說明小車正在軌跡上方,此時電機(jī)M1與電機(jī)M2正轉(zhuǎn)，使得小車?yán)^續(xù)直行。
② 右側(cè)的傳感器進(jìn)行識別，如果識別到黑色軌跡, I1傳感器輸入為“0”，左側(cè)I2傳感器輸入為“１”，則說明小車已經(jīng)向左側(cè)偏離軌跡，此時電機(jī)M1停止轉(zhuǎn)動，M2正轉(zhuǎn)，使得小車應(yīng)該向右方調(diào)整從新回到軌道。
③ 右側(cè)傳感器進(jìn)行識別，未識別到黑色軌跡，則I1傳感器輸入為“0”，左側(cè)I2傳感器輸入為“1”，說明小車已經(jīng)向右側(cè)偏離軌跡，此時電機(jī)M1正轉(zhuǎn)，M2停止轉(zhuǎn)動，使得小車應(yīng)該向左方調(diào)整，從新回到軌道。
④ 右側(cè)傳感器進(jìn)行識別，未識別到黑色軌跡，則I1傳感器輸入為“0”，左側(cè)I2傳感器輸入為“0”，則說明小車已經(jīng)徹底脫離軌跡，或者已經(jīng)行進(jìn)至軌跡盡頭，此時電機(jī)M1與M2全部停止轉(zhuǎn)動，小車停止。
子程序：
圖4.3軌跡小車子程序
當(dāng)顏色識別傳感器未檢測到信號時，說明沒有到達(dá)貨物的搬運起始點，小車沿著既定軌跡行走，但當(dāng)顏色傳感器檢測到信號時即I3或者I4檢測到信號，說明到達(dá)貨物的搬運起始點，此時M1與M2電機(jī)停止運轉(zhuǎn)，小車進(jìn)入暫停狀態(tài)，靜止10s。與此同時，機(jī)臂檢測到信號，開始貨物的搬運，當(dāng)完成搬運后，小車?yán)^續(xù)沿著既定的軌跡行走，直到脫離軌跡。
4.2 搖臂式搬運手臂的軟件編程
4.2.1 編程思路
該機(jī)器手所要完成的動作為搬運貨物，即把貨物從地面搬運到高處，重點仍然是實現(xiàn)基座的旋轉(zhuǎn)以及手臂的俯仰兩個自由度的程序以及手部的夾緊以及松開放下貨物。
首先是顏色識別傳感器識別到信號，程序開始運行，渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)運動，帶動手臂旋轉(zhuǎn)到需要的位置，然后機(jī)械手抓張開當(dāng)觸碰到觸碰開關(guān)時停止，其次是手部到地面并抓緊貨物，程序中是通過控制手臂下降的高度使手部接觸地面貨物，夾緊貨物是通過手部的觸碰開關(guān)，當(dāng)觸碰開關(guān)被觸碰18次后手部閉合停止，此時貨物正好被手部夾緊，然后控制手臂高度使重物達(dá)到預(yù)定高度，之后旋轉(zhuǎn)基座回到預(yù)定的位置。停止運動，隨著延時程序的結(jié)束，貨物到底目的地，旋轉(zhuǎn)基座開始旋轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，機(jī)械手臂開始下降到預(yù)定位置，機(jī)械手爪開啟當(dāng)碰觸帶碰觸開關(guān)時停止開啟，再控制手臂使其回到原來高度旋轉(zhuǎn)基座使手臂回到起始位置。這樣一個工作周期結(jié)束。
4.2.2 程序框圖
手爪打開
基座旋轉(zhuǎn)
該程序主要需要實現(xiàn)的目標(biāo)是完成對貨物的抓取以及放回，如何精確的抓緊貨物，運輸?shù)侥康牡?，需要多次嘗試，但是主要的動作是固定的，協(xié)調(diào)好動作就可以順利完成預(yù)定的任務(wù)。
傳感器檢測測
延時，等待到達(dá)目的地
基座旋轉(zhuǎn)
下降到預(yù)定位置
手爪打開
基座旋轉(zhuǎn)
基座旋轉(zhuǎn)到原來位置
下降到抓取位置
上升到指定位置
程序結(jié)束
手爪閉合
圖4.4 搖臂式搬運手臂程序框圖
主程序：
圖4.5 手臂主程序
主程序是一個檢測程序，當(dāng)顏色傳感器檢測到信號時，即I3與I4都檢測到“0”信號時，說明小車已經(jīng)停在了物料搬運的預(yù)定起始地，此時主程序進(jìn)入子程序“banyunu”中，自動化搬運手臂開始夾取貨物，并且將貨物攜帶，等待小車沿預(yù)定軌跡到達(dá)目的地；通過不斷的調(diào)試協(xié)調(diào)小車與手臂的關(guān)系，測量出到達(dá)目的地的時間，以延時程序作為暫停，當(dāng)延時到指定時間，說明小車已經(jīng)停在了物料搬運的目的地，此時開始執(zhí)行子程序“fanghui”，自動化搬運手臂開始放回貨物到目的地，程序結(jié)束。主程序主要是起到一個連接的作用，將定軌跡小車與自動化搬運手臂完整的契合起來，達(dá)到小車停，手臂工作；小車動，手臂停止的工作的效果。
子程序：
圖4.6 banyun子程序
“banyun”子程序是控制程序中出現(xiàn)的第一段子程序，其作用就是控制搖臂式機(jī)械手臂完成物料從起始地到被夾持在小車之上，與小車共同移動的控制程序。
“Entry”是子程序的入口，代表開始執(zhí)行子程序，首先是M3電機(jī)以速度5正轉(zhuǎn)3秒，反映到仿真的模型上為蝸輪蝸桿開始工作即手臂旋轉(zhuǎn)一定角度；M1以速度8開始正轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)却斎肽K變?yōu)椤?”時，M1電機(jī)停止，實際仿真得到的效果是手爪不斷張開，當(dāng)碰觸到接觸開關(guān)，使其由常開觸點變?yōu)槌ｉ]觸點時，手爪張開到最大并且停止；M2電機(jī)以速度8開始正轉(zhuǎn)，當(dāng)計數(shù)達(dá)到2100個脈沖時M2電機(jī)停止，仿真效果為搖臂式機(jī)械手臂的手爪開始下降到預(yù)定的位置；M1電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，脈沖計數(shù)模塊開始計數(shù)，當(dāng)達(dá)到21次時，M1電機(jī)停止，實際仿真效果是手爪開始閉合，直到抓緊貨物時停止閉合；M2反轉(zhuǎn)以及M3反轉(zhuǎn)這是搖臂式機(jī)械手臂夾住物料后，回復(fù)到初始位置。
圖4.7 fanghui子程序
“fanghui”子程序是控制搖臂式搬運手臂開始貨物放回的程序，其作用是控制搖臂式機(jī)械手臂，將夾住的物料放回到目的地。首先M3以速度5反轉(zhuǎn)3秒，M3停止，M2以速度8正轉(zhuǎn)100個脈沖，完成后M2停止，M1以速度8正轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)却斎肽K接收到“1”信號時，M1停止旋轉(zhuǎn)，然后M2以速度8反轉(zhuǎn)1600個脈沖,然后停止，M3以速度5正轉(zhuǎn)3秒后停止。
運行過程：反映到實際的仿真效果為蝸輪蝸桿反轉(zhuǎn)到一定角度，搖臂式機(jī)械手臂開始下降，當(dāng)降到指定位置時，手爪開始打開，物料被放下，當(dāng)手爪達(dá)到最大時停止，機(jī)械手臂上升到初始位置，蝸輪蝸桿正轉(zhuǎn)，直到恢復(fù)到初始位置，一次物料的“搬運”與“放回”結(jié)束。
4.3 三自由度搬運手臂程序的軟件編程
4.3.1編程思路
該機(jī)械手臂所要完成的動作為將貨物搬運到存儲貨架，即把貨物從地面搬運到貨架上固定地點，重點仍然是實現(xiàn)基座的旋轉(zhuǎn)以及手臂的伸縮與升降運動，這三個自由度的程序以及手部的夾緊以及松開放下貨物。
傳感器進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到貨物時，程序開始運行，2號電機(jī)開始工作，手臂伸縮到預(yù)期位置，馬達(dá)工作，手爪打開至最大，3號電機(jī)工作手臂下降到物品處，手爪閉合加持貨物，然后1號電機(jī)工作，蝸輪蝸桿帶動底盤旋轉(zhuǎn)至預(yù)定位置，手臂上升，然后伸縮到貨架內(nèi)部存放貨物的位置，手爪打開，放下物品，手臂伸縮到貨架外，渦輪蝸桿帶動底盤旋轉(zhuǎn)至起始角度，最后手臂升降起始的地點，本次程序結(jié)束，傳感器繼續(xù)檢測。
4.3.2程序框圖
手臂伸縮運動到指定位置
該程序所要實現(xiàn)的是物料由起始點搬運到存儲貨架上，傳感器識別起始地的物料情況決定搬運程序是否開始運行，各個電機(jī)、馬達(dá)以及開關(guān)之間協(xié)調(diào)運行，使得搬運機(jī)構(gòu)可以有序的完成工作任務(wù)。
傳感器檢測
手臂旋轉(zhuǎn)運動
手爪打開，準(zhǔn)備抓取貨物
手爪打開 放下貨物
手臂進(jìn)行 上下運動
手臂伸縮運動
手臂進(jìn)行 伸縮運動
手爪閉合 抓取貨物
手臂旋轉(zhuǎn)運動回到原位置
手臂進(jìn)行 上下移動
圖4.8 三自由度機(jī)械手臂程序框圖
程序圖：
圖4.9 存儲設(shè)備主程序
程序開始，M1電機(jī)以速度8反轉(zhuǎn)1250個脈沖,1號電機(jī)停止；2號以速度8電機(jī)反轉(zhuǎn)，1號開關(guān)脈沖計數(shù)模塊計數(shù)100次，2號電機(jī)停止；4號電機(jī)以速度8正轉(zhuǎn)，4號等待輸入模塊控制4號電機(jī)當(dāng)輸入信號為“1”時，4號電機(jī)停止；3號電機(jī)以速度8正轉(zhuǎn)1750個脈沖，3號電機(jī)停止；4號電機(jī)以速度8反轉(zhuǎn)，3號等待脈沖計數(shù)模塊計數(shù)26次開合，4號電機(jī)停止；3號電機(jī)以速度8反轉(zhuǎn)1750個脈沖，3號電機(jī)停止,；1號電機(jī)以速度8正轉(zhuǎn)，2號等待輸入模塊控制2號電機(jī)，當(dāng)輸入信號為“1”時2號電機(jī)停止；1號電機(jī)以速度8正轉(zhuǎn)1250個脈沖，1號電機(jī)停止,；3號電機(jī)以速度8正轉(zhuǎn)1750個脈沖，3號電機(jī)停止；4號電機(jī)正轉(zhuǎn)擋4號等待輸入模塊輸入信號為“1”時控制4號電機(jī)停止，3號電機(jī)以速度8反轉(zhuǎn)1750個脈沖，3號電機(jī)停止； 4號電機(jī)以速度8反轉(zhuǎn)，當(dāng)3號脈沖計數(shù)模塊執(zhí)行計數(shù)30次開合，4號電機(jī)停止，一次物料的存儲結(jié)束。
運行過程：反映到實際的仿真效果是程序開始后，蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動使得底盤轉(zhuǎn)動90度，手臂伸出1250個脈沖距離，手爪打開至最大，手臂下降至物品處，手爪合閉夾持物品，手臂上升至初始位置，手臂收縮至初始位置，底盤回轉(zhuǎn)90度至初始位置，手臂下降，手爪打開放下物品，手臂上升至初始位置，手爪合閉至初始位置，一次物料存儲結(jié)束。
第5章 結(jié) 論
本次課程設(shè)計主要是利用慧魚創(chuàng)意組合模型來搭建一個自動化搬運系統(tǒng)，通過ROBO接口板和TXT控制器主要完成了自動化搬運設(shè)備和自動化物料儲運設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)和軟件編程部分的設(shè)計，本文主要介紹了自動化搬運系統(tǒng)的研究背景，和多樣化的發(fā)展趨勢。同時通過資料查找和學(xué)校提供的慧魚創(chuàng)意組合模型組合包，詳細(xì)的了解了慧魚創(chuàng)意模型組合包內(nèi)的主要構(gòu)件和慧魚軟件編程的思路。圍繞著慧魚模型下的自動化搬運系統(tǒng)設(shè)計，我主要成功的設(shè)計完成了自動化搬運設(shè)備和自動化物料儲運設(shè)備的運動過程，并且通過慧魚編程實現(xiàn)了預(yù)期的功能，達(dá)到自動化搬運中的部分目標(biāo)，其中包括傳感器裝置，ROBO接線設(shè)計，ROBO接口板，ROBO的I/O控制板以及軟件設(shè)計中的各個程序單元，都一一的進(jìn)行了系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)。
在論文與實物模型搭建仿真過程中，本人對所出現(xiàn)的問題具體分析，同時通過對每個模塊的資料查詢，運用到了很多理論知識，將理論與實踐進(jìn)行了緊密的結(jié)合，不僅僅是我的理論知識得到了深化，同時使我的動手能力得到了很充分鍛煉，培養(yǎng)了我獨立思考，獨立解決問題的能力，使得自己有了很大的提高。
在此次畢業(yè)設(shè)計中，我有以下幾點體會，首先態(tài)度要端正，認(rèn)真嚴(yán)肅，還要有耐心，在搭建模型的時候，尤其要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶Υ恳粋€細(xì)節(jié)，一個細(xì)微的錯誤，對于后續(xù)的模型搭建和仿真都會造成很大的問題。其次要主動的去思考問題，分析問題和解決問題，本次設(shè)計主要是在老師的指導(dǎo)下完成的，雖然有老師的知道，但是我們也應(yīng)該更加主動的開動思路，通過自己的分析去查找問題，排除問題，最終才能完整的起到鍛煉自己能力，檢測自己能力的效果。
參 考 文 獻(xiàn)
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附錄1：外文翻譯
基于慧魚模型的智能清洗機(jī)器人設(shè)計
摘要：清洗機(jī)器人主要由行走系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件控制、水畫和上蠟系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和拖曳更換系統(tǒng)、自主路徑規(guī)劃和相
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