摘 要

　　隨著(zhù)全球市場(chǎng)經(jīng)濟的快速建設和發(fā)展，我國想要在國際市場(chǎng)中占據份額，需要促使工業(yè)企業(yè)進(jìn)行改革。為了提高我國工業(yè)企業(yè)的智能化和自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程，我國企業(yè)需要針對現有的工業(yè)機械手發(fā)展現狀進(jìn)行研究，針對問(wèn)題，提出科學(xué)的、合適的智能倉儲搬運機械手設計方法，以此來(lái)提高貨物運輸、搬運的使用效率。

　　機械手就成為了當前企業(yè)實(shí)現自動(dòng)化、智能化改革的主要途徑。在人們的日常生活中，機械手出現在各個(gè)領(lǐng)域范圍內，并發(fā)揮出了重要的作用。

　　本文為了制定出更加科學(xué)、智能的機械手，查閱了國內外相關(guān)文獻資料，對國內外相關(guān)工業(yè)機械發(fā)展現狀進(jìn)行了分析和總結，并對機械手的運動(dòng)學(xué)知識進(jìn)行研究，對機械手的運動(dòng)方程進(jìn)行分析，并根據不同的方程運輸方法來(lái)研究機械手的組成結構部分，從而設計出一套完善的倉儲搬運機械手設計方案，達到智能化倉儲搬運的目的。本文對機械手的整個(gè)控制系統進(jìn)行設計，并根據機械手的實(shí)際使用需求來(lái)對系統的關(guān)鍵部分進(jìn)行細分。其次，通過(guò)分析機械手手臂的結構組成部分，來(lái)分析機械手的搬運過(guò)程。然后，還對整個(gè)倉庫系統地其他構成部分進(jìn)行分析，以便找出機械手最佳運行位置，設計出符合使用要求的機械抓手和貨籃，以便達到分挑貨物的目的。本文使用了歐姆龍 CP1H 系統 PLC 來(lái)實(shí)現機械手主控制器的研發(fā)設計，并繪制出來(lái)了相關(guān)控制電路圖，以此來(lái)實(shí)現機械手軟件工程的流程控制。最后，還使用了 Matlab 軟件對機械手的運動(dòng)軌跡進(jìn)行仿真驗證。同時(shí)，本文還對機械手的電機驅動(dòng)器、主控制器等內容進(jìn)行了詳細的分析。最后，通過(guò)測試機械手的硬件部分和軟件部分來(lái)驗證機械手的使用的可行性。

　　綜上，通過(guò)驗證，倉儲搬運機械手可以降低人工的勞動(dòng)力，減少企業(yè)的用人成本，替代人工從事一些危險性較大的工作，更好的保障了人工的生命安全，降低了人工發(fā)生危險的概率。同時(shí)，機械手還具備很好的穩定性能和安全使用性能，能夠降低人工作業(yè)發(fā)生的錯誤問(wèn)題，提高搬運的準確率，有利于提高企業(yè)的市場(chǎng)競爭力。

　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)化倉庫；機械手；結構設計；PLC;運動(dòng)仿真

ABSTRACT

　　With the rapid construction and development of the global market economy, China needs to promote the reform of industrial enterprises if it wants to occupy a share in the international market. In order to improve the intelligent and automated development process of China's industrial enterprises, China's enterprises need to study the current situation of the development of industrial manipulator, in view of the problem, put forward a scientific and appropriate intelligent warehousing handling manipulator design method, in order to improve the use efficiency of cargo transport, handling. Manipulator has become the main way to realize the automation and intelligentization reform of the enterprise. In People's Daily life, the manipulator appears in each domain scope, and has played the important role.

　　In this paper, in order to work out more scientific, intelligent manipulator, refer to the related literature at home and abroad, analyses the current situation of the development of domestic and foreign industrial machinery and summarized, and the kinematics of the manipulator knowledge study, analyze the equation of motion of the manipulator, and according to the equations of different transportation methods to study the structure of the manipulator parts, to design a set of perfect warehouse design of carrying manipulator, achieve the goal of intelligent storage and handling. This article will carry on the design to the manipulator entire control system, and carries on the subpision to the system key part according to the manipulator actual use demand. Secondly, through the analysis of the manipulator arm structure component, to analyze the manipulator handling process. Then, the other components of the whole warehouse system are analyzed to find out the optimal operation position of the manipulator, and to design the mechanical gripper and cargo basket that meet the requirements for use, so as to achieve the purpose of sorting the goods. This paper uses omron CPIH system PLC to realize the main controller of the manipulator r & d design, and draw out the relevant control circuit diagram, in order to achieve the manipulator software engineering process control. Finally, Matlab software is used to verify the motion trajectory of the manipulator. At the same time, this paper also carries on the detailed analysis to the manipulator motor driver, the main controller and so on content. Finally, by testing the hardware and software parts of the manipulator to verify the feasibility of the use of the manipulator.

　　To sum up, through verification, the warehouse handling manipulator can reduce the labor force, reduce the cost of employment in the enterprise, replace the labor to do some dangerous work, better protect the safety of human life, reduce the risk of labor. At the same time, the manipulator also has a very good stability and safety performance, can reduce the error caused by manual operation, improve the accuracy of handling, is conducive to improving the market competitiveness of enterprises.

　　Key words: automatic warehouse; manipulator; structural design; PLC; motion simulation

目 錄

　　第一章 緒 論

　　1.1 研究背景及意義

　　1.1.1 研究背景

　　隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )的不斷進(jìn)步，科學(xué)信息技術(shù)也得到了快速的發(fā)展。在工業(yè)機械領(lǐng)域里面，為了提高貨物的運輸能力，機械手被研發(fā)設計了出來(lái)。機械手與人類(lèi)手臂相似，它具備著(zhù)人類(lèi)手臂的很多能力，可以按照人類(lèi)發(fā)出的指令抓取物體，實(shí)現物體的自動(dòng)化操作設置。隨著(zhù)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，機械手已經(jīng)被廣泛應用于各行各業(yè)。隨著(zhù)全球化經(jīng)濟的高速發(fā)展，企業(yè)想要在國際市場(chǎng)中占據有力地位，需要重視企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，才能夠最大程度的提高企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械手就成為了當前企業(yè)實(shí)現自動(dòng)化、智能化改革的主要途徑。在人們的日常生活中，機械手出現在各個(gè)領(lǐng)域范圍內，并發(fā)揮出了重要的作用。

　　機械手最初的設計目的是為了實(shí)現高端科學(xué)領(lǐng)域的研究，它主要被用來(lái)探索海洋開(kāi)發(fā)和宇宙探測。隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟的快速發(fā)展，機械手逐漸在建筑行業(yè)、挖掘行業(yè)、娛樂(lè )行業(yè)等領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展。可見(jiàn)，機械手的使用范圍變得非常廣泛，能夠滿(mǎn)足人們的不同使用需求。機械手的出現，并不是偶然的，它是隨著(zhù)人類(lèi)生活技術(shù)水平的不斷提升而研發(fā)出來(lái)的，以此來(lái)提高企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，滿(mǎn)足更大的市場(chǎng)使用需求。所以說(shuō)，機械手是基于時(shí)代的發(fā)展誕生出來(lái)的。目前，機械手的操作功能還非常單一，且需要很長(cháng)的時(shí)間來(lái)重復動(dòng)作。為此，為了解放人工操作的生產(chǎn)力度，降低人工操作的危險性，在設計過(guò)程中，一定要確保機械手重復動(dòng)作的精確度，才能夠滿(mǎn)足強大的勞動(dòng)作業(yè)量。工業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展的高低已經(jīng)成為了衡量世界各國工業(yè)化自動(dòng)化技術(shù)水平的主要標準。目前，世界各國已經(jīng)開(kāi)始了機械手的研發(fā)設計，一些國家已經(jīng)在部分機械手研究中取得了突出的成績(jì)，并開(kāi)發(fā)設計出來(lái)了一系列工業(yè)機器人[1].而創(chuàng )新型、實(shí)用性的機器人或者工業(yè)機械手能夠滿(mǎn)足當前企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)使用需求，以此來(lái)為企業(yè)提供更好的服務(wù)。由于倉儲系統對于溫度、濕度等環(huán)境有著(zhù)一定的要求，所以，在進(jìn)行倉儲貨物搬運時(shí)，傳統的人工搬運模式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現代化企業(yè)的使用需求。因此，企業(yè)急需研發(fā)設計出一款自動(dòng)化、智能化程度較高的機械手控制系統來(lái)實(shí)現倉儲系統的搬運工作。

　　1.1.2 研究意義

　　世界經(jīng)濟的多元化發(fā)展，有力的推動(dòng)了全球經(jīng)濟的進(jìn)步，促使國際市場(chǎng)的競爭變得越來(lái)越大。企業(yè)為了提高自身的市場(chǎng)地位，面臨著(zhù)技術(shù)革新的問(wèn)題。企業(yè)只有實(shí)現工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展，才能夠在經(jīng)濟市場(chǎng)中獲得優(yōu)勢。而倉儲搬運機械手就能夠替代傳統人工方式來(lái)進(jìn)行貨物的搬運和管理，可以有效的提高企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和辦事效率。所以，倉儲機械手在柔性制造領(lǐng)域中扮演者重要的角色，它可以替代人類(lèi)或者協(xié)助人類(lèi)完成不同類(lèi)型的工作。因為，傳統的人工搬運方式往往會(huì )花費大量的搬運時(shí)間和搬運成本，導致企業(yè)的其它工序設備就會(huì )處于閑置狀態(tài)，無(wú)法得到有效的利用。而使用機械搬運方式能夠有效的提升搬運的時(shí)間和質(zhì)量，可以更好的提升企業(yè)的生產(chǎn)速度和效率以及質(zhì)量。當前，機械手從事搬運工作的效率往往是傳統人工搬運的 2-2.5 倍，產(chǎn)品的合格率也得到了顯著(zhù)的提升，達到了7%.

　　倉儲搬運機械手還可以降低工人的勞動(dòng)力，減少企業(yè)的用人成本，替代工人從事一些危險性較大的工作，更好的保障了工人的生命安全，降低了工人發(fā)生危險的概率。同時(shí)，機械手還具備很好的穩定性能和安全使用性能，能夠降低工人作業(yè)發(fā)生的錯誤問(wèn)題，提高搬運的準確率，有利于提高企業(yè)的市場(chǎng)競爭力。

　　1.2 工業(yè)機器人概況

　　早在上世紀初期，機器人就誕生出來(lái)了。但是經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)更新和發(fā)展，機器人在二十一世紀得到了全面的發(fā)展。由于機器人研究涉及了多種專(zhuān)業(yè)技術(shù)，它的研發(fā)設計一直處于技術(shù)領(lǐng)域的最高階段。當前，機器人技術(shù)中的微電子技術(shù)和計算機技術(shù)、機械與精密機械技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)等是當前人們重點(diǎn)研究的技術(shù)項目[2].而自動(dòng)化控制技術(shù)和驅動(dòng)器技術(shù)以及人工智能技術(shù)已經(jīng)成為了高新技術(shù)的重要研究成果，它是一種機電一體化技術(shù)，可以從事各種類(lèi)型的工業(yè)作業(yè)。本文將基于工業(yè)機器人進(jìn)行分類(lèi)，并對機器人的不同動(dòng)作形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。當前，機器人可以分為工業(yè)機器人和直角坐標型機器人以及極坐標型機器人、多關(guān)節型機器人等。

　　（1）直角坐標型機器人。它有著(zhù)很好的使用穩定性能，能夠實(shí)現焊接、搬運等簡(jiǎn)單作業(yè)。它的運動(dòng)方式和組成結構都非常簡(jiǎn)單，是一種使用概率和使用范圍非常大的機器人[3].在進(jìn)行相關(guān)操作作業(yè)時(shí)，它發(fā)生錯誤的概率非常低下。雖然直角坐標型機器人在實(shí)際運動(dòng)過(guò)程中，會(huì )發(fā)生稍微的偏移或者改變一點(diǎn)點(diǎn)運動(dòng)軌跡，但是，其執行作業(yè)的成功概率卻非常高，還可以根據不同使用需求來(lái)改變自身的組合形式，尤其是手部結構，有著(zhù)一定的靈活度[4].但是，直角坐標型機器人的整體設計尺寸過(guò)于偏大，在使用范圍還是存在著(zhù)一定的限制。

　　（2）圓柱坐標型機器人。因為它處于垂直狀態(tài)時(shí)，認為水平面上的極坐標處于直角型，所以，它需要進(jìn)行坐標變化來(lái)實(shí)現工作操作管理的，它主要負責一些搬運范圍小的搬運工作[5].

　　（3）極坐標型機器人。極坐標型機器人能適用于使用范圍較大的工作，它的本體結構自動(dòng)度較大，可以進(jìn)行兩個(gè)旋轉和一個(gè)伸縮運動(dòng)。但是，它在實(shí)際操作使用過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)坐標計算才能夠實(shí)現工作對象的位置操作管理。所以，主要被用于點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)[6].

　　（4）多關(guān)節型機器人。多關(guān)節型機器人是由多個(gè)關(guān)節組合成功的，它可以實(shí)現多種運動(dòng)軌跡，達到目標位置，能夠適用于不同的工作環(huán)境狀態(tài)，滿(mǎn)足不同類(lèi)型的工作任務(wù)需求。它的操作使用需要經(jīng)過(guò)坐標變化計算和工作對象位置控制來(lái)實(shí)現，這種操作方式就導致了其操作方式控制難度較大[7].雖然其操作相對困難，但是由于其自身具備著(zhù)很好的使用性能，且操作速度較快，還是得到了廣泛的使用。目前，世界各國研究人員已經(jīng)開(kāi)始將機器人研究重點(diǎn)放在了這種類(lèi)型的機器人上面，因為它的操作方式與人類(lèi)的手臂操作方式類(lèi)似，能夠替代人類(lèi)進(jìn)行裝配、噴漆等靈活性較高的工作。

　　1.3 機械手在國內外的發(fā)展現狀和趨勢

　　1.3.1 機械手在國外的發(fā)展現狀

　　上世紀五十年代，工業(yè)機械手被誕生出來(lái)，它基于人類(lèi)手臂的構造方式來(lái)實(shí)現自動(dòng)化裝置的控制管理。隨著(zhù)時(shí)代的不斷發(fā)展，機械手技術(shù)逐漸受到了工業(yè)領(lǐng)域研究專(zhuān)家的重視，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷發(fā)展，工業(yè)機械手技術(shù)已經(jīng)成為了一門(mén)現代化自動(dòng)控制技術(shù)，它能夠滿(mǎn)足多個(gè)行業(yè)的使用需求，例如醫療行業(yè)、機械行業(yè)、電子行業(yè)等[8].

　　1958 年，美國設計出來(lái)了世界上第一臺機械手，它在機械手的端部位置配置了一個(gè)電磁鐵驅動(dòng)，以便能夠驅動(dòng)機械手抓取工件結構。這臺機械手的出現，轟動(dòng)了世界各國。經(jīng)過(guò)幾年機械手的不斷研發(fā)，美國機械制造企業(yè)又推出了一套數控示教再現機械手，這款機械手被命名為 Unimate,它的設計是基于坦克炮塔來(lái)實(shí)現的，能夠通過(guò)液壓系統來(lái)驅動(dòng)機械手臂進(jìn)行作業(yè)[9].這款機械手總重量為兩噸以上，其中，機械手的主機械手臂被設置在機座位置，能夠實(shí)現機座的回轉運動(dòng)。

　　而在機械手臂的尾部位置又設計了一個(gè)機械手腕，主要用于實(shí)現抓取功能[10].這臺機械手的問(wèn)世，有效的替代了人類(lèi)手臂工作，精確度達到了 1/10000 英寸，為后期的機械手研究奠定了數據支持。如圖 1-1 所示。

　　1962 年，美國一家技術(shù)公司成功設計出了世界上第一臺圓柱坐標型工業(yè)機器人，這臺機器人被命名為 Versatran 機械手。這臺機械手的搬運動(dòng)作變得更加的靈活，能夠更好的實(shí)現運動(dòng)路線(xiàn)的控制[12].

　　1970 年，瑞士 RETAB 公司成功設計出一種用于噴涂作業(yè)的機械手，它是通過(guò)示教的方式來(lái)實(shí)現機器人動(dòng)作管理的。同年，德國公司 KnKa 也成功研發(fā)設計出來(lái)一種替代人工點(diǎn)焊的機械手，它是通過(guò)程序控制來(lái)實(shí)現機器人動(dòng)作管理的。如圖 1-2 所示[13].

　　美國 Unimate 公司經(jīng)過(guò)與一些大學(xué)進(jìn)行合作，共同設計出了一種使用成本低廉、使用可靠性能強的機械手[14].經(jīng)過(guò)實(shí)驗研究證明了名為 Unimate-Vic-am 工業(yè)機械手在定位方面有著(zhù)很好的精確度，且誤差小于 1mm,能夠滿(mǎn)足 24 小時(shí)不間斷工作，且運行過(guò)程中，沒(méi)有出現故障問(wèn)題。它是由一臺小型電子計算機來(lái)實(shí)現動(dòng)作控制管理的[15].

　　1969 年，日本購買(mǎi)了一臺美國研發(fā)設計的機械手，經(jīng)過(guò)深入研究，設計出來(lái)了日本第一臺工業(yè)機器人 Kawasaki-Lhinate2000.經(jīng)過(guò)幾十年的不斷發(fā)展，日本企業(yè)已經(jīng)在機械手技術(shù)領(lǐng)域方面取得了突出的成就[16].在 1990 年，日本成功研發(fā)出來(lái)的機械手已經(jīng)達到了五十多萬(wàn)臺，并且每年按照 50%的速度在不斷增長(cháng)。如圖 1-3 所示。

　　早在上世紀六十年代，前蘇聯(lián)就開(kāi)始對機械手進(jìn)行研究，由于其自動(dòng)化技術(shù)水平低下，直到七十年代，才成功設計出工業(yè)機器人[17].

　　1.3.2 機械手在國內的發(fā)展現狀

　　我國的機械手發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段。第一個(gè)階段在上世紀七十年代，這個(gè)時(shí)期的國內企業(yè)在機械技術(shù)領(lǐng)域上還沒(méi)有取得任何成績(jì)。經(jīng)過(guò)引進(jìn)國外先進(jìn)科學(xué)成果，經(jīng)過(guò)不斷學(xué)習和探索以及分析，來(lái)提升我國機械技術(shù)水平。第二個(gè)階段在上世紀八十年代，這個(gè)時(shí)期的國內企業(yè)在機械技術(shù)研究上已經(jīng)得到了一定經(jīng)驗，并開(kāi)始自己動(dòng)手制作機器人[18].第三個(gè)階段為上世紀九十年代，這個(gè)時(shí)期的國內企業(yè)已經(jīng)得到了一些顯著(zhù)的成果，例如上海（柯馬）汽車(chē)設備有限公司就根據客戶(hù)的使用需求設計出來(lái)了一款機械手，如圖 1-4 所示。但是，這個(gè)時(shí)期的機械手技術(shù)仍舊較為落后，還是依靠進(jìn)口的方式來(lái)實(shí)現的[19].第四個(gè)階段為 2015 年，我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國已經(jīng)實(shí)現了機械手的生產(chǎn)，據調查，我國國內的機械手數量為兩萬(wàn)臺。對于這個(gè)數據，說(shuō)明了我國在機械技術(shù)領(lǐng)域上面還有很多困難，還需要不斷學(xué)習和提升自己的技術(shù)，才能夠在國際市場(chǎng)中占據有力地位。

　　1972 年，上海設計出來(lái)了一臺工業(yè)機械手，它是我國第一臺工業(yè)機械手。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，我國機械手不斷被研發(fā)設計出來(lái)。在政府部門(mén)制定的第七個(gè)"五年計劃"里面，工業(yè)機械手技術(shù)已經(jīng)得到了快速的發(fā)展。我國相關(guān)部門(mén)和企業(yè)也開(kāi)始注重機械手的技術(shù)研發(fā)。經(jīng)過(guò)國家政策的支持，各個(gè)企業(yè)的不斷努力，我國已經(jīng)在自動(dòng)化研究領(lǐng)域中取得了一些突出的成就。例如，北京研究所就設計出來(lái)了一臺用于噴涂作業(yè)的機器人[20].隨著(zhù)工業(yè)機器人的發(fā)展，工業(yè)機器人的相關(guān)配件設備也被帶動(dòng)了起來(lái)。對于機械手來(lái)說(shuō)，最重要的部件就是控制器，它能夠幫助機械手實(shí)現智能化管理。中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所和北京科技大學(xué)研究所專(zhuān)門(mén)組成了科學(xué)研究小組對機械手的控制器進(jìn)行了重點(diǎn)研究，并取得了一定的成果。

　　二十一世紀，我國已經(jīng)在機械制造技術(shù)領(lǐng)域、自動(dòng)化控制領(lǐng)域方面得到了顯著(zhù)的科研成績(jì)，已經(jīng)讓智能化機械去技術(shù)得到不斷提升，不斷被企業(yè)應用。尤其是柔性制造技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)方面，機器人被替代人工手臂出執行一些過(guò)于危險的工作，很好的解放了人類(lèi)的勞動(dòng)力，提高了質(zhì)量和效率[21].

　　隨著(zhù)機械手技術(shù)的不斷更新，我國在智能化機械手研究領(lǐng)域中取得了突出的成果。而計算機技術(shù)的發(fā)展，有效的促進(jìn)了機械手的控制系統研究，很好地解決了機械手操作出現錯誤的問(wèn)題，使得機械手能夠按照設定的指令進(jìn)行復雜的動(dòng)作。

　　目前，我國市面上已經(jīng)出現了各種各樣的通用型機械手，在實(shí)際施工過(guò)程中，能夠實(shí)現物料的運輸管理，可以應用于大型數控機床[22].由于通用型機械手使用了程序控制方式來(lái)進(jìn)行機械手驅動(dòng)和操作以及運行管理的，所以，這款機械手在靈活性能上有著(zhù)很大的優(yōu)勢，能夠滿(mǎn)足不同類(lèi)型的使用環(huán)境。

　　1.3.3 機械手的發(fā)展趨勢

　　當前，工業(yè)機器人已經(jīng)在諸多領(lǐng)域被使用，有效的減低了企業(yè)人工操作的危險概率，提高了企業(yè)市場(chǎng)競爭力，解決了因人工操作造成的問(wèn)題，提高了作業(yè)質(zhì)量。日本和韓國等國家也開(kāi)始將機器人作為促進(jìn)社會(huì )發(fā)展的主要源動(dòng)力，并針對機器人制定出了相關(guān)政策，通過(guò)政策支持來(lái)鼓勵企業(yè)單位從事機器人的生產(chǎn)建設。

　　這些措施有效的促進(jìn)了發(fā)達國家的機器人技術(shù)處于較高水平[23].最近世界各國開(kāi)發(fā)設計出來(lái)的機器人變得越來(lái)越智能化、模塊化，使用也變得越來(lái)越高，可以很好的完成復雜的工作。據調查發(fā)現，在未來(lái)的機器人設計領(lǐng)域中，人們將重點(diǎn)對機器人的模塊化進(jìn)行設計，通過(guò)增強機器人模塊功能的互換性能，來(lái)提高機器人技術(shù)，保證未來(lái)的機器人能夠適用于更多環(huán)境領(lǐng)域，替代更多人工操作[24].

　　本文針對國內外機器人發(fā)現現狀，進(jìn)行了總結，如下所示：

　　（1）工業(yè)機器人的使用性能較為突出，所以，需要做好機器人模塊的設計，提高機器人的靈活度。

　　（2）通過(guò)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究機器人系統，使其操作步驟變得更加簡(jiǎn)潔、多樣化。

　　通過(guò)增強機器人的集成化和模塊化設計，降低機器人控制器的儲存空間。

　　（3）隨著(zhù)傳感器技術(shù)的不斷升級，傳感器已經(jīng)成為了機器人系統中的重要組成部分，能夠實(shí)現對象位置的找尋。同時(shí)，還可以從一些更加高端的機器人身上發(fā)現，越加高端的機器人系統使用的軟件和硬件技術(shù)也越發(fā)復雜。所以，需要做好機器人系統地管理，采集各種數據信息來(lái)模擬機器人的工作環(huán)境，以便設計出符合用戶(hù)使用需求的機器人。

　　（4）隨著(zhù)虛擬現實(shí)技術(shù)的使用，遙控機器人可以直接通過(guò)傳感器來(lái)采集信息數據，并根據現實(shí)中采集的信息數據來(lái)模擬出一個(gè)虛擬工作環(huán)境，以便讓機器人能夠有著(zhù)身臨其境的感覺(jué)。

　　（5）由于遙控機器人對應的工作是不斷發(fā)生變化的，所以，在進(jìn)行控制系統設計時(shí)，需要做好遠程終端和操作者之間的人機互動(dòng)交互控制系統的設計，例如，外太空的空間機器人就是由此研發(fā)設計出來(lái)的。

　　機械手結構的設計是整個(gè)機械手的核心部分，它的設計質(zhì)量好壞直接影響著(zhù)機械手搬運物料的質(zhì)量和效率。所以，通常情況下，設計的機械手結構的使用操作范圍要大，且具備著(zhù)一定的高度使用性能。可以在張開(kāi)抓手的情況下，放下貨籃，避免機械手推出貨架時(shí)，觸碰到貨籃[25].同時(shí)，由于機械手完成一個(gè)完整的搬運過(guò)程需要經(jīng)過(guò)多次運動(dòng)才能夠實(shí)現，所以，需要設計出一個(gè)合理的機械手結構，能夠用于抓取貨物和放下貨籃操作，這種設計可以減輕搬運工作次數，提高搬運貨物的效率。由于倉儲環(huán)境大多數都是處于封閉狀態(tài)的，所以，在設計機械手的時(shí)候，不能夠采用具備災害隱患的驅動(dòng)器來(lái)進(jìn)行搬運，保證機械手搬運過(guò)程中的安全性和高效性。所以，只能夠選擇使用電動(dòng)驅動(dòng)器來(lái)實(shí)現機械手的驅動(dòng)設計。

　　1.4 論文研究的主要內容

　　本文是由五個(gè)部分組成，如下所示：

　　第一章：緒論。主要對本文研究的背景和意義進(jìn)行了研究和分析，并對國內外機器人的發(fā)展進(jìn)程進(jìn)行了介紹。然后對我國國內機器人發(fā)展現狀進(jìn)行了說(shuō)明，并基于我國近幾年的發(fā)展狀態(tài)，對我國機器人技術(shù)的發(fā)展做出預測。最后，還對本文的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述。

　　第二章：相關(guān)理論與技術(shù)，結合具體的技術(shù)環(huán)境和軟件技術(shù)，進(jìn)行分析，為下文中的進(jìn)一步研究提供理論與技術(shù)基礎。

　　第三章：機械手的總體方案設計。主要對機械手的各個(gè)組成部分進(jìn)行了研究和說(shuō)明，并對機械手的運動(dòng)過(guò)程和搬運貨物的過(guò)程進(jìn)行了闡述。同時(shí)，基于機械手的實(shí)際工作環(huán)境和使用功能需求來(lái)制定出科學(xué)的驅動(dòng)方案。

　　第四章：機械手硬件設計。主要對機械手的手臂結構組成部分進(jìn)行研究。同時(shí)，還對機械手的手臂活動(dòng)范圍進(jìn)行介紹，以便進(jìn)行機械手抓手結構的設計，保證抓手和貨籃處于合理位置。

　　第五章，機械手軟件系統設計。主要對機械手的 PLC 控制系統進(jìn)行了詳細的分析和說(shuō)明，并對控制系統中的電路關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。最后，對機械手的驅動(dòng)系統進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。

　　第六章，機械手系統的仿真與測試，使用了 Matlab 仿真軟件對系統的機械手控制系統的運動(dòng)進(jìn)行仿真研究，經(jīng)過(guò)驗證可知，機械手能夠根據相關(guān)指令完成相應的操作。

　　最后為結論與展望，

　　第二章 相關(guān)理論與技術(shù)
　　2.1 PLC 概述
　　2.1.1 PLC 的基本框架
　　2.1.2 PLC 的特性
　　2.1.3 PLC 的應用
　　2.2 Matlab
　　2.3 本章小結

　　第三章 機械手的總體設計
　　3.1 工作原理
　　3.2 機械手的運動(dòng)分析
　　3.3 機械手的控制系統
　　3.4 本章小結

　　第四章 機械手硬件設計
　　4.1 系統電源模塊
　　4.2 電機驅動(dòng)模塊
　　4.3 主控單元模塊
　　4.4.1 數據儲存模塊
　　4.4.2 復位模塊
　　4.4.3 編碼器模塊
　　4.4.4 串口屏驅動(dòng)模塊
　　4.4.5 檢測模塊

　　4.4 機械手設計
　　4.4.1 機械手臂結構設計
　　4.4.2 機械手抓手設計
　　4.4.3 機械手驅動(dòng)裝置設計
　　4.5 本章小結

　　第五章 機械手控制軟件設計
　　5.1 控制系統的整體設計
　　5.2 PLC 控制電路
　　5.2.1 PLC 控制電動(dòng)推桿
　　5.2.2 PLC 控制步進(jìn)電機
　　5.2.3 PLC 控制直流電機

　　5.3 運動(dòng)控制模塊
　　5.3.1 電機驅動(dòng)模塊
　　5.3.1 梯形加減速模塊
　　5.3.3 S 形曲線(xiàn)加減速模塊
　　5.3.4 多軸聯(lián)動(dòng)模塊

　　5.4 主控單元模塊
　　5.4.1 編碼器模塊
　　5.4.2 復位模塊
　　5.5 本章小結

　　第六章 機械手系統仿真與測試
　　6.1 仿真分析
　　6.2 軟件測試
　　6.2.1 運動(dòng)測試
　　6.2.2 位移控制測試
　　6.3 機械手系統應用評價(jià)
　　6.4 本章小結

　　第七章 結論與展望

　　7.1 結論

　　本文將一種智能倉儲搬運機械手臂設計并實(shí)現，以把自動(dòng)化倉庫中的貨物搬運工作予以完成，其中，仿真分析、設計驅動(dòng)裝置、設計控制系統以及設計機械手臂的框架是本文的主要內容。通過(guò)具體地設計與研究我們將以下結論予以得出：

　　1、對課題研究的背景、研究意義以及當前國內外的研究現狀進(jìn)行了解后，我把將本文計劃設計實(shí)現的智能倉儲搬運機械手臂的整體方案予以提出，同時(shí)對系統框架的構成內容進(jìn)行了分析，完成了自動(dòng)化倉庫內機械手臂的工作流程的設計；此外，我還具體地分析了機械手臂的運動(dòng)過(guò)程，以功能需求與工作環(huán)境為基礎對比分析了驅動(dòng)的方式，最終把合適的驅動(dòng)方案選取出來(lái)。本文還對控制系統的整體設計方案進(jìn)行了介紹。

　　2、具體地設計并分析了機械手臂的核心組件，設計完成了機械手臂的框架，并且對搬運工作過(guò)程中機械手臂的運動(dòng)范圍進(jìn)行了分析，以對整個(gè)倉庫體系的所有部件的協(xié)調工作創(chuàng )造可能性；然后對機械手臂抓手的框架設計進(jìn)行了介紹，并對抓手與貨物籃的尺寸和位置關(guān)系以及機械手臂抓手的受力情況進(jìn)行了分析；最后具體地設計了機械手臂的驅動(dòng)裝置，并完成了電機與電動(dòng)推桿的選型工作以及受力分析工作。

　　3、針對機械手控制系統進(jìn)行了設計，對歐姆龍公司的 CP1H 系列 PLC 進(jìn)行應用完成了機械手的控制功能；此外，還針對機械手臂控制系統的軟件進(jìn)行了具體設計。

　　4、將運動(dòng)仿真分析過(guò)程應用于機械手臂中，以仿真模型的分析結果為依據對機械手臂可以完成的搬運工作進(jìn)行了明確。

　　7.2 展望

　　受限于筆者的時(shí)間與能力，本文的研究還有一些問(wèn)題有待解決，我將會(huì )在后續的研究工作中對這些問(wèn)題進(jìn)行解決。

致 謝

　　時(shí)光飛逝，如白駒過(guò)隙，隨著(zhù)論文的即將完成，我的整個(gè)電子科技大學(xué)工程碩士研究生的學(xué)生即將結束。

　　努力了將近一年時(shí)間我的碩士畢業(yè)論文即將完稿，在這和一年以來(lái)我得到了無(wú)數老師的關(guān)心和幫助，在這里我要向他們表達我深深的謝意。

　　首先，我要深深的感謝的是我的在校導師路志剛老師，路老師學(xué)識淵博，彬彬有禮，嚴謹的治學(xué)精神及高尚的師者風(fēng)范深深的影響著(zhù)我。在論文的選題、資料的搜集和論文的寫(xiě)作的階段，路老師都傾注了極大的關(guān)心、鼓勵和指導。路老師對我的關(guān)系和教誨我將永遠銘記于心。

　　其次，我要感謝的是我的企業(yè)方導師成都盟升電子公司的楊飛工程師，楊老師知識淵博，實(shí)踐能力超強，技術(shù)水平過(guò)硬，指導了很多大型課題，楊老師是我學(xué)習的榜樣。在整個(gè)論文的寫(xiě)作過(guò)程中，楊老師對我進(jìn)行了非常耐心的指導，推出了很多寶貴的意見(jiàn)，使得我的論文能夠較高質(zhì)量的完成，在此對楊老師表示深深的感謝。

　　同時(shí)，我也非常感謝在研究生學(xué)習過(guò)程中的所有老師和關(guān)心支持幫助我的學(xué)校領(lǐng)導、感謝隆麗萍老師、感謝張鐘婕老師和文印中心的所有工作人員，是你們的幫助讓我順利完成了論文的撰寫(xiě)，借此機會(huì )，謹向你們表示深深的謝意！

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