機械手范文

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關鍵詞：PLC；機械手；控制

中圖分類號：TP241 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0013-02

隨著工業機械手的廣泛應用，其已經成為自動化控制領域的重要技術。在制造業不斷發展的今天，機械手一方面可以代替人工進行生產線的作業，另外一方面機械手可以按照實際生產工藝的要求，按照一定的時間和程序設置來完成工作的卸載和傳送。機械手的廣泛應用可以大大的提高勞動生產率，加快我國制造業的轉型與升級。如果機械手采用傳統的繼電器進行控制，則會直接造成系統原件比較繁雜、穩定性差以及出現故障概率高的特點。隨著PLC技術的廣泛應用，通過使用PLC來設計機械手的控制系統，可以保證較高的可靠性和較低的故障率，使用起來也相對簡單。本文通過采用可編程控制器PLC來實現機械手的控制系統設計，使得控制過程精確可靠，使得在實際生產過程中變得明確和清晰。

1 機械手機構的液壓系統分析

本文的機械手設計案例以鍛造車間的機械手為例，該機械手處在高溫的操作環境之中，機械手所要實現的功能就是將高溫的鍛件棒材加持到鍛造工位的傳送帶上。實現對棒料準確的搬運，替代人工操作，改善工作環境。機械手的液壓系統主要包括了液壓驅動、手臂的升降和收縮等系統，再加上液壓馬達。液壓換向回路使用三位四通閥進行控制。在機械手設計的過程中應該考慮以下幾個方面的問題：（1）鍛件的重量較大，機械手應該具備較大的夾緊力。同時工件在移動的過程中還會出現較大的慣性，保證工件不會脫落。（2）機械手的手指應該具備一定的夾角，手指的開閉角直接影響著工件能否順利的加持到鍛造工位上，對于手指的開閉幅度具有嚴格的要求；（3）機械手應該保證工件在搬運過程中的準確定位，必須要根據鍛造工件的形狀來選擇機械手手指的形狀；（4）由于鍛件處在高溫狀態，在加持過程中應該保證機械手具有較高的強度，另外機械手的結構應該盡量緊湊，使得機械手的重心能夠維持在手臂的回轉軸線上。（5）在機械手設計的過程中，應該考慮到被抓工件的要求。如果是圓柱形鍛件，則應該考慮使用V型手指，圓球形的工件考慮采用三指狀的手指，方便加持工件。對于那些表面質量要求比較高的工件，應該在機械手的手指上加上泡沫墊片，防止加持部位的損壞。

2 機械手PLC控制系統的設計

2.1 PLC可編程控制器介紹

機械手所使用的PLC控制器主要包括了CPU、信號輸入模塊、數據輸出模塊、CPU擴展單元以及編程模塊。CPU相當于PLC的心臟，完成對輸入信號和數據的處理，將這些數據存儲在存儲器中。對于輸入和輸出模塊而言，輸入的信號主要有分為兩個類別，分別為電壓信號和電流信號，如果外在的信號比較尖銳，則會造成PLC的CPU損壞。另外為了控制外來的負載的額度，可以通過小型繼電器的使用，來實現外來負載的隔離。在PLC中編程器主要是用來檢測各種信號的運行狀態，一般使用編程器的狀況為邏輯輸入有誤或者需要檢修的時候。本文中的PLC電源使用的是24V直流電源或者220V的交流電源，機械手的PLC控制器選擇類型為西門子20EDR-1，有兩個輸入和輸出模塊，在A/D轉換方面選擇AD041型號，所設計的PLC框架如圖1所示。

其中PLC的基本參數如表1所示。

本系統的輸入電流信號范圍是5-23mA，對應的十六位進制為0000-1770。用于補碼的轉換數據范圍是3.2-4mA，當輸入電流信號小于3.2mA時，斷線檢測的功能將會被充分啟用，并且將數據轉化為8000。首先對于模擬信號和數字信號的轉換方面，在CPU模塊中不能進行量程控制字符的改變，如果需要改變，則必須進行斷電后重新操作。

2.2 機械手位移傳感器的選擇

位移傳感器的選擇對于機械手的設計具有重要的意義，機械手臂的升降和旋轉都需要位移傳感器的作用，還應該把位移數據準確的顯示在屏幕上，主要目的就是滿足機械手臂的位移和速度測定。目前通用的傳感器為光柵位移傳感器，當傳感器的兩塊光柵的位置發生相對變化時，光敏電阻發生變化，實現了電信號傳遞，從而轉變為位移信號，實現了位移的精確測量。除了直線位移傳感器外，還需要安裝角位移傳感器，角位移傳感器的類型為E6W5-2014。最后機械手指在加持工件的過程中，需要安裝壓力傳感器，其中輸出信號范圍是5-60mA，電源選擇24V直流電源。在機械手觸摸屏的選擇方面，要求有兩個，首先就是要內存要大，能夠存儲較多的數據，分辨率要大和較高的顯示亮度；其次PLC觸摸屏要有串行通信功能，更好的方便PLC與機械手臂之間的通信。

3 PLC控制系統的程序設計與步進電機選擇

3.1 機械手PLC總控制程序的設計

在機械手臂的下降和上升的程序設計中，只是兩者的輸入和輸出的地址不同。在壓力檢測方面，只有檢測到鍛件毛坯夾緊以后才可以進行下一步的位移動作，所以首先應該進行壓力的檢測，實現了壓力數值的顯示。本文還通過CAE的仿真優化設計，為了進一步實現機械手臂的啟停與位移控制，減少PLC控制器的安裝面的位置，可以將啟動按鈕與停止按鈕進行合并。同時為了確定機械手臂是處于手動工作模式還是處在連續工作模式，需要進行連續工作模式按鈕，可以根據實際的運行情況來調整機械手臂的位置。同時為了保證機械手的正常運行，機械手在每一個工作周期內都要進行初始位置的檢驗，如果不是回到初始位置，則應該執行回到回轉原點的操作。和啟動的程序一樣，機械手臂工作的運行方式也是通過按鈕來實現的，手動按鈕可以實現機械手的各種動作操作，從而滿足實際生產的需求，只需要對步進電機的脈沖時間進行調整，盡量減少機械手的行程。在經過CAE軟件操作的優化的過程中，可以通過以下結果步驟來進行，首先應該對機械手臂的模型進行優化，建立相應的機械傳動機構，包括各種零件的設計以及機械手自由度的設計；其次，對機械手的模型進行運動仿真模擬，測試模型設計是否能夠滿足生產需求；然后細化設計模型，建立設計變量和目標函數之間的關系，得到性能最優的設計參數。本文根機械手的運動要求將機械手的抓取機構進行優化，從而繪制PLC控制流程圖，通過對梯形圖控制程序的編寫，滿足了實際生產機械手的工位需求。

3.2 步進電機選擇

三相步進電機通常將電脈沖信號轉變為角位移信號，步進電機的旋轉是依靠角度的不斷移動而進行的。通過對電脈沖數量的控制，來實現位移的控制。在步進電機的選擇方面，本文采用的是三菱公司的橫軸和縱軸位移的機械手升降機構，最大使用電流為3A。另外PLC啟動技術的控制與傳統的控制技術相比，具有價格低廉和結構簡單等優點。現代化的PLC啟動技術可以分為感知系統、控制程序、主機CPU部分以及執行機構的設計部分。在使用CAE進行軟件仿真模擬的過程中，通過使用鍛件的抓取機構為實際性能的優化目標，通過連桿機構的數次優化和坐標位置優化，使得機械手臂的抓緊力由3.5MN轉變為20.56MN。通過采用虛擬樣機技術可以有效的模擬機械手在實際生產過程中的抓取行為，現夾緊力的不斷提高，具有較大的實際成產意義。表2位本PLC系統中A/D轉換器的基本參數。

四個自由度的機械手臂的設計具有一定的普遍性和實用性，在PLC控制的模式下，實現鍛件從一個位置運送至另一個位置，準確的實現位置定位和完成各項動作。在實際操作的過程中可以通過觸摸屏完成各項操作和讀取機械手實際的運行狀態，包括壓力和位移數值等信息，方便對機械手進行很好的控制。

4 結語

PLC控制技術在機械手設計領域中已經得到了廣泛的應用，從而使得機械手在工業領域中得到了廣泛的應用。本文在分析參考文獻的基礎上，借鑒傳統機械手的設計方案，對適用于工廠鍛件搬運的機械手PLC控制系統進行了CAE模擬仿真和設計。首先對機械手液壓機構進行了深入的分析，得到機械手控制的三個關鍵因素；然后對適合機械手的PLC控制器、壓力和位移傳感器進行了相關技術參數選擇，同時還對整體程序的設計進行了相關闡述，希望能夠給以后的機械手PLC控制設計提供參考價值

參考文獻

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關鍵詞：氣動機械手；可編程控制器；控制系統

引言

在現代工業生產過程中，氣動機械手由于有氣源使用方便，沒有環境污染，工作安全可靠，易于維修，廣泛應用于流水線生產，機械加工，注塑，儀表等工業中，提高生產效率。本文以三自由度機械手為研究對象，設計了基于PLC的機械手控制系統，并在西門子S7-200的PLC上得到實現。

1 系統結構和功能介紹

氣動機械手的結構如圖1所示。

機械手氣動控制回路原理見圖2，主要由升降氣缸、導桿氣缸和旋轉氣缸組成。其中升降氣缸、導桿氣缸、旋轉氣缸使用單電控換向閥，通電時氣缸伸出，斷電后氣缸自動縮回。手指夾緊氣缸使用雙電控換向閥。由于雙電控換向閥具有記憶作用，如果在氣缸伸出的途中突然失電，手指夾緊氣缸仍將保持原來的狀態，可保證夾持工件不會掉下。

機械手的動作過程如下：

（1）檢查機械手是否處于初始位置。初始位置：升降氣缸處于上升位置，旋轉氣缸位于左邊位置，導桿氣缸位于縮回位置，夾緊氣缸位于放松位置。若不在初始位置，按下復位按鈕，讓其恢偷匠跏嘉恢謾

（2）按下啟動按鈕，機械手在工位1進行抓取工件過程：手臂伸出手爪夾緊抓取工件提升臺上升手臂縮回。

（3）機械手到達工位2位置進行釋放工件過程：手臂伸出提升臺下降手爪松開放下工件手臂縮回。

（4）放下工件之后，機械手要回到初始位置，自動進行下一個工作周期。

（5）在工作過程中若按下停止按鈕，機械手完成一個工作周期，回到初始位置。

2 PLC控制系統設計

根據機械手控制要求，有11個輸入信號，6個輸出信號，選用S7-200系列的CPU226 DC/DC/DC型號的PLC，I/O分配表見表1：

根據其控制要求，可以得到其控制流程圖，見圖3。

其編程實現可以通過三種方法實現：

（1）利用起保停程序實現。

（2）步進指令。

（3）左移位指令。

3 結束語

氣動機械手價格低，動作準確，便于維護，易于控制，可靠性高，能在惡劣的環境下工作，減輕了人工成本，改善了工作環境，具有很強的實用價值。

參考文獻

[1]姜繼海，宋錦春，高常識[M].高等教育出版社，2002.

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關鍵詞：壓鑄機；送料；機械手；開發

在進行壓鑄機的送料過程中，其能夠采用多種不同的形式使得機械運行效率得到較為顯著的提升。但在目前市場中出現的壓鑄機已經難以滿足其整體的運營以及運行。因此，在結合其市場的整體運行情況下，需要采用多種不同的方法對傳統的機械手進行相應的改進。最終使得機械手的開發運行效率得到全面性的提高。

一、壓鑄機送料機械手的開發面臨的挑戰

1.1機械手的運行不夠平穩

在進行機械手的整體構建過程中，其首先需要將兩桿的機構進行平衡。在進行開發的過程中，其依f會面臨機械手不夠穩定等多方面的問題。因此，想要使得機械手的整體運行效率更高，其需要采用多種不同的形式實現其機械的穩定性。其基礎結構不穩定主要表現在以下幾個方面：

①其機械手在進行整體的安裝過程中通常會采用整體性的安裝?！?】這就使得其在高度差上難以調節，并且難以處理設備的交互性，從而使得其整體的體系差別增大，難以起到固定的作用。

②在進行機械手的整體調控中，其需要采用多種不同的控制方式讓按鈕開關得到改變。這樣才能不斷增強其整體運行的靈活性。同時，對于設備的停用以及各種故障的發生，其需要進行及早的預防，從而做到防患于未然。但是相對而言，很多傳統的機械手在進行使用的過程中還不堪重負。在整體的使用過程中，還存在諸多的缺陷。因此，很多機械手難于精確設計并保證受力。

③機械手的密封性能還不夠好，對于其氣密結構，很多機械手在進行使用的過程中并未對其進行較好地密封。最終使得壓鑄機送料的效率大幅度的降低。而且從整體上而言，其料勺在進行綜合性的使用中，其氣密性還不夠良好。從整體上而言其在進行料勺處理時，而且容易滲入金屬液料。從而使得設備的運行周期持續下降。最終導致生產效率低下，并且使得設備的壽命變得短暫?！?】

1.2機械手結構不夠精密

在進行機械手的整體應用中，其需要對五桿機構進行傳感定位。并對初始依靠調的參數進行相應的調試。但在實際的應用中，其難以保證其整體的定位。在硬件的設備設計中，其常常容易出現硬件設備磨損以及滑動。而且還容易造成一定的定位失效。在進行手臂位置的控制中，其設備難以達到良好的精密，同時在硬件設備上，其相對而言，占用的空間也較大。所以，在動態機構的運行中，其很難將數字結構進行自動化的實現。而且，其整體的智能化結構也難以得到相應的優化。其五桿壓鑄機送料機械手如下所示：

二、壓鑄機送料機械手的開發分析

2.1機械手的方案設計

在進行逐漸工藝的整體生產中，其需要將送料機械手進行整體性的設計。其整體的設計方案如下所示：

①.根據負載特征，進行動力源選擇。同時，對于負載的變化情況，其需要對動力的變化參數進行數據的分析。在進行整體的機械臺設計中，其需要對電機的整體擺放位置進行裝拆的分析，同時還要對工作面的振動情況進行相應的分析。這樣，其機械手臂的設計，從而使得其整體的運行更加平穩?！?】

②在進行機械手臂的整體設計中，其需要對機械手臂的結構體系進行相應的優化。其首先需要對桿件的參數變化情況進行較為明確的分析。同時，為了能夠使得負載變化更加平穩。其需要對軌跡的變化曲線進行數據性的控制。同時，在進行鉸鏈端的設計中，其需要將滾動軸的變化情況進行力的平衡分析。在進行連接端的整體設計中，其需要考慮到整體的動力運轉。并對受力的負載變化情況進行手臂的平穩轉動。在進行連接設計的過程中，其還需要對機械加工的難易程度進行考慮。選擇焊接和螺栓連接，方便裝拆和購買。

在進行裝置的外觀設計上，其需要對環境的惡劣性進行相應的密封，同時還要保證其料勺的液料充足。同時還要對設備進行型號的更換，并且有利于實現其經濟價值?！?】

2.2壓鑄機送料機械手在線自動化檢測系統的開發

在進行機械手的自動檢測中，其需要以PLC為自動化檢測系統，在進行機構的整體設計中，其需要對鑄件的生產順序進行相應的分析，同時在進行PLC程序的編排過程中，其需要進行多方面的軟件控制。同時，在進行編程軟件的控制時，需要對其機構的運動情況進行信號數字的編排。并采用接觸式的傳感器進行位置傳感的雙重保護，最終防止其傳感器在運行的過程中發生一定的故障。

2.3送料機械手的開發利用

在進行送料機械手的整體應用與開發中，其首先需要對其開發路徑進行一定的要求。同時，在熔爐口，需要對其水平方向進行進料的移動，同時還要對其鎖模導柱進行路徑的數據控制。其整體的估計參數變化如下所示：

①.熔爐腔深度半米左右，考慮到不應取最底部液料，故在取料口提起高度至少半米。同時，在進行取料的過程中，需要對機械手的變化情況進行較為明確的數據分析。這樣其跨距就會發生一定性的變化，其整體的跨距大約在2米左右。【5】

②根據300t壓鑄機上方鎖模導柱與送料口的距離，考慮多型號壓鑄機適用性，機械手應斜插入送料口上方，豎直距離應保持在0.1米。

三、結語：

壓鑄機送料機械手的開發分析十分關鍵，其能夠使得機械手的應用體系得到相應的優化。在進行設計的過程中，其首先需要對壓鑄機的送料機械手進行相應的分析，尤其是對于機械手的應用中各種問題進行較為明確的參數確定。然后對其整體的體系優化，并加強送料機械手的整體開發利用。最終使得壓鑄機的送料效率得到相應的提高。

參考文獻：

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1并聯換檔機械手力學分析

通常并聯機構的移動速度較低，慣性力對機構性能的影響不大，因此靜力學特性成為并聯機構性能的重要體現。目前，靜力學研究的方法主要有兩種：幾何法和分析法。幾何法又稱為拆桿法，將機構拆分為桿組，在各個桿的連接處以約束力代之，根據平面任意力系或空間任意力系的平衡條件列出關于未知力的平衡方程組進行求解；分析法又稱分析靜力學，它以虛功原理為理論基礎，從功的角度出發尋求主動力之間的關系。

1.1汽車變速器換檔力的形成與傳遞

圖3為變速器的組成。它由輸入軸、輸出軸、齒輪系、換檔撥叉和換檔桿組成，其中換檔桿是整個變速器的控制器。在換檔過程中，通過前、后、左、右擺動換檔操作桿來實現汽車的換檔。傳統的換檔機械手采用直接控制撥叉來模擬換檔過程，這種控制方式不僅破壞了箱體的結構，還無法真實準確地模擬汽車換檔的過程，因此，本課題采用直接控制換檔操作桿的方式來模擬人手換檔的過程。在整個換檔過程中，換檔操作手柄要完成選檔和換檔兩個動作，即以換檔桿與換檔器連接點為旋轉中心，在選檔和換檔兩個方向上來回擺動。換檔過程中的阻力有自鎖和互鎖裝置的阻擋力、撥叉軸和軸座之間的摩擦力、撥叉軸和軸座的變形、錐形彈簧的變形、高低速齒輪嚙合時產生的沖擊力等。這些阻力最終都要傳遞到操縱桿的球形手柄上，通過駕駛員的作用力來平衡。由于操縱桿只能在換檔和選檔兩個方向上運動，因此可以用這兩個方向上作用于球形手柄的兩個等效力f1和f2來對阻力進行平衡。換檔過程中的阻力種類較多，很難用公式計算出精確的數值來，因此這兩個等效力的數值只能通過實際測量來得到。

1.2機構力雅克比矩陣模型

以整個并聯機構為研究對象，作用在該機構上的外力包括等效于球形手柄上的力f1和f2，伸縮桿L1和L2的驅動力F1和F2，機構自身的重力以及各關節處的摩擦力。為簡化受力分析，我們將機構自重和摩擦力忽略掉，這樣作用在并聯機構上的外力只剩下等效力f1，f2和驅動力F1，F2，其受力分析簡圖如圖4所示。忽略掉重力和摩擦力之后，整個機構所受約束為理想約束，滿足虛功原理的應用條件。在球銷副的中心點處建立直角坐標系OXYZ，應用虛功原理可列出機構的虛功方程：JT為4×4方陣，稱為并聯機構的靜力雅可比矩陣，很顯然速度雅可比矩陣和靜力雅克比矩陣之間存在著轉置的關系，揭示了速度傳遞關系和靜力傳遞關系之間的內在聯系。采用虛位移法對機構進行靜力學分析，推導出機構的輸出力和驅動力之間的映射關系，驗證了力雅克比矩陣實際意義。下面我們通過仿真來進一步分析驗證最大驅動力和外部載荷之間的關系。

2并聯換檔機械手靜力學仿真

并聯機構的靜力學仿真以前文推導的靜力學逆解為數學模型并假定在整個運動過程中作用于球形手柄的外載荷不發生變化。仿真過程中，作用于球形手柄的換檔力設定為50N，選檔力定為50N，仿真時間為10s。靜力學仿真程序流程見圖5。其中，［Xs，Ys］為運動起始點坐標，［Xe，Ye］為運動終點坐標，f＝［0，50］表示換檔力在［0，50］上離散。檔位變換時并聯機械手換檔力與選檔力的靜力仿真結果如圖6所示。由圖6可以看出：在選檔方向上L1桿為主要作用桿，F1小于50．4N；在換檔方向上L2桿為主要作用桿，F2小于50N，最大驅動力和外部載荷基本相等。在換檔方向上，驅動桿的驅動力呈二次曲線變化，符合實際換檔過程中的受力情況。

3結論

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關鍵詞：搬運機械手；電氣一體化；定位控制

中圖分類號：TP241 文獻標識碼：A

0.引言

隨著制造業的快速發展，機械手成為當今時代的標志，有效改善勞動條件，保障人身安全。當前，機械手可以精確執行預先編寫的程序命令，實現預計動作，被廣泛應用于機床、模具鍛造或者點焊、噴漆工藝方面。本文基于完成生產線之間物品運輸設計的機械手系統，能夠完成手臂上下伸縮、手臂左右擺動以及手指抓握3個動作；采用集成傳輸模式，即手臂機構采用伺服電機驅動，手爪機構則采用氣壓傳動。

1.硬件結構設計

1.1 伺服電機選擇

電機選擇方面，本課題選用交流伺服電機，因為隨著電機調速方法的不斷研究，目前能夠將電機調速范圍與成本降低到寬調速直流電機。同時，交流伺服電機擁有較高的可靠性和控制性，因此目前能夠得到廣泛應用。而直流伺服電機內部存在電刷和換向器因素，導致電機工作可靠性降低，提高后期運行成本；交流異步電動機雖然沒有電刷磨損，結構簡單，成本較低，但應用時對其調速十分煩瑣，成本相對較高，不經濟適用。考慮到電機后期維護方便，本課題的升降電機與旋轉電機都選用交流伺服電機PanasonicMDMA152P1U型號，便于后期保養維修，采用的驅動器為MDDDT5540型號。

1.2 氣缸和閥門的選擇

本機械手驅動系統運動速度由氣流調節閥控制，運動方向由電磁閥控制。目前，氣體驅動系統憑借其價格低廉等優點在工業中得到廣泛應用。同時氣動夾持器由于氣體的可壓縮性，在捕獲過程中具有一定的靈活性，不會由于力度過大導致被抓取物破壞。根據指尖距離及手爪夾緊力，夾緊裝置選擇一個具有可調緩沖裝置的雙作用氣缸，并設有夾緊裝置和壓力傳感器。氣缸本身配有兩個一位單通閥門，本設計為了能夠保證氣缸在斷氣狀態下保持氣缸內部的壓力，所以根據經驗選用SMC公司的VZ110氣開閥。

1.3 傳感器的選擇

傳感器的功能是將被測物的物理量轉變成由控制系統可以識別的電信號。實時檢測系統本身以及工作對象、工作環境的狀況，為控制系統提供有效精準的電信號。本課題研究的機械手，位置檢測裝置主要用來判斷機械手執行左旋/右旋，上升/下降等動作時是否到位，通常選擇行程開關，并將其安裝在預先設定的位置。本機械手選用直線接觸式行程開關，當行程開關檢測到機械手運動到預定位置時，立即終止當前動作，準備運行下一動作。

2.機械手動作的實現過程

機械手的工作均由伺服電機驅動螺紋絲桿旋轉和電機自轉來完成。本機械手的一個工作周期要完成手臂下降―工件加緊―手臂上升―右旋―手臂再下降―松開工件―手臂在上升―左旋8個動作，全部由對應的限位開關來控制，系統原始位置設置在原點，當按下開始命令時，機械手會立即有序的執行預訂相應動作。為確保人身安全，機械手安裝了一個光電開關，當機械手右旋到預定位置時，必須檢測到右工作臺上沒有工件時才能執行下降動作。另外，機械手能夠實現自鎖功能，在系統斷電斷氣情況下保持機械手姿勢。本文研究的機械手系統工作方式一共有手動操作，半自動操作，自動操作3種模式，當系統上電后機械手首先初始化，然后進行選擇相應的工作方式。

3.控制系統的設計

控制系統是機械手設計的重要組成部分，是保證機械手在工作過程中安全可靠的關鍵。實時控制著機械手的每一個作業動作，控制系統的穩定性以及可靠性的好壞直接決定了機械手工作過程的效率，起著不可低估作用。

3.1 PLC的選用

本文機械手的控制系統根據經驗選用“CPU226AC/24輸入/16輸出”型PLC，另外，由于系統I/O端的分組情況及隔離與接地的需求，需要增加10%～20%的裕量，配置了兩個EM253位控模塊和一個EM22324VDC數字組合8輸入/8輸出的擴展模塊。本文設計的控制系統，控制面板上操作按鈕的輸入端應該接入PLC輸入口的I0.0-I1.5，系統的行程開關接入I1.6-I2.3，料架上的兩個光電傳感器應該接入I2.4、I2.5輸入口，伺服驅動器的報警端接入I2.6、I2.7接口，伺服電機定位完成后發出的信號接入I3.0、I3.1。其次，PLCQ0.0-Q0.6輸出端連接系統信號指示燈，Q0.7-Q1.4端連接外部信號，實時檢測機械手狀態，Q1.5-Q1.7端連接驅動器，為電機提供電源，Q2.0-Q2.3端連接定位模塊，主要控制電機的運轉，Q2.4-Q2.5端連接氣缸控制閥，調節氣缸的伸縮。

3.2 控制模塊設計

本文中，控制系統主要由PLC主控單元、I/O模塊和EM253位核心控制器構成，機械手的抓放動作由選用的氣缸驅動，其余動作由選用的伺服電機驅動，同時電機配有驅動器，由位控模塊接收脈沖輸入。結構上，系統配有極限行程開關，每個部件的極限運動由脈沖來限位。主控單元采用單獨封裝，設計為模塊式結構，安裝在相應的支架上，主要包括PLC模塊、觸摸終端、I/O模塊和兩個位控模塊，通過PLC專用電纜進行相互通信。位控模塊采用的是PLC特殊模塊EM253，因為可以運用其產生的脈沖串對電機速度何位置進行開環控制，產生的脈沖串存儲在S7-200相應的存儲區中，通過擴展的I/O總線與S7-200進行通信。

3.3 控制面板的設計

本文所設計的機械手根據實際應用所需設置以下控制按鈕。（1）工作模式選擇開關：當正常生產時將機械手調到自動模式，機械手會自動運行。當機械手出現故障或者出現報警時可以將機械手調到手動模式，機械手可通過點動調整。（2）電源開關：當機械手系統準備工作時，必須將電源撥至ON位置，給系統設施供電，其中觸摸終端由PLC進行供電。當機械手系統停止工作時，必須將電源撥至OFF位置，切斷一切設施供電，保證系統及人身安全。（3）急停按鈕：當機械手系統在運行過程中，出現突況例如搬運不夠穩定、下放物品不到位、超過了極限位置以及沒有抓取成功目標物等等發生時，迫使機械臂系統停止工作，此時僅需按下急停按鈕，則可立即使機械手停止工作，有效避免事故的發生和經濟損失。（4）機械手上升、下降、左旋、右旋、夾緊、松開按鈕：這些按鈕通常在調試或者排除系統故障時對機械手進行單步操作時使用，屬于手動操作。（5）復位按鈕：當需要將機械手系統自動恢復到初始位置的情況時，需要按此按鈕實現相應復位功能。（6）啟動按鈕：當機械手系統完成上電，工作模式等一系列前期準備工作之后，按下此按鈕系統就會自動完成預設搬運動作。（7）測試燈/報警按鈕：機械手系統安裝結束后，要對機械手的作業穩定性進行試驗。此時，試燈/報警清除按鈕對電路上所有的工作指示燈做檢測，保證正式運行時的安全。另外，當機械手系y出現報警時，我們對系統進行故障維修后，必須按此按鈕消除報警，使系統進行正常作業。

結語

本文對機械手驅動系統、控制系統方面進行認真細致地研究，能夠對生產線上有無工件進行精準判斷，降低了工作勞動強度，提高了企業生產效率，對自動化生產線的柔性制造方面和工作效率方面起到了不可估量的作用。

參考文獻

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[5]李長軍.西門子S7-200PLC應用實例解說[M].北京：電子工業出版社，2011.

篇6

【關鍵詞】機械手 氣動 工業生產

一、引言

國家標準GB/T1264390對機械手的定義：具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體，或進行其它操作的機械裝置。機械手在現代工業自動化的發展中占有重要的地位，機械手加速了企業生產方式的變革，機械手是在工業機械化和自動化生產過程中根據需求產生的一種裝置。在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產線。當前機械手雖然還不如人手那樣靈活，但其具有不知疲勞，不怕危險重復工作的能力，機械手得以應用越來越廣泛。機械手早期應用于汽車制造工業中，用于焊接、噴漆、上下料和搬運等工序，可替代人在危險、有害、有毒、低溫和高熱等環境中完成繁重、單調的重復勞動，提高了勞動生產率，保證了產品質量。機械手同數控加工中心，自動搬運車輛，自動檢測系統組成柔性制造系統（Flexible Manufacturing System ）和計算機集成制造系統（Computer Integrated Manufacturing System ），實現生產自動化。在工業上機械手分為專用機械手和通用機械手，專用機械手是整機的附屬部分，動作較為簡單，工作對象固定，具有固定程序，適用于大批量的產品生產，在工業生產中常見的如自動換刀機械手，料機械手，裝配機械手和焊接機械手等裝置。通用機械手自己具備控制系統、可編程序、動作較為靈活的特點，適用于多樣性和中小批量的產品生產，具有工作范圍大，定位精度高，通用性強，廣泛應用于柔性自動線。

二、氣動機械手概述

（一）氣動技術簡介

氣動傳動與控制技術被形象的稱為工業自動化之肌肉，在加工制造業領域獲得重視。近幾十年來隨著微電子技術、通信技術和自動化控制技術的發展，氣動技術也得以大力發展。氣動技術（Pneumatics）是以壓縮空氣來傳動和控制機械的一門專業技術。氣動技術具有能耗小、無污染、效率高、成本低、可靠性高、結構簡單。具有環境適應能力強，防火、防爆、抗電磁干擾、抗幅射等優點。氣動技術向精確、高速、小型、復合和集成的方向發展[1]。

（二）氣動機械手概述

在工業機械手使用中最多的驅動方式是電機驅動。驅動電機常用步進電機、直流伺服電機以和交流伺服電機，由于電機速度高，采用減速機構包括諧波傳動、RV擺線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機構等。電機驅動機械手的特點是控制精度高，驅動力大，響應快，信號檢測、傳遞、處理方便，采用靈活控制方式。電動機械手成本高，限制了使用范圍，氣動機械手成本性能比低，在滿足社會生產實踐需要的同時也越來越多的受到重視。氣動機械手技術已經成為能夠滿足許多行業生產實踐要求的一種重要實用技術。氣動機械手與其它控制方式的機械手相比，具有價格低廉、結構簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強等特點。

氣動機械手在機械手基礎上發展起來，氣動機械手由感知部分、控制部分、主機部分和執行部分等方面組成。采集感知信號及控制信號由智能閥島來完成，氣動伺服定位系統代替了伺服電機、步進馬達或液壓伺服系統，氣缸、擺動馬達完成原來由液壓缸或機械所作的執行動作，主機部分采用了標準型材輔以模塊化的裝配形式，使得氣動機械手能拓展成系列化、標準化的產品。根據需求情況，選擇相應功能和參數的模塊，像積木一樣隨意的組合，代表氣動機械手今后的發展方向，氣動機械手代替一些功能不理想的工業機械手的地位[2]。

（三）某型機械手結構設計

1、氣動搬運機械手的結構

機械手按手臂坐標類型來分主要有直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式、關節坐標式、SCARA型。

當系統工作開始時，產品在工作臺A時，機械手1工作，完成基本操作后，把物品放在工作臺B上，機械手2便啟動工作，完成一個循環后，把物品放在工作臺C上，機械手3啟動工作，這樣3個機械手不斷的循環工作。當系統工作結束時，機械手1首先完成一個循環后停止，然后機械手2、機械手3也順序依次停止工作。當系統工作開始時，機械手1首先工作，完成基本操作后，機械手2便啟動工作，同樣完成一個循環后，機械手3啟動工作，這樣3個機械手不斷的循環工作。當系統工作結束時，機械手1首先完成一個循環后停止，然后機械手2、機械手3也順序依次停止工作。每個機械手的完成基本操作，當工作臺上有產品時，機械手下降，機械手在最低位抓緊物品，機械手夾緊物品上升，機械手夾緊物品右旋180度，夾緊物品下降，在最低位時松開物品，機械手上升，機械手左旋一百八十度，回到原位。為了實現對氣動搬運機械手群的自動控制，本系統采用PLC做控制器。本系統的輸入開關量為數字信號，直接連接PLC，PLC通過中間繼電器對電磁閥加以控制。系統框圖如圖4所示[3]。

（三）機械手群電氣控制原理

機械手1下降電磁閥連接KA1，機械手1夾放電磁閥連接KA2，機械手1上升電磁閥連接KA3，機械手1左旋電磁閥連接KA4，機械手1右旋電磁閥連接KA5，機械手2下降電磁閥連接KA 6，機械手2夾放電磁閥連接KA7，機械手2上升電磁閥連接KA8，機械手2左旋電磁閥連接KA9，機械手2右旋電磁閥連接KA10，機械手3下降電磁閥連接KA 11；機械手3夾放電磁閥連接KA12，機械手3上升電磁閥連接KA13，機械手3左旋電磁閥連接KA14，機械手3右旋電磁閥連接KA15。電氣連接圖如圖5所示。

三、小結

當前各國對機械手開發應用不斷發展，它減輕了人繁重的體力勞動、改善勞動條件和安全生產，提高了生產效率，穩定了產品質量，降低了廢品率，從而大大降低生產成本，增強企業的核心競爭力。結構模塊化，控制智能化，感覺功能變強，系統應用與集成化，微型化氣動機械手是當前發展的方向。

參考文獻：

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[3] 王雄耀.近代氣動機器人（氣動機械手）的發展及應用[J].液壓氣動與密封，1999，（5）：13-16

篇7

關鍵詞：軸承變形量 SCARA型機器人 手臂柔順度

中圖分類號：TP241 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0215-01

隨著科技進步和社會發展，搬運的負載越來越大，只有設計出更大負載能力的機械手，才能在國際高端市場占有一定立足之地。

許多單位和學者對機械手手臂柔順度展開了研究。常治斌在長臂機械手手臂結構設計中，除考慮強度問題外，還要考慮剛度問題，即機械手在抓起工件后，手臂受力會產生變形[1]。要使機械手滿足位置精度要求，必須控制機械手手臂在受力后的變形值，使它在允許范圍內。采用梁單元的有限元法，著重介紹了截面尺寸不同的長臂機構手手臂的靜、動態特性分析程序設計及計算實例。林異捷等人對全液壓鉛殘極板移載機械手提升手臂裝置進行運動學分析[2]。通過對移載機械手提升機構進行建模并實現簡化，采用正向運動學和逆向運動學的分析方法，建立起支撐桿的位移、速度、加速度與對應液壓缸的位移、速度、加速度之間的關系。通過仿真軟件對所得的運動學方程進行了驗證，提高最終結果的準確性。利用所得到的研究結果，可以為移載機械手的動力學分析、運動軌跡規劃和控制系統及液壓系統的設計提供重要依據。楊振針對手臂模型未知和動態環境下的仿人機器人手臂柔順性控制算法[3]，根據不同任務研究了在線控制仿人機器人手臂的柔性。通過仿真研究表明，合理的調整阻抗參數在實際力控制過程中至關重要，它可以有效地減少機械手與環境接觸時的沖擊力。同時對基于神經網絡逆系統的阻抗控制算法作了仿真研究，仿真結果表明該算法的效果較理想。本文計算由球軸承引起的手臂下垂量使用的是赫茲接觸理論。赫茲理論做了以下的假設[4]。對于滾動軸承內部的接觸問題來說，這些假設基本上是成立的。

材料是均勻的；

接觸區的尺寸遠遠小于物體的尺寸；

作用力與接觸面垂直（即接觸區內不存在摩擦）；

變形在彈性極限內進行。

使用赫茲接觸理論可以計算出接觸面的尺寸和應力。當鋼與鋼接觸時最大赫茲接觸應力可簡化為平均赫茲接觸應力

其中Q是接觸載荷。

本研究使用的軟件是SolidWorks Simulation[5]。SolidWorks Simulation 是一個與 SolidWorks完全集成的設計分析系統。所涉及的具體內容有：線性靜態分析、頻率分析、動態分析、線性化扭曲分析、熱分析、非線性分析、跌落測試分析、疲勞分析、壓力容器設計和橫梁和桁架。

該軟件采用了有限元方法（FEM）。FEM是一種用于分析工程設計的數字方法。FEM由于其通用性和適合使用計算機來實現，因此已被公認為標準的分析方法。

SolidWorks Simulation節省了搜索最佳設計所需的時間和精力，可大大縮短產品上市時間。通過減少產品開發周期數量來縮短產品上市時間?？焖贉y試許多概念和情形，然后做出最終決定，這樣，就有更多的時間考慮新的設計，從而快速改進產品。

潔凈機器人手臂主要應用于半導體、硬盤、平面顯示器和太陽能產業中的晶片搬運，機器人手臂的剛度必須滿足不同工位、有無負載所引起的末端高度下垂量要求，即為柔順度定義。

機器人柔順度計算包括兩部分：第一部分是軸承變形量的計算；第二部分是對手臂進行有限元分析，得出末端下垂量。本文以SCARA型三關節機器人手臂作為計算對象，每個轉動關節選用兩個深溝球軸承作為選擇支撐。SCARA型機器人手臂受力分析如圖1所示[6]。

1 軸承變形引起的下垂量計算

首先，利用機器人手臂的三維模型，分別對三個關節進行質量和質心位置評估后可得到手臂各關節承受的力矩。然后，通過受力分析，計算出各個軸承所受到的載荷力。

計算輔助變量

其中：1-I，1-II與2-I，2-II，分別為包含兩接觸物體1和2的主曲率的平面，為曲率。

計算出后，查赫茲接觸系數表，可得出。

當鋼與鋼接觸時，彈性趨近量計算公式可簡化為：

其中：Q為軸承所受載荷力。

最后，將機器人手臂有負載和無負載時軸承引起的末端下垂量做差，可得到負載引起的末端下垂量為3.691 mm。

2 機器人手臂變形引起的下垂量計算

通過SolidWorks Simulation軟件對手臂有負載和無負載兩種情況進行有限元分析。將有負載和無負載的手臂最前端變形量做差，即為不考慮軸承變形作用下的手臂變形量。此時計算出的手臂變形量為3.324 mm。

3 結語

本計算方法以SCARA型機器人手臂為例，計算結果7.015 mm與實驗值6.795 mm誤差僅為3%。因此，這種計算方法可以滿足潔凈機械手產品柔順度的計算要求。

參考文獻

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[4] 岡本純三.球軸承的設計計算[M].黃志強，譯.北京：機械工業出版社，2003.

篇8

關鍵詞：機械手；觸摸屏；控制系統

1側取機械手系統人機畫頁設計

觸摸屏程序設計的主體是屏幕畫頁的設計，依據控制系統的要求和功能，觸摸屏畫頁設計主要由背景頁面、參數設定框、工作狀態窗口、控制按鈕、報警顯示畫頁等部分組成。圖1為人機畫頁的總體框架設計圖，主控畫頁由手動、參數設置、自動、系統報警畫頁、I/O顯示等部分組成。本文設計主要是依據執行功能選取相應的屏幕控制元件同時對元件屬性相關的地址或參數進行設置[1]。

2開機畫頁設計

首先開機時設備要進行自我檢查，確認設備所有輸出、輸入信號都處于正常狀態。機械手觸摸屏系統的開機畫頁如圖2所示。

3主控畫頁

主控畫頁由原點復歸、手動、自動、設置、I/o、警報五個命令按鈕組成，如圖3所示。系統自檢完成后對伺服軸進行原點復歸可以按下原點復歸按鈕，在圖4按鈕屬性中，可將地址設定為與PLC相對應的工作區地址W0.11，按鈕按下時，寫入地址1，按鈕放開時，寫入地址0。切換屏幕屏幕實現不同控制功能時，可按下按鈕“手動”“設置”“自動”“I/O”“警報”[2]。

4手動畫頁

如圖5所示，側取機械手系統手動畫頁各個控制按鈕實現各個運動操作步驟。控制按鈕為觸發信號實現各步驟的運行，按鈕可實現PLC發送相應的動作指令并驅動機構完成相應動作。畫頁設計要考慮手動動作的互鎖關系，例如手動旋出是不能旋入的[3]。

5參數設置畫頁的設計

利用NS觸摸屏的數字輸入功能可以進行系統的參數設置。如下頁圖6所示，設置自動時第一次、第二次旋轉角度，根據確定的PLC程序里脈沖輸出口發出的脈沖數決定伺服電機旋轉的角度并對應相應的數據存儲器，該設定數據還與伺服驅動器的電子齒輪比有關系。速度選擇按鈕是通過改變脈沖輸出的頻率來實現的。各個延時的設計與設定同理[4]。

6狀態監控畫頁的設計

狀態監控畫頁圖設計如圖7所示，通過NS觸摸屏位燈來顯示PLC各輸入/輸出觸點的狀態，能幫助使用者通過提供各個傳感器信號顯示來判斷各個信號是否正常。例如，燈變黃色為全自動信號，表示注塑機打開全自動信號。燈變黃色表示壓力不足，表示系統壓力不足，壓力傳感器被觸發發出了信號[5]。輸出畫頁同理。

7結語

本文利用歐姆龍編程軟件對側取機械手的觸摸屏控制程序進行設計，并闡述每個操作畫頁的功能及相關創建過程。通過對觸摸屏畫頁程序的設計研究，實現了控制系統的人機交互功能。

參考文獻

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篇9

關鍵詞：PLC；機械手；步進電機；組態控制

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.043

1 引言

機器人是在機械化、自動化發展浪潮中涌現出來的一種新型裝置，它的出現大大解放了生產工人的勞動，提高了勞動生產率。機器人技術是未來高技術、新興產業發展的基礎之一，對于國民經濟和國防建設具有重要意義。我國在863計劃、國家自然科學基金、國家科技重大專項等規劃中對機器人技術研究給予極大的重視[1]。

隨著工業4.0和我國的“中國制造2025”戰略的部署，我國大力發展制造業，而我國的制造業正處在上升期，隨著市場競爭的激烈、勞動力成本的逐年上升以及用戶對個性化、定制化的需求越來越迫切，老齡化社會的形成，一線工人減少的趨勢不可逆轉，我國制造業迫切需要升級改造，來提高經濟效益，因此，對機器人產業具有迫切的需求。

2 系統的控制要求

要求機械手在4個工位之間依次搬運工件，控制程序具有“復位”“啟動”“停止”“急?！惫δ堋?/p>

機械手在運動過程中，按“停止”按鈕，五自由度機械手完成當前動作后停止運行，按“啟動”按鈕，五自由度機械手繼續下一步動作。

在五自由度機械手運動時，按下“急?！遍_關，五自由度機械手立即停止移動及轉向，此時如需再次運行機械手，需親手將本次搬運途中掉下的工件拿到1號物料臺，再按“復位”按鈕“復位”完成后，按啟動可重新運行。

系統采用兩臺S7-200PLC，一臺作為從站對機械手進行控制，另一個臺作為主站監控機器人的運行狀態。觸摸屏與主站PLC連接，實現對主站PLC和從站PLC的實時監控，并控制PLC按上述流程完成搬運任務。

利用觸摸屏，可以對系統進行“復位”、“啟動”、“停止”“急?！钡炔僮鳎⒖梢栽谟|摸屏上實時顯示當前五自由度機器人的運行狀態。

3 硬件設計

系統輸入需要有四個按鈕分別控制系統的“復位（SB1）”“啟動（SB2）”“停止（SB3）”“急停（SB4）”功能；還需有四個傳感器分別作為“原點”“右限位”“底座旋轉限位”的限位與控制。

機械手有五個自由度，分別是基座水平移動、基座旋轉、大臂抬放、小臂抬放、手爪夾緊和放松?；乃揭苿雍托D由步進電機來控制，步進電機分別由PLC的兩個高速脈沖輸出點Q0.0和Q0.1控制其速度；大臂和小臂由直流電機控制。手爪由舵機控制。

PLC控制結構圖如圖2：

為節約成本，該系統只有水平移動和底座旋轉采用步進電機驅動，S7-200PLC只有兩個高速脈沖輸出點，其他三個自由度包括大臂抬放、小臂抬放以及手爪電機通過PLC的普通輸出點進行控制。

4 PLC的軟件設計

PLC軟件采用模塊化程序設計，由主程序模塊和6個子程序模塊組成，子程序包括水平移動、水平停止、旋轉移動、旋轉停止、水平復位、水平減速。程序結構圖如圖3：

5 系統的網絡結構與組態

西門子S7-200系列PLC支持多種通信協議，協議定義了主站與從站兩類通信設備，主站可以對網絡上另一臺（或多臺）設備從站發出命令，從站則響應來自主站的命令。主、從站間的專用通信協議有PPI協議、MPI協議、PROFIBUS協議和自由口協議。在實際應用中，S7-200經常采用PPI協議進行通信。S7-200通過PPI通信可以發揮其強大的通信功能，實現PLC與PLC、PLC與PC、PLC與其他智能設備之間的信息交換，組成集中管理的多級分布式PLC網絡控制系統[2]。

該系統的網絡結構如圖4所示，采用兩臺PLC，一臺作為從站用于控制機器人的動作，另一臺作為主站對從站的狀態進行監控，用計算機在S7-200CPU處于STOP模式時對PLC進行編程，并對觸摸屏進行組態。

組態技術的發展與應用極大地提高了工業控制系統的自動化水平。目前，基于組態技術，以PLC為核心的計算機測控系統一般是利用單臺PLC或PLC-PLC網絡完成信號的前沿采集、檢測與控制功能，PC機和組態軟件只用于系統的監控與歷史數據管理。該系統采用MCGS軟件進行組態，組態流程如圖5所示。

6 結術語

基于MCGS組態監控的機械手主從網絡控制系統在山東英才學院PLC實驗室調試通過并實際運行。該系統成本低廉，運行穩定，采用MCGS進行系統開發，方便、快捷，可以在工程應用中推廣使用。

參考文獻：

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[2]朱奕丹，吳凱波.主從式S7-200PPI通信與MCGS監控組態設計[J].自動化技術與應用，2006（25）：5.

篇10

關鍵詞 觸覺模擬；動態

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0184-01

傳統上只有準靜態的，點狀的信號來表示虛擬環境之中的部分。在以前的文章中，我們曾經提出了動態來代替這個概念。速度可以使得它產生動態，但生產優質無質量動態相互作用力的能力。有了這個基礎，我們推廣了概念的基礎，在實際情況下，虛擬機械手通過給定一些動力，就是指其本身的運動的屬性。比如真正的機器人，在虛擬操控技巧跟蹤用戶和掌握運動而產生的力反饋。虛擬武器和其他物體之間的相互作用實際應用于尖端幾何速度的情況下，在一個線性約束最小二次算式的最簡解決途徑。該方法是為了表示在一個實際兩手觸覺控制臺所運行的6自由度的圓柱鏈接虛擬機械手對實時

仿真。

1 簡介

對觸覺的解釋是指在人為創造的觸覺設備的用戶具有觸覺，將力反饋給操縱桿或是主機器手。與圖形顯示的同時，使虛擬模擬在現實中有身臨其境的觸覺反饋。這也是利用遙控技術，通過交互與遠距離機械手依靠感覺的相互作用力來進行操作。這兩個應用程序可以合并在一個接口實現增強效果，在自動化系統中，用戶命令過濾，檢查，并糾正可能在傳輸到遠程站點過程中的錯誤。

觸覺力反饋的有效應用需要在電腦通過精確的計算，從而模擬環境下產生出虛擬操作環境。在這方面，長期以來理解為一個物理主機內的模擬是代表的需要。該主要是由直接找出虛擬位置，同時記錄它的接觸位置。這個過程可以防止將對象和界限直接的通過或者是跳躍過去，即使主體用戶在時間采樣時只能得到離散的數據。之間的聯系和適當的偏差表明恢復力量是使用者生成提供的。

在傳統上，是一種小型，點狀的目標，沒有動力，在行進中快速轉換到主體的位置，如果失去聯絡，便沒有自己的控制動力。此外，力的反饋，一般準靜態機器處理反應，完全是基于對每個時間步的主偏轉順序。這種方法已經固定化，甚至是兼容的虛擬物體的觸覺顯示有效的一個主設備，使用戶能夠體會和探索虛擬世界。

引進的動態成為可能超過運動而達到反應更大程度的控制。他們的基礎，除了自己的速度和加速度狀態到位置允許直觀的落實，靜態無法模擬復雜的相互作用。例如，在和靜止物體之間，或兩個獨立控制的剛體碰撞，可以很容易地使用模擬速度約束的基礎上簡單的經典動力學方法來釋義，比如動量守恒。

本文中，對觸覺的概念進一步擴大并且賦予動態和運動自身的性質。可以是多體運動鏈的形式，提供了一個有效的仿真機械手。特別是，我們認為，虛擬機械手的遙控操作機器人的在微創手術的范圍內使用。無論是虛擬環境還是現實中使用其作為基礎的外科訓練，如果系統需要增加一個接口來增添一個機械手，觸覺模擬必須是能夠左右有運動副的機械手，機器人這個有運動副的機械手會有所限制條件，機器部件之間的互動，如碰撞，抓等運動。本文介紹了實現中能達到這些目標的方法，使用機械手的速度虛擬為基礎的一階動態。

2 背景

最初，觸覺環境包括固定化形式，固定化是代表用戶的位置幾何約束的虛擬物體。對力進行了計算觀察到虛擬對象的用戶的滲透，以及提供硬彈簧的力量。記錄用戶所在的侵入虛擬表面上看“神對象的位置”的介紹，作為主體在最終理想的情況下，證實是由一個停止點的代表性效應無限硬表面。當虛擬對象是遇到限制停留在表面上，使用戶推到對應的觸覺裝置。

用戶的主設備和點的代表性限制了虛擬的表面可模擬各種有效。例如，使用表面由許多較小的多邊形表面生成的，對象通過無限小的點可以下降相鄰多邊形之間的差距，通過數值舍入創建?；谶@個原因，對象一般是一個小球所取代，被稱為。

利用這種想法開辟了使用其他形狀代替球形的可能。這使得更多的不同觸覺交互顯示。例如，在外科手術機器人，機械手使用這一方法創傷是細和長，因為他們并不需要在病人的身體大切口。為了模擬這種機械手的操作，必須考慮到在操作中的碰撞力，也要考慮機器人之間的身體和周圍組織的碰撞。為了解決這個問題，何巴什多安和斯蒂南威桑利用光線為基礎的來代表手術機械手。但到這一步，完整的虛擬操控也被觸覺使用。盧克和愛德華茲和盧克觸覺模擬一個“H”型拖拉機換檔采用雙自由度作為虛擬手完成工業機器人一個觸覺設備。在這些應用中，涉及模擬單一和靜態環境之間的相互作用。對象沒有移動，并于，類似于早期模擬虛擬限制?？勺冃挝矬w進行了研究。

模擬涉及多個機構之間的相互作用的動態響應。通常情況下，采用二階模型，運用牛頓定律和剛性碰撞事件動量守恒，通過允許的在動力減小損失，微彈性碰撞也可以模擬。這種方法擴展到多體動力學仿真允許使用多連桿觸覺模擬機器人。二階另一個方法是使用服務器之間和不同的對象春天般的潛在領域，從牛頓定律獲得。通過使用可變剛度的潛在領域，不同的可以有效地進行模擬。

在所有上述情況中，二階動態使用要求，任意質量或質量矩陣被分配給。在尼邁耶和米特拉提出基于的動態互動，為實現同時保持不是使用牛頓定律和動量守恒，而是運用幾何約束轉換成等效速度的限制使用伺服更新率來模擬剛體碰撞和持續的接觸。這一辦法還延長至多個條件下，如在一個觸覺環境。但是，被表現為簡單的幾何形狀單一固定化的機構，而不是動態的，這里考慮多體運動鏈。也有從一個機器人系統的角度增強一些觸覺的發展。觸覺反饋應用到運動規劃具有非常大的通信時延遙操作機器人的環境系統，利用一個虛擬世界的靜態。實時遙操作，哈提卜和考斯特，馬尼埃使用觸覺反饋的機器人外科手術，從機器人機械手的空間工作安全為主要目的的。