关键词:机器手臂轨迹；自动控制；
为了更好地适应时代发展的需要，必须不断提高工业生产的速度和质量。随着工业的不断改革和创新，气动和液压传动技术的不断进步，带有气动或液压传动装置的机器越来越普及。在机器人或机器人手臂领域，通过PLC编程控制，气动或液压装置驱动，机器人能替代很多手工动作大大减少人力资源消耗，提高生产效率，降低生产成本。
一、概述
机械手主要以人类手臂为原型，然后通过PLC编程来控制机械手的固定动作，机器手的研究和开发使人们摆脱了一部分繁重的体力工作。特别是在重复性动作多的流水线上，机械手替代手工作业，既能提高生产效率，还能保证作业人员的人身安全，因此机械手在很多流水线上得到了广泛应用。现有工业应用中，有时候会发现单纯使用PLC或继电器控制将不能完全体现操纵者对机械手控制，操作工无法实时掌握机械手的实时动作，知晓机械手下一步的动作，也无法控制机械手完成某些分解动作。因此我们可以采用PLC编程和可视化界面相结合的方式，增强机械手的可控制性。机器手控制结合了计算机、自动控制和通信技术，编程结构必须简单,控制过程占用更少的时间,保证良好的性能和可靠性,以及高抗干扰能力。
二、自动化控制下机械手臂运动轨迹
1.控制分析
操纵臂主要由电机驱动，电磁阀结合气缸、行程开关等控制来完成动作，在机械手臂运动的时候，需要仔细规划如何通过电磁阀的依次通断来完成一系列动作。操纵臂跟随气缸运动，当电磁阀得电时，操纵臂会自动伸长，但当电磁阀线圈失电时，操纵臂会收缩，也可以设计保持功能，使运动中的机械手可以暂停。机械手动作过程中，为了确保安全，必须在完成一个动作后有序进行下一步动作，要使机械臂顺利完成一套目标动作，必须合理控制限制开关和电磁阀，这是确保生产安全的关键。机械手运动控制主要通过PLC编程控制各电磁阀的通断、旋转电机转动特定角度、气缸的有序伸缩等动作方向，由各位置检测开关、角度检测开关、行程检测开关等控制运动幅度来完成一套动作。控制显示屏可以显示手动或自动控制，编程前应结合机械臂的具体动作、分析动作过程中电磁阀气缸电机等对应的状态，建立适当的控制机制，以便最终能够进行科学和理性的控制。运动部件运动到特定位置时,应符合系统限制,而且要安装位置控制系统,以确保部件安全。例如，当启动时，离合器必须是“空位”或“退出”，这可以看作是默认位置，如果初始状态紊乱，设备安全和人身安全很容易受到威胁。
2.运动规划参量分析
首先，利用末端效应的逆运动学模型建立了机械手运动规划约束参数的数学模型。机械手控制器的设计要考虑很多因素，包括控制器的位置空间、机械手各关节的位置、空间坐标系的选择以及目标位置的距离测量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆利用末端效应的逆运动学对机械手进行位姿仿真，可以有效地满足机械手不确定位姿变化和扰动修正的需要。考虑到目标姿态的不确定性和工作环境的干扰，结合机械手在抓取姿态时的快速运动规律，本文将机械手本身的弹性扰动看作一个确定的量，通过自动、定性地调整参数来获得机械手的约束参数。假设机械手的纵向运动是对称的，机械手的位置、姿态和运动轨迹控制系统是对称的，在输入功率的情况下，构造出运动链的关节形状和动作姿态。在此基础上建立运动规划约束参数的数学模型和约束条件的数学模型。利用自由度运动空间重构方法建立了机械手运动的动力学方程，重建了机械手的运动轨迹，再求解机械手的动态系数、未知非线性函数向量和模糊规则特征值。机械手抓取动作的轨迹被表示为一个未知的非线性连续函数。在较大扰动下，通过在线调整参数自适应律，得到机械手抓取操作不确定度的上界。通过调整机械手的膨胀系数，在线调整运动轨迹的参数，利用七自由度运动空间重构的方法，建立了机械手运动的动力学方程。在上述机械手运动轨迹重构的基础上，求解了机械手抓取过程的最优制导控制规律，并对控制算法进行了优化。采用变结构控制方法对运动轨迹误差进行修正，实现机械手的自动控制优化。
3.PlC编程调试。
在编写程序时，必须考虑到操作者和设备的安全性、操作的简便性和生产效率。在实践中，在编写控制程序时，应首先考虑到它们的安全性。一旦控制系统中的程序受到安全质疑，发生不安全事件，相关损失将难以评估。程序中必须针对各种边界条件设置报警，根据警报的严重程度分别触发声光提示、运动部件锁定停止、部件自动回到安全位，紧急停机等功能。第二，设备在满足安全性的前提下，要合理编程提高生产效率。充分了解各元器件的性能，在满足安全前提下，尽可能高效发挥元件性能，减少不必要的分解动作，降低等待时间，以设计出动作效率高故障低的机械手，提高生产线的冗余度。PLC控制程序控制伺服电机、高精度气缸等精密部件可以方便控制机械手的实时位置实时动作。也可以结合工控软件，将机械手控制系统可视化。如控制屏幕上可以显示各主要部件的控制界面，将每个关节分解显示，自动运行状态下通过显示各部件颜色位置的变化，表示机械手的实际位置状态，操作员可以方便直观的控制和监视具体部件的动作状态。设计主要部件的手动控制功能，手动操作时可以控制单台气缸、伺服电机动作，这样既有利于操作员控制设备，也有利于维保人员检修设备。
4.机械手的保养
检查主结构的稳定性，固定部件的螺丝和螺母是否松动,运动导轨是否有污物残留，气管是否有扭曲，各气管接头与气管之间是否有漏气。除了接近开关、压缩空气压力低、电磁阀故障可自助处理外，其他维修必须由专业维修人员进行。在检测和维护前，需要关闭机械手的电源，并卸掉机械手管路的残余压力。检查机械手本体单元与控制箱之间的继电器端子是否松动。定期清洁轴承、滑块和其他机械配件之间的缝隙,定期添加润滑脂，以确保运动阻力低。测试每个限位开关、行程开关、安全开关的有效性,检查步进电机、动作气缸、电磁阀的动作准确性，检查安全装置的可靠性。
结束语：为了提高机械手的操纵性，本文研究机械臂手运动的一般规律，基于自由度运动空间重构方法，设计了机械手在动作过程中运动控制规律，实现机械手臂控制的自动优化，达到更好地控制运动轨迹，更好地控制质量。
参考文献：
1任福玲，陈尧明..液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2017.
2孙世昌，李旦，张冠伟.机械制造技术基础[M].北京：高等教育出版社，2017：12.
3吴振顺.气压传动与控制[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2018.
论文作者: 武海波
论文发表刊物:《城镇建设》2020年4期
论文发表时间:2020/4/13
标签：机械手论文; 动作论文; 轨迹论文; 气缸论文; 部件论文; 电磁阀论文; 位置论文; 《城镇建设》2020年4期论文;