基于慧魚平臺的自動化搬運系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)帶開題報告.zip,基于,平臺,自動化,搬運,系統(tǒng),設(shè)計,實現(xiàn),開題,報告 任務(wù)書 論文(設(shè)計)題目：基于慧魚平臺的自動化搬運系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 工作日期：2017年12月18日 ~ 2018年05月20日 1.選題依據(jù): 此設(shè)計以自動化搬運系統(tǒng)為設(shè)計，可以讓學生深入理解機電一體化產(chǎn)品的工作特點與開發(fā)過程，讓學生掌握光學、氣動、機械結(jié)構(gòu)、機械傳動、電子電路，邏輯編程，人工智能等常用的機電一體化技術(shù)。可有效培養(yǎng)學生分析問題、解決問題及知識的綜合應(yīng)用能力。 2.論文要求(設(shè)計參數(shù)): 1.學習掌握慧魚平臺的工作原理及設(shè)計流程，掌握其軟硬件資源的特點。 2.擬定自動化搬運系統(tǒng)的運行工作方案； 3.完成機械部分的設(shè)計搭建，并結(jié)合機械本體設(shè)計電氣控制思路；基于慧魚軟件開發(fā) 環(huán)境，完成相應(yīng)的軟件編程。 4.實際驗證自動化搬運系統(tǒng)的工作情況。 5.書寫設(shè)計說明書，不少于6000字； 6.翻譯一篇與設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的外文文獻，不少于2000字。 3.個人工作重點: 1.學習掌握慧魚平臺的工作原理及設(shè)計流程，掌握其軟硬件資源的特點。 2.擬定自動化搬運系統(tǒng)的運行工作方案，完成機械本體及電氣控制軟硬件部分設(shè)計。 3.模擬驗證溫控系統(tǒng)的正常工作。 4.時間安排及應(yīng)完成的工作: 第1周：明確畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，指導查閱參考文獻。 第2周：指導如何整理參考文獻。 第3周：指導書寫開題報告注意事項。 第4周：檢查開題報告，提出指導意見，指導開題報告答辯。 第5周：上交開題報告終稿，擬定自動化搬運系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)想與方案。 第6周：熟悉慧魚工具箱中的硬件資源具體擬定機械結(jié)構(gòu)。 第7周：根據(jù)機械結(jié)構(gòu)的具體功能，結(jié)合傳感、驅(qū)動等裝置設(shè)計電氣控制部分。 第8周：學習掌握慧魚系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境。 第9周：深入理解掌握電氣部件的工作控制原理。第10周：調(diào)試完成搬運系統(tǒng)中各獨立環(huán)節(jié)的運行。 第11周：完成整個搬運系統(tǒng)的試驗聯(lián)調(diào)工作。 第12周：查缺補漏，優(yōu)化設(shè)計。 第13周：書寫畢業(yè)設(shè)計說明書，翻譯與本設(shè)計相關(guān)的英文文獻。 第14周：準備畢業(yè)設(shè)計答辯。 5.應(yīng)閱讀的基本文獻: [1] 毛茂林.慧魚創(chuàng)意模型試驗教程[M]交通大學出版社，2010 [2] 朱學敏. 慧魚模型指導書[J]. 機械工業(yè)出版社，2010 [3] 康立新、馬建華.工業(yè)機械手的設(shè)計.中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）[J].2012. [4] 周東波.顏色識別及其在智能機器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].2013-05-01. [5] 王超藝,王宜懷. 基于紅外傳感器的自尋跡小車控制系統(tǒng)的設(shè)計C. 電子工程師 ,2008,34(11):60-62. [6] 祝守新、刑英杰、韓連英.機械工程控制基礎(chǔ)[M].清華大學出版社.2011.8 [7] Sunil Nath. Analysis of molecular mechanisms of ATP synthesis from the standpoint of the principle of electrical neutrality[J]. Biophysical Chemistry,2017, [8] Achler Tsvi. Evaluating the role of feedback regulation in recognition processing[J]. BMC Neuroscience, 2010, 11(Suppl+1). [9] 趙汝和. 基于慧魚模型的自動避障機器人的設(shè)計[J]. 黑龍江科技信息,2015,(27):76-77. [10] M. Steffanson,I. Rangelow. Microthermomechanical infrared sensors[J]. Opto-Electronics Review,2014,22(1) [11] 劉志紅. 單片機原理及應(yīng)用[M]. 電子工業(yè)出版社. 2011-08. [12] 王芳,王瑞芳,平學成,劉卉,張林靜. 基于虛擬樣機技術(shù)的機械原理課程改革與實踐[J]. 中國輕工教育,2017,(01):60-62. 指導教師簽字： XX 教研室主任意見： 同意 簽字：XX 2017年12月14日 教學指導分委會意見： 同意 簽字：XX 2017年12月15日 學院公章 進度檢查表 第 -3 周 工作進展情況 明確了自己的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，對自己的自動化搬運系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的構(gòu)想和方案的設(shè)計有了較為明確的想法，然后在老師的指導下查閱了相關(guān)文獻 ，然后進行了整理，完成了開題報告的書寫，并且順利通過了學院的開題報告的檢查。 2018年03月11日 指導教師意見 學生基本明確了自己畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)，也查閱了相關(guān)文獻，應(yīng)繼續(xù)整理、完善設(shè)計思路。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月21日 第 1 周 工作進展情況 在老師的安排下，完成對學?；埕~工具箱里面的硬件資源的熟悉，學習并且掌握慧魚模型的軟件開發(fā)環(huán)境，擬定自動化搬運系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的構(gòu)想和方案設(shè)計，根據(jù)慧魚模型的硬件資源，具體確定搬運系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)。 2018年04月08日 指導教師意見 完成了開題報告的撰寫，并提交了開題報告終稿，通過了開題環(huán)節(jié)。接下來按工作計劃具體開始設(shè)計工作。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月21日 第 5 周 工作進展情況 在老師的指導下開始搭建自動化搬運系統(tǒng)中的模塊的模型，基本完成所有模型的搭建，同時盡量使用ROBO pro 完成程序的編寫，然后輸入TXT控制器，開始對模型的編程控制，檢查仿真效果。 2018年05月20日 指導教師意見 學生有較好的工作態(tài)度，能基本按照工作進度要求進行設(shè)計工作。但有些問題還需進一步詳細思考，后續(xù)應(yīng)努力處理設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題，并繼續(xù)按照工作計劃完成后續(xù)設(shè)計工作。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月21日 第 10 周 工作進展情況 在老師的指導下，通過對初步仿真效果的分析，不斷優(yōu)化搬運系統(tǒng)各個模型的仿真效果，使其可以合理、更好的完成預定的任務(wù)。同時開始撰寫畢業(yè)論文，準備畢業(yè)答辯。 2018年05月24日 指導教師意見 基本完成畢業(yè)設(shè)計相關(guān)內(nèi)容，繼續(xù)修改完善相關(guān)內(nèi)容，準備進行答辯。 指導教師(簽字)：XX 2018年05月24日 過程管理評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 工作態(tài)度 態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹 3 2 遵守紀律 自覺遵守學校有關(guān)規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導 3 3 開題報告 內(nèi)容詳實，符合規(guī)范要求 5 4 任務(wù)完成 按時、圓滿完成各項工作任務(wù) 4 3 過程管理評分合計 12 過程管 理評語 XX同學在整個設(shè)計過程中，工作態(tài)度認真，有較為嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L；能夠自覺遵守學校的相關(guān)規(guī)定，按要求向指導教師匯報工作進度，接受指導；同時，該生能夠結(jié)合設(shè)計任務(wù)收集、整理相關(guān)文獻資料，通過與指導老師討論，較好地歸納出設(shè)計重點和難點 ，并擬定較為可行的設(shè)計路線和時間安排，書寫的開題報告內(nèi)容基本完整，符合基本規(guī)范要求；按照任務(wù)書的要求完成了預定任務(wù) ，但功能還應(yīng)進一步完善。翻譯了一篇與設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的外文文獻 。綜上，XX同學在畢業(yè)設(shè)計過程中態(tài)度端正，表現(xiàn)良好，具備較好的綜合素質(zhì)。 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-24 指導教師評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 7 指導教師評分合計 15 指導教 師評語 此此設(shè)計以慧魚組件為平臺，自動化搬運系統(tǒng)為設(shè)計，可以讓學生深入理解機電一體化產(chǎn)品的工作特點與開發(fā)過程，讓學生掌握光學、氣動、機械結(jié)構(gòu)、機械傳動、電子電路，邏輯編程，人工智能等常用的機電一體化技術(shù)?？捎行囵B(yǎng)學生分析問題、解決問題及知識的綜合應(yīng)用能力，具有一定的實際應(yīng)用價值難度和工作量適中，符合本專業(yè)的培養(yǎng)目標。XX同學完成了整個系統(tǒng)的功能分析 ，選擇了相應(yīng)的硬件，并根據(jù)具體功能進行了軟件設(shè)計，同時也進行了相應(yīng)的實物功能模擬。設(shè)計說明書內(nèi)容較為完整、層次較為清晰、格式符合基本規(guī)范。提交的設(shè)計資料及設(shè)計過程表現(xiàn)反映出該生綜合素質(zhì)較好，有一定的學習能力，具備一定的知識綜合應(yīng)用能力、文字表達能力和軟件應(yīng)用的能力。設(shè)計以慧魚組件為平臺，自動化搬運系統(tǒng)為設(shè)計，可以讓學生深入理解機電一體化產(chǎn)品的工作特點與開發(fā)過程，讓學生掌握光學、氣動、機械結(jié)構(gòu)、機械傳動、電子電路，邏輯編程，人工智能等常用的機電一體化技術(shù)?？捎行? 指導教師簽字:XX 日期:2018-05-24 評閱人評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 4 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 5 4 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 6 評閱人評分合計 14 評閱人 評語 該選題符合機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)培養(yǎng)目標要求，具有一定的開拓性，該設(shè)計內(nèi)容深度及難度適中，工作量尚可。從完成的內(nèi)容看，該生具備了一定的綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，但不夠扎實；科研方法運用能力尚待提高。該生具有一定的文獻檢索分析能力，中外文應(yīng)用能力一般，計算機應(yīng)用能力較好。該設(shè)計文題相符，分析、論證、模擬基本合理，設(shè)計結(jié)果基本正確、可信。該設(shè)計說明書的書寫格式及圖表等基本符合規(guī)范要求。同意參加答辯 。 評閱人簽字：XX 評閱人工作單位：機械工程學院日期：null 答辯紀錄 學生姓名：XX 專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設(shè)計)題目： 基于慧魚平臺的自動化搬運系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)答辯時間：2018年05月 日 時 分 ~ 時 分 答辯委員會(答 主任委員(組長)： XX 辯小組)成員 委 員(組 員)： XX XX XX 答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況 問題1：系統(tǒng)解決哪些問題？ 回 答： 實現(xiàn)完整的物料搬運到倉儲間問題2：自動化搬運系統(tǒng)的優(yōu)點？ 回 答： 智能，無人工參與，安全可靠。問題3：物料位置改變?nèi)绾谓鉀Q？ 回 答： 通過不斷改變與調(diào)試編程程序解決問題4：驅(qū)動幾個？轉(zhuǎn)彎最小半徑？精度？ 回 答： 2個驅(qū)動，分別；2~3mm 問題5：夾持力與夾持形狀？夾持掉落如何解決？ 回 答： 無設(shè)計校核，能做到行動的可行性，沒考慮保護措施問題6：不足之處有哪些？ 回 答： 旋轉(zhuǎn)角度控制不精確，倉庫的檢測無傳感器 記錄人： 2018年05月24日 答辯委員會評價表 評價內(nèi)容 具體要求 總分 評分 自述總結(jié) 思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理 10 8 答辯過程 能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù) 10 8 選題質(zhì)量 符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的 開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿 5 5 完成質(zhì)量 文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確 合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī) 10 7 能力水平 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達與外語應(yīng)用能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 10 7 答辯委員會評分合計 35 答辯委員會評語 XX同學在畢業(yè)設(shè)計工作期間，工作努力，態(tài)度比較認真，能遵守各項紀律，表現(xiàn)一般。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。 論文立論正確，理論分析無原則性的錯誤，解決問題方案比較實用，結(jié)論正確。 論文使用的概念正確，語句通順，條理比較清楚。 論文中使用的圖表，設(shè)計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關(guān)標準，基本規(guī)范。 能夠獨立查閱文獻，外語應(yīng)用能力一般，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結(jié)論準確可靠。 答辯過程中，能夠簡明地闡述論文的主要內(nèi)容，回答問題基本正確，但缺乏深入地分析。 答辯成績： 35 答辯委員會主任： XX 2018年06月01日 成績評定 項目分類 成績評定 過程管理評分 12 指導教師評分 15 評閱人評分 14 答辯委員會評分 35 總分 76 成績等級 C 成績等級按“A、B、C、D、F”記載 成績審核人簽章： XX 學院審核人簽章： XX 一、選題依據(jù) 1．論文（設(shè)計）題目： 基于慧魚平臺的自動化搬運系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)2．研究領(lǐng)域： 慧魚平臺、單片機領(lǐng)域、機電控制領(lǐng)域。 3．論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值： 物資由原材料到產(chǎn)品的生成，由生產(chǎn)到消費的過程中，物料搬運作業(yè)是十分必要 的，搬運工作的好壞將直接影響到物流成本的高低。如果搬運方案不合理，將會對生 產(chǎn)作業(yè)的順利進行造成不利影響，造成作業(yè)時間的浪費，產(chǎn)品的損壞，進而降低生產(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。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，搬運機器人是其中的核心所在。搬運機器人是可 以進行自動化搬運作業(yè)的工業(yè)機器人，用一種設(shè)備握持工件，是指從一個加工位置移 到另一個加工位置。搬運機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。 在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，自動化搬運系統(tǒng)中的核心就是搬運機器人的研發(fā)。而機器人 的研制和生產(chǎn)已迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，搬運機器人可以很好地實現(xiàn)與機械 化和自動化的有機結(jié)合。搬運機械人雖然目前還不如人那樣靈活，但它具有能不斷重 復工作和勞動，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．目前研究的概況和發(fā)展趨勢 在國內(nèi)外研究領(lǐng)域里,自動化搬運系統(tǒng)的研究主要是在生產(chǎn)物流系統(tǒng)方面。美國 工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中裝卸搬運費用占成本的 20％~30％，德國企業(yè)物料搬運費用占營業(yè)額的 1/3，日本物料搬運費用則占國民生產(chǎn)總值的 10.73％?？梢姡锪习徇\系統(tǒng)在國外的研究已經(jīng)開始起步，并逐漸進入發(fā)展成熟階段。近幾十年來，隨著我國科學 技術(shù)水平的快速發(fā)展，我國開始逐漸重視物料搬運水平的提高。從最初的簡單人力搬 運，到機械化搬運水平的過渡，雖然還沒有完全實現(xiàn)現(xiàn)代化的物料搬運水平，但是各 個制造企業(yè)已經(jīng)開始逐步在生產(chǎn)中引入物料搬運系統(tǒng)分析的方法以及機械化的搬運 設(shè)備。隨著對物料搬運的逐漸重視和發(fā)展，我國制造企業(yè)的生產(chǎn)力水平也在逐漸提高， 生產(chǎn)率和利潤在同步提升。越來越多的國內(nèi)企業(yè)看到了物料搬運對于企業(yè)發(fā)展的重要 程度，在國內(nèi)，物料搬運的發(fā)展，進入了一個新的階段。雖然我國的物料搬運技術(shù)與 世界上發(fā)展中國家還是有一定差距，但是隨著企業(yè)的共同努力，我國的物料搬運水平 將會逐漸與國際先進水平接軌。 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機器人設(shè)計生產(chǎn)能力進一步得到加強，尤其當機器 人的生產(chǎn)和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機械制造的人工操作 狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。就目前來看，總的來說現(xiàn)代工業(yè)機器人有以下幾個發(fā)展趨勢； （1）提高運動速度和運動精度，減少重量和占用空間，加速機器人功能部件的標 準化和模塊化，將機器人的各個機械模塊、控制模塊、檢測模塊組成構(gòu)件不同的機器 人； （2）開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于補貼類型的場合，如開發(fā)微動機構(gòu)用以保證精度，開 發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機器人，以適應(yīng)不同的場合； （3）研制各類傳感器及檢測元器件，如，觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測距傳感 器等，用傳感器獲得工作對象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息已完成模式 識別、狀態(tài)檢測。并采用專家系統(tǒng)進行問題求解、動作規(guī)范，同時，越來越多的系統(tǒng) 采用微機進行控制。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題： （1）自動化搬運系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的搭建； （2）電路之間的連接； （3）慧魚平臺的使用； （4）多個傳感器的使用； （5）舵機與電機的控制。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） （1）自動化搬運系統(tǒng)的概況； （2）慧魚平臺的介紹； （3）機械手臂的搭建; （4）機械小車的搭建； （5）傳感器的選擇； （6）電路的規(guī)劃與編程的設(shè)計； （7）預期的功能； （8）總結(jié)。 3.本論文（設(shè)計）預期取得的成果： 完成一個搬運系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)的搭建，慧魚程序的編輯，傳感器、舵機、電機控 制方案的設(shè)計，并成功實現(xiàn)一個自動化搬運系統(tǒng)，使之可以應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線， 把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運到另外一條生產(chǎn)線，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大 量的重復性勞動同時又可以提高勞動生產(chǎn)率。 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 查閱相關(guān)文獻，了解并掌握慧魚平臺與傳感器等使用方法； 實際搭建自動化搬運系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在實踐中不斷地優(yōu)化整個系統(tǒng)。 2.論文（設(shè)計）進度計劃； 第一周：明確畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，查閱參考文獻； 第二周：整理參考文獻； 第三周：書寫開題報告； 第四周：給與老師檢查，尋求意見，準備開題答辯； 第五周：上交開題報告，擬定自動化搬運系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)構(gòu)想和方案； 第六周：熟悉慧魚工具箱中的硬件資源，具體擬定機械結(jié)構(gòu)； 第八周：學習掌握慧魚系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境； 第九周：學習理解電氣部件的工作原理； 第十周：調(diào)試完成搬運系統(tǒng)中各獨立環(huán)節(jié)的運行； 第十一周：完成整個搬運系統(tǒng)的實驗連接工作; 第十二周：查缺補漏，優(yōu)化設(shè)計； 第十三周：書寫別業(yè)設(shè)計說明書，翻譯與本設(shè)計相關(guān)的英文文獻； 第十四周：準備畢業(yè)答辯。 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 毛茂林.慧魚創(chuàng)意模型試驗教程[M]交通大學出版社，2010 [2] 朱學敏. 慧魚模型指導書[J]. 機械工業(yè)出版社，2010 [3] 康立新、馬建華. 工業(yè)機械手的設(shè)計.中小企業(yè)管理與科技（ 下旬刊） [J].2012. [4] 周東波 . 顏色識別及其在智能機器人控制系統(tǒng)中的應(yīng) 用研究[D].2013-05-01. [5] 王超藝,王宜懷. 基于紅外傳感器的自尋跡小車控制系統(tǒng)的設(shè)計 C. 電子工程師,2008,34(11):60-62. [6] 祝守新、刑英杰、韓連英.機械工程控制基礎(chǔ)[M].清華大學出版社.2011.8 [7] Sunil Nath. Analysis of molecular mechanisms of ATP synthesis from the standpoint of the principle of electrical neutrality[J]. Biophysical Chemistry,2017, [8] Achler Tsvi. Evaluating the role of feedback regulation in recognition processing[J]. BMC Neuroscience, 2010, 11(Suppl+1). [9] 趙汝和. 基于慧魚模型的自動避障機器人的設(shè)計[J]. 黑龍江科技信息,2015,(27):76-77. [10] M. Steffanson,I. Rangelow. Microthermomechanical infrared sensors[J]. Opto-Electronics Review,2014,22(1) [11] 劉志紅. 單片機原理及應(yīng)用[M]. 電子工業(yè)出版社. 2011-08. [12] 王芳,王瑞芳,平學成,劉卉,張林靜. 基于虛擬樣機技術(shù)的機械原理課程改革與實踐[J]. 中國輕工教育,2017,(01):60-62. 附：文獻綜述或報告 1. 慧魚模型的特點： 慧魚模型是 1964 年由德國發(fā)明家 ArthurFischer 博士在其專利“六面拼接體” 的基礎(chǔ)上發(fā)明創(chuàng)造的，包含多種工程技術(shù)類智慧拼裝模型，是展示科學原理和技術(shù)過 程中的理想教學工具[2].慧魚組合模型包括機械構(gòu)件、電氣元件、氣動器件傳感器件及 軟件等模塊組件，是由大量結(jié)構(gòu)功能件組成的創(chuàng)新系統(tǒng)，涉及許多高科技領(lǐng)域。該模 型系統(tǒng)為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實驗提供了良好的載體，受到國內(nèi)外高校教育工作者的關(guān)注 和重視。 慧魚組合模型在實踐中的優(yōu)點[1]： （1）提高大學生的動手能力，培養(yǎng)科學興趣。慧魚組合模型是由接近工程實際 的結(jié)構(gòu)組件和功能器件組成，其功能原理可以體現(xiàn)相關(guān)專業(yè)課程中的理論知識。學生 通過在實驗自主設(shè)計、使用和組裝功能構(gòu)件可以體驗理論知識和工程實踐的結(jié)合，提 高動手能力。同時，通過對搭建模型的調(diào)試和操作，學生也可以加深對于專業(yè)知識的 理解，培養(yǎng)學科性趣。 （2）啟發(fā)大學生創(chuàng)新思維、培養(yǎng)創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的實驗教學方式具有驗證性的 特點，實驗涉及的內(nèi)容主要是課本上固有的知識，實驗教學只是增強大學生對于已學 理論的驗證和理解，而沒有給與學生充分發(fā)揮現(xiàn)象和設(shè)計的空間，不利于創(chuàng)新能力的 培養(yǎng)。在慧魚創(chuàng)新實驗中，學生既可以進行驗證性實驗，還可以自主設(shè)計機電一體化 產(chǎn)品，利用慧魚組合模提供的機械、電子、控制等功能組件，搭建出新的機電產(chǎn)品。 慧魚創(chuàng)新實驗過程既可以啟發(fā)大學生的創(chuàng)新思維，有培養(yǎng)學生的動手能力。 2. 主流自動化搬運系統(tǒng)的概況： 60 年代中期，中國在一汽建成了第一條推式懸掛輸送機系統(tǒng)，在該輸送機的軌道上裝有許多道岔,小車可通過機械接觸方式識別,并按特定的程序?qū)⑵滏i在相應(yīng)的 輸送線上。這是中國第一套自動物料搬運系統(tǒng)。70 年代末期,北京汽車廠建成自動立體倉庫,它有 2 臺 AS/R 機構(gòu),一臺有底部水平線上輸人輸送線,另一臺有頂部水平線上輸出輸送線。繼電邏輯電路用于巷道堆垛機和輸送機系統(tǒng)的自動控制。撥輪和打孔卡 用于目的地信息。 80 年代初期,某軸承廠開始運行一條電葫蘆的自動單軌系統(tǒng),至今已成功地運行 了 15 年以上。電葫蘆的水平運動和吊鉤的垂直運動,可通過接通或關(guān)閉頭頂上的感應(yīng) 線進行高頻搖控。多個不同程序有其相應(yīng)的線路。每個電葫蘆裝有 2 個磁性片。在上料點,操作人員需鍵人路線編號。磁性片的寫頭被激勵出磁性,并在流程中保持不變, 直到另一個寫頭被激勵出磁性,進人道岔前,有一個讀點可以識別極性,并啟動平行開 關(guān)或旋轉(zhuǎn)開關(guān),使其到達指定位置。這樣,起升機構(gòu)便可駛向指定的目的地。當電葫蘆 到達裝有酸或清洗劑的浴槽上方時,吊鉤將會根據(jù)程序邏輯控制器的控制在浴槽中上 下運動或保持靜止。第一臺中國自行設(shè)計和制造的自動導向車開發(fā)于 1987 年。AVG 首次在第二感光膠片廠得到應(yīng)用。當感光材料涂到膠片上后,膠卷由一 AGV 在黑暗的環(huán)境中進行裝卸。AGV 的另一次應(yīng)用是在腫瘤醫(yī)院放射治療中。在黑暗和有放射性的的環(huán)境中護士是無法照顧病人的。 從 80 年代初起,PLC 物料搬運系統(tǒng)逐步占據(jù)主要地位。目前,所有的自動多層倉庫都在單機水平和中央監(jiān)督水平上使用 PLC 作為控制設(shè)備。今天,中國最典型的自動多層倉庫都以下列方法進行操作托盤載荷。托盤載荷通常由人工碼盤,叉車將它抬起并 送到輸送機的堆放臺上。當托盤經(jīng)驗收,并在倉庫管理系統(tǒng)進行登記后由管理計算機 分配到貨架上的存放位置(通道列數(shù)和層數(shù))。這個位置可在線通過管理計算機和 PLC 之間的通訊界面?zhèn)鞯街醒氡O(jiān)控 PLC,由紅外裝置檢測載荷大小。當操作者按下“啟動” 按鈕時,由 PLC 控制的輸送機便開始順序運動,并將裝有貨物的托盤送到預定的通道, 體積過大的載荷將被拒絕并返回人口等待重新裝載。相應(yīng)的 s/R 設(shè)備將合格的載荷送到指定存放位置。PLC 可以自動控制運行和起降設(shè)備的速度和加速度。它可通過相對或絕對地址來識別目的地。當 S/R 設(shè)備到達所需地點后,通過紅外線設(shè)備或機械方式確認該位置是空的,以避免重復人庫。如果貨架上的載荷需要被取出,S/R 就會駛到管理計算機指定位置,拾起載荷送到通道上的存放臺,以便輸送機輸送。在輸送線上有幾 個轉(zhuǎn)向臺或升降臺和存儲輸送機,它由 PLC 控制以確保載荷達到指定的支線。倉庫管理程序及時更改數(shù)據(jù)。因為倉庫管理計算機與公司主機聯(lián)網(wǎng),有關(guān)倉庫存儲的所有信 息,可隨時在主機上查到。 3.慧魚搬運系統(tǒng)的設(shè)計： 機器人是一種可編程和多功能的操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電 腦改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。從它的定義上我們可以看出，它既可以運行預先編 排的程序，還可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則行動。機器人是靠自身動力和控制 能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類的一些危險或是重復繁 瑣的工作。 3.1 驅(qū)動裝置[7] 驅(qū)動裝置是驅(qū)使執(zhí)行機構(gòu)運動的機構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動 力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用 的驅(qū)動裝置主要是電力驅(qū)動裝置，如步進電機、伺服電機等。市面上常見的機器人主 要使用伺服電動機對機械臂進行控制，所以伺服電動機對于機器人的研發(fā)起到重要的 作用，因此對于伺服電動機的研究就顯得非常的重要。 隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，機器人的驅(qū)動裝置中誕生了一個新的詞匯，那就是舵機， 在各式各樣的機器人中，舵機逐漸變成了最關(guān)鍵、使用最多的部件。能將信號轉(zhuǎn)換成 轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度，這就是舵機的功用。而隨著社會科技的發(fā)展，舵機控制的發(fā) 展成為了越來越重要的主題。依據(jù)控制方式的特點，舵機應(yīng)該稱為微型伺服馬達。早 期在模型上使用最多，主要用于控制模型的舵面，所以俗稱舵機。用作自動控制裝置 中執(zhí)行元件的微特電機，又稱執(zhí)行電動機。其功能是將電信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或 角速度。舵機外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。 舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。其工作原 理是：控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一 個基準電路，產(chǎn)生周期為 20ms，寬度為 1.5ms 的基準信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負輸出到電機驅(qū)動芯片決定 電機的正反轉(zhuǎn)。當電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差 為 0，電機停止轉(zhuǎn)動。 3.2 控制裝置 3.2.1 顏色識別傳感器[4] 顏色識別傳感器是由半導體色敏元件和相應(yīng)的器件組裝的。由于這種傳感器體積 小,能識別物體的彩色標記和痕跡,響應(yīng)時間快,約15xl0^6 秒左右,很適合對產(chǎn)品進行在線的頗色識別和檢測。該傳感器是繼傳統(tǒng)的光學色計量器之后又一種全新的、結(jié)構(gòu) 簡單的、造價低廉的頗色識別器。這種傳感器能將顏色的波長和光譜范圍,直接轉(zhuǎn)換 成對應(yīng)的電量信號值。既容易作為自動化裝置的信號輸入,又可直讀數(shù)據(jù)。 顏色傳感器一直用裝配線來檢測特定的組件。顏色傳感器的挑戰(zhàn)是檢測微妙差異 相似或高度反光的顏色。例如,金屬涂料在汽車工業(yè)中使用很難區(qū)分灰度的顏色或黃 金。匹配組件這是重要的,如鏡子的身體或保險杠都離不開傳感器協(xié)助。此外,顏色傳 感器通過數(shù)量有限的顏色可以檢測，并通過他們有限的能力迅速改變設(shè)置或處理多個 顏色。 電子技術(shù)的發(fā)展,光學,軟件促進顏色傳感器發(fā)展。這項技術(shù)使得更敏感的傳感器, 可以忽略光澤和區(qū)別出微妙的色調(diào)?？梢哉{(diào)整方便靈活的制造和精確的色彩校正。一 個典型的顏色傳感器具有高強度白光 LED,光在目標項目調(diào)制。反射從目標是分析的成分紅,綠,藍(RGB)值和強度。此信息用于驗證正確的部分和組裝,準確控制制成品的顏 色。在一個典型的應(yīng)用程序中,機器操作員持有一個顏色樣本在前面的傳感器,編程它 對這個特定顏色相匹配。這個過程期間及之后,運營商可能會注意到匹配失敗涉及色 彩略暗或略輕,但仍在可接受的質(zhì)量標準。操作員然后重組傳感器與更廣泛的高/低設(shè) 置點和通過試錯過程建立理想的范圍。如果傳感器有多個通道,它可以被編程來識別 多種顏色一個顏色在每個頻道,每個頻道信號是一個離散報警輸出。這一技術(shù)使簡單 的顏色識別或匹配,比如排序或部分識別功能,通過/失敗標準是足夠的。下一代顏色 傳感器提供三個額外的輸出表示 RGB 顏色值。好處包括更多的智能控制的制造。在實踐中,傳感器輸出原始 RGB 讀數(shù)為模擬信號。模擬信號更適合通信,因為數(shù)字讀數(shù)為三個渠道將超過每 150us 吞吐量限制典型的串行協(xié)議。一個傳感器可以將原始 RGB 信號模擬與 10 位分辨率將輸出 5mV 的每個 1023 步。如果顏色變化的原因是無法輕易地發(fā)覺或者如果沒有顯示可用,模擬 RGB 信號可以數(shù)字化和美聯(lián)儲到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這允許全面的變化趨勢,分析傳感器讀數(shù)。一些傳感器提供一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲模式原始數(shù)字讀 數(shù)。 3.2.2 紅外線傳感器[9] 紅外傳感器工作原理： （1） 待側(cè)目標。根據(jù)待側(cè)目標的紅外輻射特性可進行紅外系統(tǒng)的設(shè)定。 （2） 大氣衰減。待測目標的紅外輻射通過地球大氣層時，由于氣體分子和各種 氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰 減。 （3） 光學接收器。它接收目標的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當于雷 達天線，常用是物鏡。 （4） 輻射調(diào)制器。對來自待測目標的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標方位 信息，并可濾除大面積的干擾信號。又稱調(diào)制盤和斬波器，它具有多種結(jié) 構(gòu)。 （5） 紅外探測器。這是紅外系統(tǒng)的核心。它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所 呈現(xiàn)出來的物理效應(yīng)探測紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互 作用所呈現(xiàn)出來的電學效應(yīng)。此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測 器兩大類型。 （6） 探測器制冷器。由于某些探測器必須要在低溫下工作，所以相應(yīng)的系統(tǒng)必 須有制冷設(shè)備。經(jīng)過制冷，設(shè)備可以縮短響應(yīng)時間，提高探測靈敏度。 （7） 信號處理系統(tǒng)。將探測的信號進行放大、濾波，并從這些信號中提取出信 息。然后將此類信息轉(zhuǎn)化成為所需要的格式，最后輸送到控制設(shè)備或者顯 示器中。 （8） 顯示設(shè)備。這是紅外設(shè)備的終端設(shè)備。常用的顯示器有示波器、顯象管、 紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。 依照上面的流程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應(yīng)的物理量的測量。紅外系統(tǒng)的核心是 紅外探測器，按照探測的機理的不同，可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。下面 以熱探測器為例子來分析探測器的原理。 熱探測器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高，進而使探測器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。檢測其 中某一性能的變化，便可探測出輻射。多數(shù)情況下是通過熱電變化來探測輻射的。當 元件接收輻射，引起非電量的物理變化時，可以通過適當?shù)淖儞Q后測量相應(yīng)的電量變 化。 歐姆龍公司生產(chǎn)的漫反射式和對射式光電傳感器，這兩種傳感器主要用于事件檢測和物體定位。圖 中的紅燈和綠燈表示傳感器的狀態(tài)。 紅外傳感器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測設(shè)備和其他部分的技術(shù)的提高，紅外傳 感器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度。 本課題就是從構(gòu)建一個小型的智能搬運系統(tǒng)出發(fā)，搭建一個自動化搬運機器人， 在機器人傳感系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)上，進行智能搬運機器人移動功能和自主搬運 功能的設(shè)計與分析，通過軟件編程加以實現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上進行設(shè)計開發(fā)。 基于慧魚平臺的自動化搬運系統(tǒng)設(shè)計與實現(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，使搭建的模型達到預期的動作，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，到達預定的地點，到機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 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)備是可以進行自動化搬運作業(yè)的工業(yè)機器人，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)備的先進性，往往是由搬運機器人的發(fā)展程度決定的。當今，機器人的研制和生產(chǎn)已迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，搬運機器人可以很好地實現(xiàn)機械化和自動化的有機結(jié)合[11]。搬運機械人雖然目前還不如人那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，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，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)濟有效，包括進貨、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、標準化原則:盡可能把搬運方法和設(shè)備標準化。 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、機械化原則:物料搬運過程機械化，以增進效率。 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，準備預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，從我國當前的發(fā)展情況來看，東西部地區(qū)的經(jīng)濟發(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)當今世界物料搬運最為先進科技水平的由無人自動搬運小車、自動化立體倉庫、自動化輸送機等組成的無人化物料搬運系統(tǒng)，也有還處于相當落后的，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、最先進的搬運系統(tǒng)，只有最經(jīng)濟、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，搬運時間比較準確的搬運系統(tǒng)一般都是自動化搬運系統(tǒng)才能達到的水平，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。當社會進入小康，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)濟發(fā)展從高速走向平穩(wěn)增長的經(jīng)濟環(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)的手爪機構(gòu)就可以完成不同物料的搬運。這樣就可以滿足當生產(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)當是具有相當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出貨區(qū)準備運出倉庫等環(huán)節(jié)負責。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械手臂，負責將物料夾起，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、室內(nèi)搬運車、出入輸送設(shè)備、分揀系統(tǒng)、升降設(shè)備（提升機或升降機）、以及計算機管理和監(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，機械自動化作業(yè)解放人力，減小勞動強度； 3、計算機控制，自動對信息進行準確的存儲和管理，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，編輯程序進行仿真以展示科學原理和技術(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充。 慧魚創(chuàng)意組合模型主要包括創(chuàng)意組合包、培訓模型、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械結(jié)構(gòu)方面、電子控制方面、液壓氣動方面、和機器人技術(shù)等領(lǐng)域和高新學科。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)標準的機械元件、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)和大型機械設(shè)備操作的模擬，從而為實驗教學、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到的理論知識與實際的情況相結(jié)合，將所學的機械原理、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，不僅可以提高學生對于理論學習的興趣性，加強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。以學習為主、專業(yè)嚴謹是慧魚課程的教學側(cè)重點。慧魚創(chuàng)意組合模型體現(xiàn)了不同學科的知識點的組合，不僅可以應(yīng)用于中小學各個年級學科教學，還可以用于大學不同專業(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)件可以將我所學的機械方面，電子方面以及控制方面的知識綜合的體現(xiàn)出來，是我大學四年所學知識的一個匯總，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 圖2.4 電機 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)的目標為遠距離的物料搬運，所以為了達到預定的目的，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，將物料由起始地遠距離的運輸?shù)侥康牡?。搖臂式機械手臂需要實現(xiàn)的功能為當軌跡小車到達物料的起始地時將物料夾起，并且跟隨小車移動，直到到達目的地，將物料放回到預定點。 3.1.1 軌跡跟蹤小車 1 組裝模型 在實驗室進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、傳感器、各個拼裝模塊等： 圖3.1 電機 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個電機驅(qū)動來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的功能，然后根據(jù)2個電機的位置，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，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： 電機與控制器的連線如圖（電機中間的藍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，我們將其細分到以下幾個機構(gòu)： （1）下方控制整體360°旋轉(zhuǎn)的渦輪蝸桿機構(gòu)。該機構(gòu)需要將渦輪蝸桿同時固定在底板上，由一個電機驅(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控制，并加上兩個觸碰開關(guān)進行限位處理。 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。絲杠是需要電機驅(qū)動的，將電機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，齒輪與電機軸上的齒輪嚙合進行傳動，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式機器人。在搖臂式機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)配合電機使用，當脈沖計數(shù)次數(shù)達到預定數(shù)值，控制電機的啟停，實現(xiàn)對于手爪的開合程度控制。 圖6.1 物料搬運機器人左視圖 圖6.2 物料搬運機器人俯視 3.1.4 機械結(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，對每一標準模數(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蝸桿傳動的標準中心距α 蝸桿傳動的標準中心距 α=1/2（d1+ d2）=1/2（q+z2）m ⑵ 蝸桿傳動的特點 ①當使用單頭蝸桿是，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；在分度機構(gòu)中，I可達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，當滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生比較嚴重的摩擦與磨損，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，一個是帶動機械手臂做旋轉(zhuǎn)運動，使得機械手臂可以達到固定的地點；另外的作用這是成為搭建手臂的底座，承擔豎直方向的載荷作 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)計目標為圓柱坐標式機器人。 3.2.1 三自由度機械手臂 1 結(jié)構(gòu)分析 物料存儲設(shè)備主要由三自由度機械手臂，傳感器，和存儲貨架組成。機械手臂由三個電機和一個馬達驅(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號馬達實現(xiàn)的，機械手臂機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責控制的是機械手臂的旋轉(zhuǎn)，由1號電機進行控制，編程時輸入的脈沖數(shù)，將決定該機械手臂的旋轉(zhuǎn)角度；2號電機則是控制機械手臂的前后運動，可以將旋轉(zhuǎn)后的貨物送到貨架指定的位置。3號電機主要是控制機械手臂的上升與下降，主要負責調(diào)控貨物將其運送到存儲貨架不同的高度位置；機械手臂可通過慧魚軟件對TXT控制器進行編程，從而輸出控制信號到各電機與馬達，驅(qū)動機械手臂的運動方向或行程，從而夾取或放置物件。 圖3.12 三自由度機械手臂 2 組裝模型 三自由度機械手臂的整體結(jié)構(gòu)非常緊湊，與前面的機械手臂不同，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。鋁型材做為該機械手臂機構(gòu)垂直運動與水平運動的導軌，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，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，當手臂末端觸碰到A開關(guān)時，A開關(guān)向B電機發(fā)送停止信號，B電機停止轉(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號電機發(fā)送停止信號，手臂實現(xiàn)目標距離的伸出。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4號電機轉(zhuǎn)動時小絲杠也隨之轉(zhuǎn)動，從而帶動手爪打開，當手爪上的開關(guān)觸碰裝置觸碰到D開關(guān)時D開關(guān)向4號電機發(fā)送停止信號，4號電機停止轉(zhuǎn)動，手爪打開到最大位置。其中1號電機受自身控制；2號電機受A開關(guān)和B開關(guān)控制；C電機受自身控制；4號電機受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式機器人。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。 該機械手臂的手爪與前面物料搬運機器人的手爪一樣，都是通過微動開關(guān)以及電機實現(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 機械結(jié)構(gòu)分析 絲杠螺母機構(gòu)分析： （1）絲杠螺母機構(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，絲杠與電機相連，螺母則是與控制機械手爪上下移動的鋁型材相連。抓取貨物時，程序開始運行，電機被控制開始右旋轉(zhuǎn)，此時絲杠與電機相連接同樣進行右旋轉(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，使得機械手爪向下運動；當回歸正常狀態(tài)時，電機被控制左旋轉(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轉(zhuǎn)動； ②顏色識別傳感器可以檢測到是否到達指定位置，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。 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輸出運動信號 電機輸出轉(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M1與電機M2正轉(zhuǎn)，使得小車繼續(xù)直行。 ② 右側(cè)的傳感器進行識別，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)行進至軌跡盡頭，此時電機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 當顏色識別傳感器未檢測到信號時，說明沒有到達貨物的搬運起始點，小車沿著既定軌跡行走，但當顏色傳感器檢測到信號時即I3或者I4檢測到信號，說明到達貨物的搬運起始點，此時M1與M2電機停止運轉(zhuǎn)，小車進入暫停狀態(tài)，靜止10s。與此同時，機臂檢測到信號，開始貨物的搬運，當完成搬運后，小車繼續(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，渦輪蝸桿機構(gòu)運動，帶動手臂旋轉(zhuǎn)到需要的位置，然后機械手抓張開當觸碰到觸碰開關(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到預定高度，之后旋轉(zhuǎn)基座回到預定的位置。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)到預定位置，機械手臂開始下降到預定位置，機械手爪開啟當碰觸帶碰觸開關(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定的任務(wù)。 傳感器檢測測 延時，等待到達目的地 基座旋轉(zhuǎn) 下降到預定位置 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定起始地，此時主程序進入子程序“banyunu”中，自動化搬運手臂開始夾取貨物，并且將貨物攜帶，等待小車沿預定軌跡到達目的地；通過不斷的調(diào)試協(xié)調(diào)小車與手臂的關(guān)系，測量出到達目的地的時間，以延時程序作為暫停，當延時到指定時間，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?shù)却斎肽K變?yōu)椤?”時，M1電機停止，實際仿真得到的效果是手爪不斷張開，當碰觸到接觸開關(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電機以速度8開始正轉(zhuǎn)，當計數(shù)達到2100個脈沖時M2電機停止，仿真效果為搖臂式機械手臂的手爪開始下降到預定的位置；M1電機開始反轉(zhuǎn)，脈沖計數(shù)模塊開始計數(shù)，當達到21次時，M1電機停止，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)這是搖臂式機械手臂夾住物料后，回復到初始位置。 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?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，搖臂式機械手臂開始下降，當降到指定位置時，手爪開始打開，物料被放下，當手爪達到最大時停止，機械手臂上升到初始位置，蝸輪蝸桿正轉(zhuǎn)，直到恢復到初始位置，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。 傳感器進行檢測，當檢測到貨物時，程序開始運行，2號電機開始工作，手臂伸縮到預期位置，馬達工作，手爪打開至最大，3號電機工作手臂下降到物品處，手爪閉合加持貨物，然后1號電機工作，蝸輪蝸桿帶動底盤旋轉(zhuǎn)至預定位置，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、馬達以及開關(guān)之間協(xié)調(diào)運行，使得搬運機構(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，準備抓取貨物 手爪打開 放下貨物 手臂進行 上下運動 手臂伸縮運動 手臂進行 伸縮運動 手爪閉合 抓取貨物 手臂旋轉(zhuǎn)運動回到原位置 手臂進行 上下移動 圖4.8 三自由度機械手臂程序框圖 程序圖： 圖4.9 存儲設(shè)備主程序 程序開始，M1電機以速度8反轉(zhuǎn)1250個脈沖,1號電機停止；2號以速度8電機反轉(zhuǎn)，1號開關(guān)脈沖計數(shù)模塊計數(shù)100次，2號電機停止；4號電機以速度8正轉(zhuǎn)，4號等待輸入模塊控制4號電機當輸入信號為“1”時，4號電機停止；3號電機以速度8正轉(zhuǎn)1750個脈沖，3號電機停止；4號電機以速度8反轉(zhuǎn)，3號等待脈沖計數(shù)模塊計數(shù)26次開合，4號電機停止；3號電機以速度8反轉(zhuǎn)1750個脈沖，3號電機停止,；1號電機以速度8正轉(zhuǎn)，2號等待輸入模塊控制2號電機，當輸入信號為“1”時2號電機停止；1號電機以速度8正轉(zhuǎn)1250個脈沖，1號電機停止,；3號電機以速度8正轉(zhuǎn)1750個脈沖，3號電機停止；4號電機正轉(zhuǎn)擋4號等待輸入模塊輸入信號為“1”時控制4號電機停止，3號電機以速度8反轉(zhuǎn)1750個脈沖，3號電機停止； 4號電機以速度8反轉(zhuǎn)，當3號脈沖計數(shù)模塊執(zhí)行計數(shù)30次開合，4號電機停止，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校提供的慧魚創(chuàng)意組合模型組合包，詳細的了解了慧魚創(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)了預期的功能，達到自動化搬運中的部分目標，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，都一一的進行了系統(tǒng)化的學習。 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，認真嚴肅，還要有耐心，在搭建模型的時候，尤其要嚴謹?shù)膶Υ恳粋€細節(jié)，一個細微的錯誤，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 [1] 毛茂林.慧魚創(chuàng)意模型試驗教程[M]交通大學出版社，2010 [2] 朱學敏. 慧魚模型指導書[J]. 機械工業(yè)出版社，2010 [3] 康立新、馬建華.工業(yè)機械手的設(shè)計.中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）[J].2012. 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