真空吸盘式机械手监控系统设计

0 引言

随着当今社会智能化、信息化、生产力水平、经济水平的不断提升，人类不光对原材料、制成品的需求量越来越大，同时对物料的搬运也提出了更高的要求。例如：高效率搬运、轨迹自动规划、高稳定性、实时可视、低功耗、低成本等。该文设计了真空吸盘式机械手监控系统。该系统将真空吸盘、NJ运功控制器、振动抑制技术、数据库结合起来，代替了以往的人工存取、人工搬运，提高了工作的可靠性，减少了工作人员的数量，提高了工作效率。使用数据库对托盘上物料信息进行及时的新增与删除，保证托盘上物料信息实时更新，有利于工作人员实时掌握物料盘上的物料信息，较大程度降低了错误率，提高了自动化水平。

1 总体设计

真空吸盘式机械手监管控制系统硬件由直动式电磁阀、中间继电器、真空泵、储气罐、NJ运动控制器、伺服驱动器、伺服电机、上位机和接近开关组成。当物料需要搬运时，上位机向NJ发送待搬运物料在出料盘上的源坐标及在接料盘上的目的坐标，NJ运动控制器作为主站通过EtherCAT通信向从站伺服驱动器发送命令[1]，控制机械手移动吸料位置，此时NJ运动控制器输出数字量信号使中间继电器线圈通电，中间继电器输出220 V交流电压使电磁阀导通，电磁阀阀门打开，物料被吸起。随后机械手多轴联动移动至放料位置，关闭电磁阀，释放物料。NJ将完成信号通过EtherNet/IP通信传回上位机，上位机监控软件修改数据库，并将托盘上物料信息显示在上位机监视界面上，提高了系统可靠性，方便实时监控。接近开关接至伺服驱动器的端子台限位输入，当机械手移动至左限位或右限位时，机械手被紧急停止，降低了故障率，提高了系统的安全性。系统硬件结构如图1所示。

图1 系统硬件结构

托盘上物料位置坐标存在偏差，为保证系统运行可靠性及维护方便性，选用真空吸盘来吸取、释放物料。系统的管路连接如图2所示。真空泵可将①段、②段管内气压置于低压，具体低于大气压的多少，看真空泵的功率[2]。电磁阀1用于隔断储气罐和真空泵，因为当真空泵停止工作时，储气罐内的气压低于真空泵内气压，易把真空泵内的油吸进储气罐。储气罐有2个作用，一是可以储存一定的负压气体，以防在真空泵损坏的情况下也能进行搬运；二是在真空泵刚启动时，无法让①段气压迅速打到设定值，因此这时可以先用储气罐内的低压气体吸取物料。吸料时，打开电磁阀2，关闭电磁阀3，③段处于负压；放料时，关闭电磁阀2，打开电磁阀3，③段变为大气压；工作全部完成时，关闭真空泵和电磁阀1。真空吸盘式机械手相较于机械夹取式机械手，可以节约成本，且适用范围广，针对不同规格的物料，只需改变真空泵的功率和吸盘的吸附面积，同时降低系统的复杂程度及维护与更新的难度[3]。

以上五个方面的问题在一定程度上影响了学生学习数据库课程的积极性，为改善这一现象，笔者经过长时间的课程探索和实践，探索出了以下解决方案。

由表8可看出，复合缓蚀阻垢剂的防腐满足油田控制指标，其N80钢在3种相态下的腐蚀速率均在0.076 mm/a以内。

图2 管路连接图

2 控制系统设计

2.1 机械手动作流程

当物料需要搬运时，NJ收到启动信号控制机械手向吸料位置移动，按照流程图完成搬运动作。系统的机械手动作流程如图3所示。

2011年发生在太平洋沿岸近海的东北地震（此后称东北地震），摧毁了本州岛东北部的大部分区域。在P波达到后的8s，即发震时刻后的31s，对东北地区的公众就发布了地震预警（EEW。Hoshiba and Iwakiri，2011；Hoshiba et al，2011；Sagiyaet al，2011）。在这个区域中没有盲区，也就是说，在S波达到之前，所有位置都接收到了预警，这是因为该地震离海岸相当远。

图3 机械手动作流程图

2.2 振动抑制

由于机械手在运动过程中会产生振动，振动会导致丢料现象，对系统的可靠性、精确度以及系统的寿命造成影响，因此该系统使用振动抑制功能块解决振动问题[5]。振动抑制功能块如图4所示，“Axis”变量为轴名称；“Execute”为启动，在该变量上升沿时本功能块执行；“Velocity”为该轴恒速区的最大速度；“VSConstVelInput”为该轴恒速区特定区间的输入值；“Done”在该轴组直线插补结束时值为“TRUE”；“Position”为执行功能块时的位置给出相对值作为命令当前位置；“VSConstVelOutput”为该轴恒速区特定区间的输出值。

图4 振动抑制功能块

为提高工作效率，系统中X轴和Y轴是同时进行运动的，因此无法使用单轴模式获取期望的抑振效果。多轴模式需要根据X轴和Y轴的吸料位置和放料位置的相对距离、期望的移动速度，以及期望的移动时间计算出X轴和Y轴在振动抑制中的速度，之后分别对X轴和Y轴使用振动抑制功能块，计算编程如下：

为获得支架工作时的载荷，以旗山矿为例建立了其煤田地质模型及超前支架模型，基于围岩-超前支架力学耦合模型法，利用FLAC3D仿真得到了超前支架顶部受应力为0.25 MPa，两帮所受应力为11.7 MPa，根据超前支护机组的工作流程，机组展开与巷道接触后就进行了打锚杆工作，故认为两帮未受力，将底座、护帮板的位移固定，支架顶梁承受0.25 MPa的力，超前支架位移、应力云图如图6所示。

VS_X2_VSConstVelInput.AccDistance:=(Linear_Speed2_Position[0])*0.4;设X轴加速距离为X轴目标位置0.4倍

VS_X2_VSConstVelInput.DecDistance:=(Linear_Speed2_Position[0])*0.4;设X轴减速距离为X轴目标位置0.4倍

VS_X2_VSConstVelInput.ConstVelDistance:=Linear_Speed2_Position[0]-VS_X2_VSConstVelInput.DecDistance-VS_X2_VSConstVelInput.AccDistance;X轴恒速距离

VS_Z2_VSConstVelInput.AccDistance:=(Linear_Speed2_Position[1])*0.4;设Y轴加速距离为Y轴目标位置0.4倍

VS_Z2_VSConstVelInput.DecDistance:=(Linear_Speed2_Position[1])*0.4;设Y轴减速距离为Y轴目标位置0.4倍

中国电信运营商信息化在现阶段性成果上总结出经验并学习其它领域优秀的技术和运营模式。结合本身的实际情况进行借鉴和模仿。在电信运营商信息化业务的新道路上不断的探索和实验，设计好我们的发展蓝图，对可能出现的情况进行预估和预防，确定我们信息化的发展方向。多方位的电信运营商信息化业务流程以及其中心系统需要确定基本路线，在未来网络时代的潮流中占据领先位置。

VS_Z2_VSConstVelInput.ConstVelDistance:=Linear_Speed2_Position[1]-VS_Z2_VSConstVelInput.DecDistance-VS_Z2_VSConstVelInput.AccDistance;Y轴恒速距离

由于系统需要对X轴和Y轴同时进行振动抑制，因此运行速度不能简单的按照单轴的运动速度来计算，所以要进行速度比对，为此设计了SpeedCalculate计算模块。在程序中实现振动抑制的两轴速度计算，CalTime为机械手单次搬运最短运行时间，编程方法如下：

CalculateVel:=(SQRT(PositonInput[0]*PositonInput[0]+PositonInput[1]*PositonInput[1]))/CalTime;

IF CalculateVel>VelInput THEN;

Vel1Output:=abs(VelInput*PositonInput[0]/SQRT(PositonInput[0]*PositonInput[0]+PositonInput[1]*PositonInput[1]));

随着财税激励政策的实施，有学者发现，财税激励政策在企业技术创新活动中并未达到理想的激励效果，为了弄清楚造成这一局面的原因，很多学者从财政补贴、税收优惠等方面对其在企业技术创新方面的实施效果进行了评估研究。张晖明和周岚岚等用问卷调查和因子分析法对财政激励政策的实施效果进行评估，研究表明，当前我国财税政策过于分散、对企业技术创新各环节的需求考虑不足、税收优惠设置不合理等是造成财税激励政策未能达到预期效果的主要原因[4],学者张源和杜玮等也支持这种观点,并提出财税激励政策顶层设计不合理等也是一个重要原因[5]。

Vel2Output:=abs(VelInput*PositonInput[1]/SQRT(PositonInput[0]*PositonInput[0]+PositonInput[1]*PositonInput[1]));

ELSE

Vel1Output:=abs(CalculateVel*PositonInput[0]/SQRT(PositonInput[0]*PositonInput[0]+PositonInput[1]*PositonInput[1]));

Vel2Output:=abs(CalculateVel*PositonInput[1]/SQRT(PositonInput[0]*PositonInput[0]+PositonInput[1]*PositonInput[1]));

无论是在房建施工还是在路桥施工中，建筑工程的整体施工质量出了是满足未来高速发展的城市建设需求外，还是为了满足现在及将来人们对居住、出行时间及空间安全的要求。所以，项目施工的出发点都是在保证用户使用安全的基础上提高城市建设质量的,因此必须具有很高的安全与质量针对性。施工现场的材料验收不但有利于城市建设质量的提高,还有利于住户满意度的提高无论是施工项目方和业主方，都实现了经济效益的提高,从而反推整个建筑行业的健康和良性发展。

师：我们看出，有些立体图形的表面包含着一些平面图形．反之，我们也可以利用这些平面图形来描述立体图形．请观察手中的四棱锥模型，描述四棱锥的特征．

END_IF;

3 上位机监控软件设计

搬运物料一般都在库内进行，操作人员无法透过库皮来了解物料搬运情况和机械手运行情况，因此设计了上位机监控软件。上位机监控界面由欧姆龙组态软件CX-Supervisor编写而成，实现NJ运动控制器和上位机之间的通信，监视物料的搬运过程。使用上位机进行实时地监控，将控制与监视结合起来，更加高效、直观。使用CX-Supervisor编写上位机界面，CX-Supervisor可实现一键模拟，只需点击鼠标右键即可实现模拟仿真，并且CX-Supervisor支持多种脚本语言，极大地缩短了系统的开发周期。CX-Supervisor常用功能有：完整的项目视图、点编辑器、图形编辑器、报警编辑器、动画编辑器、数据库操作等。并且只需在上位机CX-Supervisor软件中添加NJ运动控制器设备便可以正常通信，省去了对通信程序开发的时间，大大降低系统的开发成本，实现随调随用[4]。

3.1 物料搬运情况监视

为实现对物料搬运情况的实时监控，上位机监控软件会实时修改出料盘、接料盘的物料信息，并实时修改数据库。CX-Supervisor通过ADO控件完成对数据库记录的查询、新增、修改、删除、更新。NJ运动控制器将单次搬运完成的标志信号传回上位机，上位机收到信号将出料盘、接料盘内的信息及时修改为当前盘内物料的信息，通过ADO控件与数据库相关联，运用SQL语句查询当前正在处理的盘的盘号，将出料盘和接料盘的现料数量、现空缺数、现盘重量进行修改。将Datagrid控件的数据源设置为ADO控件的recordset对象，即可显示ADO控件中的数据内容，将这些数据内容显示在上位机监视画面上，方便操作人员在库外也可以实时了解库内托盘上物料的搬运情况。上位机监视画面如图5所示。

图5 上位机监视画面

相关代码程序如下：

If by_scqd=true or Z_M_A2_Done=truethen

//搬运启动或单次搬运完成标志

by_adodc.RecordSource="select * from 搬运临时表"

by_adodc.recordset.fields ("现空缺数")=21-a

//ADO控件刷新

by_adodc.recordset.movefirst

公路桥梁不仅是在普通的道路上建筑，有些还要在恶劣的环境下施工，很多的施工过程中会遇到急速的河流、峡谷以及山川等艰难的环境，这些环境的影响也使施工更具难度。

//指针移到第一行

by_adodc.recordset.find("盘号=‴&by_cl&″″′)

//将指针移动到出料盘号所在行

a=by_adodc.recordset.fields("现料数量")

by_adodc.recordset.fields("现料数量")=a-1

//修改出料盘的现料数量

by_adodc.recordset.fields ("现空缺数")=19-a

//修改出料盘的现空缺数

a=by_adodc.recordset.fields("现盘重量")

by_adodc.recordset.fields("现盘重量")=a-by_cl_zl(by_cl_wz)

//修改现盘重量

by_adodc.recordset.movefirst

宜兴湖父镇民宿的弱点之一就是服务跟不上游客的需求，来这里旅游的游客大部分来自城市，他们一直以来都是接受大城市高星级酒店的优质服务，在服务质量方面有较高的需要，而湖父镇的民宿都是自体经营，当地往往将民宿作为副业来经营，民宿经营者没有专业的服务技能，没有收到过系统的培训，也没有相关的餐饮从业经历。所以湖父镇民宿可以通过引进专业的技能人才，来提高服务质量，让游客在享受自然地同时也能得到五星级酒店的服务感受。这样专业的人才可以为宜兴湖父镇民宿树立品牌形象，让更多的游客知道宜兴湖父镇的民宿。

//指针移到第一行

by_adodc.recordset.find("盘号=‴&by_jl&″″′)

1.2.2 平衡指数测定方法 仪器采用以色列Sunlight医疗器械公司Tetrax平衡测试系统。平衡指数是由Tetrax测得的平衡参数计算出的一个用以表示患者跌倒风险的数值，这个值基于各种影响患者平衡的因素。测定方法简单无伤害，患者站在平衡测定仪上，通过8种姿势对患者进行测量，包括在自然站立情况下睁眼、闭眼、头左右和前后专向，左右脚步同步性和脚下垫有泡沫橡胶脚垫等，5～10 min测定完毕，由专职治疗师完成所有的检测。检查前向受检者充分解释检查目的和注意事项，检查时尽量保持检测环境的安静。测定结果以姿势的总结表(BSS)和平衡指数的形式表示。

//将指针移动到接料盘号所在行

a=by_adodc.recordset.fields("现料数量")

by_adodc.recordset.fields("现料数量")=a+1

//修改接料盘的现料数量

by_adodc.Refresh

(1)界址点和宗地间存在关系的数据处理方法。对于界址点和宗地间存在关系的数据，需要单独创建宗地和界址点关系，然后编辑界址点和界址线属性。相邻宗地之间的临宗地号系统可自动生成，根据其中一个宗地输入的相关属性，自动生成共用界址线的属性。

//修改接料盘的现空缺数

a=by_adodc.recordset.fields("现盘重量")

by_adodc.recordset.fields("现盘重量")=a-by_cl_zl(by_cl_wz)

//修改现盘重量

by_adodc.recordset.update

//数据更新

Set by_datagrid.datasource=by_adodc.recordset

//显示数据内容

Z_M_A2_Done=false

by_scqd=false

End if

3.2 机械手运行情况监视

为了能在上位机监控软件上直观的看到机械手的运行状况以及各轴的实际位置，在上位机软件上设置了动画显示功能。

上位机中机械手X，Z轴的运动位移分别为：

式中：L1，L2分别为机械手X轴长度和上位机X轴长度；H1，H2分别为机械手Z轴高度和上位机Z轴高度；X1，Z1为运行过程中X轴和Y轴的实际坐标。

如图6所示，左侧为上位机动画显示，右侧为实物图。动画的程序如下：

1.2.1 调查表 自行设计:①久卧病患照护者一般资料调查表;②久卧病患照护者30°侧卧位翻身护理掌握测评表;③久卧病患压疮分期标准表。调查表以《临床护理技术规范》［1］、《成人压疮预测和预防实践指南》［2］相关防压疮理论为依据。

图6 动画显示和实物

Move "动画界面","X",5+round(X_ACT_POS)*130/750,0

Move "动画界面", "Z",5+round(X_ACT_POS)*130/750,round(Z_ACT_POS)*60/95

4 结语

针对托盘上物料的搬运问题，该文设计了真空吸盘式机械手监控系统。使用真空吸盘式机械手搬运物料可以节约成本，且适用范围广，同时可以降低系统的复杂程度，提高搬运效率。使用CX-Supervisor组态软件设计上位机软件监视界面，操作人员只需通过上位机监视界面就可了解机械手运动情况和物料的搬运情况，并且操作、记录物料信息无需人工记录，减少人力、物力，提高系统的可靠性。该文设计的真空吸盘式机械手监控系统，后期还会加入视觉系统，进行视觉筛选、优劣判断等功能，在保证系统可靠性的情况下朝着更加智能的方向发展。