基于虚拟plc三维机械手仿真控制系统研究

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1、控制基于虚拟PLC的三维机械手仿真控制系统研究胡兆勇，秦兵(广东工业大学机电工程学院，广东广州510006)拟可编程控制器的机械手仿真控制问题。利用虚拟现实技术，创建了三自由度机械手的三维仿真环境，阐述与虚拟机械手之间的通讯。在此基础上，开发了面向三维机械手的虚拟交互仿真系统。仿真实验的结果表明．机界面，能用于机械手的控制仿真。关键词：可编程控制器；机械手；仿真：虚拟现实中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：1009—9492(2010)07—0016—02可编程控制器简称为PLC(ProgrammablelogicCon—troller)，是为工业控制应用而设计制造的，已成为解

2、决自动控制问题的最有效工具。PLC在工业控制领域得到了广泛的应用，是自动化的三大技术支柱(PLC技术、机器人、CAD／CAM)之一。机械手的PLC控制是可编程序控制器实验教学中的典型案例。当前主要利用电工电子技术，搭建模拟的机械手示意图，通过LED显示灯来表明机械手处于何种状态[t-3]；抑或利用组态软件．在计算机上设计软件系统i4~ol，牺牲了仿真对象的真实性，并且实验离不开硬件PLC。这就使得实验教学直观性差、操作不便、实验成本高，不利于学生的理解。此外，也有用如图1基于VisualC++开发的虚拟PLCDelphi、C++Builder等高级语言和Flash技术来实现虚拟实验平台]

3、。为此，论文研究如何采用计算机技术和虚往往采用两自由度机械手，其控制相对来说过于简单。为拟现实技术．建立虚拟PLC和三维虚拟机械手仿真环境，此，论文针对三自由度机械手进行三维建模。该机械手的开发纯三维虚拟的机械手交互仿真控制系统，从而在没有三个自由度如图2所示。任何外部硬件电路的情况下．使用一台PC机即可实现基在Solidworks中建立具有三自由度机械手的三维模型，于虚拟PLC的三维机械手的交互仿真控制。并导人EONStudio虚拟现实环境中。在虚拟场景中，该1虚拟PLC的开发三个自由度即对应为轴的平移、Z轴的平移和Z轴的旋所谓虚拟PLC，这里是指通过软件来实现硬件PLC的转。通过Eo

4、n中Script节点的MakeSFVec3F方法来实现。功能．从而能够不需要实际的硬件PLC来完成PLC程序控其中，平移采用速度来控制，旋转采用角速度来控制。平制逻辑。具体来说，使用者能够在虚拟PLC的环境中，自移速度和旋转角速度是可调的。行编制PLC指令程序．并能够仿真调试程序是否满足预定(1)Z轴的平移的功能。图l是作者以三菱公司的PLC为对象，利用Vi．eon．findnode(“waist”)．getfieldbyname(“Velocity”)．sualC++开发环境．设计面向FX系列的PLC仿真软件[9]。value=eor1．MakeSFVec3F(0，0，1)2三维虚拟机

5、械手的建模与仿真eon．findnode(“waist”)．getfieldbyname(“Velocity”)．在机械手的PLC实验教学中，由于教学仪器的限制，vHlue=eon．MakVec3F(O，0，一】)·国家自然科学基金(编号：50775047)；广东省科技计划项目(编号：2007A010100013，2004B10201032)；广东省高等教育教学改革工程项目(编号：粤教高[2007]68号)；广东工业大学2007年校级教育教学改革项目收稿醐：删o。。卜圈—■_工业再将这些事件创建为Eon中Script节点的12个域，最▲Z手腕伸出缩进后通过路由(Routes)关联来实现，

6、如图4所示。Lx．．Il—------—-——t立柱上下移l柱旋转动、l，图2三自由度机械手示意图上述两行表示按照速度为Imm／s，沿Z轴右移和轴图4Script节点的新建域及路由控制左移。(2)Z轴的旋转基于该通讯连接关系，对机械手的动作进行控制。如eon．findnode(“waist”)．getfieldbyname(“AngularVe—YO00和Y001控制立柱的上升和下降动作。locity”)．value=eon．MakeSFVec3F(30，0，0)functionOn表示按照角速度为30。／s，沿Z轴左旋。—Y001()虚拟机械手的整个运动控制是由PLC指令实现的，虚{拟

7、机械手的极限运行位置又反馈给虚拟PLC，相当于现场／／获取机械手的位置检测信号。图3给出了基于虚拟PLC的机械手的控制系统vatP=eon．findnode(“wrist”)．getfieldbyname(“P0-结构示意图。sition”)．value．toArray()if(YO00．value==true＆&YO01．value==false){，，eon．findnode(“wrist”)．getfieldbyname(“V