摘 要随着整个社会科技的迅猛发展，机械制造方面对于零部件的加工和制造有了更高的需求，虚拟仿真与监控设计应运而生。德国西门子公司分析了整个行业和市场的需求后，提出了机电概念设计（MCD）的解决方法。本设计即基于MCD仿真平台对自动下棋设备进行了仿真以验证整个机构运行的可行性，以便减少机器实际生产时的错误，并将整个复杂机构进行运动方面的简化。本文首先对本设计的研究意义进行简单的介绍，然后分析整个仿真模型的设计。本设计没有采用传统的纯序列编辑器的设计，而是使用编译器与信号适配器共用的方法，使得整个仿真更加的科学及专业。虚拟仿真完成后，即可确定设计有无结构上的问题，将结构完善后，便可进行这个机构PLC程序的编写，本设计采用西门子旗下的博图软件进行编程，并将程序导入本设计采购的西门子控制台中，最终达到可以由控制台对这个机构机型操作的目的。
目录
一、绪 论 1
（一）课题的来源以及研究意义 1
（二）课题主要研究内容 1
二、自动下棋设备功能分析 2
（一）模型及其功能设计分析 2
（二）逻辑设计分析 2
（三）三轴机械手搬运模块设计 3
（四）三轴机械手的模型构建以及组装 3
三、三轴机械手的模型分析与定义 4
（一）机构运动参数分析 4
（二）物理属性定义 4
（三）运动副的定义 6
（四）位置控制的定义 7
（五）碰撞传感器的定义 8
（六）信号设置及运行参数的定义 8
（七）仿真序列设计 9
四 PLC程序编写 9
（一）机构行程自检程序 9
（二） 机械手运动程序 11
（四）自动程序 11
（五）程序集合 11
五 三轴机械手基于MCD的虚拟联合调试 12
（一） PLC与MCD的联合虚拟调试 12
（二）虚拟调试及所需注意事项 13
致谢 15
附录 16
参考文献 25
一、绪 论
（一）课题的来源以及研究意义
对于各种大型的设计 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: *351916072* 
，都需要先制造一个原型体进行研究，以证实整个设计的可行性，从而节约时间与经济成本。但若制造构造较为小巧简单的原型机，也需要大量的制造时间和组装时间，所以，本课题就此产生。本课题将整个三轴机械手进行建模，并将物料类比于棋子，将所放位置区域类别作棋盘以模拟三轴机械手将不同位置的物料搬到不同的指定位置的工作需求。这样极大的节约了时间成本，并可及时对整个设计的不合理之处进行改进。
（二）课题主要研究内容
在各种大型制造业中，需要将各个零部件搬运到相应的位置以实现机构的装配，部分零部件无法使用人力进行搬运，容易对工人以及工件造成伤害，所以，本设计就是验证整个三轴机械手的搬运能力，其与输入PLC程序的控制台的相互配合能力。总体步骤分为三点。
运行西门子的NX1899软件进行整个三轴机械手的运功仿真，整个仿真选用信号适配器进行，可以更科学严谨的将整个运动仿真表达出来。
编写PLC程序，以控制机械手的运动，同时也检测所选用的控制台与三轴机械手机构之间的适配性。
本设计使用博图V15.1进行PLC程序的编写，由于是使用控制台对三轴机械手进行操作，所以需要编写控制台程序和三轴机械手运动程序，并再对这两个程序进行明确的分工，以达到较好的适配效果。
围绕上述的问题，本论文从MCD数字仿真对机构进行虚拟调试以及用PLC程序对整个机构进行现实中的调试。以验证其是否可以应用于实际生产之中。二、自动下棋设备功能分析
（一）模型及其功能设计分析
对整体设计的重要零件进行分析，整理出的功能模块于下所示。
棋子，即物料，本设计机械手所搬运的对象。因为机械手是用吸盘来对物料进行搬运，所以所搬运的物料的大小和质量设计成棋子的形式是最合适的。在NX1899中，将棋子模型建好，并在MCD中完成其刚体、碰撞体等属性的设计。
三轴机械手，用来队行程内的物料进行搬运。因为机械手为吸盘，且要能伸进棋盒所以不应将整个机械手设计过大。在MCD中，因为没有卡爪，所以可以将整个机械手设计为一个刚体，同时，将整个机械手设计为碰撞传感器，用来检测物料的抓放。
棋盘，即物料台，上面有精确的点位用来放置棋子。在分析中测量棋盘其中一点的位置，最好选择棋盘四个角的点或者中点，以便机械手的放料以及后续将整个棋盘的点位通过PLC输入在机械手的控制台中。
整体机架，决定了整个机械手的运行轨迹，同时也决定了本设计的整体架构，也是整个MCD设计中最复杂的部分，需要设计刚体、碰撞体、位置控制等设计条件。
（二）逻辑设计分析
西门子MCD的逻辑设计较为简单，与整个设计的实际操作逻辑较为相似。整个仿真平台类似于操作台，并且MCD仿真可多个指令一同运行，使整个仿真设计更加贴切现实生活中的生产要求。
整体仿真逻辑设计如下：
棋子:完成UG建模后在MCD中设计其属性。将棋子设为刚体、碰撞体以及物料源，以保证其不掉落且能被机械手吸起，同时还能被机械手上的传感器所检测。
棋盘：完成UG建模后在MCD中设计其属性。作为盛放物料的地方，棋盘需要保证棋子能被放在棋盘上，所以要将棋盘设计为刚体和碰撞体。
棋盒：完成UG建模后在MCD中设计其属性，作为盛放物料的地方，要保证棋子物料可以放在棋盘上且不会掉落，所以将棋盒设为刚体盒碰撞体。需要注意的是，棋子是被放在棋盒的凹槽之中，所以不可将整个棋盒设为一整块长方体的碰撞体，只需将棋盒凹槽底部设计为一个片状的碰撞体即可。
整体机架：完成UG建模后在MCD中设计其属性。其控制着机械手的移动，且Y轴导轨和门型导轨起到着支撑X轴导轨的左右，所以整个框架需要分开进行属性设计。将Y轴导轨和门型导轨设计为一个刚体，并将两个导轨的上表面分别设2为两片状碰撞体。将X轴导轨设为刚体和碰撞体并设定一个滑动副。将Z轴导轨设为刚体和碰撞体并设定一个滑动副，这样整个机械手就可以到达棋盘上任意一点处。

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