機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)--機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　--</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題　　目: 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　?！　I(yè): 　電氣自動(dòng)化　 　</p><p>　　班　　級(jí): </p>

2、;<p>　　學(xué)　　號(hào): </p><p>　　姓　　名: </p><p>　　指導(dǎo)老師: </p><p><b>　　論 文 摘 要</b></p><p>　　機(jī)械手能模仿人

3、手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。</p><p>　　機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完

4、成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。</p><p>　　機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。</p><p>　　關(guān)鍵詞:機(jī)械手 PLC</p>&

5、lt;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The manipulator can imitate the manpower and the arm certain movement functions, with by presses the fixed routine to capture, the transporting thing 'or

6、9; operation tool automatic operation installment. It may replace human's strenuous labor by to realize the production mechanization and the automation, can operate under the harmful environment by protects the perso

7、nal safety ,Thus widely applies in department and so on machine manufacture, metallurgy, electron, light industry and atomic energy.</p><p>　　The manipulator mainly is composed by the hand and the motion. Th

8、e hand is uses for to grasp holds the work piece (or tool) a part, according to is grasped holds the thing the shape, the size, the weight, the material and the work request but has the many kinds of structural style ,

9、Like supporting on both sides, request holding and adsorption and so on. motion , causes the hand to complete each kind of rotation (to swing), the migration or the compound motion realizes the stipulation movement </

10、p><p>　　The manipulator usually serves as the engine bed or other machines add-on components , like on automatic engine bed or automatic production line loading and unloading and transmission work piece, Replac

11、es the cutting tool in the processing center and so on, does not have the independent control device generally. Somewhat operates the equipment to need by the human direct control, like uses in the host which the atomic

12、energy department manages the dangerous goods from the type operator also ofte</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　論 文 摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p>

13、<p><b>　　緒 論1</b></p><p>　　第一章 機(jī)械手簡(jiǎn)介3</p><p>　　1.1 課題背景3</p><p>　　1.2 機(jī)械手的分類3</p><p>　　1.3 應(yīng)用機(jī)械手的意義4</p><p>　　1.4 機(jī)械手的發(fā)展概況和趨勢(shì)5

14、</p><p>　　第二章 機(jī)械手設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1手結(jié)構(gòu)示意圖6</p><p>　　2.2械手工作流程6</p><p><b>　　2.3控制要求7</b></p><p>　　2.4主電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.5機(jī)械手的機(jī)能和特

15、性8</p><p>　　2.5.1加緊機(jī)構(gòu)8</p><p>　　2.5.2 軀干8</p><p>　　2.5.3 旋轉(zhuǎn)編碼盤9</p><p>　　2.5.4步進(jìn)電機(jī)9</p><p>　　2.5.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制10</p><p>　　2.6 電源與傳動(dòng)整體11<

16、;/p><p>　　2.6.1 控制電源11</p><p>　　2.6.2 傳動(dòng)整體12</p><p>　　第三章 PLC的介紹與選擇13</p><p>　　3.1 PLC的特點(diǎn)13</p><p>　　3.2 PLC的選型14</p><p>　　3.2.1. 常用PLC介紹14

17、</p><p>　　3.2.2. 確定型號(hào)FX2N－64MT15</p><p>　　3.2.3 三菱FX系列的結(jié)構(gòu)功能15</p><p>　　第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1.1 PLC梯形圖中的編程元件17</p>

18、<p>　　4.1.2 PLC的I/O分配18</p><p>　　4.1.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)的外部接線圖19</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.2.1 公用程序20</p><p>　　4.2.2 自動(dòng)操作程序21</p><p>　　4.2.3手動(dòng)單步操作

19、程序27</p><p>　　4.2.4 回原位程序30</p><p><b>　　致 謝34</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)35</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　隨著工業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新

20、時(shí)的需要，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要，可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在高溫，腐蝕及有毒氣體等有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。</p><p>　　可編程控制器(PLC)是以中央處理器為

21、核心，綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。使用PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動(dòng)作精度高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　適應(yīng)工業(yè)需要，本課題試圖開發(fā)PLC對(duì)物料分揀機(jī)械手的控制，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。采用PLC控制，是一種預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行

22、物料分揀的自動(dòng)化裝置，可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)需要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行新的分配任務(wù)時(shí)，可以允許方便的改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件，而對(duì)于位置改變時(shí)，只要重新編程，并能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用。本設(shè)計(jì)主要完成機(jī)械手的硬件部分與軟件部分設(shè)計(jì)。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。機(jī)

23、械手延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。&l

24、t;/p><p>　　目前，國(guó)際上的機(jī)械手公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國(guó)的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奧地利的工GM公司。</p><p>　　我國(guó)機(jī)械手起步于20世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過30多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：70年代萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的應(yīng)用化期。在我國(guó)，機(jī)械手

25、市場(chǎng)份額大部分被國(guó)外機(jī)械手企業(yè)占據(jù)著。在國(guó)際強(qiáng)手面前，國(guó)內(nèi)的機(jī)械手企業(yè)面臨著相當(dāng)大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。如今我國(guó)正從一個(gè)“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”邁進(jìn)，中國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌、參與國(guó)際分工的巨大挑戰(zhàn)，對(duì)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會(huì)加大對(duì)機(jī)器人的資金投入和政策支持，將會(huì)給機(jī)械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動(dòng)力。</p><p>　　隨著機(jī)械手發(fā)展的深度和廣度以及機(jī)器人智能水平的提高，機(jī)械手已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。從傳統(tǒng)的

26、汽車制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)用于維護(hù)維修的機(jī)器人等。在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)械手的應(yīng)用也越來越多。</p><p>　　在未來幾年，傳感技術(shù)，激光技術(shù)，工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)被廣泛應(yīng)用在機(jī)械手工作領(lǐng)域，這些技術(shù)會(huì)使機(jī)械手的應(yīng)用更為高效，高質(zhì)，運(yùn)行成本低。據(jù)猜測(cè)，今后機(jī)器人將在醫(yī)療、保健、生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)、教育、救災(zāi)、海洋開發(fā)、機(jī)器維修、交通運(yùn)輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等領(lǐng)

27、域得到應(yīng)用。</p><p>　　第一章 機(jī)械手簡(jiǎn)介</p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)越來越高，生產(chǎn)工況也有趨于惡劣的態(tài)勢(shì)，這對(duì)一線工人的操作技能也提出了更高的要求，同時(shí)操作工人的工作安全也受到了相應(yīng)的威脅。工人工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡(jiǎn)單化，對(duì)于一些往復(fù)的

28、工作由機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的物質(zhì)對(duì)人體造成傷害，如冶金、化工、醫(yī)藥、航空航天等。</p><p>　　在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來越多的應(yīng)用，機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重

29、要因素。</p><p>　　借助PLC強(qiáng)大的工業(yè)處理能力，很容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化。基于此思路設(shè)計(jì)的機(jī)械手，在實(shí)現(xiàn)各種要求的工序前提下，大大提高了工業(yè)過程的質(zhì)量，而且大大解放了生產(chǎn)力，改善了工作環(huán)境，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率，具有十分重要的意義。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)

30、是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。</p><p>　　1.2 機(jī)械手的分類</p><p>　　按機(jī)械手的使用范圍分類：</p><p>　?、?專用機(jī)械手

31、 一般只有固定的程序，而無單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于某種機(jī)器或生產(chǎn)線，用以自動(dòng)的傳送物件或操作某一工具。這種機(jī)械手結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，成本較低，適用于動(dòng)作比較簡(jiǎn)單的大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。</p><p>　?、?通用機(jī)械手（也稱工業(yè)機(jī)器人）即指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)，又不從屬于某種機(jī)器，而能自動(dòng)地完成傳送物件或操作某些工具的機(jī)械裝置。</p><p>　　按機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式分類：</p&

32、gt;<p>　?、?液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。</p><p>　?、?氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。</p><p>　?、?電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 直接用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。</p><p>　?、?機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 是將主機(jī)的動(dòng)力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳給機(jī)械手的一種驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　

33、　按機(jī)械手臂力大小分類：</p><p>　?、?微型機(jī)械手 臂力小于1公斤。</p><p>　?、?小型機(jī)械手 臂力為1～10公斤。</p><p>　?、?中型機(jī)械手 臂力為10～30公斤。</p><p>　?、?大型機(jī)械手 臂力大于30公斤。</p><p>　　按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分

34、為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。</p><p>　　1.3 應(yīng)用機(jī)械手的意義</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、鍛、焊、鉚、沖壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)例。其它部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。</p><p>　　機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的主要目的：<

35、;/p><p>　　（1）可以提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度。</p><p>　　應(yīng)用機(jī)械手，有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。</p><p>　?。?）可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故</p><p>　　在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性

36、污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人手直接操作時(shí)有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。</p><p>　　在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。</p><p>　?。?）可以減少人力，并便于有節(jié)奏地生產(chǎn)</p><p>　　應(yīng)用機(jī)械手代替人手

37、進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都設(shè)機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏進(jìn)行生產(chǎn)。</p><p>　　綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手，使發(fā)展工業(yè)的必然趨勢(shì)。</p><p>　　1.4 機(jī)械手的發(fā)展概況和趨勢(shì) </p><p>　　機(jī)械手

38、是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、液壓液力與氣壓傳動(dòng)等多學(xué)科高新技術(shù)融合的成果，是當(dāng)代技術(shù)進(jìn)步的典型范例。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其它機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手。</p><p>　　專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用發(fā)展，進(jìn)而促

39、進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣壓傳動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視。</p><p>　　氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)已被接受。由于氣動(dòng)技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合，以

40、及周邊技術(shù)的成熟，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性已經(jīng)充分體現(xiàn)出來。因?yàn)闅鈩?dòng)伺服定位技術(shù)一出現(xiàn)，就受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視，同時(shí)為氣動(dòng)機(jī)器人、氣動(dòng)機(jī)械手大規(guī)模進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域開辟了十分寬廣的前景。</p><p>　　研制具有一定"感觸"和"智力"的智能機(jī)器人。這種機(jī)器人，具有各種傳感裝置，并配備有計(jì)算機(jī)。根據(jù)仿生學(xué)的理論，用計(jì)算機(jī)充當(dāng)起"

41、大腦"，使它能"思考"、能"分析"、能"記憶"。用電視攝像機(jī)、測(cè)距儀、纖維光學(xué)傳感器、導(dǎo)光管或其它光敏元件作為"眼睛"，在其"視野"的范圍內(nèi)能"看"。用聽筒和聲敏元件等作"耳朵"能"聽"。用揚(yáng)聲器等作"嘴"能"說話"進(jìn)行"

42、;應(yīng)答"。用熱電偶和電阻應(yīng)變儀等作"觸覺"能"感觸"。用滾輪或雙足式的行走機(jī)構(gòu)作為"腳"來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移位。這樣的智能機(jī)器人，可以由人用特殊的語言對(duì)其下達(dá)命令，布置任務(wù)。受令后的智能機(jī)器人，即可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的各種條件或信息，獨(dú)立地"分析"和"判斷"并自編或自變程序的進(jìn)行工作；能夠自找（選擇）物件的方位，字調(diào)握力的大小，自找傳送路線以

43、避開障礙物。因此，它將成為"無人化"系統(tǒng)的重要組成環(huán)節(jié)之一。 </p><p><b>　　第二章 機(jī)械手設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1手結(jié)構(gòu)示意圖</b></p><p>　　圖2-1機(jī)械手示意圖</p><p>　　1.手爪張開閉合 2.手腕旋轉(zhuǎn) 3.水平移

44、動(dòng) 4.升降 5.立柱旋轉(zhuǎn) 6.手爪 7.手腕電動(dòng)機(jī) 8.橫軸 9.豎軸 10.豎軸電動(dòng)機(jī) 11.橫軸電動(dòng)機(jī) 12.底盤 13.底盤電動(dòng)機(jī)</p><p><b>　　2.2械手工作流程</b></p><p>　　機(jī)械手工作流程是：開始運(yùn)行后，如果機(jī)械手不在初始位置上，先回原位，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)(橫軸向后方向移動(dòng)，豎軸向上移動(dòng))。歸位后首先橫軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，

45、橫軸前伸；前伸到位后，手爪電動(dòng)機(jī)得電帶動(dòng)手爪旋轉(zhuǎn)；當(dāng)傳感器檢測(cè)到限位磁頭時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止，PLC控制電磁閥動(dòng)作，手張開；延時(shí)一段時(shí)間，豎軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復(fù)位，手爪夾緊；延時(shí)過后，豎軸上升，上升到位后橫軸縮回，縮回到位后底盤電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)底盤旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)妆P到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉(zhuǎn)，然后豎軸下降，電磁閥動(dòng)作，手爪張開；延時(shí)后豎軸上升復(fù)位，然后開始下一周期動(dòng)。</p><p><b&

46、gt;　　2.3控制要求</b></p><p>　　手臂上下直線運(yùn)動(dòng)。(2)手臂左右直線運(yùn)動(dòng)。(3)手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。(4)手爪夾緊動(dòng)作。(5)機(jī)械手整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　手臂采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由PLC發(fā)出控制脈沖控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)手臂的進(jìn)給和定位，手爪采用氣壓驅(qū)動(dòng)。</p><p><b>　　2.4主電路設(shè)計(jì)</b&

47、gt;</p><p>　　基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)一共有四臺(tái)電機(jī)：一臺(tái)用于地盤旋轉(zhuǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)用于上升、下降和前伸、后退的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)用于機(jī)械手抓緊機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的直流電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　圖2-2 機(jī)械手主電路圖</p><p>　　2.5機(jī)械手的機(jī)能和特性</p><p>　　物體在三維空間內(nèi)的禁止位置是由三個(gè)坐標(biāo)和

48、圍繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度來決定的，因此，抓握物體的位置和方向能從理論上求得。根據(jù)資料的介紹，如果采用機(jī)械手，其機(jī)能要接近于人的上肢，則需要具有27個(gè)自由度，而每一個(gè)自由度至少要有一根“人造肌肉”來控制。我們不要那么多自由度，因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)際情況而言，控制的自由度越多，其各個(gè)部分也就越復(fù)雜，相應(yīng)的制造成本也就增加。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的機(jī)械手，它共有自由度5個(gè)。即：手臂前后伸縮、手臂上下伸縮、手臂左右旋轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)、

49、手指的抓握。</p><p><b>　　2.5.1加緊機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　機(jī)械手手爪是用來抓取工件的部件。手爪抓取工件時(shí)要滿足迅速、靈活、準(zhǔn)確可靠的要求。設(shè)計(jì)制造夾緊機(jī)構(gòu)——機(jī)械手，首先要從機(jī)械手的坐標(biāo)形式，運(yùn)行速度和加速度的情況來考慮。其夾緊力的大小則根據(jù)夾持物體的重量、慣性和沖擊力來計(jì)算。則同時(shí)考慮有足夠的開口尺寸，以適應(yīng)被抓物體的尺寸變化為擴(kuò)大機(jī)

50、械手的應(yīng)用范圍，還需備有多種抓取機(jī)構(gòu)，以根據(jù)需要來更換手爪。為防止損壞被夾的物體，夾緊力要限制在一定的范圍內(nèi)并鑲有軟質(zhì)墊片、彈性襯墊或自動(dòng)定心結(jié)構(gòu)。為防止突然斷電造成被抓物體落下，還可以有自鎖結(jié)構(gòu)。夾緊機(jī)構(gòu)本身則結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、動(dòng)作靈活、和工作可靠。</p><p>　　夾緊結(jié)構(gòu)形式多樣、有機(jī)械式、吸盤式和電磁式等。有的夾緊機(jī)構(gòu)還帶有傳感裝置和攜帶工具進(jìn)行操作的裝置。本設(shè)計(jì)采用機(jī)械式夾緊裝置。</

51、p><p>　　機(jī)械式夾緊是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類繁多。如按手指運(yùn)動(dòng)的方式和模仿人手的動(dòng)作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按夾持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動(dòng)力來源可分為彈簧式、氣動(dòng)式、液壓式等。本設(shè)計(jì)采用二指式手爪。由可編程控制器控制電磁閥動(dòng)作，從而控制手爪的開閉。手爪的回轉(zhuǎn)則用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)完成，同時(shí)通過兩個(gè)限位開關(guān)完成回轉(zhuǎn)角度的限位，一般可設(shè)置在180度。</

52、p><p><b>　　2.5.2 軀干</b></p><p>　　軀干有底盤和手臂兩部分組成</p><p>　　底盤是支撐機(jī)械手的全部重量并能帶動(dòng)手臂旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。底盤采用一個(gè)三相異步交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，底盤旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼盤旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)三度發(fā)出一個(gè)脈沖，由傳感器檢測(cè)并送入可編程控制器，從而計(jì)算底盤旋轉(zhuǎn)的角度。同時(shí)，在底盤上裝有限位開關(guān)

53、，最大旋轉(zhuǎn)角度可達(dá)180度。</p><p>　　手臂是機(jī)械手的主要部分，它是支撐手爪、工件使它們運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)手臂由橫軸和豎軸組成、可完成伸縮、升降的運(yùn)動(dòng)。手臂采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母來實(shí)現(xiàn)伸縮和升降運(yùn)動(dòng)。由可編程控制器發(fā)出信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)在兩軸的兩端分別加限位開關(guān)限位。采用絲杠、螺母結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)是易于自鎖、位置精度較高，傳動(dòng)效率較高。</p><p>　　2.5.3 旋

54、轉(zhuǎn)編碼盤</p><p>　　機(jī)械手底盤和軀干每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖，并把信號(hào)送回可編程控制器來得到轉(zhuǎn)過的準(zhǔn)確的角度。編碼盤的機(jī)構(gòu)如圖2-3</p><p>　　圖2-3 旋轉(zhuǎn)編碼盤</p><p>　　可以通過改變程序中計(jì)數(shù)器C0的初值來確定所要轉(zhuǎn)過的角度，這里可以通過用計(jì)算機(jī)讀出指令表，然后修改得到不同的控制角度。</p><p><

55、;b>　　2.5.4步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　　采用三相六拍混合式步進(jìn)電機(jī)來控制機(jī)械手的動(dòng)作，相比直流電機(jī)有更好的制動(dòng)效果，又加上滾珠絲桿和滑桿配合，使機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定。主要特點(diǎn)：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。本模型中采用串聯(lián)型接法，其電氣接線圖如圖2-4</p><p>　　圖2-4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)接線圖</p><

56、p>　　2.5.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制</p><p>　　用PLC控制三相六拍步進(jìn)電機(jī)，其控制要求如下：</p><p>　　三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三個(gè)繞組：A、B、C，</p><p>　　正轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋篈→AB→B→BC→C→CA→A</p><p>　　反轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋篈→CA→C→BC→B→AB→A</p><p

57、>　　以下以控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的上升和下降為例</p><p>　　采用移位指令進(jìn)行步進(jìn)控制，按照三相六拍的步進(jìn)順序，移位寄存器的初值見表2-1。</p><p><b>　　表2-1 </b></p><p>　　每左移1位，電機(jī)前進(jìn)一個(gè)布局角（一拍），完成六拍后重新賦初值</p><p>　　據(jù)此，可作出移位寄存器

58、的輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)繞組的狀態(tài)真值表，如表所示。從而得出三相繞組的控制邏輯關(guān)系式：</p><p>　　正轉(zhuǎn)時(shí)：A相 Y000=M31+M32+M36 反轉(zhuǎn)時(shí)：A相 Y000= M31+M32+M36 B相 Y001=M32+M33+M34 B相 Y001==M34+M35+M36 </p><p>　　C相 Y002=M34+M35+M3

59、6 C相 Y002= M32+M33+M34</p><p>　　表2-2 移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)繞組狀態(tài)真值表</p><p>　　2.6 電源與傳動(dòng)整體</p><p>　　本設(shè)計(jì)總體需求電機(jī)3種，電源3種，分別是步進(jìn)電機(jī)與鼠籠式三相異步電機(jī)。電源為380V、220V交流電源與24V直流電源。其中直流電源分屬電磁閥供電電源與PLC的DC2

60、4V電源。</p><p>　　2.6.1 控制電源</p><p>　　PLC的電源分AC220V與DC24V兩種。220V為直接接入電源，24V為工作控制電源。電磁閥工作電源為24V供電電源</p><p>　　2.6.2 傳動(dòng)整體</p><p>　　外部電機(jī)為傳送帶用電機(jī)，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶工作，貨物至擋板，再通過機(jī)械手抓取至下一傳

61、送帶。其圖如圖2-5</p><p>　　圖2-5 整體示意圖</p><p>　　第三章 PLC的介紹與選擇</p><p>　　對(duì)于機(jī)械手的控制系統(tǒng)可以采用多種方式，如繼電器控制、單片機(jī)控制、PLC控制等。但由于PLC可編程控制器操作靈活性強(qiáng)和穩(wěn)定性較好，所以，我們選擇PLC控制。</p><p>　　3.1 PLC的特點(diǎn)</p&g

62、t;<p>　　可編程控制器是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。</p><p>　　高可靠性（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；（2）各輸入端均采用R-C

63、濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10～20ms；（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。（5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選；（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大；（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。</p><p>　　豐富的I/O接口模塊PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)

64、場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。</p><p>　　采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，</p><p>　　絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模

65、塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。</p><p>　　編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。</p><p>　　安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相

66、應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。</p><p>　　總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 </p><p>

67、　　3.2 PLC的選型</p><p>　　對(duì)于PLC的選擇，我們必須考慮多方面的因素。例如輸入、輸出的最多點(diǎn)數(shù)，掃描速度，內(nèi)存容量，指令條數(shù)，功能模塊等。同時(shí)還要考慮其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性以及工作環(huán)境對(duì)其的影響。</p><p>　　3.2.1. 常用PLC介紹</p><p>　　PLC發(fā)展這么多年，技術(shù)成熟，各種型號(hào)的也很多，各個(gè)廠家生產(chǎn)的也有一定區(qū)別，各個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方

68、向也不同，所以我們必須根據(jù)自己設(shè)計(jì)需要，考慮如何選擇。</p><p>　　西門子的中國(guó)業(yè)務(wù)是其亞太地區(qū)業(yè)務(wù)的主要支柱，活躍在中國(guó)的信息與通訊、自動(dòng)化與控制、電力、交通、醫(yī)療、照明以及家用電器等各個(gè)行業(yè)中，其核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和工業(yè)解決方案。</p><p>　　歐姆龍S7-200系列PLC 突出的特點(diǎn)：可靠性高、操作簡(jiǎn)便；豐富的內(nèi)置集成功能；強(qiáng)勁通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊；簡(jiǎn)單、易

69、用的Micro/WIN編程軟件。</p><p>　　OMRON的可編程序控制器更加小型化。SYSMAC CPM1A的大小僅相當(dāng)于一個(gè)PC卡(對(duì)于10點(diǎn)的機(jī)型來說)，從而使安裝體積大幅度減小，同時(shí)也進(jìn)一步節(jié)省了控制柜的空間。它不僅具備了以往小型PLC所具備的功能，而且還可連接可編程序終端，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)創(chuàng)造了新的環(huán)境。編程環(huán)境與CQM1及SYSMAC A等機(jī)種相同。由于原有SYSMAC支持軟件及編程器都可繼續(xù)使用，故

70、而系統(tǒng)的擴(kuò)展及維護(hù)都可簡(jiǎn)單進(jìn)行。</p><p>　　三菱FX系列可編程控制器是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在FX中，除基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形土編程及對(duì)應(yīng)機(jī)械動(dòng)作流程進(jìn)行順序設(shè)計(jì)的SFC順序功能圖編程，而且這些程序可互相轉(zhuǎn)換。在FX系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。其FX2N PLC還可以采用作為擴(kuò)展設(shè)備的硬件

71、計(jì)數(shù)器，可獲取最高50kHz的高速脈沖。</p><p>　　3.2.2. 確定型號(hào)FX2N－64MT</p><p>　　綜上，對(duì)于被控對(duì)象，采用PLC系統(tǒng)與采用其它形式的控制系統(tǒng)相比較，力求具有較好的性價(jià)比，使用和維修方便；選用的PLC主機(jī)和配置、控制功能等必須能滿足被控對(duì)象的各種控制要求；選用的PLC主機(jī)及配置必須是功能較強(qiáng)的新一代PLC機(jī)型，一般最好不要選用舊機(jī)型（若采用三菱公司的

72、PLC，則選FX系列，不選F1系列）。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮將來工藝的變化和擴(kuò)展，在滿足確定的要求外，留有一定的余量；確保整個(gè)控制系統(tǒng)可靠。還要考慮大家對(duì)產(chǎn)品的熟悉程度，以及編程指令的易懂性。在此，我選用三菱FX2N來做控制核心。FX系列PLC是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC產(chǎn)品。其中FX2是近年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC，近幾年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超

73、小型機(jī)殼內(nèi)的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有較高的性能價(jià)格比，應(yīng)用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.2.3 三菱FX系列的結(jié)構(gòu)功能</p><p>　　可編程控制器是一種工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，它的結(jié)構(gòu)原理與微型計(jì)算機(jī)相似。硬件構(gòu)成有微處理器、存儲(chǔ)器和各種輸入、輸出接口。系統(tǒng)程序和接口器件又與微機(jī)不同，這使它

74、的操作使用方法、編程語言、工作方式等與微型機(jī)有所不同。PLC是用微處理器實(shí)現(xiàn)繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器以及A/D、D/A模擬轉(zhuǎn)換器件的組合體的功能，采用軟件編程進(jìn)行它們之間的聯(lián)系。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用FX系列PLC作為控制核心，所以現(xiàn)在就以它來講述PLC的應(yīng)用知識(shí)、操作技能。FX系列PLC硬件組成與其它類型PLC基本相同，主體由三部分組成，其PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖3-1系統(tǒng)電源有些在CPU模塊內(nèi)，也有單獨(dú)作

75、為一個(gè)單元的，編程器一般看作PLC的外設(shè)。PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。</p><p>　　圖3-1 PLC 的組成框圖</p><p>　　外部開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)以及各種傳感器檢測(cè)信號(hào)作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC的輸入端子進(jìn)入PLC的輸入存儲(chǔ)器，收集和暫存被控對(duì)象實(shí)際運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào)和數(shù)據(jù)；經(jīng)PLC內(nèi)部運(yùn)算與處理后，按被控對(duì)象實(shí)際動(dòng)作要求產(chǎn)生輸出結(jié)果；輸出結(jié)果送到輸

76、出端子作為輸出變量，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PLC的各個(gè)部分協(xié)調(diào)一致地實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。 </p><p>　　PLC輸入輸出接口的安全保護(hù)</p><p>　　當(dāng)輸出口連接電感類設(shè)備時(shí)，為了防止電路關(guān)斷時(shí)刻產(chǎn)生高壓對(duì)輸入、輸出口造成破壞，應(yīng)在感性元件兩端加保護(hù)元件。對(duì)于直流電源，應(yīng)并接續(xù)流二極管，對(duì)于交流電路應(yīng)并接阻容電路。阻容電路中電阻可取51～120Ω，電容取0.1～0.47μF，電容的額

77、定電壓應(yīng)大于電源的峰值電壓。續(xù)流二極管可選1A的管子，其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的3倍。下圖為輸入輸出口的保護(hù)環(huán)節(jié)示意圖。</p><p>　　圖3-2 輸入輸出口的保護(hù)</p><p>　　第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動(dòng)

78、控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來，在手動(dòng)方式時(shí)可以通過手動(dòng)按鈕來實(shí)現(xiàn)，其控制面板如下圖。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到右上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向連續(xù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖4-1 控制面板示意圖</p><p>　　4.1.1 PLC梯形圖中的編程元件</p

79、><p>　　設(shè)計(jì)選用FX2N－64MT，其輸入繼電器（X）32點(diǎn)，輸出繼電器(Y)32點(diǎn)，輔助繼電器(M)3000點(diǎn)，狀態(tài)繼電器(S)1000點(diǎn)，定時(shí)器(T)256點(diǎn)，計(jì)數(shù)器(C)，數(shù)據(jù)寄存器(D)等。</p><p><b>　　特殊輔助繼電器</b></p><p>　　M8000——運(yùn)行監(jiān)控（PLC運(yùn)行時(shí)自動(dòng)接通，停止時(shí)斷開）；</

80、p><p>　　M8002——初始脈沖（僅在PLC運(yùn)行開始時(shí)接通一個(gè)掃描周期）；</p><p>　　M8005——PLC后備鋰電池電壓過低時(shí)接通；</p><p>　　M8011——10ms時(shí)鐘脈沖； M8012——100ms時(shí)鐘脈沖；</p><p>　　M8013——1s時(shí)鐘脈沖； M8014——1

81、min時(shí)鐘脈沖。</p><p>　　4.1.2 PLC的I/O分配</p><p>　　根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作的要求，輸入、輸出分配如表所示。</p><p>　　表4-1 PLC輸入/輸出分配表</p><p>　　4.1.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)的外部接線圖</p><p>　　PLC外部電氣接線圖如下圖4-2</p&g

82、t;<p>　　圖4-2 PLC外部電氣接線圖</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的程序總體結(jié)構(gòu)如圖，分為公用、自動(dòng)、手動(dòng)程序和回原位程序等四部分。其自動(dòng)程序包括單步、連續(xù)運(yùn)動(dòng)程序，因工作順序相同所以可將它們和編在一起。CJ（FNC00）是條件跳轉(zhuǎn)應(yīng)用指令，指針標(biāo)號(hào)PX是其操作數(shù)。該指令由于某種條件下跳過CJ指令和指針標(biāo)

83、號(hào)之間的程序，從指針標(biāo)號(hào)處繼續(xù)執(zhí)行，以減少程序執(zhí)行時(shí)間。如果選擇“手動(dòng)”工作方式，即X0為</p><p>　　ON，X1為OFF則PLC執(zhí)行完公用程序后將跳過自動(dòng)程序到P0處，由于X0動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開所以直接執(zhí)行“手動(dòng)程序”。由于P1處的X1的動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，所以又跳過回原位程序到P2處。如果選擇“回原位”工作方式，同樣只執(zhí)行公用程序和回原位程序，如果選擇“連續(xù)”方式，則只執(zhí)行公用程序和自動(dòng)程序</p>

84、<p>　　圖4-3 程序總的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.2.1 公用程序</p><p>　　公用程序如圖4-4，簡(jiǎn)要說明如下：當(dāng)Y6置位（電磁閥松開）、后限位X21和上限位X17接通時(shí)，輔助繼電器M0變?yōu)镺N，表示機(jī)械手在原位。如果開始執(zhí)行用戶程序（M8002為ON）、系統(tǒng)處于手動(dòng)或回原位狀態(tài)（X0或X1為ON），那么初始步對(duì)應(yīng)的M10被置位，連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如

85、果M0為OFF，M10被復(fù)位，系統(tǒng)不能進(jìn)入連續(xù)工作方式。指令ZRST是成批復(fù)位應(yīng)用指令，以防止系統(tǒng)從自動(dòng)方式轉(zhuǎn)換手動(dòng)方式，再返回自動(dòng)方式時(shí)出現(xiàn)兩種不同的活動(dòng)步。</p><p>　　圖4-4 公用程序梯形圖</p><p>　　4.2.2 自動(dòng)操作程序</p><p>　　自動(dòng)操作順序功能流程圖見圖4-5所示。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，按啟動(dòng)X4接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S1，驅(qū)動(dòng)

86、前伸，當(dāng)?shù)竭_(dá)前限位使行程開關(guān)X20接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S2，而S1自動(dòng)復(fù)位。驅(qū)動(dòng)手順轉(zhuǎn)Y7，X24接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S3，驅(qū)動(dòng)下降Y2或C0計(jì)數(shù)到時(shí)，X16接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S4，S4驅(qū)動(dòng)Y6置位，延時(shí)1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S5，驅(qū)動(dòng)上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位X17接通或C3計(jì)數(shù)到時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S6。S6驅(qū)動(dòng)后退。移到后限位X21，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S7底逆轉(zhuǎn)Y12，狀態(tài)到S8，X20接通或C4計(jì)數(shù)到時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S9手逆轉(zhuǎn)

87、。手逆轉(zhuǎn)到位，X25接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S10下降，下降到最低位，X16接通或C3計(jì)數(shù)到時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S11電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時(shí)1秒。延時(shí)時(shí)間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S12上升。上升到最高位，X17接通或C3計(jì)數(shù)到時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S13后退。后退到后限位，使X21接通或C4計(jì)數(shù)到時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S14，底盤順轉(zhuǎn)是X21接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動(dòng)作。</p><p>　　在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注

88、意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動(dòng)的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。</p><p>　　自動(dòng)連續(xù)程序說明：當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)連續(xù)方式時(shí)，X2為ON，它的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，在初始步時(shí)按下啟動(dòng)按鈕X4，M1得電并保持，就按照?qǐng)D4-5自動(dòng)功能圖進(jìn)行工作。按下停止按鈕X7后，M1變?yōu)镺FF，系統(tǒng)不會(huì)立即停止，而是完成當(dāng)前的工作周期后，機(jī)械手最終停止在

89、原位。</p><p>　　根據(jù)自動(dòng)功能流程圖的順序編寫的自動(dòng)程序梯形圖為圖4-5。</p><p>　　圖4-5 自動(dòng)功能流程圖</p><p>　　根據(jù)自動(dòng)功能流程圖的順序編寫的自動(dòng)程序梯形圖為圖4-6。</p><p><b>　　`</b></p><p>　　圖4-6自動(dòng)程序段梯形圖&l

90、t;/p><p>　　4.2.3手動(dòng)單步操作程序　</p><p>　　如下圖所示。圖中上升/下降，左移/右移都有連鎖和限位保護(hù)。</p><p>　　手動(dòng)程序說明：用對(duì)應(yīng)機(jī)械手的上下前后移動(dòng)和夾緊松開按鈕。按下不同的按鈕，機(jī)械手執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。在前后移動(dòng)的程序中串聯(lián)上線位置開關(guān)的動(dòng)合觸點(diǎn)是為了避免機(jī)械手在較低位置移動(dòng)時(shí)碰撞其他工件。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，程序之間還進(jìn)行必

91、要的連鎖。</p><p>　　圖4-7手動(dòng)程序梯形圖</p><p>　　4.2.4 回原位程序</p><p>　　回原位程序；在系統(tǒng)處于回原位工作狀態(tài)時(shí)，按下回原位按鈕（X3），M3變?yōu)镺N，機(jī)械手松開和上升，當(dāng)升到上限位（X17變?yōu)镺N），機(jī)械手后退，直到后限位（X21為ON）才停止，并且M3復(fù)位。</p><p>　　圖4-8回原位

92、程序梯形圖</p><p>　　梯形圖程序經(jīng)過檢驗(yàn)語法錯(cuò)誤以及邏輯上的可靠性后,編譯成指令表，以便后傳入PLC中。并可以運(yùn)用軟件在線監(jiān)測(cè)PLC的運(yùn)行情況，同時(shí)可以用手持編程器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求修改程序中的各參數(shù)，達(dá)到任意位置停止的目的。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b&g

93、t;</p><p>　　[1] 吳明亮，蔡夕忠.可編程控制實(shí)訓(xùn)教材[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.8</p><p>　　[2] 張桂香.機(jī)電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1</p><p>　　[3] 瞿大中. 可編程控制與實(shí)驗(yàn)[P].華中科技大學(xué)出版社,2002.12.</p><p>　　[4] 程

94、周. 可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2002.8：99-102</p><p>　　[5] 郁漢琪，郭健. 可編程序控制器原理及應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2004：88-90</p><p>　　[6] 黃凈. 電氣及PLC控制技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社：72</p><p>　　[7] PLC與自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]. Be

95、rlin：The Modern Machinery Weekly.2008：49-61</p><p>　　[8] 王孫.關(guān)節(jié)式機(jī)械手本體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].西安交大機(jī)械電子工程研究所,CN 44-1259/TH. </p><p>　　[9] 高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例[M]. 北京：人民郵電出版社，2004.7：7-10</p><p>　　[10

96、] 廖常初主編.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M]，重慶大學(xué)出版社，2007年</p><p>　　[11] 劉介才主編.工廠供電[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.12 </p><p>　　[12] 李發(fā)海，王巖.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)，第3版.北京：清華大學(xué)出版社，2005.8</p><p>　　[13] 張曉娟主編.工廠電氣控制設(shè)備，北京：電子工業(yè)出版社，2007.