《機(jī)電專業(yè)畢業(yè)論文--多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)電專業(yè)畢業(yè)論文--多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc（30頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、摘 要本設(shè)計(jì)選擇西門子S7-200系列PLC設(shè)計(jì)出完整的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)。硬件部分介紹了利用PLC進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟；軟件部分闡述了程序設(shè)計(jì)思路，并給出部分梯形圖。本系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)線上，利用機(jī)械手執(zhí)行傳遞軸承等動作。關(guān)鍵詞S7-200；PLC； 多關(guān)節(jié)；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； Abstract The design choices Siemens S7-200 series PLC to design a complete multi-joint robot control system. Hardware section describes the use of PLC control sy

2、stem design steps; software part of the described programming ideas, and give part of the ladder. The system used in the production line, the mechanical hand movements such as the implementation of transmission bearings.KeywordsS7 200；PLC; Multi-joint; control system design; 目錄摘 要1目錄21. 概述31.1 多關(guān)節(jié)機(jī)械

3、手簡介31.2 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能要求42. 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)62.1 多環(huán)節(jié)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)62.2 多關(guān)節(jié)機(jī)械手的工作原理73. 硬件系統(tǒng)配置93.1 PLC選型103.2 PLC的I/O資源配置103.3 其他資源配置124. 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)134.1 總體流程設(shè)計(jì)134.2 各個模塊梯形圖設(shè)計(jì)145. 安裝調(diào)試方面的問題286. 總結(jié)28參考文獻(xiàn)281. 概述1.1 多關(guān)節(jié)機(jī)械手簡介隨著我國工業(yè)自動化水平的不斷提高，在機(jī)械加工與制造領(lǐng)域，以及各種裝配與包裝自動化生產(chǎn)線上，機(jī)械手的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。機(jī)械手通常擔(dān)負(fù)著上料、下料，搬動或裝卸零件的重復(fù)動作等，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。由于PLC順序控制

4、具有系統(tǒng)簡單、可靠、控制靈活方便等特點(diǎn)，而且PLC從誕生之日起，最基本，最普遍的應(yīng)用領(lǐng)域就是在工業(yè)環(huán)境下的順序控制，因此，基于PLC順序控制的機(jī)械手在工業(yè)自動化領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)械手也被稱為自動手，能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，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。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。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

5、型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個自由度。 多關(guān)節(jié)機(jī)械手指的是利用關(guān)節(jié)連接兩個相鄰的剛體，關(guān)節(jié)提供連桿之間的相對運(yùn)動，在這個機(jī)構(gòu)中，關(guān)節(jié)多是其中的一個特點(diǎn)，正是由于關(guān)節(jié)多，所以它的抓握功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)的夾鉗式等機(jī)械手。它可以完成對不同形狀，不規(guī)則工件的抓握。多關(guān)節(jié)機(jī)械手有多種結(jié)構(gòu)，其中最理想的也

6、是應(yīng)用最多的就是類似于人手的機(jī)構(gòu)，這樣的機(jī)構(gòu)能模擬人手抓握的情況。與傳統(tǒng)機(jī)械手相比，多關(guān)節(jié)機(jī)械手具有動作靈活、運(yùn)動慣性小、通用性強(qiáng)、能抓取靠近機(jī)座的工件，并能繞過集體和工件機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作等優(yōu)點(diǎn)。1.2 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能要求在機(jī)械行業(yè)中，大部分產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線不是采用人工裝配的形式就是采用傳統(tǒng)的繼電器式的控制系統(tǒng)，公認(rèn)的勞動強(qiáng)度大，產(chǎn)品質(zhì)量不易保證，同時繼電器經(jīng)過長期使用后，容易發(fā)生故障，維修工作量大，而且生產(chǎn)控制靈活性差、控制過程復(fù)雜、控制過程不易改變。在裝配線上采用PLC控制多關(guān)節(jié)機(jī)械手可以完成精確定位的要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人的工作量，由于PLC編程簡單、組合靈活、

7、可靠性高、控制靈活性高，可根據(jù)控制流程的不同，方便地改變控制順序來滿足工藝要求。軸承裝配是軸承生產(chǎn)過程中的最后且極為重要的環(huán)節(jié)，而軸承壓蓋機(jī)則是裝配線上較為復(fù)雜的部分。本課題講述的是利用多關(guān)節(jié)機(jī)械手在一個軸承裝配線上，通過PLC控制機(jī)械手的動作，完成取軸承、加蓋及轉(zhuǎn)移工件，最后控制壓蓋機(jī)完成壓蓋的整個過程。如圖1所示為某一生產(chǎn)線上機(jī)械手的工作示意圖。圖1 機(jī)械手的工作示意圖該機(jī)械手在生產(chǎn)線上的主要任務(wù)是，將軸承從傳送帶1轉(zhuǎn)移到傳送帶2上，然后將蓋放置于軸承之上，最后經(jīng)過壓蓋機(jī)加工，完成呢個軸承裝配的一部分加工。整個工作過程機(jī)械手包括以下動作：手臂上升手臂下降手爪抓緊手爪放松手臂左旋手臂右旋。多

8、關(guān)節(jié)機(jī)械手完成以上動作主要是通過機(jī)械控制來實(shí)現(xiàn)的，即利用PLC控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動和電磁閥的通斷，電動機(jī)的轉(zhuǎn)動來驅(qū)動機(jī)械手臂的左右旋轉(zhuǎn)，電磁閥驅(qū)動氣缸的升降控制手臂的上升和下降，多關(guān)節(jié)機(jī)械手的工作過程如圖2圖2 多關(guān)節(jié)機(jī)械手簡單工作過程示意圖（1）手臂上升：使機(jī)械手相對工作臺向上移動，提高它的高度，以滿足抓取工件的高度要求。（2）手臂下降：使機(jī)械手相對于工作臺向下移動，降低它的高度，以滿足放置工件的高度要求。 （3）手爪抓緊：使多關(guān)節(jié)機(jī)械手抓緊工件，以便完成工件抓起的要求。 （4）手臂放松：使多關(guān)節(jié)機(jī)械手放松工件，以便完成工件松開的要求。（5）手臂左旋：使機(jī)械手在不改變高度的情況下，相對于工作臺向

9、左旋轉(zhuǎn)，以便完成工件移動的要求。（6）手臂右旋：使機(jī)械手在不改變高度的情況下，相對于工作臺向右旋轉(zhuǎn)，以便完成再次抓取工件的要求。由于PLC得抗干擾能力強(qiáng)，所以能在惡劣的工作環(huán)境中，可靠地完成控制人物，為了使設(shè)備便于安裝、調(diào)試，以，以及從經(jīng)濟(jì)角度考慮，設(shè)計(jì)出如圖3所示的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能圖。對于機(jī)械手部分，在上文已作過比較詳細(xì)的介紹，在電氣柜中，主要將一些儀器、儀表置之其中，既減少外界工業(yè)環(huán)境的影響，又方便檢測、維修。電氣控制柜結(jié)構(gòu)如圖4所示，電氣柜中的部分線路與機(jī)械結(jié)構(gòu)連接，通過繼電器、電磁閥等器件對電動機(jī)、氣缸等進(jìn)行控制，還有一部分與控制臺的按鈕連接。在電氣柜內(nèi)部，需要安裝一些顯示儀

10、表及一些驅(qū)動轉(zhuǎn)換電路板，這些儀器表用來顯示和調(diào)試機(jī)械手基本參數(shù)，例如，電流，電壓。電路板則用于轉(zhuǎn)換、放大各類傳感器的信號，并用PLC的控制信號驅(qū)動外部的機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如，氣缸等設(shè)備。圖3 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能原圖圖4 電氣柜的結(jié)構(gòu)2. 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)多關(guān)節(jié)機(jī)械手主要包括兩個方面：一個是機(jī)械方面的設(shè)計(jì)；另一個就是電氣控制方面的設(shè)計(jì)。這兩個方面既相互獨(dú)立，又有很多聯(lián)系，在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的時候不僅需要電器部分是否能夠?qū)崿F(xiàn)，而且也需要考慮是否存在加工時的問題；在設(shè)計(jì)電氣部分時，也需要考慮是否有這樣的機(jī)械機(jī)構(gòu)能夠滿足要求。2.1 多環(huán)節(jié)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu) 多指多關(guān)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)是最理想的機(jī)器人手爪,其每個手指

11、的各個關(guān)節(jié)都各有一臺獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動,并配有傳感和控制系統(tǒng),使手爪能完全模擬人手動作。 下面介紹的是一種目前常用設(shè)計(jì)且設(shè)計(jì)比較成熟的機(jī)械手，簡略描述機(jī)械手幾個關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)過程。2.1.1 多關(guān)節(jié)機(jī)械手機(jī)座的設(shè)計(jì)該機(jī)械手主要由機(jī)座和手臂兩部分組成。幾座的主要任務(wù)是支撐和完成手臂回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)其在摸個空間的運(yùn)動。電動機(jī)固定在基座上，機(jī)座和大臂由轉(zhuǎn)動靈活的交叉轉(zhuǎn)子軸承連接，大臂的上端關(guān)節(jié)用于支撐小臂。機(jī)座的外形采用方形機(jī)構(gòu)，電動機(jī)固定在機(jī)座上，通過諧波減速器把動力傳送到固定在大臂上的齒輪，帶動大臂在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)。2.1.2. 多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)此機(jī)械手臂的動力靠同步帶傳遞，他的運(yùn)動通過臂關(guān)節(jié)的擺轉(zhuǎn)

12、來進(jìn)行，為保證同步帶傳輸?shù)倪B接性和關(guān)節(jié)的正常擺轉(zhuǎn)。當(dāng)手臂運(yùn)動到所需要的位置時，通過控制器使電磁鐵帶電，離合齒受到吸引力向右轉(zhuǎn)動而脫離，并于牙嵌盤嚙合；同時制動器張之洞，使整個手臂在制動器的作用下達(dá)到平衡，關(guān)節(jié)停止擺轉(zhuǎn)，手臂停止在所需要的位置上。2.1.3 多關(guān)節(jié)機(jī)械手的平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)以外，機(jī)械手的平衡設(shè)計(jì)也很重要。由于在機(jī)械手的操作過程呢個中會有回轉(zhuǎn)等動作，此時就需要利用力矩平衡的原理來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)器人系統(tǒng)最簡單的平衡方式就是配置平衡，這是一種作為工業(yè)機(jī)器人的平衡方式為氣動平衡。在這個機(jī)械手中，采用同步帶將動力傳遞給各關(guān)節(jié)，為了保證手臂的精確定位和平穩(wěn)性，在各關(guān)節(jié)處都設(shè)有一個

13、電磁制動平衡系統(tǒng)。電磁制動平衡系統(tǒng)裝在關(guān)節(jié)內(nèi)部，其離合齒的離與合隨著控制信號的變化而變動。當(dāng)電磁鐵得到電時離合齒脫離，同時使制動器制動而平衡手臂，手臂就停止運(yùn)動。當(dāng)電磁鐵失電時離合齒在彈簧力的作用下嚙合，同時制動器打開，手臂恢復(fù)運(yùn)動。當(dāng)手臂運(yùn)動到所需要的位置時，通過控制器使電磁鐵帶電吸引離合器右移，將離合器脫離，使得制動器開始制動，停止關(guān)節(jié)的擺轉(zhuǎn)，令手臂停在設(shè)定的位置上。2.2 多關(guān)節(jié)機(jī)械手的工作原理 在此機(jī)械手中，電動機(jī)被置于機(jī)座上，電動機(jī)啟動后，通過諧波減速器將動力傳遞給固定在大臂上的齒輪，帶動大臂在內(nèi)部有圓錐齒輪和帶輪，動力通過齒輪傳到圓錐齒輪和同步帶上，再由同步帶將動力傳給各關(guān)節(jié)，從而

14、帶動機(jī)械手爪的運(yùn)動，完成對工件的操作。 現(xiàn)在研究和應(yīng)用較多的是五指十五關(guān)節(jié)手爪結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖5圖5五指十五關(guān)節(jié)手爪結(jié)構(gòu)原理這個類型的多關(guān)節(jié)機(jī)械手，采用的是機(jī)器人手爪，每個手指的各關(guān)節(jié)都有一臺相互獨(dú)立的直流電動機(jī)驅(qū)動，并且每個手指都配有傳感器和控制系統(tǒng)，這樣每個手指的動作都是互不影響的，使手爪能夠模擬人手的動作可以抓取各種形狀的工件。如果抓取的工件形狀不規(guī)則，工件的中心與手爪的中心不相同，這時就可以利用五個手指相互獨(dú)立的特點(diǎn)。它們的彎曲程度可以不同，因此對工件的形狀具有適應(yīng)性。先接觸到工件的手指關(guān)節(jié)由于先收到較大的壓力而無法繼續(xù)壓緊之后，其他未接觸的手指仍然可以繼續(xù)彎曲，直到所有的手指都接觸到

15、物體，因此可以完全抓緊工件，同時由于有傳感器的檢測，所以不會因?yàn)樽ト」ぜ淖チμ笤斐蓪ぜ膿p害。 多指多關(guān)節(jié)機(jī)械手爪抓規(guī)則形狀物體和不規(guī)則形狀物體的工作示意圖如圖6所示圖6抓握原理示意圖 直流電動機(jī)啟動后，通過諧波減速器減速后，帶懂動絲杠旋轉(zhuǎn)使螺母在導(dǎo)向桿中上下移動，同時落幕的移動帶動連接五個手指的第一指節(jié)運(yùn)動。五個手指安裝在彈性支座上，同時在彈性支座上還有五根拔桿連接第二指節(jié)上的凹槽，這樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以使第一指節(jié)在運(yùn)動的時候，使第二指節(jié)圍繞第一、二指節(jié)間的關(guān)節(jié)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了一個電動機(jī)控制多指的要求。同樣在第一指節(jié)的下端裝有固定拔桿與第三指節(jié)的凹槽連接，實(shí)現(xiàn)了第三指節(jié)同時隨第一、二指節(jié)的轉(zhuǎn)動

16、而繞第二、三指節(jié)間的關(guān)節(jié)軸運(yùn)動，從而形成了指節(jié)聯(lián)動的控制結(jié)構(gòu)。3. 硬件系統(tǒng)配置前兩節(jié)敘述了多關(guān)節(jié)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)，本節(jié)主要根據(jù)上節(jié)所述的功能要求配置所需要的控制系統(tǒng)，按照終止系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計(jì)出如圖7所示的控制系統(tǒng)的硬件框圖。在此系統(tǒng)中僅靠PLC主機(jī)是無法完成呢個控制要求的，因此擴(kuò)展了一個I/O和兩個模擬量輸入輸出模塊，以及兩個光電開關(guān)和一個可控電動機(jī)。 圖7 控制系統(tǒng)的硬件框圖3.1 PLC選型根據(jù)系統(tǒng)的控制要求并從經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面來考慮，選擇西門子S7-200系列PLC作為此多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。在西門子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224

17、、CPU226、CPU226XM等之分。本設(shè)計(jì)所用多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)共有18/個數(shù)字量輸入，9個數(shù)字量輸出，共27點(diǎn)I/O點(diǎn)數(shù)，以及程序容量，選擇了CPU224作為其主機(jī)。3.2 PLC的I/O資源配置根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，對PLC進(jìn)行I/O及其他資源的分配，具體分配如下。3.2.1 數(shù)字量輸入部分在這個控制系統(tǒng)中，要求數(shù)字輸入的有急停按鈕、手動/自動按鈕，以及上、下、左、右限位開關(guān)、光電開關(guān)等共18個輸入點(diǎn)，具體分配如表1所示。 表1 數(shù)字輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備10.0高速脈沖輸入11.1自動啟動10.1急停按鈕11.2上升限位開關(guān)10.2手動/自動11.3下降限位

18、開關(guān)10.3手臂上升11.4左旋限位開關(guān)10.4手臂下降11.5右旋限位開關(guān)10.5手臂左旋12.0傳送帶1光電開關(guān)10.6手臂右旋12.1傳送帶2光電開關(guān)10.7手爪抓緊12.2傳送帶2啟動11.0手爪松開12.3壓蓋機(jī)啟動3.2.2 模擬量輸入部分在這個系統(tǒng)中需要采集手指上傳感器的信號，所以擴(kuò)展了兩個模擬量輸入模塊，一共有5個模擬量的輸入，具體分配如表2所示。 表2 模擬量輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備AIWO傳感器1AIWO傳感器4AIWO傳感器2AIWO傳感器5AIWO傳感器33.2.3 數(shù)字量輸出部分這個控制系統(tǒng)的外部設(shè)備主要由上升/下降電磁閥、左旋/右旋繼電器、抓緊/

19、松開電磁閥，以及控制傳送帶2啟停的繼電器，共9個數(shù)字量輸出，具體分配如表3所示。 表3 數(shù)字輸出地址分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備Q0.0高速脈沖輸出Q0.5抓緊電磁閥Q0.1上升電磁閥Q0.6松開電磁閥Q0.2下降電磁閥Q0.7傳送帶2繼電器Q0.3左旋繼電器Q1.0壓蓋機(jī)繼電器Q0.4右旋繼電器3.3 其他資源配置要完成系統(tǒng)的功能除了PLC及其擴(kuò)展模塊以外，還需要各種限位開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器及編碼盤等儀器設(shè)備。 3.3.1 各種限位開關(guān)在此系統(tǒng)中，共用了4個限位開關(guān)：上升限位開關(guān)、下降限位開關(guān)、左旋限位開關(guān)和右旋限位開關(guān)。限位開關(guān)主要是用來控制機(jī)械手在運(yùn)動過程中的停止時刻和位置。3

20、.3.2 光電開關(guān)在傳送帶1和傳送帶2上各有一個光電開關(guān)，此開關(guān)的作用主要用來指示工件是否到位。傳送帶1上的光電開關(guān)并用于檢測工件是否到機(jī)械手可操作的工位，若到位則傳送帶1停止，等待工件被取走；傳送帶2上的光電開關(guān)則置于壓蓋機(jī)處，當(dāng)工件到達(dá)壓蓋及時，傳送帶2停止，對工件進(jìn)行壓蓋操作，操作結(jié)束后等待下一個工件。3.3.3 傳感器此系統(tǒng)應(yīng)用的是多關(guān)節(jié)機(jī)械手，由于要適應(yīng)各種形狀的工件，所以要在手指受力的部分安裝壓力傳感器，將壓力值轉(zhuǎn)換為電壓值傳入PLC，然后進(jìn)行判斷，防止抓緊時壓力過大對工件造成損壞。3.3.4 各種電磁閥此系統(tǒng)中機(jī)械手手臂的上升和下降是用氣缸來實(shí)現(xiàn)的，使用一個氣缸、一個電磁閥就能實(shí)

21、現(xiàn)手臂的上升和下降，相對利用電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)升降，氣缸控制簡單方便。多關(guān)節(jié)機(jī)械手手爪的抓緊和松開共用了四個電磁閥。（1）上升電磁閥：控制氣缸驅(qū)動機(jī)械手手臂上升到設(shè)定位置。（2）下降電磁閥：控制氣缸驅(qū)動機(jī)械手手臂下降到設(shè)定位置。（3）抓緊電磁閥：控制電動機(jī)使機(jī)械手手爪做抓緊動作。（4）松開電磁閥：控制電動機(jī)使機(jī)械手手爪做松開動作。3.3.5 各種繼電器此系統(tǒng)中，傳送帶2并不需要時刻連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)傳送，并且也不可能一直連續(xù)地傳送物品，而是根據(jù)機(jī)械手的控制系統(tǒng)來控制傳送帶2的工作與否，該在什么時候啟動傳送，該在什么時候停止傳送。因此，就必須要在傳送帶2的電動機(jī)部分裝一個可以控制電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和停止的繼電

22、器，再連接到PLC以控制接觸器，最后達(dá)到控制目的。壓蓋機(jī)同樣也不需要時時刻刻工作，因此在壓蓋機(jī)附近放置的光電開關(guān)，可以將工作到位的信號傳至PLC，從而控制傳送帶2的停止，并且控制壓蓋機(jī)在工件到位的情況下工作。3.3.6 編碼盤在此系統(tǒng)中，需要對機(jī)械手進(jìn)行精確定位，所以在手臂左右轉(zhuǎn)動的時候，要將電動機(jī)反饋的信號同PLC發(fā)出的信號相比較，以檢測是否手臂準(zhǔn)確到位。3.3.7 各種按鈕急停按鈕采用帶鎖的，常閉觸點(diǎn)，按下后旋轉(zhuǎn)復(fù)位；手動/自動按鈕采用旋鈕，一邊常閉，一邊常通；其余按鈕采用觸點(diǎn)觸發(fā)方式，按下即接通，松開即復(fù)位。 4. 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 總體流程設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，此機(jī)械手工作時的動作

23、有以下幾個步驟。（1）旋鈕置于自動方式，按下啟動按鈕，工作臺開始工作。（2）機(jī)械手在氣缸的驅(qū)動下上升至設(shè)定位置，同時傳送帶1開始運(yùn)行。（3）機(jī)械手在到達(dá)設(shè)定的高度后，手臂開始左旋至設(shè)定位置，同時傳送帶1上的光電開關(guān)檢測工件是否到位。（4）若傳送帶1上的工件到位，則機(jī)械手在氣缸上的驅(qū)動下下降至設(shè)定位置；如果工件未到位，則機(jī)械手在上限位置等待工件到位。（5）工件到位后，機(jī)械手下降至設(shè)定位置后，機(jī)械手爪開始抓緊工件。（6）手爪抓緊工件后，機(jī)械手上升至設(shè)定位置。（7）上升到位后，機(jī)械手開始右旋設(shè)定位置。（8）手臂右旋到位后，開始下降至設(shè)定位置。（9）下降到位后，手爪松開，放下工件，同時開始計(jì)時，時間為

24、5秒。（10）放下工件后機(jī)械手再次上升至設(shè)定位置。（11）上升到位后，手爪抓緊端蓋。（12）下降至設(shè)定位置，手爪松開將端蓋置于工件之上。（13）定時時間到，傳送帶2啟動，將工件送到端蓋處。（14）工件到位，傳送帶2停止，壓蓋機(jī)工作。若沒有收到停止信號，則機(jī)械手上升，繼續(xù)重復(fù)步驟（2）到（14）；若受到停止信號，則停止所有PLC設(shè)備，使多關(guān)節(jié)機(jī)械手的所有動作停止。4.2 各個模塊梯形圖設(shè)計(jì) 當(dāng)軟件總體流程圖設(shè)計(jì)完成之后，就需要對各個控制系統(tǒng)進(jìn)行分解細(xì)化，這樣在程序編寫時就會簡介明了，最后聯(lián)合起來調(diào)試時也便于發(fā)現(xiàn)問題。當(dāng)控制過程特別復(fù)雜的時候采用模塊化設(shè)計(jì)，就顯得尤為重要。采用模塊化的設(shè)計(jì)，調(diào)試時

25、先調(diào)試摸個模塊的功能，可以及早發(fā)現(xiàn)問題，到最后聯(lián)調(diào)時若出現(xiàn)問題就可以很快找出原因及時解決。程序中用到的元件及設(shè)置如表4所示 表4 元件設(shè)置編號意義內(nèi)容備注M0.0急停標(biāo)志on有效M0.1手動標(biāo)志on有效M0.2自動標(biāo)志on有效M1.0機(jī)械手上升標(biāo)志on有效M1.1手臂左旋標(biāo)志on有效M1.2機(jī)械手下降標(biāo)志on有效M1.3手爪抓緊工件狀態(tài)on有效M1.4機(jī)械手上升標(biāo)志on有效M1.5手臂右旋標(biāo)志on有效M1.6機(jī)械手下降標(biāo)志on有效M1.7手抓松開工件標(biāo)志on有效M2.0機(jī)械手上升標(biāo)志on有效M2.1手爪抓緊端蓋標(biāo)志on有效M2.2機(jī)械手下將標(biāo)志on有效M2.3手爪松開端蓋標(biāo)志on有效M2.4傳

26、送帶2啟動狀態(tài)on有效M2.5壓蓋機(jī)啟動狀態(tài)on有效T37一個循環(huán)結(jié)束后等待時間on有效VW01#傳感器值存儲單元on有效VW22#傳感器值存儲單元on有效VW43#傳感器值存儲單元101sVW64#傳感器值存儲單元VW85#傳感器值存儲單元VW10抓取工件的標(biāo)志壓力值存儲單元VW20抓取端蓋的標(biāo)準(zhǔn)壓力值單位由于機(jī)械手的控制過程是按順序執(zhí)行的，所以在程序編寫的時候采用順序控制指令。多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖如圖8所示圖8（a）多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖圖8（b）多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖圖8（c）多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖圖8（d）多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖圖8（e）多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖

27、圖8（f）多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖圖8（g）多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖如圖7所示的是控制系統(tǒng)的主程序，圖7（a）所示中主要是對高速計(jì)時器和高速脈沖輸出指令進(jìn)行初始化。對于高速計(jì)時器，選用高速計(jì)時器HSCO，工作方式為模式0，輸入口為10.0。設(shè)置HSCO的功能為：復(fù)位和啟動輸入信號都是高電位有效、4倍計(jì)數(shù)頻率、技術(shù)方向?yàn)樵鲇?jì)數(shù)、預(yù)設(shè)脈沖數(shù)為10000個、允許更新雙子和執(zhí)行HSC指令。對于高速脈沖輸出控制，設(shè)置為脈沖輸出方式，輸出口為Q0.0。脈沖的輸出設(shè)置為多段管線輸出，本例中采用三段輸出，寫控制字到特定存儲器中，完成設(shè)置的功能為：時間基準(zhǔn)為us級、不允許更新周期和脈沖數(shù)。由于是多段輸出，所

28、以還需要建立包絡(luò)表，對3段的脈沖周期，數(shù)量進(jìn)行設(shè)置，多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)多段脈沖輸出梯形圖如圖8所示。手臂的左右旋轉(zhuǎn)采用步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行控制是為了提高定位的精度，所以需要用到高速計(jì)數(shù)器和高速脈沖輸出，對發(fā)出的脈沖數(shù)和接收到的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，如果相等，則定位準(zhǔn)確，如果兩者有偏差，則補(bǔ)發(fā)脈沖，最后到達(dá)設(shè)定的位置上。圖9 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖 圖10 (a) 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖值1處理子程序梯形圖圖10（b) 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖 值2處理子程序梯形圖如圖8表示的是對步進(jìn)電動機(jī)的脈沖輸出控制，本例采用3段脈沖輸出，由于步進(jìn)電動機(jī)本身的特性啟動頻率不宜太高，所以在啟動階段輸出的脈沖周

29、期為500ms，且周期逐步減少，緩慢提高其輸出脈沖頻率；在第二階段，輸出脈沖周期為50ms，在這個階段手臂的移動式最快的，當(dāng)快到達(dá)設(shè)定位置的時候，同樣不可以突然使頻率降低到0，需要逐漸降低脈沖的頻率值，所以第三階段的脈沖周期為200ms，電動機(jī)逐步減速，到達(dá)設(shè)定位置后能可靠停止。如圖9所示多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)傳感器值1處理子程序梯形多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)傳感器值2處理子程序梯形圖，都是針對傳感器采集到的值傳到PLC處理的子程序，由于機(jī)械手爪在每次加工過程中，都需要移動兩個工件，對于不同的工件，手爪的力度是不同的，為了防止抓緊力過大，對工件造成損壞，設(shè)置兩個不同的壓力對比值。5. 安裝調(diào)試方面的問

30、題雖然PLC得抗干擾能力較強(qiáng)，但是為了保證控制過程的可靠性，仍然需要采取一定的抗干擾措施，主要有以下幾項(xiàng)措施。（1）電路回路的雜波可以通過電源導(dǎo)線進(jìn)入控制裝置這種雜波對系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備危害很大，容易造成PLC誤動作。可采取屏蔽變壓器和電源濾波等方式預(yù)防。（2）通過接地也可以有效地防止電磁干擾。（3）PLC的布線要盡量遠(yuǎn)離高壓、高頻等設(shè)備。6. 總結(jié)通過這一次設(shè)計(jì)，讓我熟悉了PLC軟件的運(yùn)作，對機(jī)械手的發(fā)展和運(yùn)行有了很多認(rèn)識。特別是驚嘆于多關(guān)節(jié)機(jī)械手的人性化控制。在裝配線上采用PLC控制多關(guān)節(jié)機(jī)械手可以完成精確定位的要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人的工作量，由于PLC控制具有結(jié)構(gòu)簡單、組合靈活、編

31、程簡單、功耗低和改造方便的特點(diǎn)，可以根據(jù)控制流程的不同，方便地改變控制順序來滿足工藝要求。本文詳細(xì)講解了多關(guān)節(jié)機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。該系統(tǒng)采用西門子S7-200系列的PLC作為控制主機(jī)，以及S7-200系列的I/O和模擬輸入/輸出擴(kuò)展模塊，通過按鈕和一些開關(guān)，對電磁閥和繼電器等設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手自動運(yùn)行控制。參考文獻(xiàn)1 王建，張宏，徐洪亮，PLC操作實(shí)訓(xùn)（松下）M，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.10。2 張偉林，電氣控制與PLC應(yīng)用 M，北京：人民郵電出版社，2007.9。3 齊寧寧，丁國富，基于PLC的車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J，機(jī)械，2006，33（3）：44-46。4 付家才，

32、PLC實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐M，北京：高等教育出版社，2006.5。5 孫平，電氣控制與PLCM，北京：高教出版社，2004.12。6 常斗南，可編程序控制器原理、應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)（第二版）M，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.7。7 王紅、王艷玲，可編程序控制器使用教程M，北京：電子工業(yè)出版社，2002.4。8 吳建強(qiáng)，可編程控制器原理及其應(yīng)用M，北京：高等教育出版社，2004.1。9 李俊秀、趙黎明，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)M，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.1。10 吳亦鋒，可編程序控制器原理與應(yīng)用速成M，福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2004.2。11 汪曉光、孫曉瑛，可編程控制器原理及應(yīng)用（第二版）M，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.8。29- -