畢業(yè)設(shè)計(jì)--通用上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　題目 通用上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào) 姓名 </p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：</p><p>　　通用機(jī)械手能很快的改變工作程序

2、，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。確定通用上下料機(jī)器人的控制方案，比較選取最合適的控制方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手和機(jī)械臂同時(shí)控制。要求該系統(tǒng)實(shí)時(shí)快速、操作方便，比較符合上下料控制系統(tǒng)的需要。</p><p><b>　　基本要求</b></p><p>　　完成通用上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p><

3、b>　　主要內(nèi)容包括：</b></p><p>　　1．查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)不少于15篇（其中外文文獻(xiàn)不少于2篇，列入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)中），根據(jù)查閱的文獻(xiàn)資料情況，寫出文獻(xiàn)綜述（不少于3000字）；翻譯外文文獻(xiàn)一篇（譯文字?jǐn)?shù)不少于3000字）。文獻(xiàn)綜述與翻譯單獨(dú)裝訂成冊(cè)。</p><p><b>　　2．確定控制方案。</b></p><p

4、>　　3．寫出程序，流程圖。</p><p>　　4．按要求撰寫畢業(yè)論文。</p><p><b>　　參考資料：</b></p><p><b>　　1．推薦參考書：</b></p><p>　　[1] 朱春波．PLC控制的氣動(dòng)上下料機(jī)械手[J]．液壓氣動(dòng)與密封,1999,21-24．<

5、;/p><p>　　[2] 張波．多功能上下料用機(jī)械手液壓系統(tǒng)[J]．液壓與氣動(dòng),2002,8(2):31-32．</p><p>　　[3] 李允文．工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996．</p><p>　　[4] 程憲平．可編程控制原理及應(yīng)用．化學(xué)工業(yè)出版社，2009．8</p><p>　　[5] 史國(guó)生．PLC在機(jī)械手步

6、進(jìn)控制中的應(yīng)用[J]．中國(guó)工控信息網(wǎng),2005．1</p><p>　　[6] 王永華．現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2009．</p><p>　　2．學(xué)術(shù)期刊、學(xué)術(shù)會(huì)議等其它參考文獻(xiàn)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要

7、I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1．1本課題研究背景的意義1</p><p>　　1．2國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1．3本文的主要工作2</p>

8、<p>　　2 機(jī)械手簡(jiǎn)介3</p><p>　　2．1 機(jī)械手的分類3</p><p>　　2．2 常見(jiàn)機(jī)械手分類4</p><p><b>　　3 控制方案9</b></p><p>　　3．1 系統(tǒng)控制器的選擇9</p><p>　　3．2 PLC的基本知

9、識(shí)10</p><p>　　3．3 PLC、電機(jī)選型12</p><p>　　4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4．1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4．2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)20</p><p>　　4．2．1 梯形圖編語(yǔ) (LD-Ladder Diagram)20</p>

10、;<p>　　4．2．2 控制流程圖21</p><p>　　4．2．3 梯形圖設(shè)計(jì)22</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)34</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></

11、p><p>　　通用上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等。本文介紹

12、的機(jī)械手是由PLC輸出控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開關(guān)將位置信號(hào)傳給可編程控制器PLC主機(jī)；位置信號(hào)由接近開關(guān)反饋給PLC主機(jī)，通過(guò)控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開發(fā)的通用上下料機(jī)械手可在空間內(nèi)抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： PLC；可編程控制器；機(jī)械手<

13、/p><p>　　GENERAL FEEDING ROBOT CONTROL SYSTEM DESIGN</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Manipulator is a traditional industrial robot system task executing agency, is one of

14、 the key components of the robot． The mechanical structure of the manipulator with ball screw, slider, such as mechanical parts; Has ac motor, frequency converter, sensors, electrical and other electronic devices． This u

15、nit covers the programmable control technology, position control technology, testing technology, etc． Manipulator is introduced in this paper by PLC output control manipulator transverse and vert</p><p>　　KE

16、Y WORDS：PLC；The programmable controller；manipulator</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　本課題研究背景的意義</p><p>　　我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 12643-90)對(duì)機(jī)械手的定義:“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。

17、”機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代科技的一個(gè)重要組成部分。 </p><p>　　機(jī)械手的積極效應(yīng)越來(lái)越被認(rèn)可,首先,它能部分地代替人的勞動(dòng)并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求,遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件傳輸。因此,它可以極大地改善工作條件的員工,加快工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化。因此,帶的注意先進(jìn)單位和投入了大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲、應(yīng)用更廣泛。在我國(guó),現(xiàn)

18、代也有近年發(fā)展迅速,取得了一定的成果,將各種工業(yè)部門的注意，本課題的工作為此提供了實(shí)際依據(jù)。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　機(jī)械手用于機(jī)械制造業(yè),發(fā)展迅速。目前主要用于機(jī)床、臥式模鍛壓力機(jī)上下,點(diǎn)焊,噴漆,如作業(yè),它可以按照預(yù)先確定的操作程序來(lái)完成指定的操作。機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力發(fā)展海外具有一定的智能機(jī)械手?？梢允顾哂幸欢ǖ膫鞲心芰?反饋的外部情況的

19、變化,自作相應(yīng)的修改。如位置略有偏差時(shí),可迅速糾正和測(cè)試他們自己,中期實(shí)施側(cè)重于研究機(jī)械功能的視覺(jué)和觸覺(jué)。目前已經(jīng)取得了一定的成就。世界高端工業(yè)機(jī)械手有高精化、高速度、多軸,輕量級(jí)開發(fā)的趨勢(shì)。定位精度可以滿足要求的微米和亞微米級(jí),運(yùn)行速度可達(dá)3米/秒,新產(chǎn)品的數(shù)量的六軸、負(fù)載2公斤的產(chǎn)品系統(tǒng)現(xiàn)在的總重量100公斤。更重要的是機(jī)械手,柔性制造系統(tǒng),結(jié)合柔性制造單元,從根本上改變當(dāng)前狀態(tài)的人工操作機(jī)械制造系統(tǒng)。同時(shí),隨著小型化和微型化的機(jī)械

20、手,其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑼黄苽鹘y(tǒng)領(lǐng)域的機(jī)械、電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)和向和航空航天等高端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)機(jī)械主要用于機(jī)械加工，鑄造，熱處理等的數(shù)量，類型，功能不能滿足我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需求。所以，在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大的應(yīng)用范圍，機(jī)械手，機(jī)械鑄造，熱處理的發(fā)展，從而大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作條件，專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的開發(fā)中的應(yīng)用一般機(jī)械手，具有相應(yīng)的條件和教學(xué)操縱，同時(shí)在計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械手

21、和組合機(jī)械手等，提高了機(jī)械的速度，減少操作，精確定位正確，為了更好地發(fā)揮機(jī)器人的作用工業(yè)生產(chǎn)。與世界同步，也應(yīng)大力研究伺服，內(nèi)存中的表示，觸覺(jué)，視覺(jué)等的操縱性能，并考慮腹腔鏡手術(shù)，通常是連接到一臺(tái)計(jì)算機(jī)，并逐漸成為整個(gè)機(jī)械的基本單位制造系統(tǒng)[1]。</p><p><b>　　本文的主要工作</b></p><p><b>　　1．問(wèn)題提出 ：</b&

22、gt;</p><p>　　PLC控制的機(jī)械手最主要是應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)中，如何綜合地運(yùn)用前面學(xué)過(guò)知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)， 在此介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的一般方法。 </p><p>　　2．系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 </p><p>　　(1)擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式來(lái)確定，它是整個(gè)設(shè)計(jì)的依據(jù)；</p&

23、gt;<p>　　(2)選擇電氣傳動(dòng)的形式和電動(dòng)機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)；</p><p>　　(3)選定 PLC 的型號(hào)；</p><p>　　(4)編制 PLC 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖； </p><p>　　(5)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求編寫軟件規(guī)格說(shuō)明書，然后再用相應(yīng)的編程語(yǔ)言（常用梯形圖）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；</p>

24、<p>　　(6)了解并遵循用戶認(rèn)知心理學(xué)，重視人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)人與機(jī)器之間的友善關(guān)系；</p><p><b>　　2 機(jī)械手簡(jiǎn)介</b></p><p>　　2.1 機(jī)械手的分類</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手的種類很多，關(guān)于分類的問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)等進(jìn)行分類。&l

25、t;/p><p><b>　　一、按用途分</b></p><p>　　機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種:</p><p><b>　　1、專用機(jī)械手</b></p><p>　　它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造

26、價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和“加口工中心”附屬的自動(dòng)換刀機(jī)械手。</p><p><b>　　2、通用機(jī)械手</b></p><p>　　它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精

27、度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。</p><p>　　通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種:簡(jiǎn)易型以 “開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制: 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。</p><p><b>　　二、按驅(qū)動(dòng)方式分</b></p>

28、;<p>　　1、 液壓傳動(dòng)機(jī)械手</p><p>　　此類是以液壓的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過(guò)濾要求嚴(yán)格，成本高。</p&g

29、t;<p>　　2、 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手</p><p>　　此類是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。</p>

30、<p><b>　　3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手</b></p><p>　　此類機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。它常被用于工作主機(jī)的上、下料。</p><p><b>　　4、電力傳動(dòng)

31、機(jī)械手</b></p><p>　　即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。</p><p><b>　　三、按控制方式分</b></p><p><b&g

32、t;　　1、點(diǎn)位控制</b></p><p>　　它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。</p><p><b>　　2、連續(xù)軌跡控制</b></p><p>　　它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線

33、，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無(wú)限的，整個(gè)移動(dòng)過(guò)程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　　2.2 常見(jiàn)機(jī)械手分類</p><p>　　按機(jī)械手的不同運(yùn)動(dòng)形式及組合情況，其坐標(biāo)型式可分為以下幾類：</p><p><b>　　(1)直角坐標(biāo)式</b><

34、/p><p>　　如圖2-1所示機(jī)械手，其手臂的運(yùn)動(dòng)系由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)所組成，即沿直角坐標(biāo)系的X軸的伸縮、沿Z軸的升降、沿Y軸的橫移。這種坐標(biāo)型式的機(jī)械手稱為直角坐標(biāo)式機(jī)械手。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位精度高，適用于主機(jī)位置成行排列的場(chǎng)合。但是由于占地面積大而工作范圍小以及靈活性差，限制了它的使用范圍。</p><p>　　圖2-1 直角坐標(biāo)式機(jī)械手</p><p><

35、;b>　　(2)圓柱坐標(biāo)式</b></p><p>　　如圖2-2所示的機(jī)械手，其手臂的運(yùn)動(dòng)系由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)所組成，即沿X軸的伸縮、沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種坐標(biāo)型式的機(jī)械手稱為圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手。它與直角坐標(biāo)式相比較，占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，因此應(yīng)用較廣泛。但由于機(jī)械手的結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿Z軸方向移動(dòng)的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的物件。<

36、/p><p>　　圖2-2 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手</p><p><b>　　(3)球坐標(biāo)式</b></p><p>　　如圖2-3所示的機(jī)械手，其手臂的運(yùn)動(dòng)系由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)所組成，即沿X軸的伸縮、繞Y軸的俯仰和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種坐標(biāo)型式的機(jī)械手稱為球坐標(biāo)式機(jī)械手。</p><p>　　這種機(jī)械手手臂的俯仰運(yùn)動(dòng)能抓取地

37、面上的物件，為了使手部能適應(yīng)被抓取物件方位的要求，常常設(shè)有手腕上下擺動(dòng)，使其手部保持水平位置或其它狀態(tài)。這種型式的機(jī)械手具有動(dòng)作靈活，占地面積小而工作范圍大等特點(diǎn)，它適用于沿伸縮方向向外作業(yè)的傳動(dòng)形式。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，此外，手臂擺角的誤差通過(guò)手臂會(huì)引起手部中心處的誤差較大。</p><p>　　圖2-3 球坐標(biāo)式機(jī)械手</p><p><b>　　(5)關(guān)節(jié)式</b>&

38、lt;/p><p>　　如圖2-4所示機(jī)械手，其手臂的運(yùn)動(dòng)類似人的手臂可作幾個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。它由大小兩臂和立柱等所組成，大小兩臂之間的聯(lián)接為肘關(guān)節(jié)，大臂與立柱之間的聯(lián)接為肩關(guān)節(jié)，各關(guān)節(jié)均有鉸鏈構(gòu)成以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂的運(yùn)動(dòng)系由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所組成，即大臂的俯仰（θ）、小臂的俯仰（θ2）和大臂的回轉(zhuǎn)（Ф）。這種坐標(biāo)型式的機(jī)械手稱為關(guān)節(jié)式機(jī)械手。它的特點(diǎn)是工作范圍大，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)，能抓取靠近機(jī)座的物件，并能繞過(guò)機(jī)體和工作主

39、機(jī)之間的障礙物去抓取物件，此為其它型式機(jī)械手不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。但是關(guān)節(jié)式機(jī)械手的手指定位是由各個(gè)關(guān)節(jié)相互轉(zhuǎn)角來(lái)決定的，所以定位精度較差，另外，控制裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)比其它型式的機(jī)械手均復(fù)雜。</p><p>　　圖2-4 關(guān)節(jié)式機(jī)械手</p><p>　　上述四種坐標(biāo)型式主要根據(jù)手臂的運(yùn)動(dòng)來(lái)確定的，也可以由某二種坐標(biāo)型式組合起來(lái)應(yīng)用。</p><p>　　機(jī)械手坐標(biāo)型式的

40、正確選擇，要通過(guò)坐標(biāo)型式方案的比較來(lái)確定。在擬定坐標(biāo)型式方案時(shí)，又須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體生產(chǎn)情況和工藝、精度、、安裝空間的要求，結(jié)合各種坐標(biāo)型式的特點(diǎn)來(lái)分析比較，確定比較合理的坐標(biāo)型式。本方案考慮通用性，精度，搬運(yùn)物等綜合考慮選用圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手。</p><p><b>　　3 控制方案</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)控制器的選擇</p><

41、;p>　　工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制器是控制技術(shù)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。在現(xiàn)代電子技術(shù)的支持下，它通常以微處理器為核心，綜合編程軟件、運(yùn)動(dòng)軌跡控制、控制算法分析、各運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)等功能，達(dá)到總體運(yùn)動(dòng)控制效果。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)控制器還需要對(duì)具體的運(yùn)動(dòng)速度、加速度、位置誤差等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)相關(guān)情況做出及時(shí)反應(yīng)。目前先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制器主要是以微機(jī)(PC)為基礎(chǔ)的數(shù)字化控制系統(tǒng)、以高速的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為核心的全數(shù)字化控制系統(tǒng)和

42、以PLC為核心的全數(shù)字化控制系統(tǒng)。</p><p>　　(1)基于PC技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制器</p><p>　　計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展在工業(yè)控制領(lǐng)域也同樣導(dǎo)致技術(shù)面貌的迅速改變。工業(yè)控制機(jī)，特別是采用PC技術(shù)的工業(yè)PC的涌現(xiàn)，大大推動(dòng)和促進(jìn)了開放式運(yùn)動(dòng)控制的發(fā)展?；诠I(yè)PC的運(yùn)動(dòng)控制器可以利用PC強(qiáng)大的軟件環(huán)境和技術(shù)支持，擺脫專用封閉式控制系統(tǒng)的束縛和不便。從軟件上看，其主要作用是利用其高效運(yùn)算功

43、能、管理與監(jiān)控能力以及豐富的軟件資源，實(shí)現(xiàn)更高的控制算法、軌跡插補(bǔ)算法和補(bǔ)償算法，從而豐富運(yùn)動(dòng)控制軟件，并大大提高伺服掃描速度，提高系統(tǒng)的分辨率，以實(shí)現(xiàn)最小的移動(dòng)單位和最大的進(jìn)給速度，便于用微小程序段以高速度、高精度實(shí)現(xiàn)軌跡形狀復(fù)雜的曲線或曲面。</p><p>　　(2)基于DSP運(yùn)動(dòng)控制器</p><p>　　20世紀(jì)90年代以來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理（簡(jiǎn)稱DSP)在運(yùn)動(dòng)控制器中得到越來(lái)越廣泛

44、的應(yīng)用，這主要是因?yàn)樗母咚龠\(yùn)算使得很多復(fù)雜的控制算法和功能得以實(shí)現(xiàn)，而且集成度高，它利用控制器本身獨(dú)特的硬件結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)快速的硬件位置捕捉功能。DSP系統(tǒng)具有接口方便、穩(wěn)定性好、精度高、可重復(fù)性好、集成方便等優(yōu)點(diǎn)，目前市場(chǎng)上已出現(xiàn)了多種DSP型的高級(jí)運(yùn)動(dòng)器，這些芯片能同時(shí)控制多軸，有的己包含了運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)運(yùn)算及包含有前饋補(bǔ)償功能的算法，這為多軸伺服電機(jī)的控制帶來(lái)了極大的方便。但由于DSP技術(shù)更新的速度快、數(shù)學(xué)知識(shí)要求多，開發(fā)和調(diào)試工具

45、還不完善，軌跡控制，多軸聯(lián)動(dòng)參數(shù)匹配等需通過(guò)編制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，掌握對(duì)機(jī)械手的控制比較困難。</p><p>　　(3)基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制</p><p>　　PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。隨著PLC的發(fā)展，出現(xiàn)了更多的功能強(qiáng)大的指令，這些指令本身在單操作的意義上提供了更強(qiáng)的計(jì)算能力，特別是運(yùn)動(dòng)控制指令和在網(wǎng)絡(luò)通訊方面功能更加強(qiáng)大，命令支持各

46、種運(yùn)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)控制、高度的集成操作及位置環(huán)和速度環(huán)的閉環(huán)控制，能夠滿足高性能工業(yè)機(jī)器人位置和運(yùn)動(dòng)精度要求。</p><p>　　雖然采用基于PC的運(yùn)動(dòng)控制器和基于DSP運(yùn)動(dòng)控制器也能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制，但是采用PLC的控制接線簡(jiǎn)單，只需通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制指令便可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制，由PLC構(gòu)成機(jī)械手控制器，硬件配置的工作量較小，無(wú)需作復(fù)雜的電路板，只需在端子之間接線。因此本設(shè)計(jì)選用PLC為機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控

47、制器[2]。</p><p>　　3.2 PLC的基本知識(shí)</p><p>　　PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的。自1836年繼電器問(wèn)世，人們就開始用導(dǎo)線將它同開關(guān)器件巧妙地連接，構(gòu)成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀(jì)60年代末，它不斷吸收微計(jì)算機(jī)技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù)。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn)，以及流程加工行

48、業(yè)（如汽車制造業(yè)）對(duì)生產(chǎn)流程迅速、頻繁變更的需求，PLC技術(shù)應(yīng)時(shí)出現(xiàn)并快速發(fā)展。 　　</p><p>　　目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍，使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。但是，仍然沿用著順序掃描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本結(jié)構(gòu)。 PLC可以不斷更新

49、發(fā)展在產(chǎn)業(yè)發(fā)展，是因?yàn)樗m合于工業(yè)領(lǐng)域和市場(chǎng)的需求：可靠性高，能力強(qiáng)，抵御各種干擾，編程簡(jiǎn)單安裝使用，使用壽命長(zhǎng)，價(jià)格低。它更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的輸入/輸出端，中間，或不需要加多少部分需要更多的接口，這樣可以節(jié)省用戶的安裝時(shí)間，更多的用戶，以降低成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。用戶在應(yīng)用它時(shí)，不需要進(jìn)行專門的計(jì)算機(jī)培訓(xùn)，就能對(duì)PLC進(jìn)行基本操作及編程。</p>

50、<p>　　總之，可編程控制器像是計(jì)算機(jī)，一臺(tái)為了專門應(yīng)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。它有豐富的輸入/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)品并不是針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，某硬件需根據(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><b>　　PLC的優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　(1)實(shí)時(shí)性，可靠性&l

51、t;/p><p>　　實(shí)時(shí)性是電氣控制設(shè)備的前提性能。PLC產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的開發(fā)是基于控制前提的，所以它的信號(hào)處理時(shí)間短，速度快。它的實(shí)時(shí)性使它經(jīng)常用于處理聯(lián)鎖保護(hù)工業(yè)控制裝置，能滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目。</p><p>　　可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC所有的I/O輸入輸出信號(hào)均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離，具有很高的可靠性。從PLC

52、的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)就具有極高的可靠性。</p><p>　　(2)配套齊全，

53、功能完善，適用性強(qiáng)</p><p>　　PLC發(fā)展到今天，產(chǎn)品種類繁多，規(guī)模分成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。I/O卡種類豐富，可以根據(jù)工控的不同要求進(jìn)行不同的配置，適用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合?，F(xiàn)代PLC除了邏輯處理功能以外，還大多具有比較完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，能夠適用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，能夠讓PLC輕松實(shí)現(xiàn)位置控制、溫都控制、CNC機(jī)床控制使。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界

54、面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。</p><p>　　(3)安裝簡(jiǎn)單，易學(xué)易用</p><p>　　PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，直觀性強(qiáng)，只需用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。使不熟悉電子電路

55、、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制變得非常便捷。</p><p>　　(4)安裝簡(jiǎn)單，維修方便</p><p>　　PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(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。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模

56、塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。</p><p>　　(5)體積小，重量輕，能耗低</p><p>　　以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅為數(shù)瓦。由于體積很小很容易裝入工業(yè)機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備[６]。</p><p>　　3.3 PLC、電機(jī)選型</p><p>　　1 P

57、LC機(jī)型的選擇</p><p>　　根據(jù)被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的功能要求，可進(jìn)行PLC型號(hào)的選定。</p><p>　　進(jìn)行PLC選型時(shí)，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時(shí)要兼顧維修、備件的通用性。對(duì)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，當(dāng)控制速度要求不高時(shí)，一般的PLC都可以滿足要求，如對(duì)小型泵的順序控制、單臺(tái)機(jī)械的自動(dòng)控制等。當(dāng)控制速度要求較高、輸出有高速脈沖信號(hào)等情況時(shí)，要考慮輸入/輸出點(diǎn)的形式，

58、最好采用晶體管形式輸出。對(duì)帶有部分模擬量控制的ｗ裝置等。</p><p>　　2 輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)：</p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)可以衡量PLC規(guī)模的大小。準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)并考慮今后系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充，在實(shí)際統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，一般應(yīng)加上10%-20%的備用點(diǎn)數(shù)。多數(shù)小型PLC為整體式，具有體積小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，適于工藝過(guò)程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)

59、。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC采用主機(jī)模塊與輸入模塊、功能模式塊組合使用的方法，比整體式方便靈活，維修更換模塊、判斷與處理故障快速方便，適用于工藝變化較多、控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)。</p><p>　　此外，還應(yīng)考慮用戶儲(chǔ)存器的容量、PLC的處理速度是否能滿足實(shí)時(shí)控制的要求、編程器與外圍設(shè)備的選擇等。</p><p>　　本論文首先應(yīng)明確控制的任務(wù)和范圍，確定所需的動(dòng)作流程，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸

60、出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，再通過(guò)PLC的類型、輸入輸出模塊的選擇 、電源的選擇、存儲(chǔ)器的選擇、冗余功能的選擇和高性能價(jià)格比，本設(shè)備控制的對(duì)象是一個(gè)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，同時(shí)利用脈沖控制步進(jìn)店動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，故應(yīng)采用晶體管形式的輸出。可編程序控制器采用F系列的F1——60MR。</p><p><b>　　3．電動(dòng)機(jī)的選擇：</b></p><p&g

61、t;　　Y2系列三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)新穎、造型美觀、噪音低、振動(dòng)小、絕緣等級(jí)高等特點(diǎn)，是Y系列電機(jī)的更新產(chǎn)品。外殼防護(hù)等級(jí)IP54，它具有良好的起動(dòng)性能和運(yùn)行性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維修方便等特點(diǎn)，電機(jī)采用E級(jí)或B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為ICO141，額定頻率為50Hz，額定電壓為380V。</p><p>　　豎軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)承載整個(gè)機(jī)械手的所有負(fù)載，需要功率較大，而機(jī)械手主要用于生產(chǎn)線夾持較

62、輕便物體，綜合考慮，豎軸選用Y2-63M2-2，功率250W，可滿足生產(chǎn)需要。</p><p>　　橫軸主要驅(qū)動(dòng)橫臂的左右運(yùn)動(dòng)，承載重量較小，選用Y2-63M1-2，功率180W，即可滿足生產(chǎn)需要。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)3主要用來(lái)控制機(jī)械手抓的加緊和放松，所承載負(fù)載最小，因此可選用Y2-63M1-4，功率120W。</p><p>　　由于交流電機(jī)需要無(wú)極調(diào)速

63、選用變頻器，其主電路給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)速調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換，本方案選擇FR-A504變頻器。</p><p>　　變頻器的各回路接線端子如圖3-1所示，其中 表示主回路接線端子， 表示控制回路輸入接線端子，表示控制輸出接線端子。</p><p>　　主回路接線及注意事項(xiàng)：</p><p>　　圖3-1 端子接線圖</p><p><

64、;b>　　1．主回路接線</b></p><p>　　主回路電源和電動(dòng)機(jī)的連接如圖3-2所示。電源必須接R、S、T，絕對(duì)不能接U、V、W，否則會(huì)損壞變頻器。在接線時(shí)不必考慮電源相序。使用單相電源時(shí)必須接R、S端。電機(jī)接到U、V、W端子上。當(dāng)加入正轉(zhuǎn)開關(guān)（信號(hào)）時(shí)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向從軸向看時(shí)為逆時(shí)針?lè)较颉?lt;/p><p>　　圖3-2 電源和電機(jī)的連接</p>

65、<p>　　2．主電路接線端子介紹及注意事項(xiàng)</p><p>　　(1)主回路接線端子簡(jiǎn)介</p><p>　　1)交流電源輸入端子R、S、T：連接工頻電源，當(dāng)使用高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器件，確保這些端子不連接（FR-HC）。</p><p>　　2)變頻器輸出端子U、V、W：接三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　3)控制回路電源輸入

66、端子R1、S1：與交流電源端子R、S連接。在保持異常顯示和異常輸出時(shí)或當(dāng)使用高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器（FR-HC）時(shí)，必須拆下端子R-R1和S-S1之間的短路片，并提供外部電源到此端子。</p><p>　　4)連接制動(dòng)電阻器端子P/+、PR：拆開端子PR-PX之間的短路片，在P/+、PR之間連接選件制動(dòng)電阻器（FR-ABR）。</p><p>　　5)連接制動(dòng)單元端子P/+、N/-：連接選件PR

67、-BU型制動(dòng)單元或電源再生單元（FR-RC）或高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器（FR-HC）。</p><p>　　6)連接改善功率因數(shù)DC電抗端子P/+、P1：拆開端子P/+與P1間的短路片，連接選件改善功率因數(shù)用電抗器（FR-BEL）。</p><p>　　7)連接內(nèi)部制動(dòng)回路端子PR、PX：用短路片將PR-PX短路時(shí)（出廠時(shí)設(shè)定）內(nèi)部制動(dòng)賄賂變生效。</p><p>　　8)

68、接地端子變頻器外殼接地用，必須接大地。</p><p><b>　　3．接線注意事項(xiàng)</b></p><p>　　1)電源一定不能接到變頻器輸出端上（U、V、W），否則將會(huì)損壞變頻器。</p><p>　　2)接線后，零碎線頭必須清除干凈，零碎線頭可能造成設(shè)備運(yùn)行時(shí)異常、失靈和故障，必須始終保持變頻器清潔。在控制臺(tái)上打孔時(shí)，請(qǐng)注意不要使碎片粉末

69、等進(jìn)入變頻器中。</p><p>　　3)為使電壓下降在2%以內(nèi)，請(qǐng)用適當(dāng)型號(hào)的電線接線。</p><p>　　4)布線距離最長(zhǎng)為500m。尤其長(zhǎng)距離布線，由于布線寄生電容所產(chǎn)生的沖擊電流，可能引起過(guò)電流保護(hù)誤動(dòng)作，輸出側(cè)連接的設(shè)備可能運(yùn)行異常或發(fā)生故障。</p><p>　　5)在P/+和PR端子之間建議制動(dòng)電阻選件，端子間原來(lái)的短路片必須拆下。</p>

70、;<p>　　6)電磁波干擾，變頻器輸入/輸出包含有諧波成分，可能干擾變頻器附近的通訊設(shè)備。因此，安裝選件無(wú)線電噪聲濾波器或線路噪聲濾波器，使干擾降至最小。</p><p>　　7)不要安裝電力電容器，浪涌抑制器和無(wú)線電噪聲濾波器在變頻器輸出側(cè)。這將導(dǎo)致變頻器故障或電容和浪涌抑制器的損壞。如上述任何一種設(shè)備已安裝，請(qǐng)立即拆掉。</p><p>　　8)運(yùn)行后，改變接線的操作，

71、必須在電源切斷10min以上，用萬(wàn)用表檢查電壓后進(jìn)行。斷電一段時(shí)間內(nèi)，電容上仍然有危險(xiǎn)的高電壓。 </p><p><b>　　4．傳感器</b></p><p>　　采用接近開關(guān)作為手爪旋轉(zhuǎn)和底盤旋轉(zhuǎn)限位檢測(cè)用;采用微動(dòng)開關(guān)作為橫軸、縱軸限位檢測(cè)用。</p><p>　　接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（紅、藍(lán)、黑）紅色接電源的正極、黑色接電源

72、的負(fù)極、藍(lán)色為輸出信號(hào)，當(dāng)與擋塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。</p><p>　　微動(dòng)開關(guān)：當(dāng)擋塊碰到微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作（常開點(diǎn)閉合）。 </p><p><b>　　5．旋轉(zhuǎn)碼盤</b></p><p>　　機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖[7]。</p><p><b>　　

73、4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC硬件設(shè)計(jì)是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)重要進(jìn)行輸入設(shè)備的選擇（如控制按鈕、開關(guān)及計(jì)量保護(hù)裝置的輸入信號(hào)等），還有執(zhí)行元件的選擇以及控制臺(tái)、柜的設(shè)計(jì)等。硬件設(shè)計(jì)還包括PLC輸入/輸出通道的分配，為便于程序設(shè)計(jì)和閱讀，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及

74、功能等。機(jī)械手控制系統(tǒng)電器原理圖。</p><p><b>　　操作面板及動(dòng)作說(shuō)明</b></p><p>　　根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求，控制操作包括手動(dòng)和自動(dòng)，手動(dòng)又包括手動(dòng)步進(jìn)、回原位操作，自動(dòng)控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個(gè)檔位。手動(dòng)工作方式下，手動(dòng)動(dòng)作包括上升、下降、放松、快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退和復(fù)位，故設(shè)置六個(gè)動(dòng)作看官按鈕。各個(gè)

75、動(dòng)作進(jìn)行的同時(shí)均設(shè)有動(dòng)作指示燈。另外設(shè)有啟動(dòng)停止按鈕。</p><p>　　其操作面板如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 機(jī)械手操作面板示意圖</p><p>　　可編程序控制器采用F系列的F1——60MR。 </p><p>　　I/O地址分配如表所示</p><p>　　I/O地址分配一覽表</p

76、><p>　　表4-1 I/O地址分配表</p><p>　　(1)確定輸入輸出接點(diǎn)的總數(shù)</p><p>　　輸入接點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)按鈕SB、行程開關(guān)SQ1——SQ4、光電開關(guān)SQ5，一共6個(gè)。</p><p>　　輸出接點(diǎn)：YV1——YV2總共5個(gè)。</p><p>　　(2)估算PC內(nèi)存總數(shù) </p>&l

77、t;p>　　選取PC類型，PC內(nèi)存總數(shù)取決于程序指令總條數(shù)。PC內(nèi)存總數(shù)又是選取PC類型的重要依據(jù)，為此依據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)指令總條數(shù)進(jìn)行估算。</p><p>　　指令總條數(shù)=（10——20）*（輸入點(diǎn)數(shù)+輸出點(diǎn)數(shù)）</p><p>　　本例中指令總條數(shù)為（10——20）*（6+5）=110——220條。</p><p>　　(3)輸入輸出點(diǎn)分配 &

78、lt;/p><p>　　如下圖是機(jī)械手輸入和輸出信號(hào)與PC輸入輸出端子的分配圖，其中根據(jù)需要增加了機(jī)械手回到原位時(shí)的指示燈，為了防止誤按啟動(dòng)按鈕引起機(jī)械手的誤動(dòng)作，增加了復(fù)位按鈕，啟動(dòng)時(shí)需要先按復(fù)位按鈕在按啟動(dòng)按鈕，否則機(jī)械手不會(huì)動(dòng)作。</p><p>　　圖4-1 機(jī)械手PC輸入/輸出端子的分配</p><p>　　(4)控制電路設(shè)計(jì)主要是PLC輸入、輸出接線的設(shè)計(jì)，

79、其I/O分配如圖圖4-2 PLC I/O分配圖</p><p>　　(4)方案選擇 </p><p>　　考慮到機(jī)械手在工作時(shí)間時(shí)可能發(fā)生誤動(dòng)作行程開關(guān)而引起的不安全動(dòng)作，各個(gè)輸入開關(guān)信號(hào)只能在規(guī)定的狀態(tài)發(fā)生作用，例如，SQ1的閉合信號(hào)只能當(dāng)機(jī)械手位于原位而且按下SB2后或從原位右移到右位后才能起作用，其他狀態(tài)時(shí)SQ1不起作用。為了達(dá)到這一目的，選擇使用移位寄存器來(lái)完成順序控制[6

80、]。</p><p>　　4.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 梯形圖編語(yǔ) (LD-Ladder Diagram)</p><p>　　梯形圖來(lái)源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述，是使用最廣泛的PLC編程一個(gè)簡(jiǎn)單的語(yǔ)言，由于繼電器控制的電氣接線圖和梯形圖是相似的，容易理解的，所以這許多應(yīng)用編程編程人員和維修人員。其圖形結(jié)構(gòu)非常相像，爬上梯子，所以命名

81、為梯形圖。兩個(gè)垂直電軌線左側(cè)和右側(cè)的梯形圖程序中，在左側(cè)的電源軌線，它是由左到右的功率流通過(guò)階梯沿水平級(jí)所有接觸點(diǎn)，功能，功能塊，線圈等為了提供能量，電源軌線的右側(cè)上的功率流的末尾。梯形圖上的每一個(gè)觸點(diǎn)代表了一個(gè)布爾變量的狀態(tài)，每一個(gè)線圈代表了一個(gè)實(shí)際設(shè)備的狀態(tài)，一個(gè)簡(jiǎn)單的梯形圖程序如圖4-2所示:</p><p>　　圖4-3 梯形圖程序示例</p><p>　　梯形圖的每個(gè)梯級(jí)表示一個(gè)

82、因果關(guān)系,事件發(fā)生的條件表示在梯形的左面,事件發(fā)生的結(jié)果表示在梯級(jí)的右面。  梯形圖編程語(yǔ)言具有如下特點(diǎn): (1) 與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性; (2) 與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí); (3) 對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)描述,仍不夠清晰; (4) 可讀性仍不夠好。    幾乎所有PLC廠商提供的PLC都支持梯形圖編程語(yǔ)言,而且都

83、比較容易理解，只是在梯形圖結(jié)構(gòu)上可能稍有變化。比如西門子的S7系列梯形圖就沒(méi)有右邊的電力軌線。</p><p>　　4.2.2 控制流程圖</p><p>　　機(jī)械手工作流程圖如下圖所示。把可編程序控制器主機(jī)上的RUN-PROG的開關(guān)撥在RUN上，如果機(jī)械手不在初始位置上，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)（橫軸向手爪那邊移動(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，橫軸前伸；前伸到位后，手抓電

84、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，手爪加緊；延時(shí)過(guò)后，豎軸上升，同時(shí)橫軸縮回、底盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉(zhuǎn)，然后豎軸下降，電磁閥動(dòng)作，手張開；延時(shí)后豎軸上升復(fù)位；然后開始下一周期動(dòng)作[12]。</p><p>　　圖4-4 機(jī)械手搬運(yùn)流程圖</p><p>

85、　　4.2.3 梯形圖設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械手的控制屬順序控制，采用步進(jìn)指令，根據(jù)說(shuō)明機(jī)器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖形，很容易進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?） 根據(jù)機(jī)械手的工作方式情況，選擇“梯形圖的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　單步操作”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“單步操作”程序；在選擇“返回原位”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“返回原位”程序; “自動(dòng)”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“自動(dòng)”程

86、序，故梯形圖的總體構(gòu)成如下圖所示。其中，自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕按下時(shí)才執(zhí)行。</p><p>　　圖4-5 機(jī)械手PLC控制梯形圖總體構(gòu)成</p><p>　?。?） 各部分梯形圖的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　通用部分梯形圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　A狀態(tài)器的初始化：初始狀態(tài)器S600在手動(dòng)方式下被置位、復(fù)位

87、。當(dāng)方式選擇開關(guān)處于“返回復(fù)位”（X501接通）時(shí)，按下返回復(fù)位按鈕（X505）時(shí)被置位;在“單步操作”（X500接通）時(shí)，S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動(dòng)作復(fù)位操作，即在方式選擇開關(guān)位于“單步操作”或 “返回復(fù)位”時(shí)，中間狀態(tài)器同步復(fù)位，故初始狀態(tài)梯形圖如下圖示（如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要M71）狀態(tài)器初始化梯形圖。</p><p>　　圖4-6 狀態(tài)器初始化</p&g

88、t;<p>　　B狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)：若機(jī)械手工作在自動(dòng)工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后，按下啟動(dòng)按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步步向下傳遞，即可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時(shí)，轉(zhuǎn)換啟動(dòng)繼電器M575一直保持到停機(jī)按鈕按下為止。另一方面，采用M100檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng)M575和M100都接通時(shí)，從初始狀態(tài)開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其梯形圖如下圖。</p><p>　　圖4-7

89、狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)梯形圖</p><p>　　C狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖：激活特殊輔助繼電器M574，并用步進(jìn)指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時(shí)，狀態(tài)器的自動(dòng)轉(zhuǎn)換就被禁止。</p><p>　　在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時(shí)，M574應(yīng)被激勵(lì)并保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，從現(xiàn)行工序重新開始工作，M574應(yīng)復(fù)位，即重新允許轉(zhuǎn)換。</p><p>　　在“步進(jìn)”工作方式

90、時(shí)，M574應(yīng)始終工作，此時(shí)，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但每按下一次啟動(dòng)按鈕時(shí)，M574斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一步。</p><p>　　在“手動(dòng)”工作方式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)方式解除之后，按下啟動(dòng)按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除，M574復(fù)位。</p><p>　　PLC在啟動(dòng)時(shí)，用初始化脈沖M71使M574自保持，以次禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換，直到按下啟動(dòng)按鈕。狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯

91、形圖如下。</p><p>　　圖4-8 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖</p><p>　　通過(guò)對(duì)上圖的分析可得出：在執(zhí)行“單步操作”和“返回原位”程序時(shí)，M575一直不能被接通，而M574長(zhǎng)期被接通（按下啟動(dòng)按鈕時(shí)除外）；執(zhí)行“步進(jìn)”程序時(shí)，每按一次啟動(dòng)按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，M574斷開，M575接通，狀態(tài)器的狀態(tài)可一

92、步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時(shí)，M574自鎖，狀態(tài)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止現(xiàn)行工序（再次按下啟動(dòng)按鈕時(shí)從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時(shí)，M575一直接通到按下停止按鈕，此時(shí)M574一直不能接通。</p><p>　　D單步操作梯形圖 手動(dòng)操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方法來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖?！皢尾讲僮鳌睍r(shí)，按下夾持按鈕時(shí)，夾持輸出Y431自保持，只有按下松開按鈕時(shí)

93、，Y431才會(huì)復(fù)位；按下上升按鈕，上升輸出Y432保持接通；按下下降按鈕，Y430保持接通；在上限位按下左行按鈕，左行輸出Y434保持接通；在上限位按下右行按鈕，右行輸出Y433保持接通。單步操作是梯形圖如下圖。</p><p>　　圖4-9 機(jī)械手單步操作梯形圖</p><p>　　E返回原位梯形圖 在“返回原位”狀態(tài)下，“夾持”與“下降”動(dòng)作應(yīng)被停止，上限位未動(dòng)作時(shí)應(yīng)進(jìn)行“上升”

94、；上限位動(dòng)作時(shí)，“右行”動(dòng)作應(yīng)停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形圖如下圖。</p><p>　　圖4-10 機(jī)械手返回原位梯形圖</p><p>　　F “自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖 如下圖表示了機(jī)械手自動(dòng)工作時(shí)執(zhí)行各工步的情況。表明了各工步的實(shí)現(xiàn)以及各工步的轉(zhuǎn)換條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y430接通。自下限位置時(shí)，X401接通，轉(zhuǎn)化為“夾持”過(guò)程。在夾持工步中，夾持電磁閥Y431

95、置位，同時(shí)驅(qū)動(dòng)T450。T450接通后，轉(zhuǎn)化為第一次上升。此后執(zhí)行類似的操作，完成由初始條件到下一個(gè)初始條件的一系列操作。在夾持輸出Y431置位后，保持夾持，直到夾持輸出復(fù)位松開。如上述一步步按順序驅(qū)動(dòng)各個(gè)負(fù)載動(dòng)作，稱為順序控制或過(guò)程步進(jìn)型控制。這種控制過(guò)程用繼電器符號(hào)程序很難實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖4-11 機(jī)械手自動(dòng)工作流程圖</p><p>　　用狀態(tài)器替代自動(dòng)工作流程

96、圖中的各個(gè)工步，可得到如下圖所示的功能表圖。初始狀態(tài)在圖中用雙線框表示。</p><p>　　圖4-12 機(jī)械手自動(dòng)工作功能表圖</p><p>　　根據(jù)上圖所示的功能表圖，可設(shè)計(jì)出自動(dòng)操作時(shí)的梯形圖，如下圖所示。</p><p>　　圖4-13 機(jī)械手自動(dòng)工作梯形圖</p><p>　　將從初始化開始的一系列梯形圖，按照總體構(gòu)成圖的形式作何

97、在一起，得到機(jī)械手PLC控制的梯形圖，如下圖所示。</p><p>　　圖4-14 機(jī)械手PLC控制梯形圖</p><p>　　該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放至自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則應(yīng)將工作方式選擇開關(guān)放至“單步操作”位置[3] [10]。</p><p

98、><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們畢業(yè)前最重要的一份工作，它是對(duì)我們這幾年來(lái)知識(shí)的檢驗(yàn)核查，是對(duì)我們四年求學(xué)路程的總結(jié)，同時(shí)也是提升自我工作和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的一種方式。同時(shí)也是對(duì)我們學(xué)業(yè)的考核使我們學(xué)業(yè)可以完滿結(jié)束。</p><p>　　通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了所學(xué)的知識(shí)還有些欠缺，不夠完善。沒(méi)著手之前總是眼高手低，老是以為自己都會(huì)

99、、都懂。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)我知道了我所謂的都會(huì)、都懂原來(lái)是都會(huì)一點(diǎn)、都懂一點(diǎn)，知識(shí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作生活中要不斷提高自己的知識(shí)提高自己的素質(zhì)。</p><p>　　經(jīng)過(guò)幾個(gè)工作周的工作，通用上下料機(jī)器人的設(shè)計(jì)工作基本完畢，其功能基本達(dá)到預(yù)期要求。系統(tǒng)較為穩(wěn)定，修改程序就能讓機(jī)械手做不同的動(dòng)作，可操作性好。在控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的過(guò)程也是對(duì)也學(xué)知識(shí)的總結(jié)過(guò)程，更是對(duì)未掌握未學(xué)習(xí)到的知識(shí)的探索認(rèn)知過(guò)程。在這個(gè)

100、過(guò)程中，使我對(duì)利用可編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械手的工作原理有了進(jìn)一步的掌握，在設(shè)計(jì)過(guò)程中增長(zhǎng)了知識(shí)。并且深刻認(rèn)識(shí)到，控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格再嚴(yán)格的按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試的過(guò)程來(lái)進(jìn)行。</p><p>　　在設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，體會(huì)到理論必須和實(shí)際相結(jié)合。雖然收集了大量的資料，但在實(shí)際應(yīng)用中卻有很多差異，出現(xiàn)了許多意想不到的問(wèn)題。許多問(wèn)題都是書本

101、上是這樣，而在實(shí)際運(yùn)用中卻很不一樣，在經(jīng)過(guò)多次分析修改后，才設(shè)計(jì)出達(dá)到要求的系統(tǒng)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)就要結(jié)束了，大學(xué)四年的生活也幾近尾聲，回想一下這其中的種種，不禁感慨萬(wàn)千。首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師**老師在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)我的幫助與及時(shí)的糾正指導(dǎo)，**老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)揭捉耍H切中不失威嚴(yán)，嚴(yán)格要

102、求我們的設(shè)計(jì)工作，給我們小組營(yíng)造出一種良好的氛圍。在數(shù)次的見(jiàn)面指導(dǎo)中，**老師不僅及時(shí)對(duì)我設(shè)計(jì)方向做出及時(shí)的糾正，還對(duì)我設(shè)計(jì)方向進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，使我的思想煥然一新，更以她寬于待人，嚴(yán)于律己的工作態(tài)度讓我明白了很多為人處世，待人接物的道理。微言寸語(yǔ)不能表達(dá)我的謝意，只能銘記在心，同時(shí)祝福導(dǎo)師闔家歡樂(lè)，一生平安。同時(shí)也感謝我的同學(xué)，在此次設(shè)計(jì)中，我們互相幫助，互相探討，不懂的一起查閱資料，發(fā)表不同的見(jiàn)解，無(wú)形中我們的關(guān)系有了進(jìn)一步的提升。

103、</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束也代表著我們大學(xué)生涯的結(jié)束，回想大學(xué)時(shí)光，與同學(xué)于老師的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，你們給與我的種種幫助、支持與鼓勵(lì)，謝謝你們。在論文完成之際，我的心情難以平復(fù)，從起初的選題到現(xiàn)在，有多少師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給我無(wú)言的幫助。 </p><p>　　在此還要感謝原來(lái)的0941、0942的同窗們，我們一起躲過(guò)了愉快的四年大學(xué)生活。再次感謝所有教導(dǎo)過(guò)我的老師、導(dǎo)師李輝老師和同學(xué)們，請(qǐng)

104、接收我誠(chéng)摯的謝意！最后還要感謝我的父母，謝謝你們把我培養(yǎng)長(zhǎng)大，謝謝你們！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 蔡自興．機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略[J]．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001．</p><p>　　[2] 袁野．機(jī)械手功能實(shí)現(xiàn)及控制方式設(shè)計(jì)[J]．裝備制造技術(shù),2012．</p>&

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