基于plc的掃描拾取機(jī)械手設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 電氣工程專業(yè)

1、基于plc的掃描拾取機(jī)械手摘 要隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展尤為引人注目。各種機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備的出現(xiàn)逐漸取代了傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)。自動(dòng)化流水線的出現(xiàn)不僅大大提高了工作效率，而且使許多手工操作中存在安全隱患的工序被機(jī)械設(shè)備所替代，使現(xiàn)代工業(yè)更加人性化。機(jī)械手在現(xiàn)代自動(dòng)化中起著重要的作用。一方面，它可以在高溫、腐蝕性、有毒等惡劣環(huán)境下連續(xù)工作。另一方面，它具有高精度的抓取、傳遞、旋轉(zhuǎn)和釋放。機(jī)械手的動(dòng)作由精密控制系統(tǒng)控制。從早期的繼電器控制系統(tǒng)到今天的PLC控制系統(tǒng)，機(jī)械手技術(shù)的更新是控制系統(tǒng)的發(fā)展和完善。本課題選用三菱公司FX系列PLC完成電動(dòng)工具電機(jī)的抓取和傳遞以及零件的沖壓動(dòng)作。電氣設(shè)備包括P

2、LC、觸摸屏、傳感器、直流電源等。通過可編程控制器的編程，完成了相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了控制功能。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC；控制；設(shè)計(jì)The design of control system ofmanipulator based on PLCAbstract Along with social progress, industrial automation development is particularly attention, produce a variety of machinery automation equipment, and gradually replaced the trad

3、itional hand-made. Automated assembly line production, not only greatly improve the work efficiency, but also to many unsafe manual processes are replaced by machinery and equipment, so that modern industry to become more humane.Robotic automation plays in contemporary popular an important role, on

4、the one hand it can continue to operate at high temperatures, corrosive, toxic and other harsh environments, on the other hand its complete capture, transfer, rotation, and other movements release time accuracy also higher. A robot is controlled by a precise system control is completed, from the ear

5、ly development of the relay control system to todays PLC control system, the development of robot technology update is the control system and perfect.The issue is the choice of Mitsubishi FX series PLC, the completion of the press-fit electric power tools and part of the transfer operation crawl. El

6、ectrical equipment PLC, touch screen, sensors, DC power supplies. By PLC programming, complete the appropriate actions to achieve the control function.Key Words：manipulator;PLC;control;design 目 錄 TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc1321 摘 要 PAGEREF _Toc1321 3 HYPERLINK l _Toc7051 關(guān)鍵詞 PAGEREF _Toc7051 3 HY

7、PERLINK l _Toc17999 Abstract PAGEREF _Toc17999 4 HYPERLINK l _Toc31350 1. 可編程控制器PLC PAGEREF _Toc31350 5 HYPERLINK l _Toc1562 1.1 PLC簡介 PAGEREF _Toc1562 5 HYPERLINK l _Toc23191 1.2 PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc23191 5 HYPERLINK l _Toc26584 1.2.1 中央處理器CPU PAGEREF _Toc26584 6 HYPERLINK l _Toc3352 1.2.2 存儲(chǔ)器 PAGE

8、REF _Toc3352 6 HYPERLINK l _Toc11967 1.2.3 輸入輸出單元 PAGEREF _Toc11967 6 HYPERLINK l _Toc27718 1.2.4 電源部分 PAGEREF _Toc27718 8 HYPERLINK l _Toc2086 1.3 PLC的選型 PAGEREF _Toc2086 8 HYPERLINK l _Toc17239 2. 機(jī)械手概況 PAGEREF _Toc17239 10 HYPERLINK l _Toc197 2.1 機(jī)械手的起源與發(fā)展 PAGEREF _Toc197 10 HYPERLINK l _Toc26924

9、 2.2 機(jī)械手的工作原理 PAGEREF _Toc26924 10 HYPERLINK l _Toc17621 3. 機(jī)械手控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc17621 11 HYPERLINK l _Toc20082 3.1 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究意義 PAGEREF _Toc20082 11 HYPERLINK l _Toc2624 3.2 基于PLC機(jī)械手設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) PAGEREF _Toc2624 11 HYPERLINK l _Toc406 3.3 機(jī)械手實(shí)現(xiàn)的功能 PAGEREF _Toc406 12 HYPERLINK l _Toc15684 4. 基于PLC機(jī)械手控

10、制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc15684 13 HYPERLINK l _Toc32600 4.1 IO點(diǎn)分配 PAGEREF _Toc32600 13 HYPERLINK l _Toc2869 4.1.1 電器元件的選擇 PAGEREF _Toc2869 13 HYPERLINK l _Toc7432 4.1.2 IO分配 PAGEREF _Toc7432 13 HYPERLINK l _Toc1086 42 .硬件接線圖 PAGEREF _Toc1086 14 HYPERLINK l _Toc442 4.2.1 電氣主接線 PAGEREF _Toc442 14 HYPERLINK l

11、 _Toc5211 4.2.2 PLC輸入接線 PAGEREF _Toc5211 15 HYPERLINK l _Toc3562 4.2.3 PLC輸出接線 PAGEREF _Toc3562 16 HYPERLINK l _Toc21722 43 控制流程圖 PAGEREF _Toc21722 17 HYPERLINK l _Toc19813 44 程序梯形圖 PAGEREF _Toc19813 17 HYPERLINK l _Toc802 45 人機(jī)界面設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc802 22 HYPERLINK l _Toc11646 結(jié)束語 PAGEREF _Toc11646 24 H

12、YPERLINK l _Toc3743 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc3743 26 HYPERLINK l _Toc16847 致 謝 PAGEREF _Toc16847 271 可編程控制器PLC1.1 PLC簡介可編程序控制器(Programmable Logic Controller，PLC)在20世紀(jì)60年代被提出，首先是為了取代繼電器控制裝置。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，PLC的應(yīng)用越來越廣泛。隨著數(shù)字時(shí)代的到來，信息技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致了各行各業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程。PLC強(qiáng)大的開關(guān)控制和邏輯控制使其在現(xiàn)代工業(yè)中的作用變得尤為突出。PLC是汽車工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物。在早期汽車工業(yè)自動(dòng)化過程中，控制

13、主要來自于繼電器控制。一方面，繼電器控制電路復(fù)雜，一旦發(fā)生故障，維修非常困難;另一方面，繼電器的控制效率相對較低。作為汽車行業(yè)中最突出的手表行業(yè)，繼電器控制系統(tǒng)逐漸不能滿足較為復(fù)雜的邏輯控制要求。隨著社會(huì)的發(fā)展，PLC的出現(xiàn)逐漸進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期。PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、計(jì)算等功能。其輸入和輸出均采用數(shù)字量的方式，以控制電氣設(shè)備的動(dòng)作。人們首先把邏輯控制程序?qū)戇M(jìn)PLC。PLC連續(xù)掃描并給出相應(yīng)的電信號輸出。電信號控制外部電路的開閉，從而逐步完成預(yù)期的動(dòng)作指令。在PLC逐步掃描的過程中，計(jì)數(shù)器會(huì)記錄相應(yīng)的步驟。PLC完成掃描動(dòng)作所需的時(shí)間為其掃描周期。世界上第一臺(tái)PLC于1969年

14、在美國生產(chǎn)。目前美國和歐盟主要生產(chǎn)大型plc，日本和德國主要生產(chǎn)中小型plc。我國經(jīng)歷了漫長的探索歷程，出現(xiàn)了自己的一些品牌。但其核心技術(shù)仍掌握在大型PLC生產(chǎn)國手中。我國獨(dú)立PLC的發(fā)展道路仍然充滿挑戰(zhàn)。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于各行各業(yè)，其運(yùn)行速度快、體積小等特點(diǎn)越來越發(fā)揮著不可替代的作用。在早期PLC功能的基礎(chǔ)上，增加了網(wǎng)絡(luò)通信等新功能，使PLC的功能更加完善。與西方國家相比，中國的工業(yè)化起步較晚，但改革開放以來，工業(yè)化的步伐一直非?？?。幾十年來工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，完成了其他國家百年來走過的征程?；赑LC的控制系統(tǒng)已成為自動(dòng)化領(lǐng)域的主流。PLC具有高可靠性和穩(wěn)定的控制

15、系統(tǒng)。同時(shí)，在半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展和總結(jié)中，形成了完善的功能和較強(qiáng)的適應(yīng)性。與其他編程語言相比，PLC的編程語言更簡單，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期更短，維護(hù)更方便。PLC的眾多功能模塊大大豐富了PLC的控制領(lǐng)域，可以滿足不同情況下的控制要求。1.2 PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1-1是PLC的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、電源等組成。圖1-1 PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.2.1 中央處理器CPU中央處理器是數(shù)據(jù)處理中最重要的部分，其作用相當(dāng)于人腦，在PLC系統(tǒng)的中央位置1。CPU可以接收輸入單元的信號，對信號進(jìn)行識別和處理，并將電信號應(yīng)用于輸出單元，實(shí)現(xiàn)輸入輸出的協(xié)調(diào)。CPU可以檢測自己的信息，識別錯(cuò)誤

16、信息并發(fā)出警告和提醒，當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，它可以控制系統(tǒng)進(jìn)行掃描，完成相應(yīng)的計(jì)算和邏輯操作，并以循環(huán)掃描的方式控制輸出。CPU是一個(gè)逐步讀寫的程序。每一步都被掃描。當(dāng)電流步長完成時(shí)，輸出信號由存儲(chǔ)區(qū)域的相應(yīng)信息控制。在每個(gè)固定的掃描周期中，CPU重復(fù)相同的動(dòng)作。1.2.2存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)功能與計(jì)算機(jī)相同，用于存儲(chǔ)相應(yīng)的數(shù)據(jù)。PLC存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)程序和邏輯變量。PLC存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)、系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。系統(tǒng)程序和用戶程序在內(nèi)存中有單獨(dú)的位置。1.2.3 輸入輸出單元輸入輸出單元是連接外部短路的直接位置。它通過接收和發(fā)送信號來控制外部電路。與三極管的傳導(dǎo)方式相似，PLC的輸入

17、和輸出被分為源形和漏形兩種形式。輸入單元是PLC接收外部信號的通道。不同的plc有不同的輸入模式。源形和漏形輸入如圖1-2所示。圖1-2 PLC漏形輸入和源形輸入接線當(dāng)漏形輸入時(shí)，PLC的公共端為24V，電流從外部流入輸入端; 源形輸入時(shí)，PLC的公共終端為0V，電流從終端流出。輸出單元是外部電路信號的接口，通常有繼電器輸出和晶體管輸出模式，晶閘管輸出模式不常用。與晶體管輸出相比，繼電器的輸出具有更大的電流，但其開關(guān)頻率不如晶體管輸出模式的開關(guān)頻率高。因此，在某些開關(guān)頻率較高、控制流量較快的情況下，晶體管的輸出模式更為實(shí)用。但一般來說，繼電器的輸出更實(shí)用，因?yàn)樗哂懈鼜?qiáng)的負(fù)載能力。輸出單元也有

18、源形輸出和漏形輸出的區(qū)別，圖1-3就是兩種不同的輸出方式。圖1-3 PLC漏形輸出和源形輸出接線當(dāng)漏形輸出時(shí)，電流從外部流向端子，一般端子為24V;當(dāng)源形輸出時(shí)，電流流出端子，公共端為0V。但當(dāng)輸出為晶閘管輸出時(shí)，交流電源的正負(fù)對輸出沒有影響，可以自由選擇。1.2.4電源部分PLC操作需要給它供電。開關(guān)量的關(guān)斷控制是通過直流電源的高低電平來實(shí)現(xiàn)的。所以PLC運(yùn)行時(shí)，需要向其提供直流穩(wěn)壓電源。PLC有直流電源和交流電源，但最終轉(zhuǎn)換成直流模式。PLC有自己的內(nèi)部電源，穩(wěn)定性好，但輸出功率小。直流電源一般采用24v直流電壓，以保證PLC的正常運(yùn)行。1.3 PLC的選型PLC的種類很多，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)

19、，選擇合適的PLC類型是非常重要的。在PLC的選擇上，可以進(jìn)行以下幾個(gè)方面的工作。首先，確定輸入和輸出點(diǎn)的數(shù)量。以三菱FX系列PLC為例，輸入輸出點(diǎn)有10點(diǎn)、14點(diǎn)、20點(diǎn)、30點(diǎn)、32點(diǎn)、64點(diǎn)等。在PLC的選擇上，首先要確定控制系統(tǒng)中輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)，然后確定基本的選擇方向。同時(shí)，應(yīng)注意將接觸總數(shù)的10%左右留作輸入和輸出的預(yù)備點(diǎn)。其次，選擇合適的電源類型。PLC有交流和直流兩種型號。直流電源一般為24V，交流電源有100-230V。在選擇PLC類型時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)供電的實(shí)際情況選擇合適的PLC類型，使其適合設(shè)計(jì)要求。第三，了解輸出信號的類型。PLC的輸出包括繼電器輸出、晶體管輸出和可控

20、硅輸出。繼電器輸出方式輸出頻率大，在實(shí)際應(yīng)用中很常見。在一般系統(tǒng)中，這種說法可以適應(yīng)給定的輸出信號。晶閘管輸出方式用于信號輸出，要求信號頻率變化快，但輸出功率小，載流子電流小3?？傊?，PLC的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，綜合分析比較，選擇最合適的PLC類型，從而減少控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不必要的麻煩。2 機(jī)械手概況2.1 機(jī)械手的起源與發(fā)展機(jī)械手，顧名思義，就是使機(jī)械設(shè)備具有與手相同的功能，靈活地完成各種動(dòng)作，有目的地在不同的位置和環(huán)境中操縱物體。機(jī)械手是工業(yè)上最早的自動(dòng)化設(shè)備之一，因?yàn)樵趶?fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中，人工操作無法直接進(jìn)行。最早的機(jī)械手設(shè)備可以追溯到20世紀(jì)40年代。在工業(yè)革命的過程中，已經(jīng)出現(xiàn)了模仿手和

21、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器。然而，早期機(jī)械手的自動(dòng)化程度很低，部分動(dòng)作依賴于人力。完成了。隨著工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械手的形狀和功能也發(fā)生了巨大的變化。特別是在20世紀(jì)80年代和90年代，機(jī)械手迎來了蓬勃發(fā)展的時(shí)期。早期機(jī)械手主要完成把握、移動(dòng)等操作,但由于工業(yè)過程變得更加復(fù)雜,這些基本操作已經(jīng)不能滿足人們的需求,因此,機(jī)械手的功能被大大擴(kuò)展,如磨削機(jī)械臂、機(jī)械手,機(jī)械手的繞組機(jī)械手和其他特殊功能逐漸產(chǎn)生了4。21世紀(jì)是信息世紀(jì)。自動(dòng)化已成為工業(yè)的主流。信息技術(shù)的發(fā)展使得機(jī)械手的工作內(nèi)容更加復(fù)雜。例如，在精密加工過程中，機(jī)械手的角色已經(jīng)從早期的“載體”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤幚砥鳌?。由于信息傳輸更加?zhǔn)確，機(jī)械手完成的加工動(dòng)

22、作也更加精確。近年來，新興的機(jī)器視覺技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域迎來了新的發(fā)展和變革。從傳統(tǒng)的傳感器識別到今天的機(jī)器視覺識別，給了機(jī)械手更大的操作識別空間。以ABB公司生產(chǎn)的機(jī)械手為代表，機(jī)械手行業(yè)的全球性競爭也演變?yōu)閿?shù)控行業(yè)的競爭。2.2機(jī)械手的工作原理事實(shí)上，機(jī)械手的工作使機(jī)器按照預(yù)先設(shè)定的步驟運(yùn)動(dòng)。一般機(jī)械手以氣缸的作用作為機(jī)械手每一步動(dòng)作的基礎(chǔ)。特殊功能機(jī)械手還以氣缸、油缸、電機(jī)和伺服機(jī)構(gòu)為動(dòng)力。無論機(jī)械手動(dòng)作的力量來自何方，都是通過外部設(shè)備力的應(yīng)用來推動(dòng)機(jī)械部分的定向運(yùn)動(dòng)，從而完成基本動(dòng)作。當(dāng)然，機(jī)械手的力量只能使它移動(dòng)。為了進(jìn)行有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，需要通過傳感器設(shè)備來識別運(yùn)動(dòng)和位置。如果機(jī)械手完成下

23、降動(dòng)作，下降推進(jìn)缸只能給機(jī)械手向下推力。當(dāng)它到達(dá)指定位置時(shí)，氣缸的電磁傳感器就會(huì)收到信號。傳感器的電信號將輸入控制系統(tǒng)。經(jīng)過識別、傳輸和變換，控制系統(tǒng)將向氣缸電磁閥輸出電信號，電磁閥將得到電信號。關(guān)閉氣流，如果無法獲得氣流，氣缸將停止運(yùn)動(dòng)，完成機(jī)械手的向下運(yùn)動(dòng)5。機(jī)械手由動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成。在動(dòng)作過程中，控制系統(tǒng)是通過向電力系統(tǒng)獲取和發(fā)送信號，有序地向執(zhí)行裝置供電。執(zhí)行設(shè)備是完成操作的最終機(jī)制。3機(jī)械手控制系統(tǒng)3.1 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究意義機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化過程由機(jī)械部分和控制部分組成。本課題是基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)，它是通過PLC程序的控制來達(dá)到機(jī)械手所期望的效

24、果6。PLC作為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域的寵兒，價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大。許多模塊可以滿足不同環(huán)境下的控制要求。研究基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)首先可以增強(qiáng)機(jī)械自動(dòng)化意識。隨著信息時(shí)代的到來，工業(yè)高度自動(dòng)化將成為社會(huì)發(fā)展的趨勢。作為自動(dòng)化設(shè)備的代表，加強(qiáng)其研究可以極大地豐富對行業(yè)的了解，設(shè)計(jì)并賦予機(jī)械手新的強(qiáng)大功能，極大地減輕了人們的工作量，不僅提高了工作效率，而且對工人有更大的保護(hù)作用。其次，研究基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)可以更深入地了解PLC的主流控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)功能更強(qiáng)大、成本更低、功能更復(fù)雜。機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究不僅可以接受他人的設(shè)計(jì)思想，而且可以以身作則，從而豐富設(shè)

25、計(jì)的內(nèi)容。自動(dòng)化是機(jī)械與控制系統(tǒng)的有效協(xié)作，控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的指揮者。在控制系統(tǒng)的研究過程中，可以總結(jié)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，使系統(tǒng)進(jìn)一步完善。3.2 基于PLC機(jī)械手設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)機(jī)械手出現(xiàn)較早，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，隨著信息技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，PLC已成為現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)的主流?；赑LC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有許多優(yōu)點(diǎn)。成本更低PLC是一種高度集成的控制器。一般來說，大多數(shù)中小型plc都是使用的。I O端口在20到512點(diǎn)之間。多觸點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)輸入信號的接收和輸出信號的設(shè)置。傳統(tǒng)的信號反饋由開關(guān)控制。系統(tǒng)不僅復(fù)雜，而且電氣元件眾多，占用空間大，成本高。基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)可以通過PLC控制開關(guān)量。與傳

26、統(tǒng)的開關(guān)控制相比，它不需要實(shí)際的開關(guān)器件作為載體，但可以實(shí)現(xiàn)相同甚至更強(qiáng)大的功能，大大節(jié)省了控制系統(tǒng)的輸入7。操作性較強(qiáng)在實(shí)現(xiàn)同一控制動(dòng)作的過程中，基于PLC的控制系統(tǒng)從硬件的選擇到軟件程序的編寫都有很強(qiáng)的變化因素。PLC的編程語言相對簡單，易于學(xué)習(xí)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期也相應(yīng)縮短。作為一種機(jī)械設(shè)備，如果我們想要擁有和主人一樣的動(dòng)作，我們需要在設(shè)計(jì)師執(zhí)行動(dòng)作之前在大腦中有一個(gè)完整的動(dòng)作過程。機(jī)械手如何正確完成動(dòng)作需要從各個(gè)方面考慮，從電氣元件的基本選擇，到電氣元件的安裝位置，到最終設(shè)備的調(diào)試，都需要在實(shí)踐中進(jìn)行。基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以研究機(jī)械手的多角度控制系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的可操作性。順應(yīng)

27、社會(huì)的需求工業(yè)的發(fā)展和通信技術(shù)的進(jìn)步使自動(dòng)控制系統(tǒng)的變化更加明顯。PLC是信息技術(shù)與控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。利用編程軟件實(shí)現(xiàn)對電路的控制，使信號能夠被給予機(jī)械系統(tǒng)，使機(jī)械設(shè)備能夠獨(dú)立完成相應(yīng)的動(dòng)作。信息技術(shù)的發(fā)展對智能控制系統(tǒng)提出了更高的要求，基于PLC的控制系統(tǒng)能夠滿足智能化的要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)后的調(diào)試不再只是硬件設(shè)施的調(diào)試，而是軟件控制程序的調(diào)試成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。通過數(shù)據(jù)通信，可以達(dá)到原來的控制要求。這是信息時(shí)代的必然趨勢，也符合社會(huì)對數(shù)字通信的要求8。3.3機(jī)械手實(shí)現(xiàn)的功能機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟。在不同的行業(yè)中，機(jī)械手的作用也是一樣的。搬運(yùn)、拋光、焊接、輕剝離等功能機(jī)械手較為

28、常見。本課題是選擇家電生產(chǎn)線上機(jī)械手的設(shè)計(jì)。在家電管道中，自動(dòng)化程度越高，設(shè)備的功能越復(fù)雜。在電器生產(chǎn)過程中，電機(jī)在繞線過程中，存在高溫環(huán)境和油污環(huán)境，手工操作更危險(xiǎn)，效率更低。電機(jī)繞組完成后，需要在電機(jī)轉(zhuǎn)軸兩端按下硬質(zhì)織構(gòu)旋轉(zhuǎn)夾頭。在裝配線上，電機(jī)和沖孔夾頭在繞線后的轉(zhuǎn)移一般由兩個(gè)工位完成。操作過程復(fù)雜、效率低下，在有限的工廠環(huán)境中占用的空間較大，是一種很大的浪費(fèi)。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是在電器生產(chǎn)線上完成一個(gè)動(dòng)作過程中的電機(jī)傳遞和沖壓夾。左側(cè)傳動(dòng)裝置為高溫油馬達(dá)轉(zhuǎn)子。當(dāng)它們移動(dòng)到指定位置時(shí)，原位機(jī)械手接收到信號。此時(shí)，水平位置氣缸移動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械手將水水平移動(dòng)到左側(cè)位置產(chǎn)品的頂部。通過上下伸縮氣缸和夾

29、緊氣缸的作用夾緊產(chǎn)品，然后水平位置氣缸向后移動(dòng)到左側(cè)位置產(chǎn)品。初始位置。下料時(shí)，夾緊氣缸保持夾緊動(dòng)作，電機(jī)轉(zhuǎn)子上方氣缸移動(dòng)，推動(dòng)沖壓裝置，夾緊產(chǎn)品一端夾緊夾套。機(jī)械手完成這個(gè)動(dòng)作。系統(tǒng)返回到原來的位置，并重復(fù)下一個(gè)操作9。本課題是以自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備為載體，實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能的集成，使多個(gè)動(dòng)作可以在一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)移動(dòng)作和夾頭沖孔均采用自動(dòng)化工藝完成，節(jié)省人工，提高工作效率。同時(shí)，觸摸屏也被添加到系統(tǒng)中。人機(jī)界面的設(shè)計(jì)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的動(dòng)作流程。同時(shí)，在設(shè)備維護(hù)過程中，控制系統(tǒng)可以通過人機(jī)界面逐步操作，使其更加安全。4基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 IO點(diǎn)分配4.1.1 電器元件的選擇在本課題的

30、設(shè)計(jì)過程中，要想實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的正確動(dòng)作，需要選擇合適的電氣元件，并與正確的電氣元件相互配合完成系統(tǒng)動(dòng)作。機(jī)械手的動(dòng)力系統(tǒng)主要是氣缸。在氣缸膨脹過程中，傳感器用來識別氣缸是否達(dá)到指定位置。氣缸的活塞端有一個(gè)磁環(huán)，因此氣缸上的傳感器采用磁開關(guān)傳感器。傳感器固定在氣缸的外端。當(dāng)氣缸運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞到達(dá)傳感器的固定位置，磁環(huán)使傳感器得到信號。這個(gè)課題有四個(gè)方面。每個(gè)氣缸的開始和結(jié)束都裝有兩個(gè)磁光傳感器。其中八個(gè)傳感器由工程師選擇。當(dāng)檢測產(chǎn)品在左側(cè)位置是否可用時(shí)，選擇光電傳感器。光電傳感器有發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。當(dāng)產(chǎn)品沒有被檢測到時(shí)，接收器總是可以接收到來自發(fā)射器的信號。當(dāng)有產(chǎn)品時(shí)，信號中斷，從而給PLC一個(gè)脈沖。

31、一般來說，光電傳感器是一個(gè)外部常閉點(diǎn)。當(dāng)按壓夾具時(shí)，需要近距離傳感器來檢測夾具的存在與否。當(dāng)產(chǎn)品接觸到一定距離的接觸點(diǎn)時(shí)，接近傳感器可以感知到信號，這是一個(gè)相當(dāng)開放的接觸點(diǎn)。接近開關(guān)也有不同的感應(yīng)距離。接近傳感器的不同軸徑對應(yīng)不同的感應(yīng)距離。一般情況下，接近開關(guān)的軸徑為8mm，感應(yīng)距離不同。感應(yīng)距離為0.15-1.5 mm, 12 mm為0.3- 3mm, 18 mm為0.6- 6mm, 30 mm為1- 10mm。由于機(jī)械手的動(dòng)作中存在沖壓過程，為了防止機(jī)械手離開沖壓工作臺(tái)的安全距離，造成操作者被壓碎，增加了安全屏。安全光幕也是一種光電傳感器，在一端傳輸信號，另一端接收信號。它可以掛在沖壓臺(tái)

32、前。在沖壓過程中，如果有什么東西進(jìn)入光屏后面的區(qū)域，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，這個(gè)脈沖信號可以被PLC識別。傳感器為NPN型。PLC采用三菱FX1S-30MR-OOO1。PLC的選擇主要取決于輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)。由于本項(xiàng)目有14個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，所以選擇三菱FX1S-30MR-OOO1 PLC，輸入點(diǎn)16個(gè)，輸出點(diǎn)14個(gè)。輸出為R型(繼電器)，電源為001型(交流電源)10。除了PLC和傳感器，本課題還需要一個(gè)啟動(dòng)按鈕，一個(gè)復(fù)位按鈕，一個(gè)緊急停止按鈕和一個(gè)白色的電源信號燈。4.1.2 IO分配我們已經(jīng)確定了課題電氣元器件的選擇，合理的IO分配可以讓我們在編程的時(shí)候更具有條理性，表4-1為PL

33、C的IO分配表。FX1S-30MR-001input名稱備注output名稱備注x0啟動(dòng)按鈕y0水平氣缸電磁閥x1復(fù)位按鈕y1伸縮氣缸電磁閥x2急停按鈕接NCy2夾取氣缸電磁閥x3左工位產(chǎn)品有無檢測傳感器光電傳感器y3壓制氣缸電磁閥x4水平位置氣缸始端傳感器磁性開關(guān)x5水平位置終端傳感器磁性開關(guān)x6伸縮氣缸上傳感器磁性開關(guān)x7伸縮氣缸下傳感器磁性開關(guān)x10夾取氣缸始端傳感器磁性開關(guān)x11夾取氣缸終端傳感器磁性開關(guān)x12壓制氣缸始端傳感器磁性開關(guān)x13壓制氣缸終端傳感器磁性開關(guān)x14夾片有無檢測傳感器接近傳感器x15光幕傳感器光電傳感器表4-1 PLC輸入輸出分配通常，輸入開關(guān)放在端口的前面。在

34、分配輸入和輸出端口時(shí)，必須保留一定數(shù)量的聯(lián)系人，以便在某些聯(lián)系人失敗時(shí)保留它們。在分配接點(diǎn)時(shí)，具有相同功能的接點(diǎn)位置應(yīng)盡量靠近，使其在工程項(xiàng)目中更加有序。42 硬件接線圖4.2.1電氣主接線本課題是總控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對于基于PLC的控制系統(tǒng)來說，電氣主接線是完成控制的基礎(chǔ)，圖4-1是本課題的電氣主接線圖。圖4-1 機(jī)械手控制體統(tǒng)主接線圖在主電路圖中，將10A空氣開關(guān)QF1與主電路連接，確保電流過大時(shí)主電路自動(dòng)斷開。還有一個(gè)緊急停止按鈕,連接正常關(guān)閉聯(lián)系人,也就是說,緊急停止按鈕保持當(dāng)前的暢通在正常情況下,按下緊急停止按鈕,當(dāng)遇到緊急情況下,斷開和正常的關(guān)閉聯(lián)系,導(dǎo)致主電路關(guān)閉,因此玩的影響手動(dòng)

35、緊急停車。圖左側(cè)為主電路插座，確保調(diào)試設(shè)備時(shí)用電方便。插座旁邊是電路上的24V開關(guān)電源，為PLC、觸摸屏和傳感器提供直流電源。由于開關(guān)電源與主電路相連，所以在其L線上增加了一個(gè)6A空氣開關(guān)。24V開關(guān)電源輸出端連接白色指示燈。當(dāng)有電流時(shí)，可以直觀地顯示開機(jī)狀態(tài)。觸摸屏旁邊是24V直流電源，這導(dǎo)致24V直流電壓。PLC提供交流電源，加上6A空氣開關(guān)QF3，通訊線路W連接觸摸屏和PLC，實(shí)現(xiàn)通訊12暢通。主電路圖實(shí)現(xiàn)了電氣元件的基本連接。在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮實(shí)用性和安全性，確保在發(fā)生故障時(shí)損失最小。4.2.2 PLC輸入接線我們知道PLC的輸入端是外部給PLC的信號，每一個(gè)輸入端回路都是一個(gè)獨(dú)立的系

36、統(tǒng)，不同的端口可以起到不同的效果。下邊的圖4-2是PLC輸入接線圖。圖4-2 機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC輸入端接線圖在圖中，從左到右有三個(gè)常用的終端，輸入X00-X07，輸入X10-X17。三種常用端子為24V, X0O為SB1, XO1為復(fù)位按鈕，X03為急停按鈕，X04為光電傳感器，X04- x13為四缸傳感器，其常用端子連接至0V, X14為帶或不帶檢測傳感器的夾緊器。4.2.3 PLC輸出接線PLC的輸出端是在其接收到輸入信號以后，通過程序的控制，給予外部信號的端口，本課題總共有四個(gè)電磁閥為輸出端，下邊的圖4-3為PLC輸出接線圖。圖4-3 機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC輸出端接線圖PLC的輸出公共端

37、接0V,輸出端Y00接水平氣缸電磁閥，Y02接伸縮氣缸電磁閥，Y03接夾取氣缸電磁閥，以接沖壓氣缸電磁閥。電磁閥公共端接24V電壓。43 控制流程圖控制流程圖是顯示設(shè)計(jì)過程的圖形，下邊的圖4-4為本課題的控制流程圖。產(chǎn)品有無1 加緊4 左工位右工位（原定）水平氣缸推進(jìn)2水平氣缸復(fù)位6 伸 伸 伸 縮 縮縮 伸 氣 氣氣 縮 缸 缸 缸 氣 推 復(fù)推 缸 進(jìn) 位 進(jìn) 復(fù)沖壓8 3 57 位 放松9 10圖4-4 機(jī)械手控制動(dòng)作流程圖系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，先檢測左產(chǎn)品;輸送產(chǎn)品時(shí)，水平氣缸推動(dòng)機(jī)械手向左移動(dòng);當(dāng)達(dá)到左上方位置時(shí)，伸縮氣缸將機(jī)械手向下推;當(dāng)達(dá)到指定位置時(shí)，機(jī)械手夾緊氣缸夾緊產(chǎn)品;然后伸縮筒恢復(fù)

38、到原來的位置;當(dāng)水平氣缸向右移動(dòng)時(shí)，機(jī)械手回到原來的位置。然后機(jī)械手的伸縮氣缸將機(jī)械手向下推到合適的位置;夾緊氣缸不斷移動(dòng)并將夾頭下落，當(dāng)接觸傳感器感應(yīng)夾頭時(shí)，沖壓氣缸向下壓印;沖壓完成后，機(jī)械手放松;最后，伸縮缸恢復(fù)到原來的位置，完成了自動(dòng)化過程。當(dāng)左側(cè)光電傳感器再次檢測到產(chǎn)品時(shí)，機(jī)械氣缸向下移動(dòng)。第二次動(dòng)作又要開始了。44 程序梯形圖在本次設(shè)計(jì)中，我們采用了三菱PLC專門的編程軟件GX Developer，編程采用了步進(jìn)梯形圖的方式，程序如下所示。圖4-5 啟動(dòng)步進(jìn)程序程序通電后，M8002發(fā)出脈沖信號，定位狀態(tài)寄存器S0，開始步進(jìn);外部電路中急停按鈕連續(xù)開啟，光幕信號連續(xù)接收。當(dāng)水平氣缸

39、、伸縮氣缸、擰緊氣缸、沖孔氣缸均處于初始位置時(shí)，當(dāng)它們的初始位置傳感器均處于初始位置時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕即可開機(jī)。在其導(dǎo)通的一瞬間，進(jìn)入S20狀態(tài)。圖4-6 水平氣缸動(dòng)作步進(jìn)程序當(dāng)急停按鈕和熒光屏傳感器處于正常狀態(tài)時(shí)，膨脹、夾緊和壓缸處于正常位置。當(dāng)左側(cè)產(chǎn)品有檢測傳感器時(shí)，檢測到工件時(shí)水平氣缸處于開啟狀態(tài)。當(dāng)水平氣缸推到底端時(shí)，2秒后進(jìn)入S21狀態(tài)。圖4-7 伸縮氣缸動(dòng)作步進(jìn)程序急停按鈕和光幕傳感器都沒有異常的時(shí)候，水平氣缸定時(shí)就完成了，夾取氣缸和沖壓氣缸還沒動(dòng)作時(shí)伸縮氣缸輔助繼電器M1得信號，程序進(jìn)入S22狀態(tài)。圖4-8 加緊氣缸動(dòng)作步進(jìn)程序當(dāng)伸縮氣缸到達(dá)底端的時(shí)候，下部的的傳感器X007傳送給

40、PLC信號，此時(shí)沖壓氣缸還要保持原來的狀態(tài)，加緊氣缸輔助繼電器得信號，步進(jìn)進(jìn)入S23狀態(tài)。圖4-9 伸縮氣缸復(fù)位步進(jìn)程序夾取氣缸終端傳感器取得信號，在沖壓氣缸還沒有動(dòng)作的時(shí)候，伸縮氣缸復(fù)位，步進(jìn)進(jìn)入S24狀態(tài)。圖4-10 水平氣缸復(fù)位步進(jìn)程序 當(dāng)伸縮氣缸回到原來位置的時(shí)候，原始位置的傳感器X006給PLC信號，這時(shí)水平推進(jìn)氣缸復(fù)位，步進(jìn)進(jìn)入S25狀態(tài)。圖4-11 伸縮氣缸動(dòng)作步進(jìn)程序水平氣缸回到初始位置的時(shí)候，水平氣缸初始位置傳感器X004會(huì)給PLC信號，伸縮氣缸開始動(dòng)作，步進(jìn)進(jìn)入S26狀態(tài)。圖4-12 沖壓氣缸動(dòng)作步進(jìn)程序 機(jī)械手將工件移動(dòng)到右側(cè)伸縮氣缸伸到位，通過下方傳感器的信號，用手將夾

41、片放到原工件上，光幕會(huì)在人手縮回來的時(shí)候有信號輸出來，夾片會(huì)被接觸傳感器感受到，這時(shí)候沖壓氣缸開始動(dòng)作，當(dāng)沖壓氣缸到位時(shí)候會(huì)定時(shí)3s，來確保夾片被壓緊。定時(shí)時(shí)間一到，步進(jìn)進(jìn)入S27狀態(tài)。圖4-13 沖壓氣缸復(fù)位步進(jìn)程序 當(dāng)沖壓完成，沖壓氣缸就會(huì)復(fù)位，當(dāng)沖壓氣缸復(fù)位到達(dá)初始位置，初始位置的傳感器會(huì)傳給PLC信號，加緊氣缸復(fù)位，則機(jī)械手把工件放在右側(cè)的工位上，步進(jìn)進(jìn)入S28狀態(tài)15。圖4-11 伸縮氣缸復(fù)位步進(jìn)程序 當(dāng)夾緊氣缸復(fù)位到初始位置的時(shí)候，初始位置的傳感器X010給PLC信號，則伸縮氣缸復(fù)位，當(dāng)伸縮氣缸復(fù)位到初始位置的時(shí)候，則一次全部的機(jī)械手動(dòng)作完成，則程序回到初始S0狀態(tài)，步進(jìn)結(jié)束。圖4

42、-14 復(fù)位程序按下復(fù)位按鈕，開機(jī)瞬間批量復(fù)位狀態(tài)寄存器S20 - S28，直接復(fù)位膨脹缸和沖頭缸。當(dāng)復(fù)位按鈕連續(xù)開啟時(shí)，當(dāng)伸縮氣缸和沖孔氣缸復(fù)位到初始位置時(shí)復(fù)位水平氣缸;當(dāng)水平氣缸復(fù)位到初始位置時(shí)，伸縮氣缸移動(dòng);當(dāng)達(dá)到最低端時(shí)，夾緊缸開始復(fù)位;當(dāng)夾緊缸復(fù)位完成后，再次復(fù)位伸縮缸。這些動(dòng)作是由于水缸的復(fù)位必須在沖頭缸和伸縮缸復(fù)位后完成，而夾緊缸的復(fù)位必須在夾緊工件放置在正確位置后才能完成。圖4-15 輸出端程序當(dāng)復(fù)位按鈕在斷電的一瞬間，程序回到初始狀態(tài)，輔助繼電器直接控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)氣缸動(dòng)作的控制。45人機(jī)界面設(shè)計(jì)本課題采用新潔觸摸屏在自動(dòng)畫界面上顯示四個(gè)圓柱體的動(dòng)作。四個(gè)指示燈分別連接到Y(jié)0、Y1、Y2、Y3。他們選擇收回手術(shù)。當(dāng)跑步時(shí)，燈是綠色的，當(dāng)停止時(shí)，燈是紅色的。當(dāng)點(diǎn)是手動(dòng)的，它將從內(nèi)部寄存器跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)界面。圖4-16 觸摸屏自動(dòng)畫面編程 自動(dòng)界面離線模擬畫面如下。 圖4-17 觸摸屏自動(dòng)畫面在線發(fā)模擬當(dāng)跳到手動(dòng)動(dòng)畫表面時(shí)，四個(gè)氣缸分別運(yùn)動(dòng)。點(diǎn)擊“水平氣缸啟動(dòng)端”后面的按鈕，對應(yīng)的是PLC寄存器M0。此時(shí)，當(dāng)莫用力放置時(shí)，水平氣缸移到開始位置;點(diǎn)擊“臥式氣缸端子”后面相同的按鈕，對應(yīng)PLC寄存器M0, M0強(qiáng)位置上，然后臥式氣缸移動(dòng)。當(dāng)點(diǎn)擊按鈕時(shí)，則畫面返回自動(dòng)換面。圖4