自動螺釘裝配機械手論文

1、自動螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)設(shè)計自動螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)設(shè)計作者姓名：李海霞專業(yè)名稱：電氣工程及其自動化指導教師：孫莉莉講師摘要隨著電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息通信技術(shù)的迅速發(fā)展，螺 釘輸送機及二維機械手的應(yīng)用也越來越廣泛。單片機、可編程序控制器 PLC等自動控制儀器運用已十分普遍，它們的特點是通過編程來完成各 種預期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點， 尤其體 現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。論文研究以螺釘輸送機和 X-Y裝配機械手為研究主體，利用可編 程控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)的主要控制單元，結(jié)合伺服控制以及觸摸 屏等工業(yè)控制技術(shù)，實現(xiàn)螺釘裝配機的全自動控制。采用步進電機和伺

2、服電機相結(jié)合的控制方法實現(xiàn)擰螺釘， 使得裝配螺釘?shù)乃俣瓤?，定位?確，擰螺釘效率高；觸摸屏和 PLC的結(jié)合，讓控制系統(tǒng)的性能更加安 全可靠，使得整套設(shè)備成為操作方便、高效自動化的機電一體化產(chǎn)品。論文首先簡要介紹了自動螺釘裝配機械手的控制系統(tǒng)及其實現(xiàn)，然后對各部分的結(jié)構(gòu)、功能、工作流程以及基本參數(shù)進行了說明，最后完 成電氣原理圖的設(shè)計制作、自動螺絲輸送機及平面二維移動機械手的 PLC控制編程及控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。自動控制技術(shù)在當今工業(yè)生產(chǎn)中起著極其重要的作用， 自動機械手 作業(yè)的準確性和在各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力， 使其在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域 有著廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：機械手自動控制 PLC控制編程-I

3、-自動螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)設(shè)計AbstractWith the developme nt of power electr onic tech no logy, automatic con trol tech no logy, in formatio n and com muni catio n tech no logy rapid developme nt, applicati on of screw conv eyor and pla nar man ipulator is more and more widely. Single chip, programmable controller

4、 PLC automatic con trol in strume nt used has bee n very popular, they are characterized by a variety of program ming to complete the desired tasks, in the structure and performanee of both people and machines to their respective advantages, especially the peoples intelligence and adaptability.Based

5、 on screw conveyor and X-Y assembly manipulator as the research subject, the use of programmable logic controller (PLC) as the main control unit control system, the servo control and touch screen, in dustrial con trol tech no logy, automatic con trol screw assembly mach ine. Con trol method of the s

6、tep motor and servo motor are comb ined into the screw, the screw assembly of fast, accurate positi oning, high efficie ncy of screw; combined with touch screen and PLC, so the performance of the control system is safe and reliable, which makes the whole equipment become convenient operation, high a

7、utomation, electromechanical in tegrati on products.The paper briefly introduces the control system of automatic screw assembly manipulator and its implementation, and then on the part of the structure, fun cti on, work flow and basic parametersare described, fin ally complete the implementation, th

8、e design of the electric principle diagram of the automatic screw conveyor and the planar mobile manipulator PLC con trol program ming and con trol system.Automatic con trol tech no logy plays a very importa nt role in todays in dustrial producti on, the accuracy of automatic mecha ni cal hand opera

9、ti on and the ability to complete the work in various environments, which make it have wide developme nt prospect in the field of n ati onal economy.Keywords: man ipulator automatic con trol,PLC,co ntrol program ming-iii-自動螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)設(shè)計目錄摘要IAbstractII目錄IV前言VI1緒論仁1.1選題的目的和意義1.1.2機械手的發(fā)展概況1.2可編程控制器2.2.

10、1概述2.2.2 PLC的結(jié)構(gòu)組成22.2.1 PLC的物理結(jié)構(gòu) 22.2.2 PLC的軟硬件結(jié)構(gòu) 32.3 PLC的工作方式和編程語言 42.3.1 PLC的工作方式 42.3.2 PLC的編程語言 42.4 PLC的特殊性4.2.4.1 PLC的特點5.2.4.2 PLC的性能指標 52.4.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 63系統(tǒng)設(shè)計要求7.3.1設(shè)計對象7.3.2自動螺釘輸送機 7.3.3 X-Y螺釘裝配機械手1.04電氣元件選擇1.34.1 PLC134.1.1自動螺釘輸送機 PLC1134.1.2螺釘裝配機械手 PLC2144.1.3高速計數(shù)器164.2自動螺釘輸送機 1.74.3裝配機械手

11、174.4步進電機184.5磁性開關(guān)194.6接近開關(guān) 204.7旋轉(zhuǎn)編碼器 214.8控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)215軟件設(shè)計245.1自動螺釘輸送機的操作 245.2X-Y機械手的操作 265.3系統(tǒng)初始歸零275.4機械手X軸定位 295.5機械手Y軸定位305.6裝配完成回零315.7PLC的通信325.7.1通信的基本概念 325.7.2通信程序設(shè)計 33總結(jié)34致謝35參考文獻.3.6-7-、八 、刖言隨著社會生產(chǎn)不斷進步和人們生活節(jié)奏不斷加快，人們對生產(chǎn)效率 也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和 現(xiàn)代控制理論的不斷完善，使機械手技術(shù)快速發(fā)展。機械手的積極作用正日益為人

12、們所認識，它能大大地改善工人的勞 動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因此，受到各先進 單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。在我國，近代幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。因 此，才有了這次論文的設(shè)計，希望能夠改善機械手在工業(yè)方面的運用。此次畢業(yè)設(shè)計第一階段的主要工作是，學習有關(guān) PLC控制技術(shù)的 基本知識，了解與其相關(guān)的技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上學習了 PLC控制機械 手和其他類似機器的工作原理。第二階段是在指導教師的指導下，進行系統(tǒng)的學習掌握如何用 PLC 控制機器和此次設(shè)計的各個部分的工作流程，學會了對電氣原理圖的設(shè) 計制作、自動螺絲輸送機及平面二

13、維移動機械手的PLC控制編程及控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。通過教師的悉心指導和自己的努力，完成了畢業(yè)設(shè)計的各項任務(wù)， 成功編制了控制機械手的程序，基本實現(xiàn)了各項功能。論文正文主要包括以下幾部分：第1部分，緒論對選題的和意義進行了概括，以及對機械手的發(fā)展 狀況進行了總體闡述。第2部分，對PLC的概述，包括它的定義、結(jié)構(gòu)、工作方式和編 程語言，以及它的特點、發(fā)展趨勢和應(yīng)用領(lǐng)域。第3部分，對此次設(shè)計的要求和目標的敘述，即自動螺釘輸送機和 X-Y螺釘輸送機需要完成的動作。第4部分，對此次設(shè)計所需要的電器元件進行分別的闡述， 如PLC 需要用的是和利時LM系列的；還有就是步進電機、磁性開關(guān)、接近開 關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器的

14、定義和它們的電氣接線圖以及對整個系統(tǒng)的配電控制自動螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)設(shè)計進行了分析。第5部分，此次論文的軟件設(shè)計，即設(shè)計的中各個部分的操作流程 說明簡介，使論文的操作更加的清楚明了。最后，對系統(tǒng)中操作各個部 分的程序進行了說明和引用，讓PLC的程序透明化，并且，還有對PLC 通信的基本概念和程序的敘述。最后論文對設(shè)計的內(nèi)容和結(jié)果進行了總結(jié)。-#-自動螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)設(shè)計1緒論1.1選題的目的和意義隨著電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息通信技術(shù)的迅速發(fā)展，螺 釘輸送機及二維機械手的應(yīng)用也越來越廣泛。它是近年發(fā)展起來的一種 高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備，機械手是工業(yè)機器人的一個重要的分支。 它的

15、特點是通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務(wù)， 在構(gòu)造和性能上兼有人和 機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機械手的積極作用正 日益為人們所認識，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生 產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因此，受到各先進單位的重視并投入了大量 的人力物力加以研究和應(yīng)用。機械手作業(yè)的準確性和在各種環(huán)境中完成 作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。1.2機械手的發(fā)展概況目前國內(nèi)機械手主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、 品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)逐步擴 大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度， 改善作業(yè)條件，在應(yīng)用

16、專用機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，有 條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同 時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。 并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。國外機械手在機械制造行業(yè)中應(yīng)用較多， 發(fā)展也很快。目前主要用 于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先 指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制 具有某種智能的機械手，使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的 變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測， 重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成

17、績。隨著機械手 的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機械領(lǐng)域， 而向著電子 信息、生物技術(shù)、生命科學及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。2可編程控制器本章介紹可編程控制器的歷史、功能、特點、應(yīng)用范圍、發(fā)展趨勢、 結(jié)構(gòu)和工作原理等知識，初步了解可編程控制器。2.1概述可編程控制器簡稱PLC,是在電器控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上 開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動化技術(shù)、計算 機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置?？删幊炭刂破魇且环N 數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計。它采用可 編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、 計數(shù)和算術(shù)運算等操作

18、的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出， 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按 易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。2.2 PLC的結(jié)構(gòu)組成PLC的結(jié)構(gòu)組成包括物理結(jié)構(gòu)組成、硬件結(jié)構(gòu)組成和軟件結(jié)構(gòu)組 成，不同的組成部分，在 PLC的應(yīng)用中都有非常重要的作用，不可替 代。2.2.1 PLC的物理結(jié)構(gòu)PLC產(chǎn)品種類繁多，對PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、 功能的差異和I/O點數(shù)的多少等進行大致分類。按結(jié)構(gòu)形式不同，可將PLC分為整體式、模塊式和疊裝式。1. 整體式PLC：將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機 箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、

19、體積小、價格低的特點。整體式 PLC由不同I/O 點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成。基本單元內(nèi)有CPU、I/O 接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或 EPROM寫入器 相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧?擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC 一般還可配備特殊功 能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。小型 PLC 般米用這種整體式結(jié)構(gòu)。2. 模塊式PLC :將PLC各組成部分分別做成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在 CPU模塊中）以及各種 功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成

20、。模塊裝在框架 或基板的插座上。這種模塊式 PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選 配不同模塊組成一個系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型 PLC 一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。3. 疊裝式PLC:還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來。 疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之 間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng) 可以靈活配置，還可做得體積小巧。222 PLC的軟硬件結(jié)構(gòu)1. PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源等部分組成。其中CPU是PLC的核心，按照系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮

21、PLC有條不紊地進行工作；存 儲器主要用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)；輸入單元和輸出單 元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通過輸入接口可 以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象進行控制的依據(jù)，同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的；通信接口用于與監(jiān)視器、打印機、其它 PLC、編程器、 上位機等外設(shè)連接；擴展接口用于連接擴展單元； PLC配有開關(guān)電源， 以供內(nèi)部電路使用。PLC主要的外部設(shè)備有很多，如：EPROM寫入器、外存儲器、人 機接口裝置等。EPROM寫入器是用來將用戶程序固化到 EPROM存儲 器中；外存儲器主要是用外部的

22、磁帶、磁盤及用半導體存儲器做成的存 儲盒等來存儲PLC的用戶程序；人機接口裝置是用來實現(xiàn)操作人員與 PLC控制系統(tǒng)的對話。2. PLC的軟件主要由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計編寫，并存入 PLC的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫 與更改，系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、 信息傳送程序、監(jiān)控程序等；PLC的用戶程序是用戶利用 PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序，用以實現(xiàn)控制目的2.3 PLC的工作方式和編程語言了解PLC的工作方式，對于一個PLC的運行工作將會更加的熟悉, 了解它的編程語言，對編寫 PLC的運用程序至關(guān)重要。2.3.1 PLC的工

23、作方式PLC采用掃描工作方式（串行工作方式），主要分為三個階段：輸 入掃描、程序執(zhí)行、輸出刷新。它的特點是當需要執(zhí)行眾多操作時，CPU 不可能同時去執(zhí)行多個操作，只能按分時操作方式，每一次執(zhí)行一個操 作，按順序逐個執(zhí)行，其執(zhí)行用戶程序的過程為：從第一條程序開始掃 描，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行 用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，并周而復始地重 復進行。232 PLC的編程語言PLC編程語言主要由兩大類：一是采用字符表達方式的編程語言， 二是采用圖形符號表達方式的編程語言。 常見的PLC編程語言主要由：1梯形圖語言：以圖形方式表達觸點和線圈以及特殊指

24、令塊的梯 級。2. 語句表語言：類似于匯編程序的助記符編程表達方式。3. 邏輯圖語言：類似于數(shù)字邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程語言，由與門、 或門、非門、定時器、計數(shù)器、觸發(fā)器等邏輯符號組成。4. 功能表圖語言：又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言，它不僅僅是一種語言， 更是一種組織控制程序的圖形化方式，對于順序控制系統(tǒng)特別適用。5. 高級語言：為了爭搶PLC的運算、數(shù)據(jù)處理及通信等功能，特 別是大型PLC，可采用高級語言，如 BASIC、C、PASCAL語言等。2.4 PLC的特殊性PLC所獨具的特殊性，使得它與其他的控制器有著很大的不同，也 有著很多其他控制器不具有的功能。讓它在功能上更加的滿足于我們的 使用，能更好的

25、為我們提供方便。2.4.1 PLC的特點PLC主要特點如下：1. 可靠性高、抗干擾能力強。2. 編程簡單、使用方便。3. 功能完善、通用性強。4. 設(shè)計安裝簡單、維護方便。5. 體積小、重量輕、能耗低。PLC具有高可靠性，主要是它采用了一系列硬件和軟件抗干擾措 施：1. 硬件方面：I/O接口采用采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾 源的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波， 從而消除或抑制了 高頻干擾；對CPU等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護、自診斷電路等。2. 軟件方面：采用掃描工作方式，減少了外界的干擾；設(shè)有故障檢測和自診斷程序，能

26、對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷；當由干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀 寫操作，一旦正常后，便可恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。2.4.2 PLC的性能指標PLC主要性能指標有：1. 存儲容量：用戶程序存儲器的容量。2. I/O點數(shù)：PLC可以接受的輸入信號和輸出信號的總和。3. 掃描速度：PLC執(zhí)行用戶程序的速度。4. 指令的功能與數(shù)量：編程指令的功能越強、數(shù)量越多， PLC的 處理能力和控制能力也越強，用戶編程也越簡單方便，越容易完成復雜 的控制任務(wù)。5. 內(nèi)部元件的種類和數(shù)量：元件的種類和數(shù)量越多，表示PLC的存儲和處理各種信息的能力越強。6.

27、特殊功能單元：特殊功能單元種類越多，功能越來越強，使得 PLC控制功能日益擴大。7. 可擴展能力：PLC可擴展能力包括I/O點數(shù)的擴展、存儲容量的 擴展、聯(lián)網(wǎng)功能的擴展、各種功能模塊的擴展等。2.4.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，隨著其性能價格比的不斷 提高，PLC的應(yīng)用范圍不斷的擴大，主要有以下幾個方面：1. 數(shù)字量邏輯控制。2. 運動控制。3. 閉環(huán)過程控制。4. 數(shù)據(jù)處理。5. 通信聯(lián)網(wǎng)。-8-3系統(tǒng)設(shè)計要求3.1設(shè)計對象被控對象：所選被控對象為自動螺釘裝配機械手裝置。 自動螺釘裝 配機械手裝置具備高效率、高可靠性、性價比高等優(yōu)點，在自動化裝配 的電子行業(yè)、機

28、械行業(yè)等各行業(yè)使用非常廣泛。因此選用該裝置作為本 次比賽的被控對象，具有很強的代表性和可行性。該裝置分為自動螺釘輸送機和X-Y螺釘裝配機械手，如圖3.1所示圖3.1自動螺釘裝配機械手裝置3.2自動螺釘輸送機1.機構(gòu)說明自動螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)設(shè)計圖3.3鎖絲扳手機構(gòu)說明-9-M2毛刷電機出料氣缸后位i制1料筒轉(zhuǎn)動電機吹氣閥/2圖3.2螺釘輸送機構(gòu)說明圖滑牙檢測PF鎖篋氣缸上位2B1鎖螺絲扳手BS自動螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)設(shè)計空器調(diào)里器扳手電源圖3.4輔助控制電器圖2. 功能編號說明表3.1輸送機的功能表序號名稱說明類型信號輸入點說明1SB1螺釘輸送機PLC啟動按下ON彈起OFF/自動復位型2

29、SB2螺釘輸送機PLC停止按下ON彈起OFF/自動復位型3SB3螺釘輸送機PLC急停按下OFF彈起ON/手動復位型4PH1螺釘加料檢測傳感器叉形光電開關(guān)NPN型 DC24V5PX1螺釘滑牙檢測傳感器接近開關(guān) M12NPN型 DC24V61B1出料氣缸后位檢測磁性開關(guān)兩線制 DC24V72B1鎖絲氣缸上位檢測磁性開關(guān)兩線制 DC24V8NJ扭矩達到輸入信號開關(guān)量信號控制輸出點說明9M1料筒電機螺釘上料轉(zhuǎn)動直流電機5W DC24V10M2毛刷電機把料槽里排序不整的 料掃出直流電機2W DC24V11YV1出料閥控制拉動氣缸落料兩位五通單電控閥 DC24V12YV2吹氣閥把落入透明管里的螺絲 吹到鎖

30、嘴部位兩位三通單電控閥 DC24V13YV3鎖絲閥控制帶動扳手的氣缸下 壓鎖緊兩位五通單電控閥 DC24V14HL1螺釘鎖緊過程中滑牙報警DC24V15HL2料筒螺釘缺料報警DC24V16ZZQ把料槽里的螺釘震動移動AC220V17BS鎖絲扳手DC 30V3.3 X-Y螺釘裝配機械手1.機構(gòu)說明:(1)機械手結(jié)構(gòu)圖祐動絲桿lOn忌琨T蝴腳電機轉(zhuǎn)偏碼器丫軸用機開關(guān)理4丫袖脫機押美瑰3v r縱向移啪u 釉 KflLffPXS咎贈桿1亦導程啪限位開黑邨；樹鮒聯(lián)知 :軸參譽點開關(guān)驅(qū)T軸喂位幵黃Sfib t軸番者點開關(guān)SW豐昵聯(lián)橫向移除圖3.5 X-Y螺釘裝配機械手結(jié)構(gòu)圖(2)機械手X軸和丫軸螺釘孔圖3

31、Q1190L-JS雖 一縱向移動X軸圖3.6 X-Y螺釘裝配孔板標識圖2.功能編號說明表3.2機械手的功能表序號名稱說明類型信號輸入點說明1A-AY軸編旋轉(zhuǎn)編碼器A相增量型旋轉(zhuǎn)編碼器、DC24V、1024P/R、NPN信號2B-BY軸編旋轉(zhuǎn)編碼器 B相3Z-ZY軸編旋轉(zhuǎn)編碼器Z相4SQ1X軸后限位開關(guān)接近開關(guān)、NPN信號、DC24V5SQ2X軸參考點開關(guān)接近開關(guān)、NPN信號、DC24V6SQ3X軸前限位開關(guān)接近開關(guān)、NPN信號、DC24V7SQ4Y軸左限位開關(guān)接近開關(guān)、NPN信號、DC24V8SQ5Y軸參考點開關(guān)接近開關(guān)、NPN信號、DC24V9SQ6Y軸右限位開關(guān)接近開關(guān)、NPN信號、DC2

32、4V10SB1機械手PLC啟動按鈕按下ON/彈起OFF/自動復位型11SB2機械手PLC停止按鈕按下ON/彈起OFF/自動復位型12SB3急停按鈕按下OFF彈起ON手動 復位型控制輸出點說明13M3脈沖X軸(M3)電機驅(qū)動器控制 脈沖信號接入點脈沖信號14M3方向X軸(M3)電機驅(qū)動器控制 方向信號接入點方向信號15M3脫機X軸(M3)電機勵磁失電控 制信號輸入點脫機信號，為ON時電 機停止轉(zhuǎn)動，作為超程保護開關(guān)16M4脈沖Y軸(M4)電機驅(qū)動器控制 脈沖信號接入點脈沖信號17M4方向Y軸(M4)電機驅(qū)動器控制 方向信號接入點方向信號18M4脫機Y軸(M4)電機勵磁失電控 制信號輸入點脫機信號

33、，為ON時電 機停止轉(zhuǎn)動，作為超程保護開關(guān)19HL1設(shè)備故障報警、超程報警等紅燈閃爍20HL2正常運行指示燈綠燈閃爍3. 機械參數(shù)：(1) X軸移動行程400mm。(2) X軸電機每轉(zhuǎn)一圈移動10mm。(3) Y軸移動行程400mm。(4) Y軸電機每轉(zhuǎn)一圈移動10mm。4電氣元件選擇此次設(shè)計是在自動螺釘輸送機和 X-Y螺釘裝配機械手的基礎(chǔ)上結(jié) 合PLC的控制程序，每一臺機器都有獨自的 PLC控制，用步進電機運 行這兩臺設(shè)備，在此過程中需要旋轉(zhuǎn)編碼器和高速計數(shù)器共同完成計數(shù) 的功能，從而控制裝配機械手的行程。4.1 PLC本次設(shè)計需要兩臺和利時LM系列的PLC兩臺，和利時LM小型 可編程控制器

34、（PLC）是和利時公司推出的新一代小型一體化 PLC，包 括多種CPU模塊和擴展模塊。4.1.1自動螺釘輸送機PLC11.自動螺釘輸送機系統(tǒng)的PLC1的輸入輸出配置表4.1 PLC1的輸入輸出配置表信號輸入點說明輸入端子名稱功能說明類型10.0SB1螺釘輸送機啟動按下ON彈起OFF/自動復位I0.1SB2螺釘輸送機停止按下ON彈起OFF/自動復位SB3螺釘輸送機急停按下ON彈起OFF/手動復位I0.3PH1螺釘加料檢測傳感器叉形光電開關(guān)NPN型DC24VI0.41B1出料氣缸后位檢測磁性開關(guān)兩線制 DC24VI0.5NJ扭矩到達輸入信號開關(guān)量信號I0.62B1鎖絲氣缸上位檢測磁性開關(guān)兩線制 D

35、C24VI0.7PX1螺釘滑牙檢測傳感器接近開關(guān)M12NPN型DC24V控制輸出點說明輸出端子名稱功能說明類型Q0.0M1料筒電機螺釘上料轉(zhuǎn)動直流電機5W DC24VQ0.1M2毛刷電機把料槽里排序不 整的料掃出直流電機2W DC24VQ0.2ZZQ把料槽里的螺釘震動移動AC220VQ0.3YV1出料閥控制拉動氣缸落料兩位五通單電控閥 DC24VQ0.4YV2吹氣閥把落入透明管里的 螺絲吹到鎖嘴部位兩位三通單電控閥 DC24VQ0.5BS鎖絲扳手DC24VQ0.6YV3鎖絲閥控制氣缸下壓鎖緊兩位五通單電控閥 DC24VQ0.7HL1螺釘鎖緊過程中滑牙報警DC24VQ1.0HL2料筒螺釘缺料報警

36、DC24V2.自動螺釘輸送機系統(tǒng)PLC1的外部接線M1 M2 ZZQBSHL1 HL2直流電電直震器鎖絲滑牙缺料電源機機YV1YV2扳手YV3報警報警接地輸入動止檢測后位輸入上位傳感檢測信號檢測 器圖4.1 PLC1的外部接線圖4.1.2螺釘裝配機械手PLC21.螺釘裝配機械手系統(tǒng)PLC2輸入輸出配置如表4.2所示，在表中 設(shè)定了輸入輸出的端子編號，給每一個輸入量和輸出量都有了一個獨有 的端子。每一個輸入輸出量的端子，在寫流程圖和編程序時，起著很大的作用，讓各個部分的操作和說明更加的清楚明白，所以在PLC中對每一個輸入輸出量設(shè)定端子十分重要。表4.2 PLC2輸入輸出配置表信號輸入點說明輸入端

37、子名稱功能說明10.0A-AY軸旋轉(zhuǎn)編碼器 A相增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，DC24V,1024P/RNPN型10.7B-BY軸旋轉(zhuǎn)編碼器B相I1.0Z-ZY軸旋轉(zhuǎn)編碼器Z相I0.3SQ1X軸后限位開關(guān)接近開關(guān)，NPN型，DC24VI0.4SQ2X軸參考點開關(guān)接近開關(guān)，NPN型，DC24VI0.5SQ3X軸前限位開關(guān)接近開關(guān)，NPN型，DC24VI1.2SQ4Y軸左限位開關(guān)接近開關(guān)，NPN型，DC24V11.3:SQ5Y軸參考點開關(guān) :接近開關(guān)，NPN型，DC24VI1.4SQ6Y軸右限位開關(guān)接近開關(guān)，NPN型，DC24VI0.1SB1機械手PLC啟動按鈕按下ON彈起OFF/自動復位型I0.2SB2機械

38、手PLC停止按鈕按下ON彈起OFF/自動復位型SB3機械手急停按鈕按下ON彈起OFF/手動復位型信號輸出點說明輸出端子名稱功能說明類型Q0.3M3脈沖X軸(M3)電機驅(qū)動器控 制脈沖信號接入點脈沖信號Q0.1M3方向X軸(M3)電機驅(qū)動器控 制方向信號接入點方向信號Q0.2M3脫機X軸(M3)電機勵磁失電 控制信號輸入點脫機信號，為ON時電機停止轉(zhuǎn)動，作為超程保護開關(guān)Q1.1M4脈沖Y軸(M4)電機驅(qū)動器控 制脈沖信號接入點脈沖信號Q0.4M4方向Y軸(M4)電機驅(qū)動器控 制方向信號接入點方向信號Q0.5M4脫機Y軸(M4)電機勵磁失電 控制信號輸入點脫機信號，為ON時電機停 止轉(zhuǎn)動，作為超程

39、保護開關(guān)Q0.6HL1設(shè)備故障報警、超程報警等紅燈閃爍Q0.7HL2正常運行指示燈綠燈閃爍-35-2.螺釘裝配機械手系統(tǒng)PLC2的外部接線X軸電機驅(qū)動器Y軸電機驅(qū)動器R=1.6k報指警示器燈X軸啟動信號R=1.6kY軸啟動 信號直流 電源 接地輸入 保護24VDQa1L- 1L+ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 2L- 2L+ 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1*_ VI- VI+1M 0.0 0.10.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.72M 1.0 1.1 1.2 1.31.4 1.5 Vo- Vo+DI SB1 SB2旋轉(zhuǎn)編碼器A相接近接近接近 開關(guān)開關(guān)開關(guān)SQ1 SQ

40、2 SQ3旋轉(zhuǎn)編碼器B相旋轉(zhuǎn)編碼器Z相接近接近接近 開關(guān)開關(guān)開關(guān)SQ4 SQ5 SQ6DC24V圖4.2 PLC2的外部接線圖4.1.3高速計數(shù)器高速計數(shù)器是指能計算比普通掃描頻率更快的脈沖信號， 它的工作 原理與普通計數(shù)器類似，只是計數(shù)通道的響應(yīng)時間更短，一般以 KHZ 的頻率來計數(shù)。高速計數(shù)器有12種工作模式，每個計數(shù)器都有時鐘、方向控制、 復位啟動等特定輸入。表4.3高速計數(shù)器的工作模式和輸入點模式中斷描述輸入點HSC0I0.0I0.1I0.2HSC1I0.6I0.7I1.0I1.1HSC2I1.2I1.3I1.4I1.5HSC3I0.1HSC4I0.3I0.4I0.5HSC5I0.40

41、時鐘1帶有內(nèi)部方向控制的單相計數(shù)器時鐘復位2時鐘復位啟動3帶有外部方向控制的單相計數(shù)器時鐘方向4時鐘方向復位5時鐘方向復位啟動6帶有增減計數(shù)時鐘的雙相計數(shù)器增時鐘減時鐘7增時鐘減時鐘復位8增時鐘減時鐘復位啟動9A/B正交計數(shù)器時鐘A時鐘B10時鐘A時鐘B復位11時鐘A時鐘B復位啟動12只有HSCO和HSC3支持模式124.2自動螺釘輸送機自動螺釘輸送機是將螺絲的取、 放等工序自動完成的裝置，產(chǎn)品能 涉及到家電、化工、食品、煙草、汽車等行業(yè)機械的裝置一氣呵成，可 以大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本、提高可靠性及準確性。自動螺釘輸送機，主要由震動器、螺釘分離器、送釘管、導向套等 部分組成，螺絲通過轉(zhuǎn)

42、動電機及直震器傳到送釘管中， 再通過送釘管到 達指定的導向套中，以便螺絲刀準確穩(wěn)定的進行裝配。4.3裝配機械手機械手：能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、 搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(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、托持型和吸附型等。 運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定 的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn) 等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和 方位的物體，需

43、有6個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般 專用機械手有23個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的 電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定 的閉環(huán)控制。機械手的優(yōu)點是：動作靈活、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近 機座的工件，并能繞過機體和工作機械之間的障礙物進行工作.隨著生產(chǎn)的需要，對多關(guān)節(jié)手臂的靈活性，定位精度及作業(yè)空間等提出越來越 高的要求。4.4步進電機步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步 進電機件。步進電機的工作原理是：通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當電流流過定 子繞組時，

44、定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度， 使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋Q0.1X軸方向信號Q0.3X軸脈沖信號Q0.2X軸脫機信號P L C+ 24V直流電源X軸步進電機轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動 機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、 轉(zhuǎn) 速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用 控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn) 動。步進電機的電氣接線如圖4.3和4.4所示。電機A+驅(qū)A-B+動 B-器DC+DC-圖4.3 X軸步進電機驅(qū)動電氣接線圖Q0

45、.4Y軸方向信號Q1.1Y軸脈沖信號Q0.5Y軸脫機信號P L C+24V直流電源丫軸步進電機A+A-B+DC+DC-B-圖4.4 Y軸步進電機驅(qū)動電氣接線圖4.5磁性開關(guān)磁性開關(guān)是一種利用磁場信號來控制的線路開關(guān)器件，也叫磁控開 關(guān)。在設(shè)計中主要被用來檢測氣缸活塞位置： 當隨氣缸移動的磁環(huán)靠近 感應(yīng)開關(guān)的兩根磁簧片被磁化而使觸點閉合，產(chǎn)生電信號；當磁環(huán)離開磁性開關(guān)后，舌簧片失磁，觸點斷開，電信號消失，這樣可以檢測到氣 缸的活塞位置從而控制相應(yīng)的電磁閥動作。工作原理：磁性開關(guān)意思就是通過磁鐵來感應(yīng)的，這個磁”就是磁鐵，磁鐵也有好幾種，市場上面常用的磁鐵有橡膠磁、永磁鐵氧體、燒 結(jié)釹鐵硼等。開關(guān)

46、就是干簧管了。干簧管是干式舌簧管的簡稱，是一種 有觸點的無源電子開關(guān)元件，具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小便于控制等優(yōu)點， 其外殼一般是一根密封的玻璃管，管中裝有兩個鐵質(zhì)的彈性簧片電板， 還灌有惰性氣體。平時，玻璃管中的兩個由特殊材料制成的簧片是分開 的。當有磁性物質(zhì)靠近玻璃管時，在磁場磁力線的作用下，管內(nèi)的兩個 簧片被磁化而互相吸引接觸，簧片就會吸合在一起，使結(jié)點所接的電路 連通。外磁力消失后，兩個簧片由于本身的彈性而分開，線路也就斷開 了。因此，作為一種利用磁場信號來控制的線路開關(guān)器件， 干簧管可以 作為傳感器用，用于計數(shù)，限位等等（在安防系統(tǒng)中主要用于門磁、窗 磁的制作），同時還被廣泛使用于各種通信

47、設(shè)備中。在實際運用中，通 常用永久磁鐵控制這兩根金屬片的接通與否，所以又被稱為磁控管”磁性開關(guān)的接線如圖4.5所示。磁簧管Y棕色*, 負載 +電源藍色1A -/1 丿圖4.5磁性開關(guān)外部接線圖4.6接近開關(guān)接近開關(guān)是一種無需與運動部件進行機械直接接觸而可以操作的 位置開關(guān)，當物體接近開關(guān)的感應(yīng)面到動作距離時， 不需要機械接觸及 施加任何壓力即可使開關(guān)動作，從而給 PLC裝置提供控制指令。接近開關(guān)是種開關(guān)型傳感器（即無觸點開關(guān)），它既有行程開關(guān)、 微動開關(guān)的特性，同時具有傳感性能，且動作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響 應(yīng)快，應(yīng)用壽命長，抗干擾能力強等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特 點。接近開關(guān)又稱無觸點

48、接近開關(guān)，是理想的電子開關(guān)量傳感器。當金 屬檢測體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸，無壓力、無火花、迅 速發(fā)出電氣指令，準確反應(yīng)出運動機構(gòu)的位置和行程， 即使用于一般的 行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對 惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機械式行程開關(guān)所不能相比的。接近開關(guān)的接線形式：NPN-開-閉型圖4.6接近開關(guān)接線圖4.7旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測量裝置， 它將被測的角位移直接轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號（高速脈沖信號）。編碼器一般分為增量型與絕對型， 它們存著最大的區(qū)別：在增量編 碼器的情況下，位置是從零位標記開始計算的脈沖數(shù)量確定的， 而絕對 型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。 故此次設(shè)計我們用的是增 量型編碼器，可將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號直接輸入給PLC，利用PLC的高速計數(shù)器對其脈沖信號進行計數(shù)，以獲得測量結(jié)果。旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位 置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。為 此，在