機(jī)械手動(dòng)作控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目錄1 引言,2 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) ,3 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 ,3 2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表 ,4 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì) ,5 3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ,5 3.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì) ,5 3.2 控制程序梯形圖設(shè)計(jì) ,8 3.3 控制程序設(shè)計(jì)思路 ,14 4 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 ,16 結(jié)束語 ,17 參考文獻(xiàn) ,18 附錄：帶功能注釋的源程序,19 - 1 - 引言隨著社會(huì)生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活節(jié)奏不斷加快，人們對(duì)生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。 由于微電子技術(shù)和計(jì)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(jī)械手技術(shù)快速發(fā)展， 其中氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡(jiǎn)便以

2、及不污染環(huán)境、組件價(jià)格低廉、 維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點(diǎn)，已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)部門，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。機(jī)械手主要作用是完成機(jī)械部件的搬運(yùn)工作，能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中， 使零件搬運(yùn)、貨物運(yùn)輸更快捷便利。例如：機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍、在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件、 可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)、 可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、 危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等、宇宙及海洋的開發(fā)、軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)等。- 2 - 2 系統(tǒng)總

3、體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 驅(qū)動(dòng)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、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(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)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)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(gè)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(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)

4、的控制，來完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp 等微控制芯片構(gòu)成， 通過對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。機(jī)械手控制要求：（1） 系統(tǒng)工作受開關(guān)控制， 起動(dòng)開關(guān) on 則系統(tǒng)工作；起動(dòng)開關(guān) off 則系統(tǒng)停止工作。（2）機(jī)械手實(shí)現(xiàn)原位下降夾緊上升右移下降放松上- 3 - 升左移原位的工作順序周而復(fù)始的工作，實(shí)現(xiàn)將物體從 a點(diǎn)搬運(yùn)到 b點(diǎn)的工序。（3）系統(tǒng)啟動(dòng)后，若機(jī)械手不在原位，能先回原位狀態(tài)。機(jī)械手的動(dòng)作流程如下圖：2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表輸入啟動(dòng)、停止按鈕i0.0 下限位i0.1 上限位i0.2 右限位i0.3 左限位i0.4 輸出下降閥

5、q0.0 夾緊閥q0.1 上升閥q0.2 右行閥q0.3 左行閥q0.4 原位燈 hl q0.5 - 4 - 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)- 5 - 1當(dāng)開啟啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手在原位時(shí)：m0.5 ?(sm0.1+i0.0)初始i0.0 ?m0.5 原點(diǎn)啟動(dòng)a 點(diǎn)降i0.1 下限位夾緊 2s t37 a 點(diǎn)升i0.2 上限位右行i0.3 右限位b 點(diǎn)降i0.1 下限位松開 2s t38 b 點(diǎn)升i0.2 上限位左行i0.4 左限位m0.0 m2.0 m2.2 m2.1 m2.3 m2.7 t38 m2.6 m2.5 m2.4q0.0 s q0.1 t37 q0.

6、2 q0.3 q0.0 rq0.1q0.2 q0.4 - 6 - 2 當(dāng)開啟啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手不在原位時(shí)：i0.0?q0.1?i0.3 i0.0?q0.1?r i0.3 a 點(diǎn)升i0.2 上限位右行i0.3 右限位b 點(diǎn)降i0.1 下限位松開2s i0.0?i0.3?r q0.1 t39 b 點(diǎn)升i0.0?i0.4?r q0.1 i0.2 上限位a 點(diǎn)升左行i0.2 上限位i0.4 左限位復(fù)位成功，原點(diǎn)條件滿足，原位燈q0.5 亮。m1.0 m1.1 m1.2 m1.4 m1.3 q0.3 m1.5 q0.2 q0.0 rq0.1 q0.2 q0.4 t39 q0.2 m1.6 - 7 - 3.

7、2 控制程序梯形圖設(shè)計(jì)1 公用程序：- 8 - 2 當(dāng)開啟啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手在原位時(shí)：- 9 - - 10 - 3 當(dāng)開啟啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手不在原位時(shí)：- 11 - - 12 - - 13 - 3.3 控制程序設(shè)計(jì)思路1. 公用程序設(shè)計(jì)機(jī)械手在最上面和最左邊的位置、夾緊裝置松開時(shí)，系統(tǒng)處于規(guī)定的初始條件，稱為“原點(diǎn)條件”，此時(shí)左限位開關(guān)i0.4 、上限位開關(guān) i0.2 的常開觸點(diǎn)和表示夾緊裝置松開的q0.1 的常閉觸點(diǎn)組成的串聯(lián)電路接通，原點(diǎn)條件標(biāo)志m0.5 為 on 。在開始執(zhí)行用戶程序 （sm0.1為 on ） 、 啟動(dòng)按鈕 i0.0為 on時(shí)，如果機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)（m0.5 為 on ）

8、，初始步對(duì)應(yīng)的m0.0 將被置位，為單周期連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果 m0.5 為 off ，m0.0 將被復(fù)位，初始步為不活動(dòng)步，按下啟動(dòng)按鈕也不能進(jìn)入步m2.0。機(jī)械手在工作時(shí)，如果想緊急停車，將i0.0變?yōu)?off即可，此時(shí)所以步 2.0 和 m1.0 全將復(fù)位。2. 自動(dòng)程序設(shè)計(jì)plc上電后，如果滿足原點(diǎn)條件，原點(diǎn)燈q0.5 會(huì)亮。此時(shí)按下啟動(dòng)按鈕i0.0 ，即 i0.0為 on時(shí)，m0.0 被置位，進(jìn)入連續(xù)工作方式。 機(jī)械手將完成 “下降抓取上升右行下降松手上升左行回到原位” 。如果此時(shí)i0.0還是 on ，則繼續(xù)自動(dòng)工作。- 14 - 3. 自動(dòng)返回原點(diǎn)程序當(dāng)啟動(dòng)按鈕 i0.0 后

9、，原位燈 q0.5 沒亮，說明機(jī)械手不在原點(diǎn)位置并可能處于任意狀態(tài)，根據(jù)機(jī)械手當(dāng)時(shí)所處的位置和夾緊裝置的狀態(tài)，可以分為3 種情況，采用不同的處理方法。（1） 夾緊裝置松開如果 q0.1 為 off ，表示夾緊裝置松開，沒有夾持工件，此時(shí)有兩種情況。當(dāng) i0.4為 on時(shí)， 表示機(jī)械手在下降到a點(diǎn)時(shí)停止，只需要上升回原點(diǎn)即可。 當(dāng) i0.3 為 on時(shí)， 機(jī)械手應(yīng)上升和左行，直接返回原點(diǎn)位置。（2） 夾緊裝置處于夾緊狀態(tài)，機(jī)械手在最右邊此時(shí)夾緊電磁閥q0.1 和右限位開關(guān)i0.3均為 on ，應(yīng)將工件放到 b 點(diǎn)后再返回原點(diǎn)位置。按下起動(dòng)按鈕i0.0 ，機(jī)械手應(yīng)進(jìn)入“ b 點(diǎn)降”步m1.2，轉(zhuǎn)換

10、條件為i0.0 ?q0.1?i0.3 ，首先執(zhí)行下降和松開操作，釋放工件后，機(jī)械手再上升、左行，返回原點(diǎn)位置。（3） 夾緊裝置處于夾緊狀態(tài)，機(jī)械手不在最右邊此時(shí)夾緊電磁閥q0.1 為 on ，右限位開關(guān) i0.3為 off 。按下起動(dòng)按鈕 i0.0 ， 應(yīng)進(jìn)入“a點(diǎn)升”步 m1.0, 轉(zhuǎn)換條件為 i0.0 ?q0.1 ?r i0.3 ，機(jī)械手首先應(yīng)上升，然后右行、下降和松開工件，將工件放到 b點(diǎn)后再上升、左行，返回原點(diǎn)位置。如果機(jī)械手已經(jīng)在最上面，上限位開關(guān)i0.2為 on ，進(jìn)入“ a 點(diǎn)升”步后，因?yàn)檗D(zhuǎn)換條件已經(jīng)滿足，將馬上轉(zhuǎn)換到“右行步”。- 15 - 4 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析在這次實(shí)驗(yàn)過

11、程中，我遇到了很多的問題。一開始我根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求就開始編譯程序，導(dǎo)致程序有很多的漏洞，經(jīng)常遺漏某些步驟。后來我根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求先做出機(jī)械手的實(shí)驗(yàn)流程圖，先將流程圖補(bǔ)充完整將實(shí)驗(yàn)要求都能實(shí)現(xiàn)到為止。再根據(jù)流程圖做出機(jī)械手的梯形圖，這樣編的程序就條例清楚，順序明了了。在編譯過程中要先將i/o 分配表列出來， 這樣做流程圖和梯形圖是就方便很多。程序編好后，就是上機(jī)檢測(cè)。先要將plc和機(jī)械手模擬機(jī)連接好，其中 plc外部接線時(shí)關(guān)鍵。 我一開始因?yàn)榻泳€出現(xiàn)問題導(dǎo)致既沒輸入又沒輸出， 所有實(shí)驗(yàn)燈都不亮。 后來在老師指導(dǎo)下明白了 ac/dc/rly型 plc的電源外部接線，即1m-ml+-v+, m 1l2lco

12、m 。當(dāng)外部接線沒問題后，在運(yùn)行過程中又遇到一個(gè)電磁閥不會(huì)得電。在用 plc編程軟件中的“程序狀態(tài)監(jiān)控”按鍵，通過一條一條的檢查程序， 發(fā)現(xiàn)有程序出現(xiàn)矛盾的地方，最后將問題處修改后，整個(gè)程序正常運(yùn)行了。- 16 - 結(jié)束語四天的plc 課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，從中我學(xué)到很多新知識(shí)，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問題 , 鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)提高了我的實(shí)踐操作和動(dòng)手能力。在完成這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我總是被一些小的，細(xì)的問題擋住前進(jìn)的步伐，讓我總是為了解決一個(gè)小問題而花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。最后還要查閱其他的書籍才能找出解決的辦法。并且我在做設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)有很多東西，我都還不

13、知道。 其實(shí)在做設(shè)計(jì)的時(shí)候，基礎(chǔ)是一個(gè)不可缺少的知識(shí)，但是往往一些核心的高層次的東西更是不可缺少。這次課程設(shè)計(jì)鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過實(shí)訓(xùn)使我們懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的， 只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論， 從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，沒有徹底熟悉一些重要的概念， 它鍛煉了我做項(xiàng)目的能力，提高了自己獨(dú)立思考問題、自己動(dòng)手操作的能力，也使我們對(duì)人生和社會(huì)有了更清楚的認(rèn)識(shí)， 任何的成功都有艱辛和汗水鋪出來的，沒有那么多的意外收獲。在此我要感謝老師

14、的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助。- 17 - 參考文獻(xiàn)1 廖常初 .plc 編程及應(yīng)用 m.4 版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013 2 王阿根 . 西門子 s7-200plc編程實(shí)例精解 m. 北京：電子工業(yè)出版社， 2011 3 王冬青 . 可編程序控制器原理及應(yīng)用.m. 北京：人民郵電出版社， 2002 4 姚伯威、呂強(qiáng) . 機(jī)電一體化原理及應(yīng)用. m北京 : 國(guó)防工業(yè)出版社 ,2004 - 18 - 附錄organization_block 主程序 :ob1 title=程序注釋begin network 1 / 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題/ 網(wǎng)絡(luò)注釋ld i0.4 原點(diǎn)滿足條件a i0.2 an q0.1

15、= m0.5 network 2 開機(jī)進(jìn)入初始狀態(tài)ld sm0.1 o i0.0 lps a m0.5 s m0.0, 1 lpp an m0.5 r m0.0, 1 network 3 原點(diǎn)燈亮條件ld m0.5 = q0.5 network 4 關(guān)閉起動(dòng)按鈕，所有步復(fù)位ldn i0.0 r m2.0, 8 r m1.0, 7 network 5 初始并滿足原點(diǎn)條件 ? ld m0.0 a i0.0 a m0.5 s m2.0, 1 r m0.0, 1 network 6 a點(diǎn)降ld m2.0 a i0.1 s m2.1, 1 r m2.0, 1 network 7 夾緊并停 2s ld m

16、2.1 a t37 s m2.2, 1 - 19 - r m2.1, 1 network 8 a點(diǎn)升ld m2.2 a i0.2 s m2.3, 1 r m2.2, 1 network 9 右行l(wèi)d m2.3 a i0.3 s m2.4, 1 r m2.3, 1 network 10 b點(diǎn)降ld m2.4 a i0.1 s m2.5, 1 r m2.4, 1 network 11 松開并停 2s ld m2.5 a t38 s m2.6, 1 r m2.5, 1 network 12 b點(diǎn)升ld m2.6 a i0.2 s m2.7, 1 r m2.6, 1 network 13 左行l(wèi)d m

17、2.7 a i0.4 s m2.0, 1 r m2.7, 1 network 14 夾緊 2s ld m2.1 s q0.1, 1 ton t37, 20 network 15 松開 2s ld m2.5 r q0.1, 1 ton t38, 20 network 16 下降條件ld m2.0 o m2.4 an i0.1 = q0.0 - 20 - network 17 上升條件ld m2.2 o m2.6 an i0.2 = q0.2 network 18 右行條件ld m2.3 an i0.3 = q0.3 network 19 左行條件ld m2.7 an i0.4 = q0.4 ne

18、twork 20 機(jī)械手夾緊不在右限位ld i0.0 a q0.1 an i0.3 s m1.0, 1 network 21 a點(diǎn)升ld m1.0 a i0.2 s m1.1, 1 r m1.0, 1 network 22 機(jī)械手夾緊在右限位ld i0.0 a q0.1 a i0.3 ld m1.1 右行a i0.3 old s m1.2, 1 r m1.1, 1 network 23 b點(diǎn)降ld m1.2 a i0.1 s m1.3, 1 r m1.2, 1 network 24 機(jī)械手松開在右限位ld i0.0 a i0.3 an q0.1 ld m1.3 松開 2s a t39 old - 21 - s m1.4, 1 r