焊接機械手設計

1、江蘇城市職業(yè)學院五年制（高職）畢業(yè)設計論文 設計課題： 焊接機械手設計 學 校：江蘇城市職業(yè)學院（常熟辦學點）年 級： 2009級 專 業(yè)： 機電一體化 姓 名： 曹勝 學 號： 0921010113 指導老師： 杜建峰 職 稱： 講師 2013年12月摘 要本次設計是焊接機械手設計，在設計過程中，要求我們運用機電的知識完成，其設計的內容主要包括，機械手中大臂的設計，電氣系統(tǒng)設計等內容。此次設計的焊接機械手實際是五自由度的關節(jié)機器人。采用步進電機驅動、微機控制，結構緊湊，工作范圍大，動作靈活，不僅用于弧焊作業(yè)，還可用于搬運和裝配作業(yè)。弧焊機器人在通用機械、金屬結構等許多行業(yè)中得到廣泛運用?；『?/p>

2、機器人是包括各種電弧焊附屬裝置在內的柔性焊接系統(tǒng)，而不只是一臺以規(guī)劃的速度和姿態(tài)攜帶焊槍移動的單機，因而對其性能有著特殊的要求。在弧焊作業(yè)中，焊槍應跟蹤工件的焊道運動，并不斷填充金屬形成焊縫。因此運動過程中速度的穩(wěn)定性和軌跡精度是兩項重要指標。一般情況下，焊接速度約取5-50mm/s，軌跡精度約為±（0.2-0.5）mm。電氣系統(tǒng)的設計就是運用機電傳動的知識，即PLC系統(tǒng)進行控制，PLC控制系統(tǒng)有西門子系統(tǒng)，歐姆龍系統(tǒng)等。關鍵詞：焊接 機械手 PLC目 錄前 言1第一章 焊接機械手的總體方案設計21.1 焊接機器人的主要組成21.2 焊接機器人大臂的設計31.2.1 大臂的工作方式3

3、1.2.2 大臂電動機的選擇31.2.3 大臂上諧波齒輪傳動的設計41.3 焊接機器人末端執(zhí)行器的設計6第二章 PLC系統(tǒng)設計92.1電氣設備概述92.1.1電氣控制的變壓系統(tǒng)部分設計92.1.2電氣控制的部分設計92.2 PLC的應用112.2.1 梯形圖的設計112.2.2 用功能表圖表示控制過程132.2.3 I/O分配表與配線圖142.2.4 寫出梯形圖16小 結19致 謝20參考文獻21前 言工業(yè)機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化生產(chǎn)設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它

4、對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質量，提高勞動生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速跟新?lián)Q代起著十分重要的作用。國外機器人領域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：1、工業(yè)機器人性能不斷提高，而單機價格不斷下降；2、機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展，國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問世；3、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化；器件集成度提高，控制柜如見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性；4、機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技

5、術來進行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。5、虛擬現(xiàn)實技術在機器人中的作用已從仿真、預測發(fā)展到用于過程控制；6、當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構成完整的監(jiān)控遙控系統(tǒng)，使之能機器人走出實驗室進入實用化階段。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)了噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中噴漆機器人已在

6、自動噴漆生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品、機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。第一章 焊接機械手的總體方案設計1.1 焊接機器人的主要組成機器人系統(tǒng)包括：由移動式或固定式的操作機、電源、控制系統(tǒng)以及操作并監(jiān)控機器人的裝置、外部設備或傳感器的通訊接口所組成的機器人控制裝置（硬件和軟件）；末端執(zhí)行器；機器人完成作業(yè)所需的外部設備、裝置或

7、傳感器。所用的外部設備均由機器人的控制系統(tǒng)管理。1、手臂和手腕是機器人操作機中的基本部件，它由旋轉運動和往復運動的機構組成。其結構形式是多種多樣的，但多數(shù)機器人的手臂和手腕是由關節(jié)和桿件構成的空間機構，一般由3-10個自由度組成，工業(yè)機器人一般為3-6個自由度。由于機器人具有多自由度手臂、手腕的機構，使操作運動具有通用性和靈活性，這也是區(qū)別于一般自動機的特點。2、機器臂的控制：在電動伺服系統(tǒng)中，驅動機械臂各關節(jié)的是步進電機或直流伺服電機。步進電機從驅動器得到一系列脈沖信號，每個脈沖信號使步進電機軸產(chǎn)生一定的角位移。一般不需要反饋回路和位置編碼器，控制比較簡單。采用直流伺服電機的控制系統(tǒng)以測速器

8、和角度編碼作為反饋裝置，能夠精確地控制機械臂關節(jié)軸的運動，它的工作狀態(tài)平穩(wěn)，旋轉速度可以連續(xù)調節(jié)，對加速和減速指令都能迅速作出反應。3、腕部機構支承機器人手部裝置并調整其姿態(tài)，一般有2-3個自由度，使位于機械臂末端的手爪產(chǎn)生俯仰擺動和繞自身軸線的轉動，這些運動的合成，使機器人的手部相對于操作對象形成靈活的工作姿態(tài)。4、機器人的手部裝置又稱末端執(zhí)行器。根據(jù)作業(yè)性質不同，機械臂末端的執(zhí)行器有不同形式。1)焊接機器人和噴涂機器人的末端分別為固定焊槍和噴槍的夾具。2)搬運大件光整平板的機器人一般采用真空吸附式末端執(zhí)行器，利用吸盤內壓力與大氣壓力之間的差值產(chǎn)生吸附作用力。3)對于一般的物料搬運和裝配機器

9、人，末端執(zhí)行器為種類繁多的機械夾持器，用機械手指的閉合和張開來夾緊和釋放工件。4)運送鐵磁物質的機器人還可以將電磁吸盤作為末端執(zhí)行器。1.2 焊接機器人大臂的設計1.2.1 大臂的工作方式手臂結構設計要求1、手臂的結構和尺寸應滿足機器人完成作業(yè)任務提出的工作空間要求。工作空間的形狀和大小與手臂的長度、手臂關節(jié)的轉角范圍密切相關2、根據(jù)手臂所受載荷和結構的特點，合理選擇手臂截面形狀和高強度輕質材料，如常采用空心的薄壁矩形框體或圓管以提高其抗彎剛度和扭轉剛度，減輕自身的重量?？招慕Y構內部可以方便地安置機器人的驅動系統(tǒng)。3、盡量減小手臂重量和相對其關節(jié)回轉軸的轉動慣量和偏重力矩，以減小驅動裝置的負荷

10、；減少運轉的動載荷與沖擊，提高手臂運動的響應速度。4、要設法減小機械間隙引起的運動誤差，提高運動的精確性和運動剛度，采用緩沖和限位裝置提高定位精度。焊接機器人的大臂采用電機、諧波減速器和關節(jié)軸線同軸的傳動方式，結構簡單，傳動路線最短。大臂上的諧波減速器采用的是柔輪不動，剛輪動的方式；諧波減速器的剛輪與機器人的大臂用螺栓相連，柔輪通過支撐法蘭固定在臂座上，驅動電機的輸出軸用鍵與驅動軸相連，軸與套筒用鍵連接，并一同轉動。波發(fā)生器與套筒用法蘭剛性連接，套筒通過鍵與固定 在支撐法蘭盤上的電磁制動器相聯(lián)。帶內圈的從動剛輪與大臂殼體相固聯(lián)。因此大臂殼體與剛輪一起在軸承上轉動。這種伺服電機經(jīng)諧波減速器減速后

11、驅動的手臂關節(jié)結構緊湊，手臂的轉角范圍大。電動機驅動的關節(jié)型機器人的大臂是用高強度鋁合金材料制成的薄壁框形結構，其運動都是采用齒輪傳動，傳動剛性較大1.2.2 大臂電動機的選擇大臂電動機是驅動大臂做擺動，選用75BYG4501型號，如下表：表1-1 大臂電動機參數(shù)型號步距角相數(shù)驅動電壓/V相電（流）/A靜轉距/N·M空載啟動頻率/P·P·S空載運行頻率/K·P·P·S轉動慣量/kg·cm2相電感/mH重量/kg75BYG 45010.9/1.845031.51200150.92.51.51.2.3 大臂上諧波齒輪傳動的設計1

12、、諧波減速器在機器人中的應用 由于諧波減速器裝置具有傳動比大、承載能力強、傳動精度高、傳動平穩(wěn)、效率高，體積小，量輕等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)機器人中。此次設計中分別在，大臂上用了一個諧波減速器。 目前工業(yè)機器人中常用的諧波減速器有三種型式。此次設計選用的是帶杯形柔輪的諧波傳動 如圖1.1所示，是由三個基本構件組成的，帶凸緣的環(huán)型剛輪6，杯形柔輪1和由柔性軸承5、橢圓盤4構成的波發(fā)生器，它通過端面牙嵌式聯(lián)軸器3與輸出軸套2相連。這種沒有單獨外殼的由三大基本構件形成一個組合件的結構形式，使傳動裝置的結構更為簡化和緊湊。圖1.1 諧波齒輪減速器2、諧波減速器工作原理諧波齒輪傳動的工作原理如圖416所示

13、，若剛輪G為固定件，波發(fā)生器為主動件，柔輪R為從動件。當將波發(fā)生器裝入柔輪內孔時由于波發(fā)生器兩滾子外側之間的距離略大于柔輪內孔直徑，使原為圓形的柔輪產(chǎn)生彈性變形成為橢圓，使其長軸兩端的齒與剛輪齒完全嚙合。同時，變形后柔輪短軸兩端的齒則與剛輪齒完全脫開，其余各處的齒，則視回轉方向不同分別處于“嚙人”或“嚙出”狀態(tài)，當波發(fā)生器連續(xù)回轉時，嚙人區(qū)和嚙出區(qū)將隨著橢圓長短軸相位的變化而依次變化。于是柔輪就相對于不動的剛輪沿與波發(fā)生器轉向相反的方向作低速回轉，柔輪長軸和短軸相位的連續(xù)變化，使柔輪的變形在其圓周上是連續(xù)的簡諧波形，因此，這種傳動稱為諧波傳動。 根據(jù)大臂的這種運動要求，以及大臂運動的轉動慣量，

14、我們選用標準的諧波減速器，其性能參數(shù)如下表所示：表1-2 諧波齒輪減速器性能參數(shù)規(guī)格產(chǎn)品型號模數(shù)m減速比i額定輸入轉速r/min額定輸出力矩N·m.其外形及安裝尺寸如圖1.2及表1-3：圖1.2 諧波齒輪外形表1-3 諧波齒輪安裝尺寸機型115778161580346.510514516326565536451.3 焊接機器人末端執(zhí)行器的設計機器人是一種通用性較強的自動化作業(yè)設備，末端執(zhí)行器則是直接執(zhí)行作業(yè)任務的裝置，大多數(shù)末端執(zhí)行器的結構和尺寸都是根據(jù)其不同的任務要求來設計的，從而形成了多數(shù)多樣的結構型式，根據(jù)其用途的不同可以分為機械式夾持器、吸附式末端執(zhí)行器和專用工具，它按裝在操

15、作機手腕或手臂的機械接口上，多數(shù)情況下末端執(zhí)行器是為特定的用途而專門設計的，但也可以設計成一種適用性較大的多用途末端執(zhí)行器，為了方便的更換末端執(zhí)行器，可設計一種末端執(zhí)行器的接換器來形成操作機上的機械接口。較簡單的可用法蘭盤作為接口出的接換器，本次設計就是采用的法蘭盤式接口。焊槍直接把在末端執(zhí)行器法蘭盤上。設計時的要求：不論是夾持和吸附，末端執(zhí)行器需具有滿足作業(yè)需求的足夠的夾持力和所需的夾持位置精度。應盡可能使末端執(zhí)行器結構簡單，質量請輕，以減輕手臂的負荷。專用的末端執(zhí)行器結構簡單，工作效率高，而能完成多種作業(yè)的末端執(zhí)行器可能帶離來結構復雜，費用高的缺點，因此提倡設計可快速更換的系列化、通用化專

16、用末端執(zhí)行器。此次設計的產(chǎn)品是五自由度的焊接機器人，因此它的未端執(zhí)行元件是焊槍，隨著氣保焊的廣泛運用，氣體保護焊更容量實現(xiàn)自動化，因此我選用的是氣體保護焊，用末端法蘭盤將其固定于手腕末端。具體的選用原則如下所述：1、送絲機的選擇弧焊機器人配備的送絲機可按安裝方式分為兩種。一種是將送絲機安裝在機器人的上臂的后部上面與機器人組成一體的方式；另一種是將送絲機與機器人分開安裝的方式。由于一體式的送絲機到焊槍的距離比分離式的短，連接送絲機和焊槍的軟管也短，所以一體式的送絲阻力比分離式的小。從提高送絲穩(wěn)定性的角度看，一體式比分離式要好一些。目前，弧焊機器人的送絲機采用一體式的安裝方式已越來越多了，但對要在

17、焊接過程中進行自動更換焊槍(變換焊絲直徑或種類)的機器人，必須選用分離式送絲機。送絲機的結構有一對送絲輥輪的，也有兩對輥輪的；有只用一個電機驅動一對或兩對輥輪的，也有用兩個電機分別驅動兩對輥輪的。從送絲力來看，兩對輥輪的送絲力比一對輥輪的大些。當采用藥芯焊絲時，由于藥芯焊絲比較軟，輥輪的壓緊力不能象用實心焊絲時那么大，為了保證有足夠的送絲推力，選用兩對輥輪的送絲機可以有更好的效果。對于送絲機與機器人連成一體的安裝方式，雖然送絲軟管比較短，但有時為了方便換焊絲盤，而把焊絲盤或焊絲桶敢在遠離機器人的安全圍欄之外，這就要求送絲機有足夠的拉力從較長的導絲管中把焊絲從焊絲盤(桶)拉過來，再經(jīng)過軟管推向焊

18、槍。對于這種情況，和送絲軟管比較長的分離式送絲機一樣，都希望選用送絲力較大的送絲機。如忽視這一點，往往會出現(xiàn)送絲不穩(wěn)定甚至中斷送絲的現(xiàn)象。送絲機的送絲速度控制方法可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。目前，大部分送絲機仍采用開環(huán)的控制方法，但也有一些采用裝有光電傳感器(或碼盤)的伺服電機，使送絲速度實現(xiàn)閉環(huán)控制，不受網(wǎng)路電壓或送絲阻力波動的影響，保證送絲速度的穩(wěn)定性。對填絲的脈沖TIG焊來說，可以選用連續(xù)送絲的送絲機也可以選用能與焊接脈沖電流同步的脈動送絲機。脈動送絲機的脈動頻率可受電源控制，而每步送出焊絲的長度可以任意調節(jié)。脈動送絲機也可以連續(xù)送絲。因此，近來填絲的脈沖TIG焊機器人配備脈動送絲機的情況已逐

19、步增多。2、送絲軟管的選擇和保持送絲穩(wěn)定的措施目前軟管都是將送絲、導電、輸氣和通冷卻水做成一體的方式，軟管的中心是一根通焊絲同時也起輸送保護氣作用的導絲管，外面纏繞導電的多芯電纜，有的電纜中還夾有兩根冷卻水循環(huán)的管子，最外面包敷一層絕緣橡膠。當送鋁焊絲時，應選用特富隆(TEFLON)或尼龍制成的管做導絲管；而送鋼焊絲時，一般采用鋼制的彈簧管。導絲管的內徑應比焊絲直徑大lmm左右。造成弧焊機器人送絲不穩(wěn)定的原因往往是軟管阻力過大。一方面可能是選用的導絲管內徑與焊絲直徑不匹配；另一方面可能是導絲管內積存由焊絲表面剝落下來的銅末或鋼末過多所造成的。因此弧焊機器人應選用鍍銅層較牢固的優(yōu)質焊絲，并調節(jié)好

20、送絲輥輪的壓緊力，盡可能減少焊絲表面鍍銅層的剝落，而且一個月至少應定期清洗一次導絲管。如能選用不銹鋼制成的導絲管更好，由于奧氏體不銹鋼沒有磁性不會吸住鋼末，不但容易清理，而且不易堵塞導絲管。還必須注意在編程時調整焊槍和機器人的姿態(tài)，盡可能減少軟管的彎曲程度。特別是用分離式送絲機，由于軟管較長，如忽視調節(jié)機器人與送絲機的距離及姿態(tài)，軟管很容易出現(xiàn)多個小彎，而造成送絲不暢，這點往往被編程人員所忽視。目前越來越多的機器人公司把安裝在機器人上臂的送絲機稍為向上翹，有的還使送絲機能作左右小角度自由擺動，目的都是為了減少軟管的彎曲，保證送絲速度的穩(wěn)定性。3、焊槍的選擇焊接機器人用的焊槍大部分和手工半自動焊

21、用的鵝頸式焊槍基本相同。鵝頸的彎曲角一般都小于45°，可以根據(jù)工件特點選不同角度的鵝頸，以改善焊槍的可達性。但如鵝頸角度選得過大，送絲阻力會加大，送絲速度容易不穩(wěn)定：而角度過小，如0°，一旦導電嘴稍有磨損，常會出現(xiàn)導電不良的現(xiàn)象。應該注意，當更換不同彎曲角的鵝頸的焊槍后，必須對機器人TCP(工具中心點)進行相應的調整，否則焊槍的運動軌跡和姿態(tài)都會發(fā)生變化。近來為了提高送絲速度的穩(wěn)定性，特別是高速送絲和送鋁焊絲時的穩(wěn)定性，在焊槍上增加一個由小型伺服電機驅動的拉絲機構，使送絲機和焊槍的拉絲機形成一推一拉的送絲系統(tǒng)。對這種推拉送絲系統(tǒng)必須協(xié)調好兩個電機的轉速，調節(jié)好送絲機和焊槍上

22、各對送絲輥輪的壓緊力，使送絲機的推絲作用為主，焊槍的拉絲為輔。這樣，即使是由于某種原因兩個電機速度不匹配，焊槍上的送絲輥輪能夠打滑，而不至于損壞焊絲的表面或使焊絲從輥輪間擠出來，造成焊接的中斷。目前，除了一些焊鋁的機器人或高速焊的機器人裝有拉絲式焊槍外，比較多的還是選用普通鵝頸焊槍。4、防撞傳感器對于弧焊機器人除了要選好焊槍以外，還必須在機器人的焊槍把持架上配備防撞傳感器。防撞傳感器的作用是當機器人在運動時，萬一焊槍碰到障礙物，能立即使機器人停止運動(相當于急停開關)，避免損壞焊槍或機器人。如果沒有安裝防撞傳感器或傳感器不夠靈敏，一旦焊槍和工件發(fā)生輕度碰撞，焊槍可能被碰歪，如操作者又沒有及時發(fā)

23、現(xiàn)，由于TCP的變化，隨后焊接的路徑將會發(fā)生較大的變化，而焊出廢品。因此，TIG焊炬和MIGMAG焊槍的把持架上都必須裝有防撞傳感器。第二章 PLC系統(tǒng)設計2.1電氣設備概述本焊接機械人可實現(xiàn)五個自由度的運動，即PLC和光電編碼器相協(xié)調控制，程序的選擇可在電氣操作的轉換由要安裝在機器的傳感器進行控制。2.1.1電氣控制的變壓系統(tǒng)部分設計根據(jù)PLC輸出端的特點，本系統(tǒng)共需以下四種電壓：1）作為PLC電源的交流220伏2）線圈所需電源交流100伏3）電磁鐵所需電源直流24伏4）原點指示燈所需電源交流6.3伏變壓系統(tǒng)的左右兩端均采用空氣斷路器作為短路保護及長期過載保護，其中直流110伏需要安裝整流器

24、。2.1.2電氣控制的部分設計1、PLC應用概述可編程序控制器（Programmable Controller）簡稱PC，早期也稱為PLC(Programmaboe Logic Controller)，區(qū)別于個人計算機的“PC”（Personal Computer）。PLC是從60年代末發(fā)展起來的一種新型的電氣控制裝置，它將傳統(tǒng)的控制技術和計算機控制技術、通信技術融為一體，以其顯著的優(yōu)點正被廣泛地應用于各種生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程的自動控制中。傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制雖具有其自身的特點，但其控制裝置體積大，動作速度較慢，耗電較大，功能少，特別是由于它靠硬件連線構成系統(tǒng)，接線繁雜，當生產(chǎn)工藝或控制對象改

25、變時，原有的接線和控制盤就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。PLC的應用領域非常廣，并正在迅速擴大。對早期的PLC，凡是有繼電器的地方，都可采用。而對當今的PLC，幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC。尤其是近幾年來，PLC的成本下降，功能又不斷增強，所以，目前PLC在國內外已被廣泛應用于冶金、機械、石油、化工、輕工、電力、建筑、交通運輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)。一般來說，小型PLC主要用于單機自動化，而大、中型PLC則是自動生產(chǎn)線上不可缺少的控制部件。PLC主要有以下幾種控制類型：邏輯控制、模擬控制、機械加工中心的數(shù)字控制、工業(yè)機器人控制、多層分布式控制系統(tǒng)等。2、PLC的特點1) 可靠

26、性高，抗干擾能力強。如日本三菱公司的F1、F2系列PLC的平均無故障時間長達30萬小時，這是一般微機所不能比擬的。與繼電器相比，采用PLC控制后，大量的開關動作由無觸點的電子線路來完成，用軟件程序代替了繼電器見間的繁雜連線，既方便靈活，可靠性也大大提高了。2) 控制系統(tǒng)構成簡單，通用性強PLC是一種存儲程序的控制器，其輸入和輸出設備可直接連接在PLC的I/O端。即其輸入端可接無源觸點開關，其輸出可直接驅動接觸器和電磁閥等執(zhí)行元件。當需要改變其控制系統(tǒng)的功能時，只需改變相應的軟件程序，而不必改變PLC的硬件設備。3) 編程簡單、使用、維護方便目前，大多數(shù)的PLC均采用與實際電路接線圖非常接近的梯

27、形圖編程，這種編程語言形象直觀，易于掌握。而且PLC具有故障檢測、自診斷等功能，能及時地查出自身的故障并報警顯示，使操作人員能迅速地檢查、判斷、排除故障，具有較強的在線編程能力，維護十分方便。4) 組合方便、功能強、應用范圍廣現(xiàn)代的PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、步進的功能，而且還能完成A/D、D/A轉換、數(shù)學運算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程控制等。5) 體積小、重量輕、功耗低PLC的空載功耗約為1.2W，一臺收錄機大小的具有相當于三個1.8m高的繼電器的功能。3、PLC的分類PLC的產(chǎn)品很多，型號規(guī)格也不統(tǒng)一，通?？砂匆韵氯N情況分類：1）按PLC的結構形成分類可分為大、中、小三個等

28、級。2）按PLC的I/O點數(shù)分類可分為整體式和模塊式3）按PLC的功能分為為高、中、低檔三種4、PLC系統(tǒng)的組成PLC是以CPU為核心的電子系統(tǒng)，實際上就是一種工業(yè)控制用的專用計算機，它由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的，一般小型PLC的基本單元主要由CPU、存儲器、輸入和輸出模塊、電源模塊、I/O擴展接口、外設I/O接口以及編程器等部分組成，PLC的軟件系統(tǒng)也包括系統(tǒng)程序和用戶程序。5、PLC的工作方式PLC采用的是周期性循環(huán)掃描的工作方式。PLC運行工作時，CPU對用戶程序作周期循環(huán)掃描，在無跳轉指令的情況下CPU從第一條指令開始順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結束，然后又返回第一條指

29、令，開始新的一輪掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采集和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC就是這樣周而重復的掃描循環(huán)。2.2 PLC的應用2.2.1 梯形圖的設計PLC梯形圖的設計一般分為以下幾個步驟：1、對實際問題進行分析，確定哪些是輸入量，確定哪些是輸出量。2、根椐所需的I/O點數(shù)和控制的復雜程度進行PLC選型。PLC的選型主要從以下幾方面進行考慮：1) 結構型式的檔次。按照物理結構，PLC分為整體式和模塊式兩種。整體式一般價格較低，對于單臺僅需開關量控制的設備，選用小型整體PLC就可以滿足要求；對于復雜的，要求較高的系統(tǒng)，可考慮采用模塊式中大型機，這樣可靈活配置I/O模塊的點數(shù)的類

30、型，使其具有A/D，D/A控制，運動控制和通訊聯(lián)網(wǎng)等功能。2) 容量。PLC容量指用戶存儲器容量（程序容量）和I/O點數(shù)兩方面的含義，選擇存儲容量可按25留出裕量。I/O點數(shù)要1015留出裕量。3) 輸出點類型的選用。PLC可提供3種類型的輸出：繼電器輸出（有觸點），晶體管輸出和晶閘管輸出（無觸點），其中繼電器的輸出的PLC價格便宜，適用的電壓范圍廣，交直流電壓類型均可，承受瞬對過電壓和過電流的能力較強，對于不頻繁通電的負載應優(yōu)先選用此種PLC；而對于頻繁通電的負載，則應采用無觸點開關輸出，即選用晶體管或晶閘管。3、將輸入量依次分配給輸入繼電器，輸出量依次分配給輸出繼電器，畫出I/O端子分配圖

31、。4、明確控制對象的控制要求，根據(jù)控制的特點和復雜程度選用前面介紹的經(jīng)驗設計法，狀態(tài)分析法和狀態(tài)轉移圖等四種設計方法中的一種進行PLC梯形圖的設計。5、根據(jù)梯形圖寫出指令。由于在本次畢業(yè)設計中選用歐姆龍C系列P型機，所以必須了解該機型的特點及內部資源的分配，該機型引用了電氣控制系統(tǒng)中的術語，用繼電器定義存儲區(qū)中的位，將用戶數(shù)據(jù)區(qū)按繼電器的類型分為7大類，即I/O繼電器區(qū)，內部輔助繼電器區(qū)，專用繼電器區(qū)，暫存繼電器區(qū)，保持繼電器區(qū)，定時/計數(shù)繼電器區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)。對各區(qū)的訪問采用通道的概念，將各區(qū)劃分為若干連續(xù)的通道， 每個通道包含16個二進制位，用標識符及1或2個數(shù)字組成通道號來標識各區(qū)的各個

32、通道。數(shù)據(jù)區(qū)通道號配如表所示：表2-1 數(shù)據(jù)通道信號分配表專用繼電器中在本次設計中用到繼電器1815，其內部編號從1808到1815，再從1900到1907，共16個專用內部輔助繼電器，繼電器1815實現(xiàn)功能為當可編程序控制器開始運行時，接通（ON）一個掃描周期，作初始化處理。2.2.2 用功能表圖表示控制過程圖2.1 控制過程如圖所示，用L激活初步后，通過方式選擇開關SA3建立半自動和點動兩個序列。當SA3斷開時，通過它的動斷觸點進入半自動工作方式。按夾緊按鈕，系統(tǒng)按轉臺-大臂-小臂-腕轉-腕擺-送絲的順序實現(xiàn)半自動循環(huán)。循環(huán)的最后工步完成后，就返回到預備狀態(tài)，以備下次再做半自動或點動操作時

33、能順利進行。用內部輔助繼電器1000，1001，10021014分別代替工步。2.2.3 I/O分配表與配線圖表2-2 輸入/輸出元件根據(jù)控制要求，可將輸入/輸出元件按下圖分類并分配相應的I/O點。如下所示：配線圖如下：圖2.2 配線圖2.2.4 寫出梯形圖 圖2.3 梯形圖 小 結通過焊接結機械手設備的設計,我掌握了許多實際運用的知識.對機械手五自由度的設計及機電知識綜合運用有了一定經(jīng)驗.從分析零件的加工工藝開始,選擇正確的工藝路線,選擇相應的機床設備。1.焊接機器人設計重點是大臂和小臂的設計, 手臂和手腕是機器人操作機中的基本部件，它由旋轉運動和往復運動的機構組成。其結構形式是多種多樣的，但多數(shù)機器人的手臂和手腕是由關節(jié)和桿件構成的空間機構，一般由3-10個自由度組成，工業(yè)機器人一般為3-6個自由度。由于機器人具有多自由度手臂、手腕的機構，使操作運動具有通用性和靈活性，這也是區(qū)別于一般自動機的特點2. 焊接作為機械制造業(yè)中僅次與裝備加工和切削加工的第三大加工作業(yè),對其進行機器人柔性加工技術及其相關的控制器PC化,網(wǎng)絡化和智能化的應用研究已成為焊接自動化發(fā)展的必然趨勢.3. 機器臂的