機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制

1、目錄第 1 章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制工藝流程分析 21.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制過程描述 21.2 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制工藝分析 2第 2 章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)52.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)硬件組成 52.2 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制方法分析 52.3 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)的I/O 分配 52.4 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì) 6第 3 章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)83.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制程序流程圖設(shè)計(jì) 83.2 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制程序梯形圖設(shè)計(jì) 8第 4 章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 104.

2、1 PLC 與上位監(jiān)控軟件通訊104.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)104.3 實(shí)現(xiàn)的效果11第 5 章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析135.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題135.2 結(jié)果分析13錯(cuò)誤!未定義書簽課程設(shè)計(jì)心得參考文獻(xiàn)15附錄16資料.第1章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制1.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制過程描述如圖所示，有兩部機(jī)械對工作物進(jìn)行加工，對象由輸送帶 A送到加工位置，然后由機(jī)械手臂將加工物送至工作臺(tái) 1的位置進(jìn)行第一步驟加工。當(dāng)?shù)谝徊襟E加工完成后，機(jī)械手臂將工作物夾起再送至工作臺(tái)2進(jìn)行第二步驟加工；當(dāng)?shù)诙襟E加工完成后，機(jī)械手臂將工作物放到輸送帶

3、B送走，然后由7段數(shù)碼管顯示加 工完成的數(shù)量。1.2 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制工藝分析機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或 操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化, 能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、資料.輕工和原子能等部門。目前機(jī)械手的主要發(fā)展經(jīng)歷可以分為三代：第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行 控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精 度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想 的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺

4、機(jī)能； 第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián) 系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng) FMS和柔性制造單元FMC中重要的環(huán)節(jié)。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)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。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)。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包

5、括由兩個(gè)電磁閥控制的液壓鋼來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動(dòng)及夾緊工件的動(dòng)作，兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)分別通過兩線圈控制電動(dòng)機(jī) 的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；其動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠 設(shè)置在各個(gè)不同部位的行程開關(guān)產(chǎn)生的通斷信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部線圈來控制電動(dòng)機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動(dòng) 作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位；其動(dòng)作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快 進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回 原位、手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。本次設(shè)計(jì)使用氣壓機(jī)械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關(guān)開始做

6、火起動(dòng)作，然后開始上升碰到上限開關(guān)后，手臂開始往右，當(dāng)碰到第一工作站的極限開關(guān)時(shí)，機(jī)械手臂下降將工作物放置工作臺(tái)l然后上升等待機(jī)械對工作物加工；當(dāng) 工作物第一加工步驟完成時(shí)，機(jī)械手臂再依進(jìn)行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置工作臺(tái) 2上進(jìn)行第二加工步驟。當(dāng)?shù)诙庸げ襟E完成 時(shí)，機(jī)械手臂再依進(jìn)行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置輸送帶B送出，并由7段數(shù)碼管顯示出加工完成的數(shù)次。動(dòng)作示意圖如圖1-2所示。原位 f 下降 >夾緊 *上升右移,放松下降圖1-2機(jī)械手控制動(dòng)作示意圖資料.第2章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控

7、制系統(tǒng)硬件組成本設(shè)計(jì)制信號(hào)的傳感器選擇位移傳感器和壓力傳感器。及A/D轉(zhuǎn)換器等。機(jī)械臂的上升下降和左右移動(dòng)用位移傳感器，夾緊釋放用壓力傳感器。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由 手,手臂等組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，手臂是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。由傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械手的移動(dòng)， 手臂也起到了支撐的作用。常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有液動(dòng)，氣動(dòng)等，本設(shè)計(jì)選擇的是氣動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)的主要作用是機(jī)械手按一定的方向位置進(jìn)行移動(dòng)。簡單的機(jī)械手不采用 專用的控制系統(tǒng)，只是采用形成開關(guān)，繼電器,控制閥等機(jī)型控制，使得機(jī)械手按照 一定方向機(jī)型運(yùn)動(dòng)。2.2 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制方法分析本次的設(shè)計(jì)使用的是THWJX-1型機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。本裝置需采用晶 體管輸出型可編程控

8、制器，可同時(shí)輸出兩路脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電 機(jī)運(yùn)行。由于機(jī)械手系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積小，成本低， 并能夠用計(jì)算機(jī)對PLC進(jìn)行監(jiān)控和管理，該機(jī)械手的控制為純開關(guān)量控制，且I/O 點(diǎn)數(shù)不多，考慮留有一定的裕量，故選用日本三菱公司生產(chǎn)的多功能小型 FX1N-24MT-D 主機(jī)。2.3 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)的I/O分配根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作的要求及機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置說明指導(dǎo)，輸入、輸出點(diǎn) 分配情況如表2-1所示。表2-1 PLC的I/O 分配表資料.名稱輸入名稱輸出啟動(dòng)00001下降10003停止00002夾緊10004下限開關(guān)00003±#10005上限開

9、關(guān)00004釋放10006選擇開關(guān)00005返回初始位置10007A位置觸碰開關(guān)00006右移10008B位置觸碰開00007選擇計(jì)數(shù)20000關(guān)初始位置觸碰00008開關(guān)2.4 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)本模型的接線設(shè)計(jì)如圖2-1所示如下資料.，畀IZH能行基座正轉(zhuǎn)曜政. ifl基座址柱時(shí)沖c=cr_.-'安科zdX軸西展加X軸若限位Ytt LHI1SE Y鞘下限姮啟動(dòng)施械1口 ： 124VL-LJ氣央氏轉(zhuǎn)»眄圣座反臂落獨(dú)，xoXICOMdCOM 1COM2COM3COM4 Y。X2YlX3Y2X4Y3X5Y4X6X7Y6XIUY7XI31YIOXI2¥

10、;5COMV+FVL 4.進(jìn)出 HL CFTC口 1R雜功器V+PUL山川電機(jī)OPKDR 算動(dòng);SV4血，災(zāi)*24”UK +24V叫機(jī)即第3章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制程序流程圖設(shè)計(jì)見附錄1。3.2 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制程序梯形圖設(shè)計(jì)見附錄2。3.3 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制程序設(shè)計(jì)思路1 .假設(shè)使用氣壓機(jī)械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關(guān)開始做火起動(dòng) 作，然后開始上升碰到上限開關(guān)后，手臂開始往右，當(dāng)碰到第一工作站的極限開 關(guān)時(shí)，機(jī)械手臂下降將工作物放置工作臺(tái)l然后上升等待機(jī)械對工作物加工；當(dāng)工 作物第一加工步驟完成時(shí)，機(jī)械手臂再依進(jìn)行下

11、降一夾住一上升一往右一下降一 釋放等流程，將工件放置工作臺(tái) 2上進(jìn)行第二加工步驟。2 .當(dāng)?shù)诙庸げ襟E完成時(shí)，機(jī)械手臂再依進(jìn)行下降一夾住一上升一往右一下 降一釋放等流程，將工件放置輸送帶 B送出，并由7段數(shù)碼管顯示出加工完成的 次數(shù)。資料.資料.第4章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊機(jī)械手的全部動(dòng)作由步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)需 要驅(qū)動(dòng)器，有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電機(jī)才會(huì)動(dòng)作，且每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)步進(jìn)電機(jī)走 一步；改變電機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，需要加方向信號(hào)。機(jī)械手的上升 /下降、前伸/后縮動(dòng)作就 是通過控制這兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。 基座正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)和氣

12、夾正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)是 通過兩個(gè)繼電器的吸合與斷開來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械手的放 松/夾緊由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥控制。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械手放松；該線圈 斷電時(shí)，機(jī)械手夾緊。4.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)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)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。具操作面板如圖4-1所示。資料.圖4-1機(jī)械手操作面板示意圖4.3 實(shí)現(xiàn)的效果

13、打開電源，按下起動(dòng)按鈕時(shí)，開機(jī)復(fù)位。機(jī)械手若不在原點(diǎn)則PLC向驅(qū)動(dòng)器 同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。當(dāng)后縮到位時(shí)碰到 后限位開關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二輸入脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。 上升到底時(shí)碰到上限位開關(guān)，上升停止，回到原點(diǎn)。主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈 沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)， 下降停止，氣夾電磁閥斷電，機(jī)械手夾緊。夾緊后，主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二只輸入脈沖 信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動(dòng)器一只輸入脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)一正轉(zhuǎn)，機(jī)械手前伸，前伸到位 時(shí)，碰到前限位開關(guān)前伸停止

14、。主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)， 步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)下降停止，同時(shí)夾緊電 磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二只輸入脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二 正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)上升停止。上升到頂時(shí)，碰到 上限位開關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動(dòng)器一同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電 機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。機(jī)械手后縮，當(dāng)后縮到底時(shí)碰到后限位開關(guān)，然后主機(jī)向 驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。下降到 底時(shí)碰到下限位開關(guān)，下降停止，回到原點(diǎn)。至此，機(jī)械手經(jīng)過八步動(dòng)作完成一 個(gè)循環(huán)。第5章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)

15、試及結(jié)果分析5.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題使用起保停電路的編程方式。用輔助繼電器代表步，僅僅使用與觸電和線圈 有關(guān)的指令。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。5.2 結(jié)果分析經(jīng)過試驗(yàn)連線證明奔方案設(shè)計(jì) 可以滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求，并且機(jī)械手臂可以 很完整的完成要求動(dòng)作，但是在實(shí)際驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)。機(jī)械手具體需要在AB操作臺(tái)停留多長時(shí)間是個(gè)問題，可以用 2種方式改變。第一種，通過計(jì)時(shí)器完成，第二種 通過是否有物體的壓力傳感器完成。課程設(shè)計(jì)心得這次的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)了很多，在老師和同學(xué)的指導(dǎo)學(xué)習(xí)下，終于完成了這一份課程設(shè)計(jì)。本來以為自己對可編程序控制器原理的知識(shí)掌握的還比較好，

16、 但是到做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)自己存在著諸多不足，其中就有很多基礎(chǔ)知識(shí)都 不是很完善，很多知識(shí)都掌握的不是很扎實(shí)。設(shè)計(jì)過程中，通過針對性地查找資料，了解有關(guān)電子方面的資料，既增長了自己的知識(shí)面，補(bǔ)充最新的專業(yè)知識(shí)，又提高了自己的應(yīng)用能力和實(shí)踐能力。對 學(xué)過的課本理論知識(shí)起到了很好的溫習(xí)作用。機(jī)械手臂搬運(yùn)加工采用PLC為控制核心結(jié)構(gòu)合理、測試方法可靠，它具有較強(qiáng)的靈活性，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。通過對機(jī)械手臂搬運(yùn)加工PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，讓我很好的運(yùn)用了 PLC的知 識(shí)，對課本的知識(shí)進(jìn)一步的消化和鞏固。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，這個(gè)設(shè)計(jì)讓我獲益良多，只要用心去學(xué)習(xí)，不怕困難，不管多么艱難，我們都能取得成 功。參考文獻(xiàn)1王炳實(shí).機(jī)床電氣控制M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.2曹才開.一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制Z.北京:微計(jì)算機(jī)信息，2006.3王麗偉.機(jī)械手的PLC控制Z.武漢:機(jī)床電器,2006