基于PLC的機械手自動操作系統(tǒng)設計本科畢業(yè)設計

PLC3136頁、健康、保等。可以有效解決個問可以在溫、壓、有毒、放射等場合在制造行又稱器被于運送加原料或者給特定床進行刀具轉(zhuǎn)換和器裝配等一加有效一合、、料、制等科和飛速不斷換朝精、、復雜加傳感器反饋系統(tǒng)故障可以我檢測并修復。離不開 PL制力以PLC常被于地位逐漸增長功之有很大于PLC言序編寫容易、系統(tǒng)操作靈活于制便實現(xiàn)夠效和加質(zhì)量在一下PLC樣一制一PLC操作系統(tǒng)加容易實現(xiàn)連續(xù)在次任務選三菱系列PLC進行制完操作系統(tǒng)實現(xiàn)下、左右、旋轉(zhuǎn)等制完實現(xiàn)需輔助元器氣缸、傳感器、磁閥、底座和支架等加直觀作進行示在次加入組態(tài)軟件進行監(jiān)MCGS一種于整體監(jiān)一種組態(tài)軟件通運數(shù)據(jù)采集MCGS以動畫形式表現(xiàn)運進行監(jiān)和整個制。內(nèi)外研究現(xiàn)狀1954一1959有造和一制造一1962年時，美國政府將機械手的實用性做了相關的敘述，機械手慢慢被大家所認知；1970年在美國召開了第一屆有關機械手相關的會議，主要研究它的價值和實用性；1973年美國一家公司開始制造出了一臺小型的機械手，為工業(yè)發(fā)展做奠基；直到 1980年，機械手在日本很快的發(fā)展起來，使得機械手得到了充分的改進，現(xiàn)在機械手正在向智能化、高速化、精密化的方向發(fā)展，機械手的定位精度也是越來越高，能達到現(xiàn)在的納米級別，它的運行速度可以達到 3m/s，產(chǎn)出的產(chǎn)品可以達到 6軸，夾起工件的重量也是越來越大。。生產(chǎn)工業(yè)的工業(yè)的化，為了。在國利用計機和一的在一起，能有的定和過程是的，所以在工業(yè)生產(chǎn)生產(chǎn)生產(chǎn)。80，。機械手用時生產(chǎn)的，和國來有一定的，大分的產(chǎn)品是要過進。在時，有著高的國家的產(chǎn)品有密性，，使得國國一國家，著時快的國的業(yè)主要生產(chǎn)一和有量的產(chǎn)品。，國家正在國來的機械制造也出，業(yè)大“863”立廣引真提優(yōu)惠支并且提水平主要內(nèi)容該課個PLC操套手的過程控制。機械手的直旋轉(zhuǎn)氣缸氣缸的運由電磁閥一上電先控制極限置夾緊氣缸放下件最后1-3圖1-3 實際效果圖次課題主內(nèi)容：對進行構(gòu)思出一套的整體方案對整體進行簡單各氣缸選型PLC系統(tǒng)硬件的和控制程序的MCGSPLC控制完成控制MCGS的對的和構(gòu)的程高對的有創(chuàng)新性更符合性化和化所對的進行和完成對構(gòu)的對有很大的好處先它可以按照生進行加依照一的程序和規(guī)定的間內(nèi)完成件的和傳送；其次它可以減輕的壓力而它能單的對進行效高效，減輕工人勞動強度，節(jié)約了成本。尤其在一些有污染環(huán)境的場合，機械手的實用性更加體現(xiàn)出來。如今，電子技術的飛速發(fā)展和滲入，機械手的研究和開發(fā)是人類進步的橋梁，機械手的迅速發(fā)展使得它成為工業(yè)行業(yè)中的重要部分。同時，也是因為機器人的發(fā)展，促進了機械手的飛速發(fā)展。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被用于自動化流水生產(chǎn)線上，這樣使得機械手能夠廣泛的被運用，并且能夠熟練地適用于工業(yè)生產(chǎn)的腳步。PLCPLC的PLC,、范圍、活編簡單等方法來實現(xiàn)自動化。體結(jié)構(gòu)設計概述、物這樣方法成，主研究基PLC手自動過去幾十年里手發(fā)展非?？煅杆侔l(fā)展成為一種高技自動化程度非常高手是器來實現(xiàn)它自動化來完成種預期任務它繼承了和器一特征和，是有了過程和種有效相來手有為發(fā)展空間也有高[3]。工作原理手是一種通過一編程來進自動位和以變動形式來實現(xiàn)預期功。它擁有個自度空間靈活地自動。動和控制這部分成了手部、手和成。手部手上可以。手手部可以手，非常主是來完成和?？珊蛠韨浞N樣以的是來并一上。一手動有種一種是直線動一種是旋轉(zhuǎn)動。身軀主是來安裝手臂、動源和執(zhí)元而且它可以起到連接用。驅(qū)動元是用來驅(qū)動來抓取也可以以達到預功隨時改變被夾持位置。動實現(xiàn)上、、旋轉(zhuǎn)、前后左右移動這動叫做手自度。自度是手一個很重參數(shù)性手自度高手靈活性就會越高它結(jié)構(gòu)就會越復雜通用性就會越反之則越小。手控制來完成特件控制編程來實現(xiàn)有基上上器動使地穩(wěn)和精[4]。通過上有們出了一套手他總有4個自度包括：、前后伸縮、氣爪的夾緊、底座的旋轉(zhuǎn)。其中，底座的旋轉(zhuǎn)采用的是擺前后和傳感器進行反饋，以實現(xiàn)機械的精確性和平穩(wěn)性[10]。機械控制要求一般為模式和自控制模式是適用次課題所的是自PLC一定的特進行。2-3，機械工2-3 機械工在機械控制統(tǒng)的加控制的的控制包括、、伸出、縮、擺、擺、夾緊和放松等些操過。一自控制發(fā)生故障或者在一次備安裝調(diào)試過中，可以通過控制進行。件選型單向閥向的氣的向一般是向的，P的氣于的時，活塞將被打開PA口將通，時氣能夠順利通過。要使得單向閥保通，要氣有一定的的。氣反向進向中，不論壓力多大，都不能使得反向閥流通，除非閥口被壓力破壞。單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥組合而成的，帶有壓力的氣體從P流向A，經(jīng)過先導式電磁閥先導式電磁閥顧名思義它帶有一個先導閥芯，要想電磁閥工作，我們要先打開先導閥芯，然后改變氣體流動方向來打開主閥芯。這樣的結(jié)合就是為了在頻繁控制的場合多次開閉主閥芯，對其造成沖擊和磨損。先導式電磁閥也分為單電控和雙電控兩種形式[5]。執(zhí)行機構(gòu)水平氣缸式。在常中，單作用分為兩有和。氣動控制元件是將壓力能為能的一種，氣缸和氣動。通氣缸通氣缸是由缸、、、后缸、和緊固零件等零件組成。缸后四角有四根拉中有和導向磁性即在任何時候檢測出干的位。（2） 氣缸氣缸利用直接或間接方式來實現(xiàn)的往復運動，并且沒有像通氣缸一樣的剛性和等開門中，通常也用于多功能的坐標器人的輸送線和抓取工件上。(3) 360升降導向氣缸完成抓取并將工件放置到目標工作臺上，這時必須設置具有升降功能的氣缸來完成特定的抓取任務。同時，為了避免氣缸在工作的時候氣缸會因為某些原因發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，所以在氣缸中加了導向機構(gòu)，防止發(fā)生不定性和歪斜。所以選擇時必須要帶有導向的氣缸。帶導桿的氣缸的實物圖,如圖2-3所示：圖 2-3 導向氣缸 如圖所示，氣缸外連接板與轉(zhuǎn)接板以及氣爪進行連接，外連接板處安裝有三根軸，運根外連接板只能導桿的向進行，到導向的作用。氣爪機械手的氣爪用來實抓取功能，工業(yè)機械手要成部一。氣爪抓取工件時要、靈活、準確,其夾緊力不宜大或者小，則應該根據(jù)所夾取工形、大小、尺寸算考慮開口尺寸適應被尺寸應廣度還需備多種可旋轉(zhuǎn)機械夾緊式最廣泛的。其按氣爪式可為平移、、回種PLC對電磁閥控驅(qū)夾緊。手爪由驅(qū)元、手爪零部件、傳機構(gòu)、指、墊片、附等成。以介紹2.a2.b40°其并且可以確保恒定。2.c旋轉(zhuǎn)作原理與齒輪嚙合相似手指以同并且居齊確保了衡不2-52-5 在選擇一二指機械手底座圓形底盤柱形支撐結(jié)構(gòu)。綜上述各缸、選型下2-52-5型號1缸1MY1B63G-2002缸1MY1B50G-2003缸1MHS3-32D4缸1MHZ254JSCL64/TG2512-06動系統(tǒng)圖設計機械手以機械手、旋轉(zhuǎn)、上下、抓緊等作在次均采來整[15]作原5157。2132水平右水平縮。3144轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)擺。4145轉(zhuǎn)右右擺。1131水平。6158右上縮。7161右爪夾緊。8161右爪放松。按照上述可以行手和自在次中主要對機械手能夠行自操作其能夠自行加手是為了檢驗和故障處理方便[16]。其中系統(tǒng)系統(tǒng)圖2-62-6 與可編程控制（PLC）概述的簡介、實自化調(diào)節(jié)對正常運起著至關重作用工中對求也越越高精度響應速度也至關重推著機備向著智化、多元化方向發(fā)展[11]。3-1示：3-1 本課題涉及的是位置傳感器，對機械手的各種缸體的位置測量和對工件有無進行判斷，以便進行反饋。在本次課題設計中選用的是小型接近式的傳感器。示，通常被人們稱為接近開關。在一定的位移之內(nèi)，接近開關能夠?qū)γ舾行栽M行檢測，達到判斷電路通斷的一種方式。這就是接近開關[17]。則傳感器的性能就會越好。對于不同的材料，接近開關的有效檢測距離也是不一樣[6]。，則：材料、、料有，傳感器檢測們的時，選用電式的接近傳感器。當傳感器檢測一鐵塊、鋼件、鋁、黃銅材料的物體時，選用高頻振蕩型傳感器。中也會分靈敏度高低，有材料靈敏度高，的檢測距離可以近可以遠，但對于靈敏度低的，只能將距離拉到最近。對于靈敏度不高的材料零件，可以使用磁性的接近式傳感器。對于遠距離的測量時，選用光電型傳感器或超聲波型傳感器。在本次設計中，對于鋁合材料的機械手臂，選高頻振蕩型傳感器。在水平氣CS1-11RH-02PR30-10DN11塊[18]。PLC（ProgrammableLogicControllerPLC），編程，可以用來進行內(nèi)部的存儲程序，也可以用來定時、順序控制、邏輯運、算術操作指令。通過對輸入和輸出量的編寫，可以對各種類型的機械或生產(chǎn)過程進行監(jiān)制[19]。自 自 1969年開始，美國數(shù)字設備有限公司研究出了第一臺 PLC，當時生產(chǎn)技術以集成電路為主的情況下，只能完成一些簡單的控制。到了70年代未的時候，處理器技術引入到PLC中,使得PLC增加了許多實際的功能。70年代未處理器出現(xiàn)之后引入到PLC技術后增加了許多功能。隨著微處理器的出現(xiàn)，人們很快的將微處理器引入到產(chǎn)產(chǎn)過程中的主心骨。微處理器和 PLC有到了一，有代了傳電器PLC和實現(xiàn)。到了2070年代中的時候，PLC的功能生了的，計算技術的成面的引入到了 PLC中去，PLC的實性這時大大的現(xiàn)了出。隨著PLC的研究和設計，PLC的，它的運算能力PLC地可的，它。2080年代PLC進工業(yè)國中得到。隨著它的高，許多國生產(chǎn)它，它的產(chǎn)到了，這著工業(yè)生產(chǎn)的進，PLC的技術到了成的。90年代中，PLC的人，它的和到了當PLCPLC、、接口擴通訊等進入過程控制的新時代。到了 20，PLC的加向著適工業(yè)的方向。時，出現(xiàn)了各種各樣的功能，人功能單和單。PLC和大PLC這時候生產(chǎn)出可以適于的環(huán)境中[12]。PLC采大規(guī)集成電路、承受電壓高、無故障正常工時間長，可幾十萬小時。有自功能，當有出現(xiàn)時，時。大多數(shù) PLC編程采的梯形圖，而梯形圖簡單、直觀、易學。采現(xiàn)代技術的集成電路，由于現(xiàn)代半導體技術的斷，PLC的集成電路。很多 PLC的內(nèi)部擁有成千百的電器、時器、計數(shù)器等。PLCPLCPLCPLCCPU、存儲器單元、I/O編程器其外圍備些都通過數(shù)據(jù)總線互連接而[14]其基本3-4示：圖3-4 PLCPLC部分廠家提供PLC運行不少程序般放在EPROM用戶自己編寫定程序來實現(xiàn)預定功能種用戶部分。PLC開發(fā)而來能、電通基功能控現(xiàn)自動不少部分[9]。PLC歷程在電器主編程控器發(fā)來人們普遍運用電器來控電于電控電線電器雖然用非常廣泛而靠性、靈活性都不其是在現(xiàn)行而不在電氣中電器不[2]PLC發(fā)展分不：PLC階段PLC剛剛隨之各順序控器不現(xiàn)器主要控PLC下來PLCPLCPLCPLCPLC單元擴、模PLC順序控制其中菱公司F主要典型PLC中PLCPLC沒算、存儲、模菱公司主要FXPLC。PLC網(wǎng)絡中CPU算度使得 PLC域開始涉自自要開適過程控制特殊模PLC可以連接傳統(tǒng)編程器PLC網(wǎng)絡通信得到了迅自奠良基。PLC抗干擾力強PLC其中最主要個特點抗干擾力強特殊環(huán)境中輻射磁干擾情況PLC作力會受到任何的影響主模模制，還可、、[1]。通強PLC控制統(tǒng)中要繼器之類氣控制元只要PLC內(nèi)部軟元進行模擬控制樣效避免量接線效率要想改變程序只要改變編程器里程序個 PLC裝置可以控制象只/組軟控制式PLC交流 220V、直流 24V由 PLC內(nèi)部所供。編程簡單PLC主要戶備戶使必須簡單易學最重要編程要最簡單易要易懂點上PLC者們充分考慮到使者意圖PLC習慣梯形圖器相似編程比較簡單易學形象直觀掌握要很強算機知識特殊算機語言。完善學張PLC多新功、數(shù)、時夠單獨進行過程、數(shù)模轉(zhuǎn)換、信息處理和聯(lián)網(wǎng)功。PLC逐漸完善這意味著它工行中位是無可取代工進步是離PLC現(xiàn)PLC人機對話功這未PLC發(fā)展方向朝著智化方向發(fā)展。維護方便：PLCPLC工生產(chǎn)中大量應用主要因，維護方便可以效提高生產(chǎn)效率和減少必要投資這樣效幫工廠提高生PLC體積較小也是較用以維護較方便PLCI/O可以生產(chǎn)過程中化效這樣利維護[7]。PLC中用是FXFX2N-48MRPLC,它共48個滿足一般需求實物圖如圖 3-7示：圖 3-7 FX2NPLC實物圖 FXPLC應展也是夠展256個I/O。FXPLC信也是夠大數(shù)對要較高PLC產(chǎn)體積小機體化產(chǎn)中用中D24V可以和用。FXPLC單、展單和展模這三可以人它也是高PLC相當靈活單元整體網(wǎng)得它穩(wěn)定性也是越用這樣PLC較它應用也是對較。FXPLC較小是功。它高數(shù)器對刷新、中、濾波方式新、恒定掃描時間著快處理高數(shù)用較FX單用方，[8]。件輸入/輸出口分配表在機械手自動操作的系統(tǒng)過程中，PLCPLC4-1表4-1 輸入輸出分配表輸入輸出X0啟動按鈕SB1Y0擺動氣缸左擺Y得電）X1擺動氣缸左擺極Y1擺動氣缸右擺Y得電）X2擺動氣缸右擺極Y2水平氣缸伸出Y得電）X3水平氣缸伸出極Y3水平氣缸縮回Y得電）X4X4Y4YX5Y5上升YX6Y6爪夾緊YA7 得X7SB2Y7爪放松YA8 得X10SB3X11停止按鈕SB4X12擺動左擺按X13擺動右擺按X14按X15按X16按X17上升按XX20X21X22SB10SB11SB12檢測開關SQ7件接線圖按照輸入輸出分配表，畫出I/O硬件接線圖，如圖4-1-2所示：圖4-1-2 硬件接線圖4,2 功能圖很方便的檢測相應的電磁閥上對應的功能[13]。順序功能圖的嚴格按照一定的先后順序才能保證運行編程來的方式。為主要方式其流程圖如下圖4-2-1圖4-2-1 順序流程圖功能圖程序：一上電機械復位機械右擺水平氣缸縮回X，X6X22M1機械左X1M2水平氣缸伸出；X3MX5啟M4T00M56M6縮回；X4M擺右擺X2啟M8水平伸出X3MX5M101T1計M11上升X6M12水平縮回按X7控制按鈕M使系統(tǒng)復X4M1X11M0使系統(tǒng)復。序：X12Y0=1X13Y1=X14Y2=1，缸伸；X15Y3=1缸縮回；X16Y4=1缸下降；下X17Y5=1缸上升；X20Y6=1X21Y7=1MCGS態(tài)設計MCGSMCGS。目前很多組都可以PLC成系統(tǒng)它非常方便而且易現(xiàn)在已經(jīng)成為工Windows以接受形式比如動畫燈報警流程多形式來反應工程。MCGSMCGS主要組成MCGS、、備、時數(shù)據(jù)庫和運行策略這五部分組成5-1圖5-1 組態(tài)軟件組成是一個框架他可以放置一個或多個于調(diào)度和管理這些窗可以于中制定編制菜單封確定啟同時可以定畫關參數(shù)保存件名稱數(shù)據(jù)庫更改。備備連接外部備環(huán)境于放置同備構(gòu)件外部備備具一一一備運行時備可以制個運名是行可以接行同時可以定中制如一些圖和畫構(gòu)件一模塊可以接這些構(gòu)可以效地將行關聯(lián)定達到可視化效果。時數(shù)據(jù)庫MCGS、處理、輸出控制、動畫及備驅(qū)動為操對象。運行策略運行策略對工程運行狀有效定義和控制現(xiàn)流程控制效果。通過對腳程序和些定程序定可以達對機械手控制。運行策略為系統(tǒng)重框架能夠使系統(tǒng)按照所定順序執(zhí)行程序使得機械手能夠進行有效地操對些進行定義和策略的能夠控制些工狀可以現(xiàn)對些備量和控制[20]。工程過程對工程系統(tǒng)進行、對工程進行、對系統(tǒng)進行、制動畫、定控制程序、對程序進行有效、備進行其MCGS軟圖5-3圖 5-3 機械手控制系統(tǒng)MCGS自動生成新建工程默認工程名為0.MCG。這時件另存為按鈕保存另一件夾按鈕。這是工程定完5-4-1圖5-4-1 工作臺界面MCGS需要行變量置建立實時數(shù)據(jù)庫目就是變量定。實時數(shù)據(jù)庫變量在開始之前需要定義最主要先分析系統(tǒng)再能夠確定變量值5-4-25-4-2 寫控制程序就是在需要的候被根據(jù)需要來就是有沒有到就是在需要的候夠重新開始。5-55-5 。A[21]。保證所有硬件軟件系統(tǒng)正確情況下將軟件PLCPLC的內(nèi)部去PLC下然后將組態(tài)軟件隨之啟動把組態(tài)軟件MCGS調(diào)到工運PLC聯(lián)功能可以操作不按鈕檢驗程是否正確不正確則應該及做出相應監(jiān)PLC了它功能。束語、電磁閥、PLC裝置、傳感器和一些輔助備達控制運動目隨著學技術不斷發(fā)展正逐步向前發(fā)展越來越受歡迎。經(jīng)過指導老師范老師四五個月悉心指導從一開始學許許多多知要求；PLC靈運老師心指導一個PLC、PLC選型、和整體運老師一心和正開始PLC整體運不PLC不太懂經(jīng)過這幾個月學經(jīng)基PLC和實運PLC基組運組監(jiān)控和次課題許許多多問題最終靠找資料和向老師請教最后圓滿問題范老師提供下運雖間出一些及整學道路上有很大助不僅僅出一套而要考慮它和一要結(jié)構(gòu)很多經(jīng)，相信以后道路上必定有所助。致謝來我們將會踏上社會帶著我們所的知識去迎接更的挑戰(zhàn)。感謝這次的所謂嚴師出高徒老師的嚴格把關和細心地指導用心的督促我們讓我們非常的感動。對于這次的課題很榮幸的分到范老師的麾下范老師將理和實踐結(jié)合起來的精神深深的打動了我理的知識再強它也只是只理知識用到實中去，出理的實老師我很的到了這心感謝老師對我的學習和的在的下了深深的至于我夠順利的完成了。在這誠的向范老師致謝。感謝所我的謝謝們的細心地和指導也謝謝們無關和諒你們的支持堅定不移的走下去！感謝所的老師們謝謝你們的嚴格把關對們高的謝參考文獻 .PLC(三版)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008. 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