機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

I隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來越高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運(yùn)和固定式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運(yùn)方式，不但占用空間也不容易更變生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，加上需要人力監(jiān)督操作，更增加生產(chǎn)成本，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。它集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化PLC是以現(xiàn)代微處理器技術(shù)為核心的控制器，作為一種通用的工成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干有效抑制外部干擾源對(duì)PLC的影響，此外PLC還可在強(qiáng)、通用性好；焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I第一章概述 11.1PLC的控制系統(tǒng) 1 1 11.1.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 31.2選題背景 41.2.1機(jī)械手簡(jiǎn)介 41.2.2機(jī)械手的行業(yè)狀況 5第二章機(jī)械手的整體設(shè)計(jì) 52.1機(jī)械手的控制過程 5 62.3可編程控制器控制盤面板 82.4機(jī)械手的整體設(shè)計(jì) 92.4.1單操作程序 92.4.2步進(jìn)操作程序 92.4.3自動(dòng)操作 第三章機(jī)械手的程序設(shè)計(jì) 3.1機(jī)械手動(dòng)作過程的實(shí)現(xiàn) 3.2機(jī)械手的手動(dòng)單步操作程序 3.2.1機(jī)械手左行/右行 3.2.2機(jī)械手夾緊/松開 3.2.3機(jī)械手上升/下降 3.3自動(dòng)控制程序 3.3.1機(jī)械手下降/夾緊 3.3.2機(jī)械手上升和右行 3.3.3機(jī)械手的下降和松開 3.3.4機(jī)械手上升和左行 3.3.5:機(jī)械手回零 第四章機(jī)械手的前景 結(jié)束語(yǔ) 參考文獻(xiàn) 第一章第一章概述1第一章概述1.1PLC的控制系統(tǒng)PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自1836年繼電器問世，人們就開始用導(dǎo)線將它同開關(guān)器件巧妙地連接，構(gòu)成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀(jì)60年代末，它不斷吸收微計(jì)算機(jī)技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù)。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn)，以及流程加工行業(yè)(如汽車制造業(yè))對(duì)生產(chǎn)流程迅速、頻繁變更的目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍，使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。但是，仍然沿用著順序掃描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/0的基本結(jié)構(gòu)。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡(jiǎn)便、低價(jià)格長(zhǎng)壽命。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時(shí)間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。人們?cè)趹?yīng)用它時(shí)，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對(duì)可編程控制器進(jìn)行操作及編程。1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些第一章第一章概述22)配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎4)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。5)體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm,重量小于150g,備第一章第一章概述3機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。1)開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生2)模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控第一章第一章概述4作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置?！睓C(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。機(jī)械(2)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(4)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。(5)宇宙及海洋的開發(fā)。產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5小車與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)第二章機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)2.1機(jī)械手的控制過程焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第二章機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)6上開上開左移下降一放松圖2-1機(jī)械手示意圖由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥(稱為夾緊電磁閥)控制。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械手機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)停止下降，用光電開關(guān)I0.5進(jìn)行無工件檢測(cè)。焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)7再通過PLC的類型、輸入輸出模塊的選擇、電源的選擇、存儲(chǔ)器的選擇、冗余功能的選擇和高性能價(jià)格比，再根據(jù)本課題I/0的點(diǎn)數(shù)，輸入為14和輸出為6個(gè)，考慮到將來發(fā)展的需要選I/0端子數(shù)多的PLC,故選擇德國(guó)西門子公司的S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的------S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：--------*豐富的內(nèi)置集成功能----S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第二章機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)8夾/松夾/松自動(dòng)/停止動(dòng)周期操作，當(dāng)按下停止按鈕，機(jī)械手完成此周期動(dòng)作后自動(dòng)回到原點(diǎn)并不再動(dòng)9在單操作方式斷開單操作程序1圖2-4單操作方式焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第二章機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)單周期操作3)1024633S57O單操作工作方式和自動(dòng)操作方式，都用同樣的輸出繼電器。指令如下：3第三章機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)133第三章機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)3.1機(jī)械手動(dòng)作過程的實(shí)現(xiàn)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第三章機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)左④上限位開美聲實(shí)緊電磷兩右跟飲開光染夾霧電磁例E日@3.2機(jī)械手的手動(dòng)單步操作程序全連鎖保護(hù)的作用，而機(jī)械手左行/右行兩個(gè)動(dòng)作只能當(dāng)機(jī)械手處在上限位置時(shí)啟動(dòng)按鈕，通過控制右行電磁閥Q0.3,機(jī)械手向右行；按下停止按鈕，通過控制左行電磁閥Q0.4,機(jī)械手向左行。程序指令如下：第三章機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)夾緊松開夾緊松開01A23A45二67A89二3.2.2機(jī)械手夾緊/松開如圖3-3所示，I1.5為常開觸點(diǎn)，即夾/松加載檔，將加載選擇開關(guān)扳到“夾/一()啟動(dòng)停止024SA175AR3.2.3機(jī)械手上升/下降如圖3-4所示，I1.4為常開觸點(diǎn)，即上升/下降加載檔，將加載選擇開關(guān)扳到“上/下”檔，按啟動(dòng)按鈕I0.0,通過控制下降電磁閥，機(jī)械手執(zhí)行下降動(dòng)作；當(dāng)按下停止按鈕I0.6,通過控制上升電磁閥，機(jī)械手執(zhí)行上升動(dòng)作。程序指令如焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第三章機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)下降O1A23二45A67二始復(fù)位，并執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令，當(dāng)EN有效時(shí)，把0輸出到SW0中。當(dāng)機(jī)械手的上限是第一步。按下啟動(dòng)按鈕后，置位狀態(tài)S0.1,同時(shí)將原工作狀態(tài)S0.0清0,輸出繼電器下降電磁閥Q0.0得電，原點(diǎn)指示Q0.5行下降動(dòng)作。當(dāng)機(jī)械手下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí)I0.1接通，置位狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S0.2,同時(shí)將狀態(tài)S0.1清0,輸出繼電器Q0.0復(fù)位置1,于是機(jī)械手停止下降，而焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)2451}67+02468S機(jī)械手下降和夾緊13579A二二S焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)置值(PT)17時(shí)，定時(shí)器輸出狀態(tài)位置1(輸出觸頭有效時(shí)),當(dāng)前值最大值為上升電磁閥Q0.1得電，機(jī)械手執(zhí)行上升動(dòng)作。由于夾緊電磁閥Q0.2已被置1,夾02345二6789二如圖3-7所示，當(dāng)機(jī)械手右行至右限限位開關(guān)時(shí)，I0.3接通，Q0.3失電，機(jī)械焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第三章機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)限位開關(guān)時(shí)，I0.1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S6.0,同時(shí)將狀態(tài)S0.5清0,輸出繼電器原點(diǎn)指示Q0.0復(fù)位，夾緊電磁閥Q0.2被復(fù)位，于是機(jī)械手停止下降，執(zhí)行松開動(dòng)01A23456二789R如圖3-8所示，按照工作方式分類，定時(shí)器T38屬于通電延時(shí)型定時(shí)器，使能端(IN)輸入有效，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。當(dāng)前值從0開始遞增，當(dāng)大于或等于預(yù)置值(PT)15時(shí)，定時(shí)器輸出狀態(tài)位置1(輸出觸頭有效時(shí)),當(dāng)前值最大值為3276.7s。使能端無效(斷開)時(shí)，定時(shí)器復(fù)位。定時(shí)器T38開始計(jì)時(shí)，延時(shí)1.5s后，接通T38常開觸點(diǎn)將狀態(tài)S0.7置1,同時(shí)將狀態(tài)S0.6清0,而輸出繼電器下降電磁閥Q0.1再次得電，機(jī)械手執(zhí)行上升動(dòng)作。行至限位開關(guān)位置，上限限位開012345二6789A焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì))圖3-9機(jī)械手回零第四章機(jī)械手的前景械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)以及根據(jù)不同類型的焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第四章機(jī)械手的前景焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)基加緊機(jī)構(gòu)，即可組成不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)已經(jīng)取得一定成績(jī)。視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀(即距離傳感器)以及微型計(jì)算機(jī)。工作是電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值!有些東西以為學(xué)會(huì)在此要感謝我們的指導(dǎo)老師周老師對(duì)我們悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給我們的[1]張建民主編.工業(yè)機(jī)器人[M],北京理工大學(xué)出版社，1992[2]李靜主編.機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)[M],機(jī)械工業(yè)出版社，1996[3]楊長(zhǎng)