機(jī)械手工業(yè)機(jī)器人 畢業(yè)論文

機(jī)械手模型基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先，對(duì)可編程控制器進(jìn)行相應(yīng)的介紹，選擇了PLC的型號(hào)。然后，通過對(duì)機(jī)械手后，進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件程序設(shè)計(jì)。themulti-functionmacFirst,theprogrammablecoPLC.Then,basedonthe I Ⅱ 21.1課題背景 21.2機(jī)械手的定義與分類 31.3機(jī)械手應(yīng)用及組成結(jié)構(gòu) 31.4機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 41.5總體設(shè)計(jì)要求 5第2章PLC的介紹與選擇 62.1PLC的特點(diǎn) 6 72.3三菱FX系列的結(jié)構(gòu)功能 9第3章各功能實(shí)現(xiàn)形式與控制方式 3.1本機(jī)械手模型的機(jī)能和特性 3.2夾緊機(jī)構(gòu) 3.3軀干 3.4旋轉(zhuǎn)編碼盤 第4章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4.1.1PLC梯形圖中的編程元件 4.1.3機(jī)械手控制系統(tǒng)的外部接線圖 4.2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.2.1公用程序 4.2.2自動(dòng)操作程序 4.2.3手動(dòng)單步操作程序 4.2.4回原位程序 4.3PLC程序的上載和下載 4.3.1PLC程序的上載 第5章設(shè)計(jì)小結(jié) 第1章緒論就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來越多的應(yīng)用，機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。同時(shí)，借助組態(tài)軟件的輔助作用，大大提高了系統(tǒng)的工作效率。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。于解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國(guó)外稱為“Mechanical的。本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可歸為第一類，即通用機(jī)械手。機(jī)械手手部的構(gòu)造系統(tǒng)模仿人的手指，分為無(wú)關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。軀干是安裝手臂、動(dòng)力源電氣、氣動(dòng)用得最多，占90%以上，液壓、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用得較少。液壓驅(qū)動(dòng)主要?dú)忾y等。一般采用4～6個(gè)大氣壓，個(gè)別達(dá)到8～10個(gè)大氣壓。本設(shè)計(jì)的手爪部分采用氣壓驅(qū)動(dòng)。電氣驅(qū)動(dòng)時(shí)，直線運(yùn)動(dòng)可以采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母機(jī)計(jì)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)手爪和機(jī)械手的底盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)占90%以上。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用小型可編程控制器實(shí)現(xiàn)，具有編程簡(jiǎn)單、修改容易、機(jī)械手自二十世紀(jì)六十年代初問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)(如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)、微型飛行器等)、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手(不僅可以進(jìn)行事先設(shè)定的動(dòng)有效的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)等)。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴(kuò)展，并基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手(水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手)基圖1-1機(jī)械手示意圖電動(dòng)機(jī)12、底盤13、底盤電動(dòng)機(jī)2.機(jī)械手工作流程控制等。但由于PLC可編程控制器操作靈活性強(qiáng)和穩(wěn)定性較好，所以，我們選高可靠性(1)所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；(2)各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10～20ms;(3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；(4)采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。(5)對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選；(6)良好的自診防止故障擴(kuò)大；(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以安裝簡(jiǎn)單，維修方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制對(duì)于PLC的選擇，我們必須考慮多方面的因素。例如輸入、輸出的最多點(diǎn)1.常用PLC介紹西門子的中國(guó)業(yè)務(wù)是其亞太地區(qū)業(yè)務(wù)的主要支柱，活躍在中國(guó)的信息與通成功能；強(qiáng)勁通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊；簡(jiǎn)單、易用的Micro/WIN編程軟件。一個(gè)PC卡(對(duì)于10點(diǎn)的機(jī)型來說),從而使安裝體積大幅度減小，同時(shí)也進(jìn)一步接可編程序終端，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)創(chuàng)造了新的環(huán)境。編程環(huán)境與CQM1及SYSMACA等機(jī)種相同。由于原有SYSMAC支持軟件及編程器都可繼續(xù)使用，故而系統(tǒng)型PLC。在FX中，除基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形土在FX系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。其FX2NPLC還可以采用作為擴(kuò)展設(shè)備的硬件計(jì)數(shù)器，可獲取最高50kHz的高速脈沖。力求具有較好的性價(jià)比，使用和維修方便；選用的PLC主機(jī)和配置、控制功能選FX系列，不選F1系列)。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮將來工藝的變化和擴(kuò)展，在滿足確FX2之后推出的超小型PLC,近幾年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型CPU處理速度達(dá)到了0.065us/基本指令。內(nèi)置了高達(dá)64K步的大容量RAM存儲(chǔ)器。大幅增加了內(nèi)部軟元件的數(shù)量。強(qiáng)化了指令的功能，提供了多達(dá)209晶體管輸出型的基本單元內(nèi)置了3軸獨(dú)立最高100kHz的定位功能，并且增和表格設(shè)定定位(TBL),從而使得定位控制功能更加強(qiáng)大，使用更為方便。內(nèi)置6點(diǎn)同時(shí)100kHz的高速計(jì)數(shù)功能，雙相計(jì)數(shù)時(shí)可以進(jìn)行4倍頻計(jì)數(shù)。最多可以同時(shí)使用3個(gè)通信口(包括編程口在內(nèi))。新增了高速輸入輸出適配器，便，在FX3U的左側(cè)最多可以連接10臺(tái)特殊適配器其中通過使用高速輸入適配器可以實(shí)現(xiàn)最多8路、最高200kHz的高速計(jì)數(shù)。通過CC-Link網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展可以實(shí)現(xiàn)最多達(dá)384點(diǎn)(包括遠(yuǎn)程I/O在內(nèi))的控制?？梢赃x裝高性能的顯示模塊示：半角16個(gè)字符(全角8個(gè)字符)×4行。在該模塊上可以進(jìn)行軟元件的監(jiān)控、可編程控制器是一種工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，它的結(jié)構(gòu)原理與微型計(jì)算機(jī)相本設(shè)計(jì)采用FX系列PLC作為控制核心，所以現(xiàn)在就以它來講述PLC的應(yīng)用知識(shí)、操作技能。FX系列PLC硬件組成與其它類型PLC基本相同，主體由三部分組成，其PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1系統(tǒng)電源有些在CPU模塊內(nèi)，也有單獨(dú)作為一個(gè)單元的，編程器一般看作PLC的外設(shè)。PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)手持編程器或計(jì)算機(jī)手持編程器或計(jì)算機(jī)用戶存儲(chǔ)器輸出接口輸入接口圖2-1PLC的組成框圖外部開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)以及各種傳感器檢測(cè)信號(hào)作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC的輸入端子進(jìn)入PLC的輸入存儲(chǔ)器，收集和暫存被控對(duì)象實(shí)際運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào)和數(shù)據(jù)；經(jīng)PLC內(nèi)部運(yùn)算與處理后，按被控對(duì)象實(shí)際動(dòng)作要求產(chǎn)生輸出結(jié)果；輸出結(jié)果送到輸出端子作為輸出變量，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PLC的各個(gè)部分協(xié)調(diào)一致地實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。PLC輸入輸出接口的安全保護(hù)當(dāng)輸出口連接電感類設(shè)備時(shí)，為了防止電路關(guān)斷時(shí)刻產(chǎn)生高壓對(duì)輸入、輸出對(duì)于交流電路應(yīng)并接阻容電路。阻容電路中電阻可取51～120Ω,電容取0.1~0.47μF,電容的額定電壓應(yīng)大于電源的峰值電壓。續(xù)流二極管可選1A的管子，其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的3倍。圖2-2為輸入輸出口的保護(hù)環(huán)節(jié)示意圖。/Y輸出AVRC交流輸入輸出點(diǎn)的保護(hù)圖2-2輸入輸出口的保護(hù)物體在三維空間內(nèi)的禁止位置是由三個(gè)坐標(biāo)和圍繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度來決定機(jī)械手，其機(jī)能要接近于人的上肢，則需要具有27個(gè)自由度，而每一個(gè)自由度本設(shè)計(jì)的機(jī)械手，它共有自由度5個(gè)。即：手臂前后伸縮、手臂上下伸縮、底盤上裝有限位開關(guān)，最大旋轉(zhuǎn)角度可達(dá)180度。手臂由橫軸和豎軸組成、可完成伸縮、升降的運(yùn)動(dòng)。手機(jī)械手底盤和軀干每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖，并把信號(hào)送回可編程控制器來得到轉(zhuǎn)過的準(zhǔn)確的角度。編碼盤的機(jī)構(gòu)如圖3-1。紅藍(lán)黑圖3-1旋轉(zhuǎn)編碼盤可以通過改變程序中計(jì)數(shù)器CO的初值來確表3-1所選器材列表名稱型號(hào)或規(guī)格數(shù)量電磁閥VF31301連接導(dǎo)線若干名稱型號(hào)或規(guī)格數(shù)量限位開關(guān)LX19-1118轉(zhuǎn)換開關(guān)LW6-51熔斷器RC1A-30/152機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動(dòng)控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來，在手動(dòng)方式時(shí)可以通過手動(dòng)按鈕來實(shí)現(xiàn)，其控制面板如下圖4-1。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。盤順轉(zhuǎn)后退上升放松手反轉(zhuǎn)底盤反轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)選用FX1N-60MR,其輸入繼電器(X)36點(diǎn)，輸出繼電器(Y)24點(diǎn)，輔助繼電器(M)384點(diǎn)，狀態(tài)繼電器(S)1數(shù)據(jù)寄存器(D)等。特殊輔助繼電器M8000——運(yùn)行監(jiān)控(PLC運(yùn)行時(shí)自動(dòng)接通，停止時(shí)斷開);M8002——初始脈沖(僅在PLC運(yùn)行開始時(shí)接通一個(gè)掃描周期);根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作的要求，輸入、輸出分配如表4-1所示。表4-1PLC輸入/輸出分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)手動(dòng)上升/下降步進(jìn)電機(jī)回原位連續(xù)回原位前進(jìn)/后退步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)停止下降夾緊上升手順轉(zhuǎn)夾緊手逆轉(zhuǎn)松開底盤順轉(zhuǎn)手順轉(zhuǎn)底盤逆轉(zhuǎn)手逆轉(zhuǎn)底盤順轉(zhuǎn)底盤逆轉(zhuǎn)下限位上限位前限位后限位底盤順限位底盤逆限位手順限位手逆限位底旋轉(zhuǎn)脈沖前行后退4.2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的程序總體結(jié)構(gòu)如圖4-3,分為公用程序、自動(dòng)程的動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，所以又跳過回原位程序到P2處。如果選擇“回原位”工作方4.2.1公用程序公用程序如圖4-4,簡(jiǎn)要說明如下：當(dāng)Y6復(fù)位(電磁閥松開)、后限位X21圖4-3程序總的結(jié)構(gòu)圖x6cfT自動(dòng)操作順序功能流程圖見圖伸Y3,當(dāng)?shù)竭_(dá)前限位使行程開關(guān)X20驅(qū)動(dòng)手順轉(zhuǎn)Y7,X24接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移到S4,S4驅(qū)動(dòng)Y6置位，延時(shí)1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)TO接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S5,驅(qū)動(dòng)Y0上轉(zhuǎn)Y12,狀態(tài)到S8,X20接通，狀態(tài)接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完初始清零初始回原點(diǎn)—T0底逆轉(zhuǎn)底逆轉(zhuǎn)手逆轉(zhuǎn)底順轉(zhuǎn)—xe1/C4圖4-5自動(dòng)的功能流程圖全失掉，延時(shí)1秒。延時(shí)時(shí)間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S11上升。上升到最高點(diǎn)閉合，在初始步時(shí)按下啟動(dòng)按鈕X4,M1得電并保持，就按照?qǐng)D4-5自動(dòng)功能根據(jù)自動(dòng)功能流程圖的順序編寫的自動(dòng)程序梯形圖為圖4-6。啟動(dòng)啟動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)GG前線位夾緊延時(shí)o夾緊延時(shí)om前伸下降M14上升非件T非件T計(jì)以下從215行到278行是控制前進(jìn)和后退步進(jìn)電機(jī)許步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)圖4-6自動(dòng)程序段梯形圖如下圖所示。圖中上升/下降，左移/右移都有連鎖和限位保護(hù)。手動(dòng)程序說明：用對(duì)應(yīng)機(jī)械手的上下前后移動(dòng)和夾緊松開按鈕。按下不同的按鈕，機(jī)械手執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。在前后移動(dòng)的程序中串聯(lián)上線位置開關(guān)的動(dòng)合觸點(diǎn)是為了避免機(jī)械手在較低位置移動(dòng)時(shí)碰撞其他工件。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，程3計(jì)開—(v0os√TTT夾緊底送轉(zhuǎn)圖4-7手動(dòng)程序梯形圖回原位程序；在系統(tǒng)處于回原位工作狀態(tài)時(shí)，按下回原位按鈕(X3),M3變?yōu)镺N,機(jī)械手松開和上升，當(dāng)升到上限位(X17變?yōu)镺N),機(jī)械手后退，直到后tM28復(fù)位LL件一LM90v —[sETY010 [srXD25底盤轉(zhuǎn)回原位 圖4-8回原位程序梯形圖后傳入PLC中。并可以運(yùn)用軟件在線監(jiān)測(cè)PLC的運(yùn)行情況，同時(shí)可以用手持編程器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求修改程序中的各參數(shù)，達(dá)4.3PLC程序的上載和下載1、通信電纜的連接。應(yīng)使用編程轉(zhuǎn)換接口電纜SC-09連接好計(jì)算機(jī)的RS2、端口設(shè)置。選擇“PLC”菜單下的“端口設(shè)置”菜單命令，可選擇計(jì)算機(jī)與PLC通信的RS-232C串行口(COM1~COM4)和“傳送速率”(9600或所謂PLC程序的下載，就是把計(jì)算機(jī)中的程序?qū)懭氲絇LC中，其操作步驟是“通信電纜的連接”和“端口設(shè)置”,同“PLC的程序的上載”中的步驟1和在執(zhí)行下載功能時(shí)，首先應(yīng)將PLC上的主機(jī)開關(guān)撥在“STOP”位置，如果使用了RAM或EEPROM存儲(chǔ)器卡，其寫保護(hù)在處于關(guān)斷狀態(tài)。選擇“PLC”菜單下“傳送”子菜單中“寫出”,將計(jì)算機(jī)中的程序發(fā)送到PLC中，在彈出的窗口中選