毕业设计（论文）-基于LMC058的机械手控制系统平台开发.docx

中北大学2015届毕业设计说明书毕业计说明书基于LMC058的机械手控制系统平台开发5学生姓名： 学号： 计算机与控制工程学院学 院： 电气工程及其自动化专 业： 指导教师： 2015年06月基于 LMC058 的机械手控制系统平台开发摘 要机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手自动控制技术的核心是微处理器PLC。现在它在工业控制领域应用十分广泛。高可靠性是控制设备的关键性能。PLC是采用现代大规模集成电路技术，运用严格的生产工艺制造，而内部电路采取了先进抗干扰技术，便有很高的可靠性。PLC也带有硬件故障自我检测功能，当出现故障时及时发出警报信息。在应用软件时，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。本次设计是运用施耐德公司LMC058运动控制器对控制系统平台开发，它由三个模块构成，分别为运动控制模块、伺服驱动模块和执行模块。在依赖软件Somachine的环境下实现三步功能块和G代码的编写，接下来在运动控制器和驱动器的控制下进行控制电机的转动，实现z轴上的上下直线移动，然后在平面内实现插补运动，完成动作，最后让轴回到原位。关键词： PLC，LMC058，运动控制器，伺服驱动，插补运动，机械手AbstractThe mechanical arm is the mechanization, automation production process developed a new type of device. In the modern production process, the mechanical arm is widely used in automatic production line, development and production has became a high technology of the mechanical arm in the neighborhood, rapidly developed a new technology. Mechanical arm technology relates to mechanics, mechanical and electrical hydraulic technology, automatic control technology, sensor technology and computer technology, such as science, is an interdisciplinary comprehensive technology. Mechanical arm PLC automatic control technology is the core of the microprocessor. Now it is widely used in industrial control field.The high reliability is the key of control equipment performance. PLC is the modern large scale integrated circuit technology, using the strict production craft manufacture, and the internal circuit adopted advanced anti-interference technology, and has high reliability. PLC with a hardware failure detection function itself, when malfunction alert information in time. At the time of application software, users can also into the application of fault self-diagnosis for the peripheral devices, in addition to the PLC in the system of the circuit and equipment for the protection of fault self-diagnosis.This design is to use schneider company LMC058 motion controller to control the system development platform, it consists of three modules, respectively, motion control module, servo module and execution module. In SoMachine rely on software environment to realize the three-step function block and the G code to write, then under the control of the motion controller and driver to control the motor rotation, realization of z axis linear movement up and down, and then realize interpolation motion inside the plane, make the action, finally let the shaft back to the in situ.Key word: PLC，LMC058，motion controller，servo drive，Interpolation motion manipulator目 录1 绪论11.1 研究的目的和意义11.1.1 机械手的出现11.1.2 机械手设计意义11.2 研究的国内现状和发展趋势11.2.1 国内现状11.2.2 发展趋势22 方案设计32.1 运动控制器选择及介绍32.1.1 运动控制器控制系统设计的原则32.1.2 运动控制器控制系统设计步骤32.1.3 运动控制器的选择32.2 机械手的工艺流程与实现功能42.2.1 机械手工艺流程42.2.2 机械手实现功能42.3 系统总体设计框图52.4 各模块概述52.4.1 运动控制器52.4.2 驱动模块82.4.3 执行模块83 硬件设计113.1 机械手结构113.2 机械手实物113.3 传动系统123.4 辅助系统124 软件设计144.1 Somachine软件的介绍144.2 工作流程图154.3 程序设计155 系统连接与参数设置185.1 系统连接186 研究总结236.1 成果综述236.2 所遇问题及解决方案236.3 改进方法24附录A25附录B31参考文献35致谢361 绪论1.1 研究的目的和意义1.1.1 机械手的出现伴随工业自动化发展脚步，机械手凭借定位精度高、工作性能稳定、结构灵活多样等特点，被广泛应用在轻、重工业、医疗卫生、军事、科研等高新技术领域1。它的运用标志着制造业向自动化、无人化、节拍化、智能化迈进。就传统继电控制的机械手而言，因其控制装置的落后、接线复杂、易受到干扰、可靠性也差、维修困难等劣势，所以逐步退出了历史舞台2。1.1.2 机械手设计意义在工业生产和其他应用领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温，腐蚀，有毒气体以及人的有限体能等种种劣势的限制，工作效率很低3。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手由耐高温，防腐蚀的材料制成，工作效率高，而且不受体能的限制，非常方便4。机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其他要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置；而可编程控制器（PLC）由于其具有高可靠性，易于扩展和维护，环境要求低、体积小巧、安装调试方便，在工业控制中有广泛的应用5。1.2 研究的国内现状和发展趋势1.2.1 国内现状目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率6。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍7。它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低。机械手作为一种按人类意识进行简单替代人臂操作的工具，被广泛应用于轻、重工业、医疗卫生、军事、科研等高新技术领域，从事目标搬移（如：搬移机械手、运输机械手、选择夹持机械手、挖掘机等）、精确定位（医疗机械手辅助臂术、打印设备、电子元器件机插设备、数控加工中心等）、模拟（残疾人假肢）等工作8。机械手因其模拟人类臂部的工作模式而命名，并非其形状像臂。在应用的各领域、各工作层面中，机械手的形状各异，不受到任何标准形状的制约，实用、抽象的结构体，发挥着其独有的高效作用9。1.2.2 发展趋势各种用途机械手。适合于各种不同用途，具有各种功能10。如汽车工业中的装配、上下料、喷涂以及各种功能的实现。具有熟练技术工人的功能。如开发双臂多关节机械手，像熟练技术工人那样进行各种装配、检修、焊接、喷涂等工作，能搬运液晶玻璃、半导体器件，并能和其计算机连接，通过仿真软件做各种熟练技术工人的工作。完美的人机界面和完备的通信功能能适应各种工业的控制场合11。提高机器工作定位精度。通过安装视觉传感器，实时控制系统等措施，使提高机械手工作定位精度12。机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。解决方案：经查阅手册和之前的经验知道， A302指示错误为机械臂行程超出限位开关的测量范围或者是限位开关有问题。 由于机械臂位于轨道中间的位置，所以排除机械臂超出限位开关测量范围。 然后接着检查限位开关的硬件连接，多次插拔限位开关并不能解决问题。 后经过与施耐德客服沟通后，确定通过改变限位开关参数设置，取消限位开关。 具体操作步骤：在伺服操作面板按ESC，点击OP，选择CONF，点击I_O_, 将DI1、DI2、DI3参数改为NONE，最后进行断电重启。解决方案：经查阅手册和之前的经验知道， A302指示错误为机械臂行程超出限位开关的测量范围或者是限位开关有问题。 由于机械臂位于轨道中间的位置，所以排除机械臂超出限位开关测量范围。 然后接着检查限位开关的硬件连接，多次插拔限位开关并不能解决问题。 后经过与施耐德客服沟通后，确定通过改变限位开关参数设置，取消限位开关。 具体操作步骤：在伺服操作面板按ESC，点击OP，选择CONF，点击I_O_, 将DI1、DI2、DI3参数改为NONE，最后进行断电2 方案设计2.1 运动控制器的选择及介绍2.1.1 运动控制器控制系统设计的原则1.满足对机械手控制要求考虑发展的需要，运动控制器选用功能较强的新产品，并留有适当的余量。2.系统安全、可靠。3.尽可能简单、经济、使用与维修方便。4.具有高的性价比。2.1.2 运动控制器控制系统设计步骤1.分析被控对象，提出控制要求。2.确定输出、输入设备。3.选择运动控制器的机型。4. 运动控制器硬件的连接与设置。 5.程序的设计。6.程序的调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；7.调试过程结束，书写结论及论文。2.1.3 运动控制器的选择运动控制器机型选择的基本原则：在功能基本满足要求的前提下，选择最可靠、最方便以及性能价格比高的的最优化机型。简单机械手运动小型PLC足以满足需求，故选用法国施耐德公司LMC058系列作为本文中机械手运动控制系统平台开发的核心控制系统，同时充分的利用中北大学施耐德电气实验室的资源进行现场实物的操作与控制13。运动控制器包括：专用于运动设备同步的CANmotion主站、CANopen 主站、编码器主站、串行线路、以太网、专用功能、嵌入式I/O。LMC058运动控制器具有结构紧凑,扩展性强的特点。它就为机器制造商提供了高性能的运动控制解决了方案：同步控制、速度控制、高速计数器、网络通讯等。PLCopen功能块简单易用，可以明显缩短对运动控制进行编程以及控制机器上独立的同步轴所需的时间，将运动功能与标准自动化功能相结合的能力既可实现最高的灵活性，又可实现高性能水平。LMC058主运动控制器能够控制实时、远程及轴的同步。LMC058体积虽不大，但功能强大。更快的机器软件设计：PLC与运动控制器使用同一个编程软件；为复杂的应用定制的应用功能块；编程、调试、诊断专用的运动功能库，节省成本，空间，装配维护时间；一个产品集成运动控制和逻辑控制集成CANopen和CANmotion，缩短开发时间，方便的远程调试和诊断。 伺服轴同步：可高达八轴；同步性能：2ms同步4个伺服轴；数字输入输出：高达2400个数字输入输出；模拟量：12或16位分辨率。 其他功能：主轴编码器、反射输出、捕捉输入、可连接变频器、人机界面、伺服、上层通讯。2.2 机械手的工艺流程与实现功能2.2.1 机械手工艺流程本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平面上X、Y轴实现规定的动作。轨迹运动轴则采用LXM32A伺服驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14。2.2.2 机械手实现功能一个运动控制系统由3部分组成: 控制器,伺服驱动器和伺服电机。对应运动控制三种类型，有三种形式的运动轨迹出现：一是单轴或多轴点到点（point to point简称PTP)控制，也称点位控制，电机的运动轨迹一般是梯形或S型的速度曲线。二是单轴或多轴连续轨迹（Continuous Path，简称CP),也称轮廓控制，多轴合成运动形成圆弧、直线或任意形状曲线的运动。三是同步控制运动，过程中某一个轴运动跟随另一轴运动或其它一个轴运动的位置或速度随外部给予条件出现而发生改变15。基于上述的控制要求,本次设计的机械手运动控制系统实现以下的功能:在运动控制器和驱动器的控制下控制电机的转动，实现轴的直线移动（有限轴），然后在二维的平面内实现插补运动（2轴在限定空间内做同步运动），完成预定的程序上的动作，最后使轴回到原位。2.3 系统总体设计框图系统总体设计框图如图2.1所示。图2.1 系统总体设计框图2.4 各模块概述2.4.1 运动控制器运动控制器是该运动控制系统的核心,它在系统控制中的作用是产生控制的命令和让系统输出的信号跟随特定的位置，即控制运动是按照规定的轨迹动作,不断计算位置和速度相互匹配，所以, 运动控制要完成可控可调的动作, 主要对3个变量进行控制，即电机的速度，力矩，位置。本次毕业设计采用的控制器是施耐德公司LMC058LF42S0。运动控制示意图如下图2.2所示。图2.2运动控制示意图LMC058LF42S0运动控制器实物展示如图2.4所示：图2.4 LMC058实物图LMC058LF42S0说明如图2.5所示：图2.5LMC058运动控制器是通过现场总线进行轴同步与协调，可用于需要控制的最多8个同步轴的使用。它是集成了标准的运动控制功能：转矩控制和速度控制相对或绝对定位用于从轴的凸轮曲线，以及对可编程凸轮开关的控制虚拟轴用于速度和位置的电子齿轮功能，线性与环形插补 (2D)使用外部编码器的主轴；高速 (30 s) 离散量输入上的距离测量和位置采集；运动控制器与SoMachine软件兼容，提供下列编程语言: LD梯形图、IL指令列表、FBD功能块图、SFC顺序功能图、ST结构化文本、CFC连续功能图16。2.4.2 驱动模块驱动模块是指驱动器及其相关组件。驱动器作用是用来控制速度并提供电机转动所需交变电流。驱动器的原理是通过功率变换单元,驱动器调节是通过调节电机的电流和速度,同时,如有控制器集成在驱动器里,它也能够控制电机的位置。驱动器是将运动控制器输出的小信号通过放大来驱动伺服机构的部件,对于不同的伺服机构,驱动器是有电动、液动和气动等类型。PLC运动控制系统采用PLC作为控制器,驱动器为伺服电机驱动器、步进电机环形驱动器等等。同时,驱动装置还可以集成复杂的电机控制算法和只能控制功能,比如说增益自动调整、网络通信等功能,很大程度提高了交流伺服控制系统的适应范围17。本次设计是采用伺服驱动器LXM32AU45M2为驱动器从而驱动伺服电机,把普通电能转化为向电机提供运动的电能。采用插补运算方法使整定的时间得以缩短;驱动装置硬件结构较简单,参数调整也方便, 输出一致性、可靠性、输出一致性增加。具体实物如图2.6所示：图2.6 伺服驱动器实物图2.4.3 执行模块执行模块的主要功能是驱动被控电机,此设计的控制系统的执行模块是施耐德公司的BSH0551T01A2A交流伺服电机。交流伺服电机包括两种，永磁同步电机和感应式异步电机,交流伺服电机具有加减速时间短、过载能力强、可靠性高、效率高、精度高、反应速度快、外形尺寸小和质量轻等特点。采用交流伺服电机作为执行元件,将输入的电压信号转换成为力轴的角位移或角速度的变化,输入的电压信号为控制信号,改变其值可以改变伺服电机的转向和转速 18。交流伺服电机的转子惯量与直流电机相比值小,且具有良好的动态响应性能。另外,在同样的体积下,交流伺服电机的输出功率比直流电机提高大约10%-70%。执行部件和被控对象相联系的动力学特性对于系统的性能影响大,在很大程度上决定了被控对象是否能够达到预期的控制要求,所以,执行模块是系统性能的展现方式。伺服电机结构与原理图如图2.7所示。图2.7 交流伺服电机结构与原理图当定子线圈通上交变电流, 就会使转子周围产生旋转磁场,而转子磁场就会与定子产生的磁场相互作用,驱动器根据位置反馈情况,来调整定子的磁场,使转子磁场与定子磁场成90度角,使力矩最大。同时,位置传感器测量出电机轴的旋转的角度。这里,转子的磁场是恒定的(由永久磁铁所产生)。而定子的磁场是变化的, 它取决于通到线圈绕组电流的变化频率变化。这样转子的转动就跟随着定子的旋转磁场一起运动，即转子与旋转磁场同步。集成的位置传感器一般为电压分解器的形式, 耐用而且有一定精度19。力矩速度曲线图如图2.8所示。图2.8 力矩速度曲线图通过上图力矩/速度曲线分析,我们知道无刷伺服电机优点是低速高转矩,高过载力矩的特性。因此,这种电机能够胜任高精度,高动态响应的运动工作。 解决方案：经查阅前的经验知道， A302指示错误为机械臂行程超出限位开关的测量范围或者是限位开关有问题。 由于机械臂位于轨道中间的位置，所以排除机械臂超出限位开关测量范围。 然后接着检查限位开关的硬件连接，多次插拔限位开关并不能解决问题。 后经过与施耐德客服沟通后，确定通过改变限位开关参数设置，取消限位开关。 具体操作步骤：在伺服操作面板按ESC，点击OP，选择CONF，点击I_O_, 将DI1、DI2、DI3参数改为NONE，最后进行断电重启。解决方解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14解解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14置，所以排除机械臂超出限位开关测量范围。 然后接着检查限位开关的硬件连接，多次插拔限位开关并不能解决问题。 后经过与施耐德客服沟通后，确定通过改变限位开关本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理14 解本设计要求在控制系统LMC058运动控制器的控制下进行，二维平驱动系统控制，提高了定位精度和工作效率；主要实现目标为水平横移轴、水平垂直轴、自动操作及设定轨迹的精确运行动作，通过上位机对运动参数进行设置与监控。为确保设备安全性，每个轴的机械限位信号与原点信号直接接入伺服系统，在遇到机械限位信号发生时，使伺服系统可以快速反应并加以处理143 硬件设计3.1 机械手结构机械手躯干包括底座、轴臂及滑轨三部分。底座可以放在地面上、机床设备上、或者悬挂在梁上，也可固定在行走底座上。本次设计中底座是为落地式底座，比较稳定。底座是支撑机械手全部重量的构建，对其结构的要求是硬度高、占地面积小、操作简单方便和造型优美。机械手臂应具有承载能力大、自重轻、灵活、刚性好、位置精度高、通用性强等特点。主要结构有伸缩式和关节式两种，本文选择的是伸缩式。3.2 机械手实物根据毕设要求和所期望能达到的目的，机械手具体是由三支机械手和底座构成，其中底座的机械手是双滑道结构，详细结构如图3.1，图3.2所示： 图3.1 机械手实物图图3.2 机械手实物图直线运动的结构：直线运动的结构，基本上是由驱动机构和导向装置组成。文中选用伺服电机作为动力装置，故选用丝齿轮齿条机构或杠螺母机构。现将两者做以下分析：1、丝杠螺母机构：位移较准确、无噪音、降速比大，运平稳、易自锁，但高精度的丝杠制造比较困难，传动效率低。矩形、梯形螺纹结构，因传动力大，应用广泛。滚珠丝杆效率高，但成本高。2、齿轮齿条机构：传动效率高，无自锁、速度快。一般用于机械手的传动机构，不作为定位机构。为满足自锁要求，优先选用丝杠螺母机构。3.3 传动系统本设计采用电气传动，电气传动是利用电机直接驱动执行功能，以获得机械手的各种运动。采用施耐德公式BSH0551T01A2A伺服电机驱动，它可以将机械手的位置和运动速度反馈给驱动器。3.4 辅助系统为保证机械手重复定位精度，对机械手每工作循环提出返回原点校零位要求。设置在初始位置和轨道末端添置限位开关，如果当机械手运动超出限位开关检测范围时，运动停止。同时便锁定继续前行运动，并只能反向运动，以实现因故障造成的超程保护功能。传动杠示意图如下图3.3所示。图3.3 螺杆传动杠示意4 软件设计4.1 Somachine软件的介绍Somachine 用于单一软件环境下配置、编程和试运行整个机器,它是由专用于具体编程任务的组件组成，Somachine 组件，用于对控制器的编程。Somachine软件可以让Schneider Electric灵活机器控制套件中的所有元素进行编程并进行试运行，并且可以创建很多机器所需要的最优化方便控制的解决方案。Somachine通过一个软件平台提供整个机器设备开发，配置和调试的整套完整环境，包括逻辑控制，运动控制，HMI以及相关自动化网络连接功能。Somachine还可以用于Modicon M218，M238，M258系列PLC的软件开发，集成了运动控制，HMI的开发工具，可以不受限制在统一软件平台上开发一套完整的解决方案。SoMachine软件平台包括有：一个软件平台、一个项目文件、一根电缆连接、一次下载操作。（1）Somachine Electric灵活控制器包括：1个软件环境：Somachine软件；4个硬件控制平台类型：人机交互界面控制HMI Controller；逻辑控制Logic Controller；运动控制Motion Controller；驱动控制Drive Controller；其他设备：HMI、速度驱动器、分布式I/O模块。（2）Somachine软件的各种语言及适用的控制类型如下：功能块图（FBD）：适合于典型固定复杂算法控制如PID调节等；顺序功能图（SFC）：适合于多进程时序混合型复杂控制；梯形图（LD）：适合于逻辑控制；指令表（IL）：适合于简单文本自编专用程序；结