上螺丝机械手控制系统.doc

上螺丝机械手控制系统 专业：电气信息类 姓名：陈红臻 学号：110408815 指导教师：周劲摘要： 为了提高流水线上的生产效率，研制了机械手自动加螺丝装置。本文详细分析了x-y螺钉装配机械手装置的原理和构成，并设计了机械手自动加螺丝装置的硬件部分。关键词：机械手；plc；步进电机；变压器；触摸屏 1 概述1.1 上螺丝机械手的设计背景机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。1.2 上螺丝机械手控制系统介绍x-y螺钉装配机械手控制系统包括三菱的fx（1n）-24mt plc，西门smart700触摸屏，变压器，步进电机，丝杠及机械手等硬件设施。该系统设计先在笔记本中设计好触摸画面，在将画面传输到触摸屏中，然后将编译好的程序下载至plc中，再将触摸屏与plc进行通信。在该系统中通过smart700的触摸屏画面中的24个位置来控制双丝杠的动作位置，当到按下换面的启动按钮后系统处于待运行状态，在选取24个位置的任意位置。系统开始运行，当运行完一个过程后，回到起始位置。画面的停止按钮和急停按钮，停止按钮按下是完成整个动作后停止，而急停按钮按下是动作立马停止。2 x-y螺钉装配机械手控制系统的工作原理2.1 硬件布置图x-y螺钉装配机械手控制系统在硬件接线上由2个变压器分别为步进电机和吸盘供电，由触摸屏给一个信号然后传输到plc上，通过程序，然后反应到步进电机上，步进电机按照程序给的步数作出反应控制双丝杠的位置到达指定的工作点，吸盘吸取模拟机械手动作。最终返回原点，动作结束。 2.2 电气接线原理图 x-y螺钉装配机械手控制系统主要采用plc、触摸屏，按钮控制，其中plc是三菱的fx（1n）-24mt plc、触摸屏采用的西门子的smart700，步进电机的型号为hb-4020m，来实现半自动流程的控制。 2.3 系统配置图下图所示为该系统配置图，其中有触摸屏，控制器plc，外部设备包含了2根丝杠，2个步进电机。连接方式是触摸屏与控制器进行通信然后在通过plc编程来控制外部设备。 3 x-y螺钉装配机械手控制系统的硬件配置3.2 系统控制器配置（1）简单介绍fx1n系列是功能很强大的微plc，可扩展到多达128 i/o点，并且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据链接功能选项使得fx1n在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。（2）定位和脉冲输出功能一个plc单元能同时输出2点100khz脉冲，plc配备有7条特殊的定位指令，包括零返回、绝对位置读出、绝对或相对驱动以及特殊脉冲输出控制。（3） 其它功能如表所示。内置式24v直流电源24v、400ma直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。时钟功能和小时表功能在所有的fx1n plc中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。输入滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。元件注解记录功能元件注解可以记录在程序寄存器中。在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。run/stop 开关面板上运行/停止开关易于操作。远程维护远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据密码保护使用一个八位数字密码保护您的程序。（4）该系统采用了三菱的fx(1n)-24mt的plc。4 x-y螺钉装配机械手控制系统4.1 x-y螺钉装配机械手控制系统变量根据x-y螺钉装配机械手控制系统的控制要求，现列出x-y螺钉装配机械手控制系统的输出与输入的资源配置，见表所示。plc输出变量变量初值说明y00纵向电机正转y10横向电机正转y20纵向电机反转y30横向电机反转y40吸盘qp变量m000位置m101位置m202位置m303位置m404位置m505位置m606位置m707位置m808位置m909位置m10010位置m11011位置m12012位置m13013位置m14014位置m15015位置m16016位置m17017位置m18018位置m19019位置m20020位置m21021位置m22022位置m23023位置m24024位置m250y轴调零m260x轴调零4.2 x-y螺钉装配机械手控制系统介绍（1）fnc12 dmov传送指令如图所示。（2）高速脉冲输出指令(fnc57 plsy),带加减速脉冲输出指令（fnc59 plsr)如图所示。从y000或y001输出的脉冲数将保存以下特殊数据寄存器中：d8140（低位）输出至y000的脉冲总数。d8141（高位）（fnc59（pisr），fnc57（plsy）指令的输出脉冲总数）。d8142（低位）输出至y001的脉冲总数。d8143（高位）（fnc59（pisr），fnc57（plsy）指令的输出脉冲总数）。d8136(低位)输出至y000和y001的脉冲总数。d8137(高位) 各个数据寄存器内容可以利用“dmovk0d81”执行清除。 （3）fmov比较与传送指令如图所示。5 x-y螺钉装配机械手控制系统的人机界面5.1 主画面该系统用wincc flexible来进行画面的布置，下图为系统控住的主画面。包含了24个可以选取的位置，以及原点的复位，单x轴，y轴的调零。功能介绍:（1）主画面即选点位置画面；（2）当选择画面中启动按钮后，系统进入待运行状态； （3）当选择了手动时，可以手动控制双丝杠的x或y轴的位置调整；（4）主画面的0-24点代表电机要运行到的位置；（5）停止按钮功能，当按下停止按钮后，系统完成整个的工件动作之后，在按下任何按键无效；（6）急停按钮，按下急停后，电机立马停止动作，再次按下急停按钮，电机继续动作；（7）返回原点按钮按下后，x,y轴电机都复位到原点。5.2 画面创建画面的创建使用的是wincc flexib