基于PLC机械手控制系统设计

四川工程职业技术学院毕业综合实践报告四川工程职业技术学院学生毕业综合实践报告基于PLC机器人控制系统设计学生名称：学位：专业班：指导老师：完成时间：摘要随着科学和技术的发展，机器人广泛应用于采矿、冶金、石油、化学、船舶等传统领域，同时也开始扩大到航空、宇宙。 在生物化学、医药、原子能等高科技领域，其目的是将可编程控制器用作载体，设计程序并驱动机器人进行预约动作，实现目标的把握、输送和投入，根据需要的变化改变输送轨迹，系统整体利用plc技术的位置控制技术等关键词：机器人，可编程逻辑控制器。abstractwiththedevelopentofscienceandtechnology，manipulator is widely used in mining，metallurgy，petroleum，chemical sipbilidingandothertr butalsohasbeguntoexpandtoaviation，aerospace. Biochemistry，medicine nuclearenergyandotherhigh-tech fields，in this paper， theminanitiveistousetheprogablecontrocontrationasthecarrier设计asetofproceduresandthedriverportationtoachievethetargetcapture honfinganddeliverybookingaction acordirtingtothedemandchandlingtrajectorykeywords :管理员； 可编程的mmable； 逻辑控制器21目录绪言1.1机器人的应用背景和意义机械手主要由手、运动机构和控制系统三大部分组成。 手是用于把持工件(或工具)的部件，根据把持对象物的形状、尺寸、重量、材料、作业要求，有把持型、把持型、吸附型等各种结构形式。 运动机构使手进行各种各样的转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变把持对象物的位置和姿势。 运动机构的升降、收缩、旋转等独立运动方式被称为机器人的自由度。 为了抓住空间中任意位置和方位的物体，需要6个自由度。 自由度是机器人设计的重要参数。 自由度越大，机器人的柔软度越大，通用性越广，其结构也变得复杂。 一般的专用机器人有23自由度。 控制系统通过根据机器人的自由度控制马达来实现特定的动作。 同时接收传感器的信息，形成稳定的闭环控制。 控制系统的核心通常由单片机和DSP等微控制芯片构成，通过对其进行编程来实现所希望的功能。现代工业以生产过程机械化、自动化为主题。 随着工业现代化的进一步发展，自动化已经成为现代企业的重要支柱，无人工厂、无人生产线等已经随处可见。 同时，现代生产存在高温、放射性、有毒气体、有害气体和水中作业等各种各样的生产环境，这些恶劣的生产环境不利于人工操作。工业机器人是现代自动控制领域出现的新技术，是现代控制理论和工业生产自动化实践相结合的产物，成为现代机械制造生产系统的重要组成部分。 工业机器人是生产过程自动化、劳动条件改善、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。 特别是在高温、高压、粉尘、噪音以及放射性和污染的情况下，应用更广泛。 在我国，近年来有了迅速的发展，取得了一定的效果，受到机械工业和铁路部门的重视。专用机器人经过几十年的发展，现在已经到了象征通用机器人的时代。 通过通用机器人的应用和发展，促进了智能机器人的开发。 智能机器人相关知识内容不仅是一般的机械、液压、气压等基础知识，还应用了电子技术、电视技术、通信技术、计算技术、无线控制、仿生学、假肢技术等，是一种综合性较强的新技术。 目前国内外十分重视发展这项新技术，几十年来，这项技术的研究和发展一直很活跃，设计不断修改，品种不断增加，应用领域也不断扩大。随着我国工业的飞跃发展，机器人在工业生产和装备制造业中处于其重要位置。 在工业生产和装备制造领域发挥着非常重要的作用，特别是在有害的环境中代替人工操作，可以保护人工的生命安全，在所有领域都有机器人的影子：在机床加工工件的装卸，特别是自动车床、复合机床中使用广泛应用于普通的组装作业中， 电子行业可以组装印刷电路板，机械行业可以组装零件的工作条件差，容易疲劳的工作环境反复单调，人的工作可以代替军需品的装卸，危险物及有害物的搬运等危险情况下工作的宇宙和海洋的开发军事工程学1.2机器人的应用国内外发展现状机器人是最先出现的工业机器人，也是最先出现的现代机器人。 机器人的研究开始于20世纪中期。 另一方面，随着计算机和自动化技术的发展，特别是自1964年首次出现数字计算机以来，大量生产的迫切需要推动了自动化技术的发展，为机器人的开发奠定了基础，另一方面，在原子能技术的研究需要用某种操作机器代替人处理放射性物质的需求背景下机械手首先是美国开发的，50年代以后，机械手普及到工业生产部门，在高温、污染严重的地方取工件和装卸材料，作为机床的辅助装置也被应用到了自动机床、自动生产线和加工中心。 完成上下材料、从工具库取出工具、以固定步骤更换工具等操作。 1954年，美国德尔沃首先提出了工业机器人的概念，并申请了指导机器人实现动作的记录和再现。 这是所谓的示教播放机的机器人，现在的机器人几乎都采用了这样的控制方式。 1958年美国联合控制公司开发了第一弹机器人铆接机器人。 作为机器人产品最初的实用模型(示教再生)是1962年美国AMF公司发售的“ERSTRAN”和“UNIMATION”公司发售的“UNIMATE”。我国机械手始于1970年代初期，经过30多年的发展，经历了70年代的萌芽期、80年代的开发期和90年代的应用期三个阶段。 在我国，机器人市场份额大部分被海外的机器人企业占据。 在国际强手面前，国内机器人企业面临着相当大的竞争压力，来自上海、天津、吉林、哈尔滨、广州、昆明等十多个研究机构和大学分别开发了固定程序，结合式、液压伺服型共同机器人，机械学(包括步行机构)、计算机控制和应用技术的这些机器人大约有三分之一被用于生产。 经过80年代特别是后5年的努力，160多个机构吸引了机器人和从事相关技术的研究力，与京津、东北、华东、华南等机器人技术地区形成了十几家优势机构，培养和开发了2000多个工业机器人设计，应用团队，开发中国工业机器人技术现在中国正从“制造大国”走向“制造强国”。 中国制造业面临着与国际联系，参加国际分工的巨大挑战，中国工业自动化的提高迫在眉睫，政府必须加大对机器人的资金投入和政府的支持，为机器人产业的发展注入新的动力。 我国主要开发的机器人是喷雾机器人、焊接机器人、搬运机器人和组装机器人。 这些工业机器人主要由类似的人手和手臂组成，它能代替人的繁重劳动实现生产机械化和自动化，在有害环境下操作，保护人身安全，因此广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。第二章控制要求在这次的设计中，需要自己选择机器人手的各种设备，另外，通过用PLC执行程序，能够实现机器人手的上下、左右移动、物体的夹入。 这次的操作要求是手动和自动实现设计目标，其中自动有三种方式。步进运动：按下按钮手，这个动作完成后停止。单周运动：按下开始按钮后，机器人从原点开始在每个工序自动完成一个周期的动作后，停止在原来的位置。连续运动：机构停止在原位置时按下开始按钮，机构就会自动执行循环动作。 按复位键进行复位。第三章设备选定3.1 .控制的选定输出更新的3个阶段。PLC的特点：1 .抗干扰性强，可靠性高。2、控制系统结构简单，通用性强。3 .编程方便，使用方便。4 .功能强，成本低。5、设计、施工、调整的周期短。6 .维修方便。3.2.2常用PLC的介绍在中国，PLC的型号多种多样，生产厂家也不同，其类型也不同，使用的也不同。三菱PLC采用可编程存储器，将程序存储在内部，执行逻辑运算、顺序控制、定时操作等面向用户的指令，通过数字和模拟的输入输出来控制各种机器和生产过程，三菱PLC在中国常见的模型是fr - 其特征与许多PLC相似，存在编程简单、可靠性高、高速运算等模拟模块比较昂贵、程序复杂的缺点。西门子PLC在中国市场占有率大，应用于广泛领域。 技术比较成熟，是最具特色、最有代表性的微plc，除了基本的命令表编程以外，还可以使用梯形或对应的机械动作流进行顺序功能图编程，并且这些程序可以相互变换。 其S7系列还具备plc小型、速度快、网络通信能力更强等强大的中文功能。 如上所述，西门子plc更符合我们的经济和要求，所以我选择了plc作为这次的控制中心。3.2.3西门子PLC的选定西门子PLC的主要型号有S7-200、S7-300、S7-400、S7-1200几种，用途也不同。 S7-200是小型的电气系统，重视逻辑控制，S7-300是稍大的控制系统，可以实现复杂的过程控制，S7-400是大型的控制系统，主要实现冗馀控制等，因为这次是模型的机器人控制，所以属于小型的控制系统该模型14个输入点只有10个输出点，而24个输入点需要11个输出点，这并不足以满足我们的需要。 需要扩展模块。 有S7-200的扩展单元。1 .输入扩展模块EM221:有8点和16点的直流、8点的交流三种产品。2 .输出扩展模块有EM222点DC和4点DC、8点AC、8点继电器和4点继电器5种产品。3 .有输入输出混合模块EM223种产品。 DC输入/DC输出有3种，DC输入/继电器输出有3种，各自的输入输出点数为4点、8点、16点。4 .模拟输入扩展单元EM231。5 .模拟输出扩展单元EM232。6 .模拟输入输出扩展单元EM235。7 .图2.1 S7-200 CPU外形图因此，扩展模块EM223可以满足我们的要求，并且可以留有一定的馀地。3.3电机的选定3.3.1底座和机械手电机的选择我们在选择的过程中，首先考虑我们选择的设备能否达到我们预定的要求、性价比等，因为我们这次选择了控制中心式直流输出，电机是由直接控制中心控制运行的，所以我们工作电流不到5.1A，基座和机械手旋转驱动。直流电机的工作原理如果对直流电动机施加电压，则在导体上形成电流，电流通电体在磁场中受到电磁力的作用，当导体经由换向器进入各向异性磁场时，导体中的电流的方向也发生变化，维持电磁转矩的方向不变，使直流电动机连续旋转，将直流能量转换为机械能直流电动机的结构直流电机主要由定子和转子两部分组成。定子由主磁极(由磁极铁心和励磁线圈构成)、换流磁极(由铁心和换流磁极线圈构成)、支架、端盖等构成转子(电枢):由旋转轴、电枢绕组(由多个线圈构成)、换向器等构成3.3.2X轴和y轴电机的选定由于x轴和y轴是距离移动的，如果用一般的电动机来控制，则其速度基本上稳定，既不快也不慢，由于未正确地停止往往导致很多不便，所以步进电动机和伺服电动机可以很好地解决该问题，用信号控制电动机的速度、精度等伺服系统(servo mechanism )是一种自动控制系统，可以使物体的位置、方位、状态等输出被控制量追随输入目标(或规定值)的任意变化。 伺服主要由脉冲定位，基本上由此可知，伺服电机接收到了1个脉冲打孔后，旋转一个脉冲的角度实现位移的是伺服电动机自身所具备的因为是输出脉冲的功能，所以每当伺服电机旋转角度时，通过输出对应数量的脉冲，对伺服电机受到的脉冲进行响应，或被称为闭环，系统在知道伺服电机输出了几个脉冲的同时，接收几个脉冲返回伺服电机的优缺点优点：速度控制准确，扭矩速度特性硬，控制原理简单，使用方便，价格便宜。缺点：刷子的方向转换、速度限制、附加阻力、磨损粒子的产生(在容易清洁爆炸的环境中不理想)价格高。步进电机的工作原理通常，电机的转子是永久磁铁，