2020年PLC机械手试验报告

1、plc机械手实验报告在现今的生活上 , 科技日新月益的进展之下 ,机械人手臂与有人 类的手 臂最大区别就在于灵活度与耐力度。 也就是机械手的最大优势 可以重复的做同 一动作在机械正常情况下永远也不会觉得累 ! 可为机 械手臂的应用也将会越来 越广泛 , 机械手是近几十年发展起来的一种 高科技自动生产设备， 作业的准确 性和环境中完成作业的能力。 工业 机械手机器人的一个重要分支。plc 机械手实验报告范文一：1选题背景1.1 研究意义， 现状分析及其意义 工业机械手是近几十年发展起来的一种高 科技自动化生产设备。 工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。 机械手技 术涉及到力学、 机械学、电气

2、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。我国现有机器人研究开发和应用工程单位 200 多家 , 其中从事 工业机器 人研究和应用的有 75 家 , 共开发生产各类工业机器人约 800 台,90% 以上用于 生产中 ,引进工业机器人做应用工程的约 500 台1 。计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上 产生的。 在经济全球化的浪潮中，降低人力成本，提高生产率，缩短 订单处理时间等已 成为生产企业的不断追求。 为了达到这一目标， 它 们越来越依赖于新一代的 硬件和软件系统。 近年来，由于个人计算机 （简称 PC）的高速率和对硬件与 软件的

3、几乎无限制的开放，使得PC 的应用迅猛增长。将 PC 机 CPU 勺高速处理性能和良好的开放性引入到 计算机控制 领域，形成了基于 PC 的控制系统。随着计算机控制技术在机械手应用中的不断深入，具有独立控 制器、程序可变、动作灵活、定位精度高、适用于可变换品种中小批 量自动化生产的通 用机械手得到迅速发展 2 。各国大企业工业机械 化生产过程不同程度实现了 工业机械手的计算机控制。1.2 机械手、计算机的发展趋势及其优点 工业机械手的特点是可通过编程来 完成各种预期的作业任务， 在构造和性能上兼有人和机器各自的优点， 尤其体 现了人的智能和适 应性。它能部分地代替人工操作 ;能按照生产工艺的要

4、求， 遵循一定 的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸 ; 能制作必要的机具进 行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件， 显著地提高劳动生产率， 加快实 现工业生产机械化和自动化的步伐。 机械手作业的准确性和各 种环境中完成作 业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。广泛采用工业机械手，不仅可以提高产品的质量与产量，而且 对保障人 身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率， 节约原材料消耗以 及降低生产成本，有着十分重要的意义。自从 1981 年 IBM 公司进入微型计算机领域推出了 IBM-PC 以后, 计算 机的发展开创了一个新的时代微型计算机时代。 微型计算机 的迅速、

5、大规 模的应用与普及，使计算机真正广泛地应用于工业、农 业、科学技术以及社会 生活与日常生活的各个方面 3 。计算机以其 更高标准平台的网络、高级的控 制算法、广泛的数据库操作、在一个平台上的 HMI 功能、集成自定义的控制程序、复杂的过程模拟、很高 的 CPU 处理速度、内存需求超出 PLC 规格、多重协议接口、无线存取、 控制规律灵活多样，改动方便、控制精度高，抑制扰动能力强，能实 现最优控 制、能够实现数据统计和工况显示，控制效率高、控制与管 理一体化，进一步 提高自动化程度等诸多优点使得行业对计算机的接 受程度越来越高。2总体方案论证2.1 机械系统本设计以实验室的 5 自由度机械手臂

6、为模型进行设计。 现对其机械系统 结构叙述如下：5 自由度分别对应于转动基座、 臂、肘、腕、钳转动五个转轴， 其中转动 基座转轴可在 180 范围内转动，臂转轴可在 45范围内转动，肘转轴可在 60 范围内转动，腕转轴可在 90 范围内转动，钳转轴可在 180 范围内 转动，钳口可在 3.5 厘米8.5 厘米的范围内开合。机械手的结构如图 2-1 机 械手结构简图各转动关节采用步进电机作为动力源，步进电机不直接驱动转 轴，而是 安装在转轴旁边，利用差动变速原理使用适当比例的齿轮基 于带齿皮带传动， 有效增大机械手臂扭矩从而增强机械手臂的负载能 力。2.2 驱动系统工业机械手的驱动机构主要有四种

7、：液压驱动、气压驱动、电 气驱动和机械驱动，以往以液压、气动用的最多，占90% 以上，但随着近几年电子技术的发展，电气驱动开始广泛应用于工业机械手制造， 采用电气 驱动的机械手最大优势是便于实现数字控制， 其中采用步进电机作为驱动机构 的机械手占有相当比重 ;步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正 是这个特 点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。 不过步进电机在控制的精 度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环 控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步 进电机，步进电机可以发挥其结构 简单、可靠性高和成本低的特点。 使用恰当的时候， 甚至可以和直

8、流伺服电动 机性能相媲美， 步进电动 机以其显著的特点， 在数字化制造时代发挥着重大 的用途。 伴随着不 同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高， 步 进电机在很 多领域得到应用。所以本设计的机械手驱动部分采用步进电机驱动。底座安装有 4 个开关电源， 4 个步进电机驱动器，其中包括转 动基座、 臂、腕、钳旋转 4 转动轴的步进电机驱动器。臂腔内有肘、 钳开合 2 个步进电 机驱动器，转动基座、 臂、肘、腕、钳旋转决定了 机械手的可操作角度和范围。 手臂的终端配备可灵活张合的机械钳， 可对物体进行拾放。其中腕、钳转动共 用一个开关电源，肘、钳开合 共用一个开关电源。整个系统使用 220

9、V50HZ 市电电源。2.3 控制系统控制器是整个系统的核心，其处理能力与整个系统的快速性、 稳定性、 准确性密切相关。对于控制器的选择提出两种方案论证： 方案一：采用计算机 + 板卡的方式对机械手进行控制。优缺点：优点是便于实现生产信息化，设计相对较简单，可实 现很复杂 的运动控制， 但计算机稳定性程度不够高， 可能出现死机等 情况。方案二：控制器采用 PLC 来控制现场的步进电机。 优缺点：优点是生产安全可靠、提高产品质量及产量、控制环 境污染、 降低工人劳动强度、提高设备的运转率及劳动生产率。由于 PLC 有着极大的灵 活性，易于模块化，当机械手工艺流程改变时， 只 要对 I/O 点的接

10、线稍做修改， 程序中做简单补充、修改即可 4 。缺 点是使系统设计多了一个环节，增加设 计工作量，增加成本。最终方案确立：PLC 是以微处理器为核心的数字式、电气自动 控制装置， 其实质是一种工业控制专用 PLC 机械手的控制系统的可 靠性要求比较高、 环境 比较恶劣，所以采用方案二。3硬件方案设计3.1 整体方案设计 设计方案采用集成了步进电机驱动器包含转动基座、 臂、 腕、钳转动、 钳开合 5 自由度步进电机动力源机械手， 晶体管输出型 PLC 对步进电机输出脉 冲实现机械手运动控制。现场总线采用 Profibus-DP 通讯方式 ; 其优点在于有国际标准 做保证， 经实际应用验证具有普遍

11、性。 目前广泛应用于制造业自动化、 流程工业自动化 和楼宇、交通电力等领域。工业控制计算机运行组态通过 Profibus-DP 网络对 PLG 机械 手运行情 况进行检测、监视及控制，并采用 OPG 接口将系统接口开放 方便其它设备连 入实现统一监控、 管理，利用数据库软件与组态软件 的连接将生产数据归档供 其它部门调用。通过现场上位工业控制计算机、触摸屏 （ 或控制柜 ）、远程厂长 计算 机三种方式对机械手的运行情况进行组态监控， 其中上位工业控 制计算机还将 完成对现场数据的采集、 归档供其它部门调用， 系统的 结构使得系统具有开 放的接口可以方便地接入其它支持现场总线的 控制终端，实现工

12、厂生产的网络 化、信息化，同时保证各个控制终端 互不影响， 易维护， 尤其是利用角位移 传感器实现了对机械手故障的 报警，保证机械手的稳定、安全运行。3.2 步进电机驱动器 使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组 成的控制 系统，其方框图如图 3-3 步进电机驱动过程图： 脉冲信号的产生：脉冲信号一般由单片机或 CPU 产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4 左右，电机转速越高，占空比则越大。信号分配：感应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有 二相四拍 和二相八拍二种， 具体分配如下：二相四拍为 , 步距角为 1.8 度;二相八拍为 , 步距角为 0.9度。四相电机工

13、作方式也有二种， 四相 四拍为 AB-BC-CD-DA-AB 步距角为 1.8 度 ；四相八拍为 AB-B-BC-C-CD-D-AB, （步 距角为 0.9 度）。功率放大： 功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速 下 的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流 （而样本上的电流均为 静态 电流 ） 。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需 要驱动系统 尽量克服电机的反电势。 因而不同的场合采取不同的的驱 动方式，到目前为止， 驱动方式一般有以下几种： 恒压、恒压串电阻、 高低压驱动、 恒流、细分数等。为尽量提高电机的动态性能，将信号分配、功率放大组成步进 电机的驱 动电

14、源。 二相恒流斩波驱动电源与单片机及电机接线图如图 3-4 步进电机驱动 器连接图：说明：CP ：接脉冲信号 （ 负信号，低电平有效 ）OPTO ：接 +5VFREE :脱机，与 CPU 地线相接，驱动电源不工作DIR :方向控制，与 CPL 地线相接，电机反转VCC :直流电源正端GND :直流电源负端A ：接电机引出线红线B ：接电机引出线黄线步进电机及其驱动器、开关电源的选型： 在本设计中采用的是已有的机 械手模型， 对其动力源步进 电机的选型主要考虑的方面是电机的尺寸是否 能够安装到机械手上， 在能安装到机械手上的前提下， 尽量选择大功率电机使 机械手带负载能力增强，结合以上所述选取原

15、则对步进电机及其驱动器进行选 型如 表表 3-1 步进电机及其驱动器的选型 根据所使用的电机型号的需求，对开 关电源选型如表 3-3 开关 电源的选型：表 3-4 开关电源的选型4软件方案设计4.1 整体方案设计 整体编程思路： 本设计采用控制柜和计算机两种方式对机 械手进行运动控制， 其中控制柜的控制方式是采用按钮进行点动控制， 即 在 控制柜面板上设置有各关节的控制按钮各两个， 每个关节的两个按 钮分别控制 该关节的两个相反方向的运动， 按钮采用自锁型按钮， 即 当按下某个按钮时， 机械手相应关节开始运动，再按一次该按钮，机 械手停止运动， 当按下该关节 的另一个按钮时， 该关节开始相反方

16、向 的运动，再按一次该按钮， 机械手停 止运动，要注意的是需要在程序 中使两个按钮互锁，避免两个按钮同时按下发 生程序运行紊乱。同时控制柜上有一个自锁型按钮用来切换控制柜控制方式和计 算机控制方式，这样，当计算机发生死机等故障时，按下该按钮可将 控制方式 切换为控制柜控制方式。4.2变量统计根据以上工艺要求，初步统计各种 I/O 点、 V 交换区数据统计、 中间继电器统计、状态位统计分别如表：表 4-1I/O 点统计4.3PLC 程序编写程序流程图如图 4-1 程序流程图：SHAPE*MERGEFORMAT图 4-1 程序流程图MELSOFT 系列 GXDEVELOPMEN 序的编写：1: 大

17、腰的程序2：爪的程序3：腕的程序4：自动程序： 结束语 本系统以计算机为主完成对机械手的运动监控。机械手的直接控制机构为 PLC,当上位机出现死机等故障时不影响整个系统的运行，可通过现 场的控制柜进行控制。 上位机除了点动控制外还借助于位置 传感器的输入可进 行角度输入控制机械手的精确定位。 同时将机械手 的位置信息通过位置传感器 检测并传送到 PLC 的 V 区并使用这些信息 进行实时检测及数据归档， 提供对 机械手运行情况的历史纪录及查询。在设计中我们使用 Profibus-DP 通讯协 议，方便了以后扩展系 统设备及功能，不至造成因扩展需要使整个系统重新设 计制作的浪费。 存在问题：由于机械手的运动为三维运动，采用上位组态监控 时无法做到真正的实时画面模拟， 只能以平面的方式完成对机械手运 动的部分 控制。建议：采用组态软件与三维制作软件结合进行组态监控。plc 机械手实验报告范文二：一、 实验目的： 通过对一个三自由度气动机械手的控制程序的设计， 熟 悉基于PLC 的类似机械手机器人的控制特点， 掌握其设计方法， 设计思路， 为今后工 作中 PLC的应用打下基础。二、 实验装置： 随着生产自动化程度的提高， 机械手和机器人已经越来 越多的应用到工业生产当中， 本实验是使用 PLC 控制一部三自由度气动机械 手，这部 机械手有 4