基于PLC机械手臂的设计毕业论文

1、- - 工业高校基于 PLC 的机械手臂的设计院 部:专 业: 班 级: 姓 名: * 学 号: * 指导老师 : - .可修编 - . -摘要机械手是一种能自动化定位掌握并可重新编程序以变动的多功能机器,本文介绍的是 机械手模型基于 PLC 的掌握系统设计；第一,对可编程掌握器进展相应的介绍,挑选了PLC 的型号；然后,通过对机械手的各功能实现形式和掌握方式讨论,给出各局部的实现方案并确定了掌握系统的器材；最后,进展 PLC 掌握系统的硬件构造和软件程序设计；关键字：可编程掌握器 PLC 机械手步进电机. word.zl-. . -ABSTRACT Robots are a kind of

2、automatic positioning control and can be programmed to change to the multi-function machine are introduced in this paper, the model of the manipulator based on PLC control system design. First, the programmable controller to introduce, make corresponding choice model of the PLC. Then, based on the f

3、unction of the manipulator realization and control methods are studied, and the scheme of realization of the control system and the equipment. Finally, the PLC control system, the hardware structure and software design. Key words:PLC programmable controller ManipulatorStepping motor . . word.zl-. -.

4、 . word.zl-. -目录摘要 I ABSTRACTIII 第 1 章绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 机械手的定义与分类 1 1.3 机械手应用及组成构造 2 1.4 机械手的开展趋势 3 1.5 总体设计要求 4 第 2 章 PLC 的介绍与挑选 5 2.1 PLC的特点 5 2.2 PLC的选型 6 2.3 三菱 FX 系列的构造功能 7第 3 章各功能实现形式与掌握方式993.1 本机械手模型的机能和特性3.2 夹紧机构 9 3.3 躯干 9 3.4 旋转编码盘 10 第 4 章掌握系统设计 11 4.1 掌握系统硬件设计 11 4.1.1 PLC梯形图中的编程元件 11

5、4.1.2 PLC的 I/O 安排 11 4.1.3 机械手掌握系统的外部接线图 12 4.2 掌握系统软件设计 13 4.2.1 公用程序 13 4.2.2 自动操作程序 15 4.2.3手动单步操作程序 21 4.2.4 回原位程序 25 4.3 PLC程序的上载和下载 28 4.3.1 PLC程序的上载 28 4.3.2 PLC程序的下载 28 第 5 章设计小结 29 致 30. . word.zl-. -参考文献 31. . word.zl-. -第 1 章绪论 1.1 课题背景随着现代工业技术的开展, 工业自动化技术越来越高, 生产工况也有趋于恶劣的态势,这对一线工人的操作技能也提

6、出了更高的要求,同时操作工人的工作平安也受到了相应的威逼；工人工作环境和工作容也要求抱负化简洁化,对于一些往复的工作由机械手远程控 制或自动完成显得特别重要； 这样可以防止一些人不能接触的物质对人体造成损害,如冶 金、化工、医药、航空航天等；在机械制造业中, 机械手应用较多, 开展较快；目前主要应用于机床、模锻压力机的 上下料以及焊接、 喷漆等作业, 它可以依据事先制定的作业程序完成规定的操作,有些仍 具备有传感反应才能, 能应对外界的变化； 假如机械手发生某些偏离时, 会引起零部件甚至机械本身的损坏,但假设有了传感反应自动,机械手就可以依据反应自行调整；应用 机械手,有利于提高材料的传送、工

7、件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动 化程度,从而可以提高劳动生产率,降低生产本钱,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐；机械手技术涉及到力学、 机械学、 电气液压技术、自动掌握技术、 传感器技术和运算 机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术；近些年,随着运算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用,机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率 的重要因素；借助 PLC 强大的工业处理才能,很简洁实现工业生产的自动化；基于此思路设计的机械手,在实现各种要求的工序前提下,大大提高了工业过程的质量, 而且大大解放了生产力,改善了工作环境,减轻了劳动强度,节约了本钱,提高了生产效率,具

8、有特别重要的意义；同时,借助组态软件的帮助作用,大大提高了系统的工作效率；因此,在自动化机 床和综合加工自动生产线上,目前几乎都设有机械手,以削减人力和更精确地掌握生 产的节拍,便于有节奏地进展生产；工业机械手是近几十年开展起来的一种高科技自动化生产设备；工业机械手是工业机 器人的一个重要分支； 它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, 特别表达了人的智能和适应性； 机械手作业的精确性和各种 环境中完成作业的才能,在国民经济各领域有着宽阔的开展前景；综上所述,有效地应用机械手是开展机械工业的必定趋势；1.2 机械手的定义与分类机械手是一种能自动化定

9、位掌握并可重新编程序以变动的多功能机器,它有多个自由. . word.zl-. -度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作；机械手的快速开展是由于它的积极作用正日益为人们所熟识；其一,它能局部代替人工操作；其二,它能依据生产工艺要求,遵循肯定的程序、 时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三,它能操作必要的机具进展焊接和装配；因此,它能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；因而,受到各先进工 业国家的重视,并投入了大量的物力和财力加以讨论和应用；特别在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合,应用得更为广泛；机械手一般分为三类； 第一类是

10、不需要人工操作的通用机械手,它是一种独立的不附属于某一主机的装置； 它可以依据任务的需要编制程序,以完成各项规定工作； 它的特点是除具备一般机械的物理性能外,仍具备通用机械、 记忆智能的三元机械； 其次类是需要人工操作的, 称为操作机； 它起源于原子、 军事工业,先是通过操作机来完成特定的作业,后来开展到用无线电信号操作机械手来进展探测月球、火星等；第三类是专用机械手, 主要附属于自动机床或自动线上, 用于解决机床上下料和工件传送；这种机械手在国外称为“ Mechanical Hand,它是为主机效劳的,由主机驱动,除少数外,工作程序一般是固定的,因此是专用的；本工程要求设计的机械手模型可归为

11、第一类,即通用机械手；1.3 机械手应用及组成构造目前工业机械手主要用于流水线传送、焊接、装配、机床加工、 铸造、热处理等方面,无论数量、品种和性能方面都能满意工业生产开展的需要；在国主要是开展各方面的机械手, 逐步扩大应用围, 以减轻劳动强度, 改善作业条件；在应用专用机械手的同时, 相应地开展通用机械手, 专用条件仍要研制示教机械手、组合 机械手等；将机械手各运动构件,如伸缩、摇摆、升降、横移、俯仰等机构,以及用于不 同类型的夹紧机构, 设计成典型的通用机构, 以便依据不同的作业要求, 选用不同的典型 部件,即可组成不同用途的机械手, 即便于设计制造, 又便于改换工作, 扩大了应用的围；同

12、时要提高速度,削减冲击,正确定位,以更好地发挥机械手的作用；机械手主要由执行机构、驱动机构和掌握系统构成；执行机构包括手部、手臂和躯干；手部装在手臂前端,可以转动、开闭手指；机械手手部的构造系统仿照人的手指,分为无关节、 固定关节和自由关节三种； 手指的数量又可以分为二指、三指、 四指等,其中以二指用得最多； 可依据夾持对象的外形和大小配备多 种外形和尺寸的夹头, 以适应操作的需要； 本设计采纳二指的构造； 手臂的作用是引导手 指精确地抓住工件, 并运输到所需要的位置上； 为了使机械手能够正确地工作,手臂的三 个自由度都需要精确地定位； 总之,机械手的运动离不开直线移动和转动二种,因此它采用的

13、执行机构主要是直线液压缸、摇摆液压缸、 电液脉冲马达、伺服液压马达、 沟通伺服电动机、直流伺服电动机和步进电动机等；躯干是安装手臂、 动力源和各种执行机构的机. . word.zl-. -架；驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动；其中以电气、气 动用得最多,占 90以上,液压、机械驱动用得较少；液压驱动主要是通过液压缸、阀、油箱等实现传动；气压驱动所采纳的元件为气压缸、气马达、气阀等；一般采纳 46 个 大气压,个别到达 810 个大气压；本设计的手爪局部采纳气压驱动；电气驱动时,直线 直流或 运动可以采纳电动机带动丝杠、螺母机构； 通用机械手那么考虑采纳步进电动机、沟通

14、的伺服电动机、 变速箱等； 本设计采纳步进电动机驱动手臂运动,直流电动机驱动手 爪和机械手的底回旋转运动；机械驱动只适用于动作固定的场合；机械手掌握的要素包括工作次序、到达位置、 动作时间、运动速度和加减速度等；机 90以上；械手的掌握分为点位掌握和连续轨迹掌握两种,目前以点位掌握为主,占 掌握系统可以依据动作的要求, 设计采纳数字次序掌握, 它第一要编制程序加以储存,然后再依据规定的程序,掌握机械手工作；对动作复杂的机械手那么采纳数字掌握系统、小型运算机或微处理机掌握的系统；等；本设计的掌握系统采纳小型可编程掌握器实现,具有编程简洁、 修改简洁、 牢靠性高1.4 机械手的开展趋势机械手自二十

15、世纪六十岁月初问世以来,经过40 多年的开展,现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备；目前,机械手技术有了新的开展：显现了仿人型机械手、微型机械手和微操作系统如细小工业管道机械手移动探测系统、微型飞行器等、机械手化机器、 智能机械手 不仅可以进展事先设定的动作,仍可依据工作状况相应地进展动作,如回避障碍物的移动,作业次序的规划,有效的动态学习等；机械手的应用领域正 在向非制造业和效劳业方向扩展,并且蓬勃开展的军用机械手也将越来越多地装备部队；国外方面：近几年国外工业机械手领域有如下几个开展趋势；机械手性能不断提高,而单机价格不断下降；机械构造向模块化、可重构化开展；掌握系统向基于 PC机

16、的开放 型掌握器方向开展； 传感器作用日益重要； 虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预 演开展到用于过程掌握；国方面：目前在一些机种方面,如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械 手、装配机械手、特种机械手水下、爬壁、管道、遥控等机械手根本把握了机械手操 作机的设计制造技术, 解决了掌握驱动系统的设计和配置, 软件的设计和编制等关键技术,仍把握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、和谐掌握技术；在根底元件方面,谐波减速器、 机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破；从技术 方面来说,我国已经具备了独立自主开展中国机械手技术的根底；. . word.zl-. -1

17、.5 总体设计要求1.机械手构造示意图图 1-1 机械手示意图1、手爪开闭合2、手腕旋转3 、水平移动4、升降5 、立柱旋转 6、手爪 7 、手腕电动机8、横轴9、 竖轴10、竖轴电动机11、横轴电动机 12、底盘 13、底盘电动机 2. 机械手工作流程 机械手工作流程是： 开场运行后, 假如机械手不在初始位置上, 步进电动机开场运转横轴向手抓方向移动,竖轴向上移动；归位后第一横轴步进电动机工作,横轴前伸；前伸到位后,手爪电动机得电带动手爪旋转；当传感器检测到限位磁头时,电动机停顿,PLC 掌握电磁阀动作,手开；延时一段时间,竖轴步进电动机工作,竖轴下降；下降到 位后,电磁阀复位,手爪夹紧；延

18、时过后,竖轴上升,同时横轴缩回、底盘电动机带动底 回旋转；当横轴、竖轴、底盘都到位后,横轴前伸；到位后手爪旋转,然后竖轴下降,电 磁阀动作,手爪开；延时后竖轴上升复位,然后开场下一周期动；3.掌握要求 1手臂上下直线运动； 2手臂左右直线运动； 3手腕旋转运动； 4手爪夹紧动作； 5 机械手整体旋转运动；手臂采纳步进电机驱动,由PLC 发出掌握脉冲掌握步进电动机运转,实现手臂的进给和定位,手爪采纳气压驱动；. . word.zl-. -第 2 章 PLC 的介绍与挑选 对于机械手的掌握系统可以采纳多种方式,如继电器掌握、单片机掌握、PLC 掌握 等；但由于 PLC 可编程掌握器操作敏捷性强和稳

19、固性较好,所以,我们挑选 PLC 掌握；2.1PLC的特点可编程掌握器是在运算机技术、通信技术和继电器掌握技术的开展根底上开发起来的,现已广泛应用于工业掌握的各个领域；它以微处理器为核心, 用编写的程序进展规律掌握、定时、计数和算术运算等,并通过数字量和模拟量的输入 / 输出来掌握机械设备或生产过程；高牢靠性 1全部的 I/O 接口电路均采纳光电隔离,使工业现场的外电路与 PLC 部电路之间电气上隔离；2各输入端均采纳 R-C 滤波器,其滤波时间常数一般为 1020ms；3各模块均采纳屏蔽措施,以防止辐射干扰；4采纳性能优良的开关电源； 5对采纳的器件进展严格的挑选； 6良好的自诊断功能, 一

20、旦电源或其他软,硬件发生反常情形, CPU 立刻采纳有效措施,以防止故障扩大； 7大型 PLC 仍可以采纳由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 ,使牢靠性更进一步提高；丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号,如：沟通或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等；有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备,如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、掌握阀等直接连接；采纳模块化构造 为了适应各种工业掌握需要,除了单元式的小型 PLC 以外,绝大多数 PLC 均采纳模块化构造； PLC 的各个部件,包括CPU、电源、 I/O 等均采纳模

21、块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可依据用户的需要自行组合；编程简洁易学 PLC 的编程大多采纳类似于继电器掌握线路的梯形图形式,对使用者来说,不需要具备运算机的特地学问,因此很简洁被一般工程技术人员所懂得和把握；安装简洁,修理便利 PLC 不需要特地的机房,可以在各种工业环境下直接运行；使用时只需将现场的各种设备与PLC 相应的 I/O 端相连接,即可投入运行；各种模块上均有运行和故障指示装置,便于用户明白运行情形和查找故障；总之,可编程掌握器是一台运算机, 它是专为工业环境应用而设计制造的运算机；它具有丰富的输入 / 输出接口,并且具有较强的驱动才能；但可编程掌握器产

22、品并不针对某一详细工业应用, 在实际应用时, 其硬件需依据实际需要进展选用配置,其软件需依据控制要求进展设计编制；. . word.zl-. -2.2PLC的选型对于 PLC 的挑选,我们必需考虑多方面的因素；例如输入、输出的最多点数,扫描 速度,存容量,指令条数, 功能模块等； 同时仍要考虑其经济有用性以及工作环境对其的影响；1.常用 PLC 介绍 PLC 开展这么多年,技术成熟,各种型号的也很多,各个厂家生产的也有肯定区分,各个重点开展方向也不同,所以我们必需依据自己设计需要,考虑如何挑选；西门子的中国业务是其亚太地区业务的主要支柱,活泼在中国的信息与通讯、 自动化与掌握、电力、交通、医疗

23、、照明以及家用电器等各个行业中,其核心业务领域是根底设 施建立和工业解决方案；欧姆龙 S7-200系列 PLC 突出的特点：牢靠性高、操作简便；丰富的置集胜利能；强劲通讯才能；丰富的扩展模块；简洁、易用的Micro/WIN 编程软件；OMRON 的可编程序掌握器更加小型化；SYSMAC CPM1A 的大小仅相当于一个PC卡对于 10 点的机型来说 ,从而使安装体积大幅度减小,同时也进一步节约了掌握柜的空间；它不仅具备了以往小型PLC 所具备的功能,而且仍可连接可编程序终端,为生产现场制造了新的环境；编程环境与CQM1 及 SYSMAC A 等机种一样；由于原有SYSMAC支持软件及编程器都可连

24、续使用,故而系统的扩展及爱护都可简洁进展；三菱 FX 系列可编程掌握器是当今国外最新,最具特色、最具代表性的微型 PLC；在FX 中,除根本的指令表编程方式外,仍可以采纳梯形土编程及对应机械动作流程进展顺序设计的 SFC次序功能图编程,而且这些程序可相互转换；在 FX 系列 PLC 中设置了高数计数器, 对来自特定的输入继电器的高频脉冲进展中断处理,扩大了 PLC 的应用领域；其 FX2N PLC 仍可以采纳作为扩展设备的硬件计数器,可猎取最高 50kHz 的高速脉冲；2.确定型号 FX1N 60MR 综上,对于被控对象,采纳PLC 系统与采纳其它形式的掌握系统相比拟,力求具有较好的性价比,使

25、用和修理便利；选用的 PLC 主机和配置、掌握功能等必需能满意被控对象的各种掌握要求；选用的 PLC 主机及配置必需是功能较强的新一代 PLC 机型,一般最好不要选用旧机型假设采纳三菱公司的PLC,那么选 FX 系列,不选 F1 系列；同时仍应当考虑将来工艺的变化和扩展,在满意确定的要求外, 留有肯定的余量； 确保整个控制系统牢靠；仍要考虑大家对产品的熟识程度,以及编程指令的易懂性；在此,我选用三菱 FX1N 来做掌握核心； FX 系列 PLC 是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程掌握 器,以逐步替代三菱公司原 F、F1、F2 系列 PLC 产品；其中 FX2 是近年推出的产品, FX0是

26、在 FX2 之后推出的超小型PLC,近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳的 FX0S、FX1S、FX0N 、FX1N、FX2N 、FX2NC 等系列 PLC,具有较高的性能价格比,应用广泛；它们采纳整体式和模块式相结合的叠装式构造；. . word.zl-. -2.2.3FX1N 所具有优越性能CPU 处理速度到达了 0.065us/根本指令；置了高达64K 步的大容量 RAM 储备器；大幅增加了部软元件的数量； 强化了指令的功能, 供应了多达 209条应用指令, 包括像与三 菱变频器通讯的指令, CRC 运算指令,产生随机数指令等等；晶体管输出型的根本单元置了3 轴独立最高 100

27、kHz 的定位功能,并且增加了新的定位指令：带 DOG 搜寻的原点回来DSZR,中断单速定位DVIT 和表格设定定位TBL,从而使得定位掌握功能更加强大,使用更为便利；置 双相计数时可以进展 4 倍频计数；6 点同时 100kHz 的高速计数功能,增强了通信的功能,其置的编程口可以到达 115.2kbps的高速通信,而且最多可以同时使用 3 个通信口包括编程口在 ；新增了高速输入输出适配器,模拟量输入输出适配器和温度输入适配器, 这些适配器不占用系统点数,使用便利, 在 FX3U 的左侧最多可以连接 10 台特别适配器其过使用高速输入适配器可以实现最多 8 路、最高 200kHz 的高速计数；

28、通过 CC-Link 网络的扩展可以实现最多达384 点包括远程 I/O 在的掌握；可以选装高性能的显示模块 FX3U-7DM 可以显示用户自定义的英文、数字和日文汉字信息,最多能够显示：半角16 个字符 全角 8 个字符 4 行；在该模块上可以进展软元件的监控、测试,时钟的设定,储备器卡盒与置 以将该显示模块安装在掌握柜的面板上；2.3 三菱 FX 系列的构造功能RAM 间程序的传送、比拟等操作；另外,仍可可编程掌握器是一种工业掌握微型运算机,它的构造原理与微型运算机相像；硬件构成有微处理器、储备器和各种输入、输出接口；系统程序和接口器件又与微机不同,这使它的操作使用方法、编程语言、工作方式

29、等与微型机有所不同；PLC 是用微处理器实现继电器、定时器和计数器以及 进展它们之间的联系；A/D 、D/A 模拟转换器件的组合体的功能,采纳软件编程本设计采纳 FX 系列 PLC 作为掌握核心,所以现在就以它来叙述 PLC 的应用学问、操作技能；FX 系列 PLC 硬件组成与其它类型PLC 根本一样,主体由三局部组成, 其 PLC的根本构造如图2-1 系统电源有些在CPU 模块,也有单独作为一个单元的,编程器一般看作 PLC 的外设； PLC 部采纳总线构造,进展数据和指令的传输；. . word.zl-. -图 2-1 PLC 的组成框图外部开关信号、模拟信号以及各种传感器检测信号作为PL

30、C 的输入变量,它们经 PLC的输入端子进入 PLC 的输入储备器,收集和暂存被控对象实际运行的状态信号和数据；经 PLC 部运算与处理后,按被控对象实际动作要求产生输出结果；输出结果送到输出端子作为输出变量,驱动执行机构；PLC 的各个局部和谐一样地实现对现场设备的掌握；PLC 输入输出接口的平安爱护 当输出口连接电感类设备时, 为了防止电路关断时刻产生高压对输入、输出口造成破坏,应在感性元件两端加爱护元件；并接阻容电路；阻容电路中电阻可取对于直流电源,应并接续流二极管,对于沟通电路应 51120 ,电容取 0.10.47F,电容的额定电压应大于电源的峰值电压；续流二极管可选1A 的管子,其

31、额定电压应大于电源电压的3 倍；图 2-2 为输入输出口的爱护环节示意图；图 2-2 输入输出口的爱护. . word.zl-. -第 3 章各功能实现形式与掌握方式 3.1 本机械手模型的机能和特性物体在三维空间的禁止位置是由三个坐标和环绕三轴旋转的角度来打算的,因此,抓握物体的位置和方向能从理论上求得；依据资料的介绍, 假如采纳机械手, 其机能要接近于人的上肢,那么需要具有 27 个自由度,而每一个自由度至少要有一根“ 人造肌肉来掌握；我们不要那么多自由度, 由于依据实际情形而言,掌握的自由度越多,其各个局部也就越复杂,相应的制造本钱也就增加；本设计的机械手,它共有自由度 旋转、手腕回转、

32、手指的抓握；3.2 夹紧机构5 个；即：手臂前后伸缩、手臂上下伸缩、手臂左右机械手手爪是用来抓取工件的部件；手爪抓取工件时要满意快速、 敏捷、精确牢靠的要求；设计制造夹紧机构机械手,第一要从机械手的坐标形式, 运行速度和加速度的情形来考虑； 其夹紧力的大小那么依据夹持物体的重量、惯性和冲击力来运算； 那么同时 考虑有足够的开口尺寸, 以适应被抓物体的尺寸变化为扩大机械手的应用围,仍需备有多 种抓取机构, 以依据需要来更换手爪； 为防止损坏被夹的物体, 夹紧力要限制在肯定的围 并镶有软质垫片、 弹性衬垫或自动定心构造； 为防止突然断电造成被抓物体落下,仍可以 有自锁构造；夹紧机构本身那么构造简洁

33、、体积小、重量轻、动作敏捷、和工作牢靠；夹紧构造形式多样、 有机械式、 吸盘式和电磁式等； 有的夹紧机构仍带有传感装置和 携带工具进展操作的装置；本设计采纳机械式夹紧装置；机械式夹紧是最根本的一种, 应用广泛, 种类繁多； 如按手指运动的方式和仿照人手 的动作,可分为回转型、直进型；按夹持方式可分为撑式、外撑式和自锁式；按手指数目 可分为二指式、三指式、四指式；按动力来源可分为弹簧式、气动式、液压式等；本设计采纳二指式手爪； 由可编程掌握器掌握电磁阀动作,从而掌握手爪的开闭； 手爪的回转那么用一个直流电动机完成,同时通过两个限位开关完成回转角度的限位,一般可设置在180度；3.3 躯干躯干有底

34、盘和手臂两局部组成；底盘是支撑机械手的全部重量并能带动手臂旋转的机构；底盘采纳一个直流电动机驱动,底回旋转时带动一个旋转编码回旋转,机械手每旋转三度发出一个脉冲,由传感器检测并送入可编程掌握器, 从而运算底回旋转的角度； 同时,在底盘上装有限位开关, 最大旋转角度可达 180 度；手臂是机械手的主要局部, 它是支撑手爪、 工件使它们运动的机构； 本设计手臂由横. . word.zl-. -轴和竖轴组成、可完成伸缩、 升降的运动；手臂采纳电动机带动丝杠、螺母来实现伸缩和升降运动；由可编程掌握器发出信号掌握步进电机运转,同时在两轴的两端分别加限位开关限位；采纳丝杠、螺母构造传动的特点是易于自锁、位

35、置精度较高,传动效率较高；3.4 旋转编码盘机械手底盘和躯干每旋转3 度发出一个脉冲,并把信号送回可编程掌握器来得到转过的精确的角度；编码盘的机构如图 3-1；图 3-1 旋转编码盘可以通过转变程序中计数器C0 的初值来确定所要转过的角度,这里可以通过用运算机读出指令表,然后修改得到不同的掌握角度；综上所述,依据机械手的各局部要求条件可确定本设计机械手掌握系统所选器材列表 如表 3-1；表 3-1 所选器材列表名称. 型号或规格数量名称型号或规格数量PLC FX1N-60MR 1 限位开关LX19-111 8 电磁阀VF3130 1 转换开关LW6-5 1 按钮LA10-1H 13 熔断器RC

36、1A-30/15 2 连接导线假设干. word.zl-. -第 4 章掌握系统设计 4.1 掌握系统硬件设计机械手电气掌握系统, 除了有多工步特点之外, 仍要求有连续掌握和手动掌握等操作方式；工作方式的挑选可以很便利地在操作面板上表示出来,在手动方式时可以通过手动按钮来实现,其掌握面板如以下图 4-1；当旋钮打向回原点时,系统自动地回到右上角位 置待命；当旋钮打向连续时, 系统自动完成各工步操作, 且循环动作； 当旋钮打向手动时,每一工步都要按下该工步按钮才能实现；图 4-1 掌握面板示意图 4.1.1PLC梯形图中的编程元件 设计选用 FX1N 60MR,其输入继电器 X36 点,输出继电

37、器 Y24 点,帮助继电 器M384点,状态继电器 S1000点,定时器 T256点,计数器 C,数据存放器 D等；特别帮助继电器 M8000运行监控 PLC 运行时自动接通,停立刻断开 ；M8002初始脉冲仅在PLC 运行开场时接通一个扫描周期 ；M8005PLC 后备锂电池电压过低时接通；M801110ms时钟脉冲；M80121s时钟脉冲；4.1.2 PLC的 I/O 安排M8013 100ms时钟脉冲；M80141min 时钟脉冲；依据机械手动作的要求,输入、输出安排如表4-1 所示；. word.zl-. . -表 4-1 PLC 输入 / 输出安排表手动输入信号X1 上升 / 下降步

38、输出信号Y0 SA YA0 回原位SA YA1 Y1 进电机连续SA X2 YA2 Y2 回原位SB1 X3 前进 / 后退步YA3 Y3 启动SB2 X4 YA4 Y4 进电机停顿SB3 X5 YA5 Y5 下降SB4 X6 夹紧YA6 Y6 上升SB5 X7 手顺转YA 7 Y7 夹紧SB6 X10 手逆转YA 8 Y10 松开SB7 X11 底盘顺转YA 9 Y11 手顺转SB8 X12 底盘逆转YA10 Y12 手逆转SB9 X13 底盘顺转SB10 X14 底盘逆转SB11 X15 下限位SQ1 X16 上限位SQ2 X17 前限位SQ3 X20 后限位SQ4 X21 底盘顺限位SQ

39、5 X22 底盘逆限位SQ6 X23 手顺限位SQ7 X24 手逆限位SQ8 X25 底旋转脉冲SB12 X26 前行X30 后退SB13 X31 4.1.3 机械手掌握系统的外部接线图PLC 外部电气接线图如以下图4-2 . word.zl-. . -PLC 外部电气接线图 4-2 4.2 掌握系统软件设计机械手掌握系统软件设计的程序总体构造如图4-3,分为公用程序、自动程序、手动程序和回原位程序等四局部； 其中自动程序包括单步、 连续运动程序, 因它们的工作次序一样所以可将它们和编在一起；CJFNC00是条件跳转应用指令,指针标号PX 是其操作数；该指令由于某种条件下跳过CJ指令和指针标号

40、之间的程序,从指针标号处连续执行,以削减程序执行时间；假如挑选“ 手动工作方式,即 X0 为 ON,X1 为 OFF 那么PLC 执行完公用程序后将跳过自动程序到P0 处,由于 X0 动断触点断开所以直接执行 “ 手动程序；由于 P1处的 X1 的动断触点闭合,所以又跳过回原位程序到 P2 处；假如挑选“ 回原位工作方式, 同样只执行公用程序和回原位程序,只执行公用程序和自动程序；4.2.1 公用程序假如挑选“ 连续方式,那么公用程序如图 4-4,简要说明如下：当 Y6 复位电磁阀松开、后限位 X21 和上限位 X17 接通时,帮助继电器 M0 变为 ON ,表示机械手在原位； 假如开场执行用

41、户程序 M8002 为 ON 、系统处于手动或回原位状态 X0 或 X1 为 ON ,那么初始步对应的 M10 被置位,连续工作方式做好预备； 假如 M0 为 OFF,M10 被复位, 系统不能进入连续工作方式；指 令 ZRST 是成批复位应用指令, 以防止系统从自动方式转换手动方式,再返回自动方式时. . word.zl-. -显现两种不同的活动步；图 4-3 程序总的构造图. . word.zl-. -图 4-4 公用程序梯形图初始回原点4.2.2 自动操作程序自动操作次序功能流程图见图4-5 所示；当机械手处于原位时,按/前伸启动 X4 接通,状态转移到 S1,驱动前伸 Y3,当到达前限

42、位使行程开关手顺转X20 接通,状态转移到S2,而 S1自下降动复位；驱动手顺转Y7,X24 接通,状态转移到S3,驱动下降Y2,X16夹紧接通,状态转移到 S4,S4驱动 Y6 置上升位,延时 1 秒,以使电磁力到达最大夹紧力；当 T0 接通,状态转移到 S5,后退驱动 Y0 上升,当上升到达最高位,X17 接通,状态转移到S6；S6 驱动底逆转Y4 后退；移到后限位,状态转移到S7底/前伸逆转 Y12,状态到 S8,X20 接通,状下降态转移到 S9 下降；下降到最低位,X16 接通,电磁铁放松；为了使电磁松开力完全失掉,延时 1 秒；延时时间到,T1 接通,状态转移到S11 上升；上上升

43、升到最高位, X25 接通,状态转移到S13后退；后退到后限位,使X21 接手逆转通,状态转移到 S14,底盘顺转是 X21接通,返回初始状态, 再开场其次次 后退循环动作；在编写状态转移图时留意各状 底顺转态元件只能使用一次, 但它驱动的线圈,却可以使用多次, 但两者不能出 现在连续位置上； 因此步进顺控的编 程,比起用根本指令编程较为简洁,可读性较强；图 4-5 自动的功能流程图. . word.zl-. -自动连续程序说明 ：当系统处于自动连续方式时,X2 为 ON ,它的动合触点闭合,在初始步时按下启动按钮X4,M1 得电并保持,就依据图4-5 自动功能图进展工作；按下停顿按钮 X7

44、后,M1 变为 OFF,系统不会立刻停顿,而是完成当前的工作周期后,机械手最终停顿在原位；依据自动功能流程图的次序编写的自动程序梯形图为图4-6；. word.zl-. . -. . word.zl-. -. . word.zl-. -. . word.zl-. -. . word.zl-. -图 4-6 自动程序段梯形图4.2.3手动单步操作程序 如以下图所示；图中上升 / 下降,左移 / 右移都有连锁和限位爱护；手动程序说明 ：用对应机械手的上下前后移动和夹紧松开按钮；按下不同的按钮,机械手执行相应的动作； 在前后移动的程序中串联上线位置开关的动合触点是为了防止机 械手在较低位置移动时碰撞

45、其他工件； 为保证系统平安运行, 程序之间仍进展必要的连锁；. . word.zl-. -. . word.zl-. -. . word.zl-. -. . word.zl-. -图 4-7 手动程序梯形图4.2.4 回原位程序回原位程序 ；在系统处于回原位工作状态时,按下回原位按钮X3,M3 变为 ON ,机械手松开和上升,当升到上限位X17 变为 ON,机械手后退,直到后限位X21 为ON 才停顿,并且 M3 复位；. . word.zl-. -. . word.zl-. -图 4-8 回原位程序梯形图梯形图程序经过检验语法错误以及规律上的牢靠性后,编译成指令表,以便后传入PLC 中；并可

46、以运用软件在线监测 PLC 的运行情形,同时可以用手持编程器依据现场要求修改程序中的各参数,到达任意位置停顿的目的；. . word.zl-. -4.3 PLC 程序的上载和下载 4.3.1 PLC程序的上载 所谓 PLC 程序的上载 ,就是把 PLC 中的程序读入到运算机中 ,其操作步骤如下：1、通信电缆的连接；应使用编程转换接口电缆 口和 PLC 的 RS422编程器接口；SC09 连接好运算机的 RS232C接2、端口设置；挑选“PLC菜单下的“ 端口设置菜单命令,可挑选运算机与PLC通信的 RS232C串行口 14和“ 传送速率 9600或 19200bit/s；3、程序上载；挑选“P

47、LC菜单下的“ 传送子菜单中的“ 读入,就会弹出如图 4-10所示的“PLC 类型挑选对话框,挑选实际型号的 PLC 类型后,点“ 确定按钮后,将 PLC 中的程序读入到运算机中；图 4-9 程序读入 PLC 类型挑选对话框 4.3.2 PLC程序的下载所谓 PLC 程序的下载,就是把运算机中的程序写入到PLC 中,其操作步骤是“ 通信电缆的连接和“ 端口设置, 同“ PLC 的程序的上载中的步骤 1 和 2；而 PLC 程序的下载的操作步骤是：在执行下载功能时,第一应将 PLC 上的主机开关拨在“STOP位置,假如使用了RAM 或 EEPROM 储备器卡,其写爱护在处于关断状态；挑选“PLC

48、菜单下“ 传送子菜单中“ 写出,将运算机中的程序发送到 如图 4-11 所示,可削减写入所需的时间；PLC 中,在弹出的窗口中挑选“ 围设置,图 4-10 程序写出对话框另外,执行菜单命令“PLC传送校验是用来比拟运算机和PLC 中的次序程序是否一样；假如二者不符合,将显示与PLC 不相符的指令的步序号；选中某一步序号,可显示运算机和PLC 中该步的序号指令；. word.zl-. . -第 5 章 设计小结通过本设计可以让大家清晰的明白三菱公司FX 系列 PLC 的特点 ,机械手模型掌握系统利用了三菱 FX 系列 PLC 的特点,对按钮、电磁阀、编码盘以及其他一些输入 / 输出点进展掌握,实现了工业机械手模型的手动和自动掌握；采纳 PLC 进展工业机械手模型运行掌握,掌握系统的硬件构造大为简化,同时由于采纳的是“