【《某轴承装配机器人控制系统的硬件和软件设计案例》2500字】

某轴承装配机器人控制系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u3227某轴承装配机器人控制系统的硬件和软件设计案例 123979第1章控制系统硬件设计 193781.1主要元器件的选择 1100351.2I/O地址分配表 3182551.3主电路电气原理图 494731.4PLC接线原理图 429071第2章控制系统软件设计 6153372.1机器人工作流程 6271292.2程序流程图 6第1章控制系统硬件设计1.1主要元器件的选择1.1.1PLC选型在选择PLC时，首先考虑的就是价格，通常端口数目越多价格越贵。其次就是需要的输入输出端口数量。本次设计的传感检测需要9个输入端口，即左限、上限、下限、右限4个，轴承到位检测和轴与轴承装配完成检测5个，均由光电传感器输入信号。工作模式有两种，即自动和手动模式，需要2个输入端口。手动模式下需要13个输入端口，分别为左移、上升、伸长、夹紧、放松、缩回、下降、右移、手臂正转、手臂反转、手腕电机正转、手腕电机反转和暂停。自动模式下只需两个输入端口，即启动和停止。一共26个输入，一般PLC没有这么多输入接口，所以选择扩展，初步选定24输入16输出的S7-200CPU226加上4输入4输出EM223扩展模块。输出端口包括机器人左移、上升、伸长、夹紧、放松、缩回、下降、右移、手臂正转、手臂反转、手腕电机正转、手腕电机反转一共12个输出接口。在机器人完成一个装配任务后，需要检测机器人是否返回原点位置，所以还需要一个输出端口即原点指示灯，一共13个输出接口。综合分析，确定选用的PLC为S7-200CPU226加上4输入4输出EM223扩展模块。如下表6-1是S7-200系列CPU226型号PLC和扩展模块EM223的主要技术指标表6-1PLC和扩展模块技术指标型号CPU226AC/DC/继电器物理特性尺寸(WxHxD)196x80x62mm重量660g功耗17WI/O特性本机数字量输入24输入本机数字量输出16输出常规特性定时器总数256个计数器总数236个时钟内置电源特性输入电压85至264VAC（47至63Hz）输入电流80/40mA（仅CPU，120/240VAC）冲击电流20A，264VAC时型号EM223输入点数4输入输出点数4输出1.1.2传感器的选择本次设计需要选择5个光电传感器和4个限位开关。其中一个光电传感器用于检测轴承是否到达指定位置，确定轴承的位置，指示轴承装配机器人是否可以开始工作。另4个光电传感器放置在垂直于轴上侧，用于检测轴承是否装配完成。4个限位开关分别为上限位、下限位、左限位和右限位。其中上限位开关和右限位开关用于保证轴与轴承的精确定位，下限位和左限位开关用于机器人回到原点位置。光电传感器就是通过对光的阻断和导通，在感应电流的变化来判断开关。光电传感器的选型需要考虑的几个问题：（1）槽宽，即所选光电传感器的槽宽要比轴承直径宽；（2）安装位置，即所安装的位置要有利于检测轴承。综上，选定GRTE18作为本次设计的光电传感器。表6-2光电传感器参数型号检测原理检测范围光源种类GRTE18漫反射5mm-100mm可见红光限位开关就是类似于按钮的作用，将限位开关安置在指定位置，由机器人撞击完成电路装换。上限位、下限位、左限位和右限位应选择直动防护式限位开关，选用JLXKI-111型号作为限位开关。表6-3限位开关参数型号额定电压触头换接时间交流直流JLXKI-111380V220V0.04s1.2I/O地址分配表表6-4I/O地址分配表输入输出地址符号功能地址符号功能I0.0SB1启动Q0.0KM1左移I0.1SB2急停Q0.1KM2右移I0.2SB3左移Q0.2KM3上升I0.3SB4右移Q0.3KM4下降I0.4SB5上升Q0.4H1原点指示灯I0.5SB6下降Q0.5KM5伸长I0.6SB7伸长Q0.6KM6缩回I0.7SB8缩回Q0.7KM7手爪夹紧I1.0SQ1上限开关Q0.0KM8手爪放松I1.1SQ2下限开关Q0.1KM9手臂正转I1.2SQ3左限开关Q0.2KM10手臂反转I1.3SQ4右限开关Q0.3手腕电机正转I1.4SB9暂停Q0.4手腕电机反转I1.5工件检测I1.6SB10手爪夹紧I1.7SB11手爪放松I2.0SB12手臂正转I2.1SB13手臂反转I2.2SB14手动模式I2.3SB15自动模式I2.4装配检测1I2.5装配检测2I2.6装配检测3I2.7装配检测4I3.0SB16手腕电机正转I3.1SB17手腕电机反转1.3主电路电气原理图图6-1主电路电气原理图1.4PLC接线原理图本次设计共需要26个输入端口，13个输出端口，根据上面的I/O端口分配表，其硬件接线图如图6-2所示。图6-2PLC硬件接线图

第2章控制系统软件设计2.1机器人工作流程如图7-1显示了轴承装配机器人的工作流程。在自动模式下，按下启动按钮，当传感器检测到轴承到达指定位置，机器人开始工作，从原点位置完成以下10个动作：手臂下降、手爪夹紧、手臂上升、手臂右移、手腕上转、手臂伸长、轴承安装（有轴承安装检测）、手爪放松、手臂缩回、手腕下转和手臂左移（回原点位置），这十个动作是机器人的一个循环周期。机器人开始工作前，必须由光电传感器检测是否有轴承，以确定轴承到达指定位置。机器人下降、上升、向左移动和向右移动的运动转换都由限位开关控制，手爪夹紧和放松的转换由光电传感器和限位开关共同控制。其中有四个光电传感器用于轴承安装检测，可以控制手臂的伸长缩回，即轴承的压装与调整。为了确保安全和效率，将机器人向左移动后，如果在安装位置没有任何工作，则必须降低机器人的位置。如果尚未完成轴承安装之前的工作，则机器人自动暂停并待命。同时，还检测轴承的运动。在机器人返回原始位置后，传送带会一直移动直到检测到工件为止。这样减少了能耗，使其更加准确和智能。因此，有一个光电开关被配置检测轴承是否存在的信号。图7-1机器人工作流程图2.2程序流程图本次设计的轴承装配机器人的控制方式包括手动和自动两种方式。两种模式如下：手动工作模式：通过点动控制使轴承装配机器人单独完成相应的动作。手动操作可用于单独完成某些装配动作。自动工作模式：在自动模式下，只需按下启动按钮，轴承装配机器人会自动完成如图7-1所示的流程进行装配工作，并可自动进行下一个轴承装配工作周期。图7-2是主程序流程图。图7-2主程序流程图2.2.1手动模式流程图在手动模式下，该设计程序梯形图有以下特点：一是相反方向的运动加了互锁装置，比如在手臂“上升”的时候，“下降”按钮不会起作用等。二是限位开关的作用，当到达指定位置时，PLC相关程序会自动断电，避免超出量程。三是手动模式与自动模式增加了互锁装置，保证了机器人只能在一个工作模式下工作。四是手动模式包括了机器人的十个简单的动作，但不包含检测工件装置的手动操作。如图7-3是手动模式的流程图。图7-3手动模式流程图2.2.2自动模式流程图在自动模式下的梯形图有以下特点：一是急停开关位于总线，暂停