上螺絲機(jī)械手控制系統(tǒng)

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1、 上螺絲機(jī)械手控制系統(tǒng) 專(zhuān)業(yè)：電氣信息類(lèi) 姓名：陳紅臻 學(xué)號(hào)：110408815 指導(dǎo)教師：周勁 摘要： 為了提高流水線(xiàn)上的生產(chǎn)效率，研制了機(jī)械手自動(dòng)加螺絲裝置。本文詳細(xì)分析了X-Y螺釘裝配機(jī)械手裝置的原理和構(gòu)成，并設(shè)計(jì)了機(jī)械手自動(dòng)加螺絲裝置的硬件部分。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC；步進(jìn)電機(jī)；變壓器；觸摸屏 1 概述 1.1 上螺絲機(jī)械手的設(shè)計(jì)背景

2、機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。 機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng)為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專(zhuān)用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。 機(jī)械手

3、的種類(lèi)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門(mén)操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱(chēng)為機(jī)械手。 1.2 上螺絲機(jī)械手控制系統(tǒng)介紹 X-Y螺釘裝配機(jī)械手控制系統(tǒng)包括三菱的FX（1N）-24MT PLC，西門(mén)Smart700觸摸屏，變壓器，步進(jìn)電機(jī)，絲杠及機(jī)械手等硬件設(shè)施。 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)先在筆記本中設(shè)計(jì)好觸摸

4、畫(huà)面，在將畫(huà)面?zhèn)鬏數(shù)接|摸屏中，然后將編譯好的程序下載至PLC中，再將觸摸屏與PLC進(jìn)行通信。 在該系統(tǒng)中通過(guò)Smart700的觸摸屏畫(huà)面中的24個(gè)位置來(lái)控制雙絲杠的動(dòng)作位置，當(dāng)?shù)桨聪聯(lián)Q面的啟動(dòng)按鈕后系統(tǒng)處于待運(yùn)行狀態(tài)，在選取24個(gè)位置的任意位置。系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行完一個(gè)過(guò)程后，回到起始位置。畫(huà)面的停止按鈕和急停按鈕，停止按鈕按下是完成整個(gè)動(dòng)作后停止，而急停按鈕按下是動(dòng)作立馬停止。 2 X-Y螺釘裝配機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作原理 2.1 硬件布置圖 X-Y螺釘裝配機(jī)械手控制系統(tǒng)在硬件接線(xiàn)上由2個(gè)變壓器分別為步進(jìn)電機(jī)和吸盤(pán)供電，由觸摸屏給一個(gè)信號(hào)然后傳輸?shù)絇LC上，通過(guò)程序，然后反應(yīng)到步進(jìn)電

5、機(jī)上，步進(jìn)電機(jī)按照程序給的步數(shù)作出反應(yīng)控制雙絲杠的位置到達(dá)指定的工作點(diǎn)，吸盤(pán)吸取模擬機(jī)械手動(dòng)作。最終返回原點(diǎn)，動(dòng)作結(jié)束。 2.2 電氣接線(xiàn)原理圖 X-Y螺釘裝配機(jī)械手控制系統(tǒng)主要采用PLC、觸摸屏，按鈕控制，其中PLC是三菱的FX（1N）-24MT PLC、觸摸屏采用的西門(mén)子的Smart700，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為HB-4020M，來(lái)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)流程的控制。 2.3 系統(tǒng)配置圖 下圖所示為該系統(tǒng)配置圖，其中有觸摸屏，控制器PLC，外部設(shè)備包含了2根絲杠，2個(gè)步進(jìn)電機(jī)。連接方式是觸摸屏與控制器進(jìn)行通信然

6、后在通過(guò)PLC編程來(lái)控制外部設(shè)備。 3 X-Y螺釘裝配機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件配置 3.2 系統(tǒng)控制器配置 （1）簡(jiǎn)單介紹 FX1N系列是功能很強(qiáng)大的微PLC，可擴(kuò)展到多達(dá)128 I/O點(diǎn)，并且能增加特殊功能模塊或擴(kuò)展板。通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項(xiàng)使得FX1N在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應(yīng)用方面非常完美。 （2）定位和脈沖輸出功能 一個(gè)PLC單元能同時(shí)輸出2點(diǎn)100KHz脈沖，PLC配備有7條特殊的定位指令，包括零返回、絕對(duì)位置讀出、絕對(duì)或相對(duì)驅(qū)動(dòng)以及特殊脈沖輸出控制。 （3） 其它功能如表所示。 內(nèi)置式24V直流電源 24V、400mA直

7、流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感器或其它元件。 時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能 在所有的FX1N PLC中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間設(shè)置和比較指令易于操作。小時(shí)表功能對(duì)過(guò)程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價(jià)值的信息。 持續(xù)掃描功能 為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時(shí)間定義操作周期。 輸入濾波器調(diào)節(jié)功能 可以用輸入濾波器平整輸入信號(hào)（在基本單元中x000到x017）。 元件注解記錄功能 元件注解可以記錄在程序寄存器中。 在線(xiàn)程序編輯 在線(xiàn)改變程序不會(huì)損失工作時(shí)間或停止生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。 RUN/STOP 開(kāi)關(guān) 面板上運(yùn)行/停止開(kāi)關(guān)易于操作。 遠(yuǎn)程維護(hù) 遠(yuǎn)處的編程軟件可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)器通信來(lái)監(jiān)測(cè)、上載或卸載程序和數(shù)

8、據(jù) 密碼保護(hù) 使用一個(gè)八位數(shù)字密碼保護(hù)您的程序。 （4）該系統(tǒng)采用了三菱的FX(1N)-24MT的PLC。 4 X-Y螺釘裝配機(jī)械手控制系統(tǒng) 4.1 X-Y螺釘裝配機(jī)械手控制系統(tǒng)變量 根據(jù)X-Y螺釘裝配機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制要求，現(xiàn)列出X-Y螺釘裝配機(jī)械手控制系統(tǒng)的輸出與輸入的資源配置，見(jiàn)表所示。 PLC輸出變量 變量 初值 說(shuō)明 Y0 0 縱向電機(jī)正轉(zhuǎn) Y1 0 橫向電機(jī)正轉(zhuǎn) Y2 0 縱向電機(jī)反轉(zhuǎn) Y3 0 橫向電機(jī)反轉(zhuǎn) Y4 0 吸盤(pán) QP變量 M0 0 0位置 M1 0 1位置 M2 0 2位置 M3 0 3

9、位置 M4 0 4位置 M5 0 5位置 M6 0 6位置 M7 0 7位置 M8 0 8位置 M9 0 9位置 M10 0 10位置 M11 0 11位置 M12 0 12位置 M13 0 13位置 M14 0 14位置 M15 0 15位置 M16 0 16位置 M17 0 17位置 M18 0 18位置 M19 0 19位置 M20 0 20位置 M21 0 21位置 M22 0 22位置 M23 0 23位置 M24 0 24位置 M25 0 Y軸調(diào)零

10、M26 0 X軸調(diào)零 4.2 X-Y螺釘裝配機(jī)械手控制系統(tǒng)介紹 （1）FNC12 DMOV傳送指令如圖所示。 （2）高速脈沖輸出指令(FNC57 PLSY),帶加減速脈沖輸出指令（FNC59 PLSR)如圖所示。 從Y000或Y001輸出的脈沖數(shù)將保存以下特殊數(shù)據(jù)寄存器中： D8140（低位）輸出至Y000的脈沖總數(shù)。 D8141（高位）（FNC59（PISR），F(xiàn)NC57（PLSY）指令的輸出脈沖總數(shù)）。 D8142（低位）輸出至Y001的脈沖總數(shù)。 D8143（高位）（FNC59（PISR），F(xiàn)NC57（PLSY）指令的輸出脈沖總數(shù)）。 D8136(低

11、位)輸出至Y000和Y001的脈沖總數(shù)。 D8137(高位) 各個(gè)數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容可以利用“DMOVK0D81□□”執(zhí)行清除。 （3）FMOV比較與傳送指令如圖所示。 5 X-Y螺釘裝配機(jī)械手控制系統(tǒng)的人機(jī)界面 5.1 主畫(huà)面 該系統(tǒng)用WinCC flexible來(lái)進(jìn)行畫(huà)面的布置，下圖為系統(tǒng)控住的主畫(huà)面。包含了24個(gè)可以選取的位置，以及原點(diǎn)的復(fù)位，單X軸，Y軸的調(diào)零。 功能介紹: （1）主畫(huà)面即選點(diǎn)位置畫(huà)面； （2）當(dāng)選擇畫(huà)面中啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)進(jìn)入待運(yùn)行狀態(tài)； （3）當(dāng)選擇了手動(dòng)時(shí)，可以手動(dòng)控制雙絲杠的X或Y軸的位置調(diào)整； （4）主畫(huà)面的0-24點(diǎn)代表電

12、機(jī)要運(yùn)行到的位置； （5）停止按鈕功能，當(dāng)按下停止按鈕后，系統(tǒng)完成整個(gè)的工件動(dòng)作之后，在按下任何按鍵無(wú)效； （6）急停按鈕，按下急停后，電機(jī)立馬停止動(dòng)作，再次按下急停按鈕，電機(jī)繼續(xù)動(dòng)作； （7）返回原點(diǎn)按鈕按下后，X,Y軸電機(jī)都復(fù)位到原點(diǎn)。 5.2 畫(huà)面創(chuàng)建 畫(huà)面的創(chuàng)建使用的是WinCC flexible軟件，創(chuàng)建過(guò)程如下圖。 圖 5.3 屏幕選擇 在上圖中間是畫(huà)圖界面，右邊是畫(huà)圖工具，左邊是各類(lèi)選項(xiàng)。其中包括了畫(huà)面變量的設(shè)置，畫(huà)面與PLC通信選項(xiàng)等。 在通訊介面中通訊驅(qū)動(dòng)程序當(dāng)觸摸屏與筆記本通訊是選擇SIMATIC S7 200，當(dāng)觸摸屏與PLC通訊是選擇Mitsubishi FX，其他的選項(xiàng)不用更改。