多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

《多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（44頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、長(zhǎng) 春 工 業(yè) 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文題 目 基于 PLC 的多關(guān)節(jié)機(jī)械手 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日

2、期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）II摘摘 要要隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的操作方式也發(fā)生著革命性的變化，從手工作坊式的勞動(dòng)，逐漸演變成自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)方式，人類也逐漸無(wú)法完成某些生產(chǎn)過(guò)程，所以為了適應(yīng)生

3、產(chǎn)的需要出現(xiàn)了特殊的生產(chǎn)工具機(jī)械手。與此同時(shí)也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)活動(dòng)，在這些生產(chǎn)活動(dòng)中，有些是屬于高危險(xiǎn)的，對(duì)人體傷害較大，有些領(lǐng)域不適宜人類工作，機(jī)械手則正好適應(yīng)這類工作。在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。機(jī)械手是模仿著人手部的部分動(dòng)作，按照給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)

4、械裝置。本文對(duì)多關(guān)節(jié)工業(yè)液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)研究。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：三自由度 機(jī)械手 PLC 系統(tǒng)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IIIAbstractAs society and the development of science and technology，Industrial production operation mode has also undergone a revolutionary change, from manual mill of labor, gradually evolved into automatic and intelligent mode o

5、f production and human also gradually unable to complete some production process, so in order to adapt to the needs of the production of the appeared special production tools - manipulator. Meanwhile also appeared a few new production activities in these production activities, some are belong to hig

6、h risk, to human body harm is larger, some areas not suitable for human work is just, manipulator to meet this kind of work. In todays large-scale manufacturers, enterprises to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree, industr

7、ial robots as an important member of automatic production line, gradually the enterprise recognizes and adopted. Industrial robot technology level and USES degree in a certain extent reflect a nation industrial automation level, at present, the industrial robot main bearing welding, spraying, handli

8、ng and stacking repeatability and the intensity of labor etc greatly, work normally take the reappearance of the demonstration teaching way. Manipulator is imitating the people hand movement, according to a given part of the program, track and requests to realize the acquirement, handling and operat

9、ion of automatic mechanical device. In this paper, three doff industrial hydraulic structure of the 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IVmanipulator are studied.Keywords:Keywords: three doff manipulator PLC system目目 錄錄第第 1 1 章章 PLCPLC 概述概述 .11.1 PLC 的定義 .11.2 PLC 的由來(lái)及發(fā)展 .21.3 PLC 的特點(diǎn)及用途 .31.3.1 PLC 具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn).31.3

10、.2 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 .41.4 PLC 的主要技術(shù)指標(biāo).4第第 2 2 章章 機(jī)機(jī)械手簡(jiǎn)介械手簡(jiǎn)介.62.1 控制系統(tǒng)的功能要求 .62.1.1 機(jī)械手結(jié)構(gòu) .6第第 3 3 章章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .93.1 PLC 的選型 .103.2 PLC 的 I/O 資源配置 .113.3 其他資源設(shè)置.14第第 4 4 章章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .164.1 各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì) .16總總 結(jié)結(jié).31致致 謝謝.33長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）V參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).34附錄附錄 1 1：基于：基于 PLCPLC 的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)原理圖的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)原

11、理圖 .35附錄附錄 2 2；基于；基于 PLCPLC 的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)程序清單的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)程序清單 .36長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1第第 1 1 章章 PLCPLC 概述概述1.11.1 PLCPLC 的定義的定義可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱 PLC，它具備了模擬量控制、過(guò)程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能，所以美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller）,簡(jiǎn)稱 PC。但是個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）也簡(jiǎn)稱 PC，為了避免混淆，將用于邏輯控制的可編

12、程控制叫做 PLC（Programmable Logic Controller）.PLC 是一種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它其實(shí)就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，它以接入式 CPU 為核心，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都是很容易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，容易擴(kuò)展其功能的?？删幊炭刂破魇且环N工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用計(jì)算機(jī)。它是為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，工業(yè)環(huán)境一般辦公環(huán)境有較大的區(qū)別。由于 PLC 的特殊構(gòu)造，使它能在高粉塵、高噪音、強(qiáng)電磁干擾

13、和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。為了能控制機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，它要能很容易的與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，這些都是個(gè)人計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的?？删幊炭刂破魇且环N通用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它能控制各種類型的工業(yè)設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程。它的功能能夠很容易地?cái)U(kuò)展，它的程序是可以根據(jù)控制對(duì)象的不同，讓使用者來(lái)編制的。也就是說(shuō)，可編程控制器較其以前的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，如單片機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)，具有更大的靈活性，它可以方便地應(yīng)用在各種場(chǎng)合。通過(guò)以上定義還可以了解到，相對(duì)一般意義上的計(jì)算機(jī)，可編程控制器不僅具有計(jì)算機(jī)的內(nèi)核，它還配置了許多使其適用于工業(yè)控制的器件。它實(shí)質(zhì)上是經(jīng)過(guò)一次開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。從另一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，它是一種通用機(jī)，

14、經(jīng)過(guò)二次長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2開(kāi)發(fā)，它可以在任何具體的工業(yè)設(shè)備上使用。它在很大程度上使的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)從專業(yè)設(shè)計(jì)院走進(jìn)工廠和礦山，變成了普通工程技術(shù)人員甚至普通電氣工人力所能及的工作。再加上體積小、工作可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、控制功能完善，適應(yīng)性強(qiáng)，安裝接線簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)，可編程控制器在短短的 30 年中獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了非常廣泛的應(yīng)用。1.21.2 PLCPLC 的由來(lái)及發(fā)展的由來(lái)及發(fā)展1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)可編程序控制器（Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱 PLC） ，在美國(guó)通用汽車公司

15、的自動(dòng)裝配線上使用，取得了巨大的成功。20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。因而人們稱可編程控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型的體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)

16、算、PID 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20 世紀(jì) 80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得了廣泛的應(yīng)用。例如，在世界第一臺(tái)可編程控制器的誕生地美國(guó)，1982 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，大量應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)廠家占美國(guó)重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)廠家總數(shù)的 82%，可編程控制器的應(yīng)用數(shù)量已位于眾多的工業(yè)自控設(shè)備之首。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。許多可編程控制器的生產(chǎn)廠家已聞名于全世界。20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)

17、控制的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)及超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元，通訊單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都的到了長(zhǎng)足的發(fā)展。1.31.3 PLCPLC 的特點(diǎn)及用途的特點(diǎn)及用途 1.3.11.3.1 PLCPLC 具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)1. 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備非常關(guān)鍵的性能。PLC

18、 由于采用大規(guī)模集成電路技術(shù)、嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝，內(nèi)部電路采取了輸入輸出信號(hào)的光電隔離、濾波、電源的屏蔽、穩(wěn)壓和保護(hù)、故障診斷等先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性，它能在高粉塵、高噪音、強(qiáng)電磁干擾和溫暖變化劇烈的環(huán)境下正常工作。PLC 的平均無(wú)故障時(shí)間可高達(dá) 510 萬(wàn)小時(shí)以上。從 PLC 的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就大大降低。2.功能完善、應(yīng)用領(lǐng)域廣到現(xiàn)在為止 PLC 已經(jīng)形成各種規(guī)模、系列化的產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合，并能完成決大多數(shù)的工業(yè)控制任務(wù)。PLC 所具有的完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，

19、可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái) PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，PLC 通訊能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易。3.編程簡(jiǎn)單，易學(xué)易用PLC 采用和繼電器電路圖接近的梯形圖語(yǔ)言，只用少量的開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，可以使用手持編程器或筆記本對(duì) PLC 進(jìn)行編程。當(dāng) PLC 聯(lián)網(wǎng)后，可以在網(wǎng)絡(luò)的任一位置對(duì) PLC 編程。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制提供了方便。4.系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低PLC 在存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯、采用模塊化的結(jié)構(gòu)，大大地減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)

20、計(jì)及建設(shè)的周期大大縮短了?，F(xiàn)代集成電路技術(shù)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4的廣泛應(yīng)用，功耗僅數(shù)瓦。由于 PLC 體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。使得 PLC 的重量越來(lái)越輕、功耗也越來(lái)越少。在集成電路技術(shù)和生產(chǎn)廠家越來(lái)越多的情況下，PLC 的價(jià)格也越來(lái)越低。1.3.21.3.2 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域PLC 在鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，主要可以歸納為以下幾類：1.開(kāi)關(guān)量的邏輯控制可編程控制器可實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，也可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控制

21、及自動(dòng)化流水線。2.模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。3.運(yùn)動(dòng)控制PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。4.過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)連續(xù)變化的量進(jìn)行控制。如對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成

22、閉環(huán)控制。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合。1.41.4 PLCPLC 的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)PLC 的性能指標(biāo)較多，主要介紹與組成 PLC 控制系統(tǒng)關(guān)系較直接的幾個(gè)。1.編程語(yǔ)言及指令功能用戶的 PLC 程序可以用梯形圖語(yǔ)言、指令標(biāo)語(yǔ)言、功能塊圖編寫(xiě)，梯形圖語(yǔ)言在 PLC 中較為常見(jiàn)，梯形圖語(yǔ)言一般在計(jì)算機(jī)屏幕上編輯，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5現(xiàn)在功能圖語(yǔ)言的使用有上升趨勢(shì)。編程語(yǔ)言中還有一個(gè)內(nèi)容是指令功能。衡量指令功能強(qiáng)弱可看兩個(gè)方面：一是指令條數(shù)多少；二是指令中有多少綜合性指令。一條綜合性指令一般就能完成一項(xiàng)專門(mén)操作。用戶編制的程

23、序完成的控制任務(wù)，取決于 PLC 指令的多少，指令功能越多，編程越簡(jiǎn)單和方便，完成一定的控制任務(wù)越容易。2.輸入輸出點(diǎn)數(shù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)是 PLC 可以接受的輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)和輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)的最大數(shù)量，值得注意的是輸入點(diǎn)數(shù)往往的大于輸出點(diǎn)數(shù)的，且二者不能相互替代。3.掃描速度數(shù)掃描速度數(shù)是指 PLC 掃描 1k（1k=1024）字用戶程序所需的時(shí)間，通常以ms/k 字為單位，掃描速度越快越好。4.存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量是存放用戶程序的存儲(chǔ)器的容量。通常用 k 來(lái)表示。也有的 PLC 直接用所能存放的程序量表示。在編制 PLC 程序時(shí)，需要用到大量的寄存器來(lái)存放變量、中間結(jié)果、保持?jǐn)?shù)據(jù)、定時(shí)計(jì)數(shù)、模塊設(shè)置和各種

24、標(biāo)志位等信息。這些寄存器的多少，直接關(guān)系到程序的編制，該存儲(chǔ)器的容量越大，就可以編制出更復(fù)雜的程序。5.可擴(kuò)展性在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中 PLC 的可擴(kuò)展性也顯的非常重要。主要包括：（1）輸入輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展；（2）存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展；（3）聯(lián)網(wǎng)功能的擴(kuò)展；（4）可擴(kuò)展的模塊數(shù)；另外，可編程序控制器的可靠性、易操作性及經(jīng)濟(jì)性等功能指示也受用戶的關(guān)注。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6第第 2 2 章章 機(jī)械手機(jī)械手簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介多關(guān)節(jié)機(jī)械手指的是利用關(guān)節(jié)連接兩個(gè)相鄰的剛體，即連桿，關(guān)節(jié)提供連桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)機(jī)構(gòu)中，關(guān)節(jié)多是以其中一個(gè)特點(diǎn)，正是由于關(guān)節(jié)多，所以它的抓握功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)的夾鉗式等機(jī)械手

25、。它可以完成對(duì)不同形狀、不規(guī)則工件的抓握。多關(guān)節(jié)機(jī)械手有多種結(jié)構(gòu)，其中最理想的也是應(yīng)用最多的就是類似于人手的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)能模擬人手抓物體時(shí)的情況。與傳統(tǒng)的機(jī)械手相比，多關(guān)節(jié)機(jī)械手具有動(dòng)作靈活，運(yùn)動(dòng)慣性小、通用性強(qiáng)、能抓取靠近基座的工件，并能繞過(guò)機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作等優(yōu)點(diǎn)。2.1 控制系統(tǒng)的功能要求傳統(tǒng)的機(jī)械手采用繼電氣控制，由于其線路復(fù)雜、維護(hù)困難、可靠性差等缺點(diǎn)，無(wú)法滿足機(jī)械手控制的需求?？删幊炭刂破鳎≒LC）的出現(xiàn)使得這類問(wèn)題得到解決，PLC 控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、可靠性高、編程簡(jiǎn)單、功耗低和改造方便的特點(diǎn)，能夠完成動(dòng)作要求精度高的工作。2.1.12.1.1 機(jī)械

26、手結(jié)構(gòu)機(jī)械手結(jié)構(gòu)以軸承裝配為例：軸承裝配是軸承生產(chǎn)過(guò)程中的最后且極為重要的環(huán)節(jié)，而軸承壓蓋機(jī)則是裝配先上較為復(fù)雜的部分。本節(jié)講述的是利用機(jī)械手在軸承裝配線上，通過(guò) PLC 控制機(jī)械手的動(dòng)作，完成取軸承、加蓋及轉(zhuǎn)移工件，最后控制壓蓋機(jī)完成壓蓋的整個(gè)過(guò)程。圖 2-1 是某以生產(chǎn)線上機(jī)械手的工作示意圖。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7圖 2-1 機(jī)械手的工作示意圖該機(jī)械手在生產(chǎn)線上的主要任務(wù)是，將軸承從傳送帶 1 轉(zhuǎn)移至傳送帶 2 上，然后將蓋放置于軸承之上，最后經(jīng)壓蓋機(jī)加工，完成軸承裝配的一部分加工。整個(gè)工作過(guò)程機(jī)械手包括以下動(dòng)作：手臂上升手臂下降手爪抓緊手爪放松手臂左旋手臂右旋多關(guān)節(jié)機(jī)

27、械手完成以上動(dòng)作主要是通過(guò)機(jī)械控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即利用 PLC 控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和電磁閥的通斷，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的左右旋轉(zhuǎn)，電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸的升降控制機(jī)械手臂的上升和下降。多關(guān)節(jié)機(jī)械手的工作過(guò)程如圖 2-2 所示：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8圖 2-2 多關(guān)節(jié)機(jī)械手簡(jiǎn)單工作過(guò)程示意圖1.手臂上升：使機(jī)械手相對(duì)于工作臺(tái)向上移動(dòng)，提高它的高度，以滿足抓取工件的高度要求。2.手臂下降：使機(jī)械手相對(duì)于工作臺(tái)向下移動(dòng)，降低它的高度，以滿足放置工件的高度要求。3.手爪抓緊：使機(jī)械手抓緊工件，以便完成工件抓起的要求。4.手爪放松：使機(jī)械手放松工件，以便完成工件放松的要求。5.手臂左旋：使機(jī)

28、械手在不改變高度的情況下，相對(duì)于工作臺(tái)向左旋轉(zhuǎn)，以便完成工件移動(dòng)的要求。6.手臂右旋：使機(jī)械手在不改變高度的情況下，相對(duì)于工作臺(tái)向右旋轉(zhuǎn)，以便完成再次抓取工件的要求。由于 PLC 的抗干擾能力強(qiáng)，所以能在惡劣的工作環(huán)境中，可靠地完成控制任務(wù)，為了使設(shè)備便于安裝、調(diào)試，以及從經(jīng)濟(jì)角度考慮，設(shè)計(jì)出如圖 2-3 所示的機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能框圖。圖 2-3 多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能框圖手爪放松傳送帶 2手臂下降啟動(dòng)手臂上升手臂抓緊手臂下降傳送帶 1手爪抓緊手臂右旋手臂上升電氣控制柜多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)械手長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9第第 3 3 章章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)前面介紹了機(jī)械

29、手的機(jī)械結(jié)構(gòu)，本節(jié)主要根據(jù)上節(jié)所述的功能要求配置需要的控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，按照控制系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計(jì)出如圖 3-1 所示的控制系統(tǒng)的硬件框圖。在此系統(tǒng)中僅靠 PLC 主機(jī)是無(wú)法完成控制要求的，因此擴(kuò)展了一個(gè) I/O 和兩個(gè)模擬量輸入/輸出模塊，以及兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)和一個(gè)可控電動(dòng)機(jī)，閥是指氣流只能向一個(gè)方向流動(dòng)而不能反向流動(dòng)通過(guò)的閥，是最簡(jiǎn)單的單向型方向閥。在氣動(dòng)系統(tǒng)中，單向閥除單獨(dú)使用之外，經(jīng)常與流量閥、換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥。單向調(diào)速閥就是單向閥與節(jié)流閥并聯(lián)而成。單向調(diào)速閥是把節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分。當(dāng)流體正向流動(dòng)時(shí)，其節(jié)流過(guò)程與調(diào)速閥是一樣的，節(jié)流縫隙的大小可通過(guò)手

30、柄進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)流體反向流動(dòng)時(shí)，靠流體的壓力把閥芯壓下，下閥芯起單向閥作用，單向閥打開(kāi)，可實(shí)現(xiàn)流體反向自由流動(dòng)。當(dāng)正向流動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥節(jié)流。當(dāng)反向流動(dòng)時(shí)，單向閥打開(kāi)，不節(jié)流。以下是控制系統(tǒng)的硬件框圖 3-1。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10控制按鈕傳感器傳送帶 B 電磁閥右旋限位開(kāi)關(guān)左旋限位開(kāi)關(guān)下降限位開(kāi)關(guān)右旋限位開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān)抓緊電磁閥上升電磁閥下降電磁閥左旋限位開(kāi)關(guān)松開(kāi)電磁閥上升限位開(kāi)關(guān)PLC圖 3-1 控制系統(tǒng)的硬件框圖3.13.1 PLCPLC 的選型的選型根據(jù)系統(tǒng)控制要求并從經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面考慮，選擇西門(mén)子 S7-200 系列PLC 作為此機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。在西

31、門(mén)子 S7-200 系列 PLC 中又有CPU221、CPU222、CPU224、 CPU226 等之分。三自由度工業(yè)機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11總共有 15個(gè)數(shù)字量輸入，8 個(gè)數(shù)字量輸出，供需 23 點(diǎn) I/O 口，根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)，選用了CPU224 作為主機(jī)。 同時(shí)擴(kuò)展一個(gè) I/O 模塊，選用 EM223 輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊。EM223 共 6種模塊，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和資源需求，采用 EM223 模塊中的 4 點(diǎn)輸入/4 出輸出模塊。 由于需要測(cè)量每個(gè)手指的壓力值，需要將傳感器的值輸入到 PLC 中進(jìn)行判斷，所以擴(kuò)展兩個(gè)模擬量模塊，全部選用

32、 EM235 模塊。模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM235 具有 4 路模擬量輸入/1 路模擬量輸出。 EM223 和 EM235 與 PLC 的連接不需要其他設(shè)置，只需要將排線插到主機(jī)及擴(kuò)展模塊的插槽上。3.23.2 PLCPLC 的的 I/OI/O 資源配置資源配置根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，對(duì) PLC 進(jìn)行 I/O 及其他資源的分配，具體分配如下。表表 3-13-1 數(shù)字量輸入地址分配數(shù)字量輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備I0.0高速脈沖輸入I1.1自動(dòng)啟動(dòng)I0.1急停按鈕I1.2上升限位開(kāi)關(guān)I0.2手動(dòng)/自動(dòng)I1.3下降限位開(kāi)關(guān)I0.3手臂上升I1.4左旋限位開(kāi)關(guān)I0.4手臂下降I

33、1.5右旋限位開(kāi)關(guān)I0.5手臂左旋I2.0傳送帶 1 光開(kāi)關(guān)I0.6手臂右旋I2.1傳送帶 2 光開(kāi)關(guān)I0.7手爪抓緊I2.2傳送帶 2 啟動(dòng)I1.0手爪放松I2.3壓蓋機(jī)啟動(dòng)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12表表 3-23-2 模擬量輸入地址分配模擬量輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備ATW0傳感器 1ATW0傳感器 4ATW0傳感器 2ATW0傳感器 5ATW0傳感器 3表表 3-33-3 數(shù)字量輸出地址分配數(shù)字量輸出地址分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備Q0.0高速脈沖輸出Q0.5抓緊電磁閥Q0.1上升電磁閥Q0.6松開(kāi)電磁閥Q0.2下降電磁閥Q0.7傳送帶 2 繼

34、電器Q0.3左旋電磁閥Q1.0壓蓋機(jī)繼電器Q0.4右旋電磁閥根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，硬件框圖及 I/O 分配情況，三自由度工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng) PLC 控制部分的硬件接線如圖 3-2 所示。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13 傳感器 2高速脈沖輸出上升電磁閥下降電磁閥左旋電磁閥右旋電磁閥抓緊電磁閥松開(kāi)電磁閥傳送帶 2 繼電器壓蓋機(jī)電磁閥I0.0I0.1 Q0.0 Q0.1I0.2I0.3 Q0.2I0.4I0.5 Q0.3 S7-200I0.6 CPU224 Q0.4I0.7 + EM223 Q0.5I1.0 I1.1 Q0.6I1.2 Q0.7 I1.3 I1.4 Q1.0I1.5 I2

35、.0I2.1I2.2I2.3AIW0AIW2AIW4 EM235AIW6AIW8高速脈沖輸入急停按鈕手動(dòng)/自動(dòng)手臂上升手臂下降手臂右旋手臂左旋手爪抓緊手爪松開(kāi)自動(dòng)啟動(dòng)上升限位開(kāi)關(guān)下降限位開(kāi)關(guān)左旋限位開(kāi)關(guān)右旋限位開(kāi)關(guān)傳送帶1光電開(kāi)關(guān)傳送帶2 啟動(dòng)壓蓋機(jī)啟動(dòng)傳感器 1傳感器 2傳感器 3傳感器 4傳感器 5長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14傳感器 3圖 3-2 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng) PLC 控制部分硬件連接圖3.33.3 其他資源設(shè)置其他資源設(shè)置要完成系統(tǒng)的功能除了 PLC 及其擴(kuò)展模塊之外，還需要各種限位開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、傳感器及編碼盤(pán)等儀器設(shè)備。1.各種限位開(kāi)關(guān)在此系統(tǒng)中，共用了 4

36、個(gè)限位開(kāi)關(guān)：上升限位開(kāi)關(guān)、下降限位開(kāi)關(guān)、左旋限位開(kāi)關(guān)和右旋限位開(kāi)關(guān)。限位開(kāi)關(guān)主要是來(lái)控制機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的停止時(shí)刻和位置。2.光電開(kāi)關(guān)在傳送帶 1 和傳送帶 2 上各有一個(gè)光電開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)的作用主要是指示工件是否到位。傳送帶 1 上的光電開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)工件是否已到機(jī)械手可操作的工位，若到位則傳送帶 1 停止，等待工件被取走；傳送帶 2 上的光電開(kāi)關(guān)則置于壓蓋機(jī)處，當(dāng)工件到達(dá)壓蓋機(jī)時(shí)，傳送帶 2 停止，對(duì)工件進(jìn)行壓蓋操作，操作結(jié)束后等待下一個(gè)工作。3.傳感器在此系統(tǒng)采用的是多關(guān)節(jié)機(jī)械手，由于要適應(yīng)各種形狀的工件，所以要在手指受力的部分安裝壓力傳感器，將壓力值轉(zhuǎn)換為電壓值傳入 PLC，然后進(jìn)行判斷

37、，防止抓緊時(shí)壓力過(guò)大對(duì)工件造成損壞。4.各種電磁閥此系統(tǒng)中機(jī)械手手臂的上升和下降是用氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使用一個(gè)氣缸、一個(gè)電磁閥就能實(shí)現(xiàn)手臂的上升和下降，相對(duì)于利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)升降，氣缸控制簡(jiǎn)單方便。多關(guān)節(jié)機(jī)械手手爪的抓緊和松開(kāi)共用了 4 個(gè)電磁閥。5.各種繼電器此系統(tǒng)中，傳送帶 2 并不需要時(shí)刻連續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)傳送，并且也不可能一直連續(xù)地傳送物品，而是根據(jù)機(jī)械手的當(dāng)前工作情況有控制機(jī)械手的控制系統(tǒng)來(lái)控制傳送帶 2 的工作與否，該在什么時(shí)候啟動(dòng)傳送帶，該在什么時(shí)候停止傳送帶。因此，就必須在傳送帶 2 的電動(dòng)機(jī)部分裝一個(gè)可以控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和停止的繼電器，再長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15連

38、接到 PLC 以控制接觸器，最后達(dá)到控制目的。壓蓋機(jī)同樣也不需要時(shí)時(shí)刻刻工作，因此在壓蓋機(jī)附近放置的光電開(kāi)關(guān)，可以將工件到位的信號(hào)傳至 PLC，從而控制傳送帶 2 的停止，并且控制壓蓋機(jī)在工件到位的情況下工作。6.編碼器在此系統(tǒng)中，需要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行精確定位，所以在手臂左右轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，要將電動(dòng)機(jī)反饋的信號(hào)同 PLC 發(fā)出的信號(hào)做比較，以檢測(cè)是否手臂準(zhǔn)確到位。7.各種按鈕急停按鈕采用帶鎖的，常閉觸點(diǎn)，按下后旋轉(zhuǎn)復(fù)位；手動(dòng)/自動(dòng)按鈕采用旋鈕，一邊常閉，一邊常通；其余按鈕均采用觸點(diǎn)觸發(fā)方式，按下即接通，松開(kāi)即復(fù)位。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16第第 4 4 章章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

39、4.14.1 各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì)各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì)當(dāng)軟件總體流程圖設(shè)計(jì)完成后，就需要對(duì)各個(gè)控制過(guò)程進(jìn)行分解細(xì)化，這樣在程序便攜式就會(huì)簡(jiǎn)潔明了，最后聯(lián)合起來(lái)調(diào)試也便于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。當(dāng)控制過(guò)程特別復(fù)雜的時(shí)候，采用模塊化設(shè)計(jì)，就顯得尤為重要。采用模塊化的設(shè)計(jì)，調(diào)試時(shí)先調(diào)試摸個(gè)模塊的功能，可以及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，到最后聯(lián)調(diào)試若出現(xiàn)問(wèn)題就可以很快找出原因及時(shí)解決。程序中用到的元件及設(shè)置如表 4-1 所示。表表 4-14-1 元件設(shè)置元件設(shè)置編號(hào)意義內(nèi)容備注M0.0急停標(biāo)志on 有效M0.1手動(dòng)標(biāo)志on 有效M0.2自動(dòng)標(biāo)志on 有效M1.0機(jī)械手上升標(biāo)志on 有效M1.1手臂左旋標(biāo)志on 有效M1.2機(jī)械手下降標(biāo)

40、志on 有效M1.3手爪抓緊工件標(biāo)志on 有效M1.4機(jī)械手上升標(biāo)志on 有效M1.5手臂右旋標(biāo)志on 有效M1.6機(jī)械手下降標(biāo)志on 有效M1.7手爪松開(kāi)標(biāo)志on 有效M2.0機(jī)械手上升標(biāo)志on 有效M2.1手爪抓緊工件標(biāo)志on 有效M2.2機(jī)械手下降標(biāo)志on 有效M2.3手爪松開(kāi)端蓋標(biāo)志on 有效M2.4傳送帶 2 啟動(dòng)標(biāo)志on 有效圖 4-1 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)流程圖長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17M2.5壓蓋機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志on 有效T37一個(gè)循環(huán)結(jié)束后等待的時(shí)間101sVW01#傳感器值存儲(chǔ)單元VW22#傳感器置存儲(chǔ)單元VW43#傳感器置存儲(chǔ)單元VW64#傳感器置存儲(chǔ)單元VW

41、85#傳感器置存儲(chǔ)單元VW10抓取工件的標(biāo)志壓力值存儲(chǔ)單元VW20抓取蓋端的標(biāo)準(zhǔn)壓力值由于機(jī)械手的控制過(guò)程是按順序執(zhí)行的，所以在程序編寫(xiě)的時(shí)候采用順序控制指令。多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖如圖 4-3 所示。 圖 4-1 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)流程圖長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24圖 4-3 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖如圖

42、4-3 所示的是控制系統(tǒng)的主程序，如圖 4-3（a）所示中主要是對(duì)高速計(jì)數(shù)器和高速脈沖輸出進(jìn)行初始化。對(duì)于高速計(jì)數(shù)器，選用高速計(jì)數(shù)器 HSC0，工作方式為模式 0，輸入口為 I0.0。設(shè)置 HSC0 的功能為：復(fù)位與啟動(dòng)輸入信號(hào)都是高電位有效、4 倍計(jì)數(shù)頻率、計(jì)數(shù)方向?yàn)樵鲇?jì)數(shù)、預(yù)設(shè)脈沖為 10000 個(gè)、允許更新雙子和執(zhí)行 HSC 指令。對(duì)于高速脈沖輸出控制，設(shè)置為脈沖輸出方式，輸出口為 Q0.0。脈沖的輸出設(shè)置為多段管線輸出，本例中采用 3 段輸出，寫(xiě)控制字到特定存儲(chǔ)器中，完成設(shè)置的功能為：時(shí)間基準(zhǔn)為 s 級(jí)、不允許更新周期和脈沖數(shù)。由于是多段輸出，所以還需要簡(jiǎn)歷包絡(luò)表，對(duì) 3 段脈沖周期、

43、數(shù)量進(jìn)行設(shè)置，多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)多段脈沖輸出梯形圖如圖 4-4 所示。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26圖 4-4 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)多段脈沖輸出梯形圖手臂的左右旋轉(zhuǎn)采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制是為了提高定位的精度，所以需要用到高速計(jì)數(shù)器和高速脈沖輸出，對(duì)發(fā)出的脈沖數(shù)和接收到的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，如果相等，則定位準(zhǔn)確，如果兩者有偏差，則補(bǔ)發(fā)脈沖，最后達(dá)到設(shè)定的位置上。如圖 4-4 表示的是對(duì)步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸出控制，本例采用 3 段脈沖輸出，由于步進(jìn)電機(jī)本身的特性，啟動(dòng)頻率不宜太高，所以在啟動(dòng)階段輸出的脈沖周期為500ms，且周期逐步減少，緩慢提高其

44、輸出脈沖頻率；在第二階段，輸出脈沖周期為 50ms，在這個(gè)階段手臂的移動(dòng)是最快的，當(dāng)達(dá)到設(shè)定位置的時(shí)候，同樣不可以長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）27突然是頻率降低到 0，需要逐漸降低脈沖的頻率值，所以第三階段的脈沖周期為200ms，電動(dòng)機(jī)逐步減速，達(dá)到設(shè)定位置后可能可靠停止。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）28 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）29圖 4-5 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)傳感器值 1 處理子程序梯形圖長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）30圖 4-6 多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)傳感器值 2 處理子程序梯形圖 如圖 4-5 所示多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)傳感器值 1 處

45、理子程序梯形圖和 4-6 所示多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)傳感器值 2 處理子程序梯形圖，都是針對(duì)傳感器采集到的值傳到 PLC 處理的子程序，由于機(jī)械手爪在每次加工過(guò)程中，都需要移動(dòng)兩個(gè)工件，對(duì)于不同的工件，手爪的力度是不同的，為了防止抓緊力過(guò)大，對(duì)工件造成損壞，設(shè)置兩個(gè)不同的壓力對(duì)比值。在此小節(jié)中，完成了 PLC 軟件系統(tǒng)的所有設(shè)計(jì)，程序包括：控制系統(tǒng)的主程序、對(duì)高速脈沖輸出和高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始化設(shè)置的子程序和處理傳感器返回值的子程序。在主程序中，主要采用了順序控制指令。在多關(guān)節(jié)機(jī)械手的工作過(guò)程中，機(jī)械手爪是嚴(yán)格按照一定的順序運(yùn)行的，采用順序控制指令能夠非常方便地按照工藝的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)下一個(gè)動(dòng)作

46、開(kāi)始執(zhí)行時(shí)，前一個(gè)動(dòng)作中的所有元件全部復(fù)位到初始狀態(tài)，減少出現(xiàn)誤動(dòng)作的概率。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31總總 結(jié)結(jié)機(jī)械手的出現(xiàn)延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和 PLC 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的廣泛應(yīng)用，機(jī)械手技術(shù)方面的研究不斷得到創(chuàng)新，促使成果不斷涌現(xiàn)。本論文的設(shè)計(jì)主要取得了以下成果：1.對(duì)物料分揀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等各組成部分進(jìn)行了較為全面的分析，最后得出其總體設(shè)計(jì)方案。2.氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是強(qiáng)的非線性系統(tǒng)，其根本原因是空氣具有

47、可壓縮性，使得系統(tǒng)中存在流量飽和效應(yīng)，非線性摩擦力等因素，實(shí)現(xiàn)氣缸的精度定位非常困難。因此在其應(yīng)用中，要對(duì)各參數(shù)進(jìn)行調(diào)定，以達(dá)到比較理想狀態(tài)。3.機(jī)械手的控制系統(tǒng)采用了技術(shù)性、可靠性非常高的 PLC 進(jìn)行控制。這使得機(jī)械設(shè)備更加靈活，動(dòng)作準(zhǔn)確，易于維護(hù)，勞動(dòng)生產(chǎn)率大大得到了提高。各種操作方式自由切換，滿足了各種生產(chǎn)要求。本課題在完成了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)物料分揀機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。由于時(shí)間的限制以及機(jī)械手的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有些問(wèn)題需要進(jìn)一步的研究：1.對(duì)機(jī)械手各部分連接方式的改進(jìn)。本機(jī)械手結(jié)構(gòu)具有模塊式的特點(diǎn)，但由于考慮節(jié)約成本等因素，采用標(biāo)準(zhǔn)的單活塞桿雙作用氣缸，加導(dǎo)向裝

48、置的結(jié)構(gòu)。各部分不能實(shí)現(xiàn)任意方式拼裝，通過(guò)各種過(guò)渡連接件，使各個(gè)部分可以自由拼裝。2.氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)改進(jìn)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）32在氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面存在一個(gè)固有的弱點(diǎn)，僅采用古典的反饋控制很難得到高精度位置和力等的控制。所以，在氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法上，廣泛地引入現(xiàn)制理論和智慧控制等方法是其特征之一。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一大規(guī)模并行分布處理非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，適用于強(qiáng)非線性的氣動(dòng)機(jī)械手的控制。雖然還有很多尚未解決的問(wèn)題有待于繼續(xù)研究，但相信 PLC 控制的物料分揀機(jī)械手的研究是非常有新意、有意義的，有著廣泛的應(yīng)用前景。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）33致致 謝謝本文是在孫穎教授的悉心

49、指導(dǎo)下完成的。從論文的選題、研究方案的實(shí)施到論文的撰寫(xiě)和修改無(wú)不凝聚著導(dǎo)師大量的心血。孫穎教授淵博的理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)，創(chuàng)造性的思維方式及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的工作作風(fēng)給我?guī)?lái)很多的啟迪和教誨。在此，特向?qū)O穎教授表示最衷誠(chéng)的感謝!大學(xué)的學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也將給這四年的學(xué)習(xí)劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)。在這段難忘的時(shí)光里，我不斷地汲取著知識(shí)的營(yíng)養(yǎng)，感受著校園濃厚的學(xué)術(shù)氛圍，不但在學(xué)習(xí)上有很大的提高，在自身修養(yǎng)和綜合素質(zhì)上也有了明顯的進(jìn)步。在這里我首先要感謝我的導(dǎo)師孫穎教授。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題選擇方面，孫教授根據(jù)我今后就業(yè)的實(shí)際情況，為我制定了設(shè)計(jì)方向。在接下來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，孫教授時(shí)刻指導(dǎo)著我

50、，為我提供了很多難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和寶貴的資源以及為人處事的方法，是孫教授指出我學(xué)習(xí)上的不足之處，讓我的知識(shí)更加系統(tǒng)、全面?？傊瑳](méi)有孫教授的傾力的指導(dǎo)，支持和鼓勵(lì)，就沒(méi)有我現(xiàn)在的進(jìn)步和四年來(lái)的成長(zhǎng)。感謝在本次設(shè)計(jì)中給過(guò)我?guī)椭?，指?dǎo)過(guò)我的老師和同學(xué)，他們有的解決了我技術(shù)上的疑問(wèn)，有的給我提供了設(shè)計(jì)中需要的工具和器材。正是他們無(wú)私的幫助，我的設(shè)計(jì)才得以順利完成。最后感謝我身邊的同學(xué)們和朋友們，他們讓我體會(huì)到友誼的可貴，和朋友分享喜悅和憂愁的快樂(lè)。感謝我的學(xué)校，它記錄了我在這四年生活和學(xué)習(xí)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，這是一片我深愛(ài)著的土地。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）34參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn)1 王敏,趙

51、道致,等. 基于 MICK 資源集成的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)供應(yīng)商參與決策J. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版). 2008.2 王亮,陳大雄. 企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的系統(tǒng)分析J. 系統(tǒng)工程. 2003. 3 蘇越良. 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下合作技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)J. 系統(tǒng)工程. 2005.(04) 4 許勝江. 核心產(chǎn)品及其開(kāi)發(fā)與評(píng)價(jià)J. 系統(tǒng)工程. 2006. 5 羅劍宏,李笑. 基于聯(lián)盟共享核心能力的高新技術(shù)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新方式J. 系統(tǒng)工程. 2006.(06) 6 陳弘. 企業(yè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)及其評(píng)估模型J. 系統(tǒng)工程. 2006.(07) 7 陽(yáng)波,強(qiáng)茂山. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有序度負(fù)熵評(píng)價(jià)模型的改進(jìn)J. 系統(tǒng)工程. 2007. 8 趙

52、小惠,陳菊紅,孫林巖,蘇菊寧. 制造商-供應(yīng)商協(xié)同產(chǎn)品創(chuàng)新合作機(jī)制研究J. 工業(yè)工程. 2005.(06) 9 Meyer M H, Lehnerd, A P.The Power of Product Platform: Building Value and Cost Leadership.New York:Free Press,1997. 10 Rogers EM.Diffusion of innovations.New York:The Free Press,1983. 11 March JG, Simon HA.Organization.New York:John Wiley and S

53、ons,Inc,1958. 12 Culpan.MultinationalStrategicAlliancesM.TheHoworthPress,1993. 13 OPC Fcundation. Alarms and Events Specification1.0 S.2001長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）35附錄附錄 1 1：基于：基于 PLCPLC 的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)原理圖的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)原理圖長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）36附錄附錄 2 2；基于；基于 PLCPLC 的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)程序清單的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)程序清單主程序：ORG 000HJMP

54、 STARTSTART： Curtemp EQU 10H ；Curtemp 存儲(chǔ)地址 Pretemp EQU 11H ；Pretemp 存儲(chǔ)地址MOV TMOD， #53H LCALL InitDS12887 ；初始化 DS12887 時(shí)鐘芯片 SETB EA ；開(kāi) CPU 中斷 LCALL ReadTime ；讀時(shí)間設(shè)定值 CLR C ；C 清零 SUB Curtemp，pretemp JC OffheatHeatcontinue： LCALL FUZZY LCALL DELAY LCALL Heat SJMP $OffHeat：CLR P2.1 RETI長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）37 Heat： SETB P2.1 LCALL DELAY CLR C LCALL ReadTemp1.指導(dǎo)教師簡(jiǎn)要評(píng)語(yǔ)（質(zhì)量、水平，能否參加答辯） 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 2.評(píng)閱教師簡(jiǎn)要評(píng)語(yǔ)（質(zhì)量、水平，能否參加答辯） 評(píng)閱教師簽字 年 月 日