電氣工程畢業(yè)論文--plc控制機械手

1、<p><b>　　電氣工程系</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計論文</b></p><p>　　題 目： PLC控制機械手 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣自動化 </p><p>　　班 級： 電氣1005班 </p&g

2、t;<p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： 0401100506 </p><p>　　指導(dǎo)老師: </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科學技術(shù)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，特別是自動控制系統(tǒng)的

3、提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多重體力勞動必將由機器人所代替，工業(yè)機器人是一種新型的自動化操作裝置，它可根據(jù)作業(yè)的要求，按照預(yù)先確定的程序搬運物體。裝卸零件以及操作持噴槍、焊把工具去完成一定的作業(yè)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展已逐漸成為一個獨立的自動化的裝置，并擴大應(yīng)用到鑄造、加工、焊接、組裝和噴漆等作業(yè)中。本設(shè)計的機器人模擬人手臂的部分動作，按預(yù)定的程序、軌跡和要求，實現(xiàn)抓取、搬運和裝配。</p><p>　　本文在介紹機器人的工作

4、原理的基礎(chǔ)上，采用PLC對電動機進行控制，包括硬件和軟件的設(shè)計，實現(xiàn)了機器人的自動和手動控制，使機器人能夠完成預(yù)先設(shè)計好的動作，提高工作效率，節(jié)約成本，把人從枯燥的工作中解放出來。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機器人；機械手：PLC</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b&

5、gt;</p><p>　　1.1論文的主要內(nèi)容1</p><p>　　1.2 總方案的確定1</p><p>　　1.3 課題的背景2</p><p>　　1.3.1 機器人的發(fā)展及應(yīng)用2</p><p>　　1.3.2 機器人的現(xiàn)狀及動向3</p><p>　　1.4課題的目的和意

6、義4</p><p>　　1.５ 課題的任務(wù)5</p><p>　　第二章 機器人控制系統(tǒng)硬件選型6</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的工作原理6</p><p>　　2.2 硬件設(shè)計的理論基礎(chǔ)6</p><p>　　2.2.1 驅(qū)動系統(tǒng)的特點6</p><p>　　2.2.2 驅(qū)動

7、系統(tǒng)的選擇原則9</p><p>　　2.2.3傳感器10</p><p>　　2.2.4伺服電機的工作原理16</p><p>　　2.3 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展18</p><p>　　2.3.1 PLC的構(gòu)成18</p><p>　　2.3.2 PLC的工作原理18</p><p

8、>　　第三章 電路設(shè)計20</p><p>　　3.1 硬件結(jié)構(gòu)20</p><p>　　3.2機械手電源回路20</p><p>　　3.3機械手轉(zhuǎn)臺控制回路21</p><p>　　3.4 PLC控制系統(tǒng)22</p><p>　　3.4.1機械手輸入信號22</p><p>

9、;　　3.4.2機械手輸出信號械22</p><p>　　3.4.3電源接線23</p><p>　　3.4.4接地23</p><p>　　第四章 程序設(shè)計及調(diào)試23</p><p>　　4.1設(shè)計任務(wù)及要求24</p><p>　　4.2 I/O分配24</p><p>　　4.

10、3 設(shè)計系統(tǒng)工作流程25</p><p>　　4.4編程設(shè)計思路25</p><p>　　4.5模擬調(diào)試26</p><p>　　4.5.1運行過程：26</p><p>　　4.5.2運行：28</p><p><b>　　參考文獻30</b></p><p>

11、;<b>　　附錄31</b></p><p><b>　　致 謝41</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1論文的主要內(nèi)容</p><p>　　工業(yè)機器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)組成。執(zhí)

12、行系統(tǒng)是工業(yè)機器人為完成作業(yè)，實現(xiàn)各種運動的機械部件。驅(qū)動系統(tǒng)為各執(zhí)行部件提供動力，工業(yè)機器人采用的傳動方式，通常有液壓、氣動和電動等幾種驅(qū)動系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)對工業(yè)機器人實行控制和指揮，使執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求進行操作。一般它由控制計算機或可編程控制器、電氣與電子控制回路、輔助信息和電氣器件等組成。</p><p>　　1.了解工業(yè)現(xiàn)場中所要做的工序的運行規(guī)律、控制要求，探索更好的控制方法，確定總體控制方案。<

13、/p><p>　　2.設(shè)計機器人PLC硬件電路接線圖及元器件選型配置；</p><p>　　3.設(shè)計控制流程，完成三點定位機器人在工作中相互協(xié)作控制系統(tǒng)中PLC程序設(shè)計；</p><p>　　4.繪制機器人模型電路原理圖、控制電路電路圖，I/O接線圖；使用說明書等。</p><p>　　5.根據(jù)控制要求完成機器人模型與PLC的連機調(diào)試：在硬件電路

14、連接好后，向PLC傳送編好的控制程序，它能按預(yù)先的邏輯較好地完成機器人的控制。機器人模型運行應(yīng)操作簡便，控制效果良好，形象直觀，演示性好，可以較好地滿足多個機器人協(xié)作能力強的要求。</p><p>　　1.2 總方案的確定</p><p>　　個人計算機有很強的數(shù)據(jù)處理功能和圖形顯示功能，有豐富的軟件支持，但是它們是為辦公室自動化和家庭設(shè)計的，對環(huán)境要求很高，抗干擾能力不強，一般不適合在工

15、業(yè)現(xiàn)場使用。</p><p>　　單片機只是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號相連。要將它用于工業(yè)控制，還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設(shè)計、制作和程序設(shè)計的工作量相當大，要求設(shè)計者具有很強的計算機領(lǐng)域的理論知識和實踐經(jīng)驗。</p><p>　　工業(yè)控制計算機（簡稱工控機）也是為工業(yè)控制設(shè)計的，目前比較流行的是PC總線工控機，它與個人計算機兼容。工控機采用總線式結(jié)構(gòu)

16、，各廠家產(chǎn)品的兼容性強。工控機一般是在通用微機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有實時操作系統(tǒng)的支持，因此在要求快速、實時性強、功能復(fù)雜的領(lǐng)域占有優(yōu)勢。工控機的價格較高，將它有與開關(guān)量控制以取代繼電器系統(tǒng)有些大材小用。工控機的外部I/O接線一般都用多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如可編程序控制器的接線端子那樣方便可靠。</p><p>　　以上各種計算機用語控制的程序一般都是用匯編語言編寫的，不像可編程控制

17、器的梯形圖語言那樣易于被工廠的電氣人員掌握。</p><p>　　可編程序控制器是專為工廠現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的，結(jié)構(gòu)上采取整體密封或插件組合型，對印刷電路板、電源、機架、插座的制造和安裝，均采用了嚴密的措施。可編程序控制器由于具有前述的各種優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有不可比擬的競爭力。</p><p>　　當然在機器人的控制領(lǐng)域也具有重要的地位，把可編程序控制器用于抓取運動的核心部分是很合理的選

18、擇，而且可編程序控制器現(xiàn)在在市場上也是一種成熟的產(chǎn)品。</p><p>　　總之，經(jīng)上述比較可得，我確定選用PLC控制機器人的各種運行。</p><p><b>　　1.3 課題的背景</b></p><p>　　1.3.1 機器人的發(fā)展及應(yīng)用</p><p>　　工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能

19、等多學科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來,機器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快,已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具。</p><p>　　現(xiàn)在工業(yè)機器人主要用于汽車工業(yè)、機電工業(yè)（包括電訊工業(yè)）、通用機械工業(yè)、建筑業(yè)、金屬加工、鑄造以及其它重型工業(yè)和輕工業(yè)部門。 機器人的工業(yè)應(yīng)用分為四個方面，即材料加工

20、、零件制造、產(chǎn)品檢驗和裝配。其中，材料加工往往是最簡單的。零件制造包括鍛造、點焊、搗碎和鑄造等。檢驗包括顯式檢驗（在加工過程中或加工后檢驗產(chǎn)品表面圖像和幾何形狀、零件和尺寸的完整性）和隱式檢驗（在加工中檢驗零件質(zhì)量上或表面上的完整性）兩種。裝配是最復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域，因為它可能包含材料加工、在線檢驗、零件供給、配套、劑壓和緊固等工序。在農(nóng)業(yè)方面，已把機器人用于水果和蔬菜嫁接、收獲、檢驗與分類，剪羊毛和擠牛奶等。這是一個潛在的產(chǎn)業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)

21、域。 </p><p>　　從近幾年世界機器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實用化；工作環(huán)境設(shè)計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。</p><p>　　在制造業(yè)中，工業(yè)機器人甚至已成為不可少的核心裝備，世界上有

22、近百萬臺工業(yè)機器人正與工人朋友并肩戰(zhàn)斗在各條戰(zhàn)線上。機器人的出現(xiàn)是社會和經(jīng)濟發(fā)展的必然，它的高速發(fā)展提高了社會的生產(chǎn)水平和人類的生活質(zhì)量。 服務(wù)機器人可以為您治病保健、保潔保安；水下機器人可以幫助打撈沉船、鋪設(shè)電纜；工程機器人可以上山入地、開洞筑路；農(nóng)業(yè)機器人可以耕耘播種、施肥除蟲；軍用機器人可以沖鋒陷陣、排雷排彈……在現(xiàn)實生活中有些工作會對人體造成傷害，比如噴漆、重物搬運等；有些工作要求質(zhì)量很高，人難以長時間勝任，比如汽車焊接、精密

23、裝配等；有些工作人員無法身臨其境，比如火山探險、深海探密、空間探索等；有些工作不適合人去干，比如一些惡劣的環(huán)境、一些枯燥單調(diào)的重復(fù)性勞作等……這些人們干不了或干不好的領(lǐng)域變成了機器人大顯身手的舞臺。</p><p>　　1.3.2 機器人的現(xiàn)狀及動向</p><p>　　工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備,技術(shù)附加值很高,應(yīng)用范圍很廣,作為先進制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè),

24、將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預(yù)測,機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(UNECE)和國際機器人聯(lián)合會(IFR)的統(tǒng)計,世界機器人市場前景看好,從20世紀下半葉起,世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進入20世紀90年代,機器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快,年增長率平均在10％左右。2004年增長率達到創(chuàng)記錄的20％。</p><p>　　經(jīng)過四十

25、多年的發(fā)展,工業(yè)機器人已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中,尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中,工業(yè)機器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中,機器人都已逐步取代了人工作業(yè)。 </p><p>　　隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高,機器人的應(yīng)用范周還在不斷地擴大,已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè),進而推廣到諸如采

26、礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)維護維修機器人等各種非制造行業(yè)。此外,在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機器人的應(yīng)用也越來越多,如無人偵察機(飛行器)、警備機器人、醫(yī)療機器人、家政服務(wù)機器人等均有應(yīng)用實例。機器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。</p><p>　　近年來，我們在研究文化創(chuàng)造性產(chǎn)業(yè)時，發(fā)現(xiàn)國外正在興起一個與文化產(chǎn)業(yè)、科學技術(shù)有緊密關(guān)系的未來產(chǎn)業(yè)——機器人的研究、開發(fā)及制造，參與者除了

27、傳統(tǒng)從事學術(shù)研究的科技工作者、大學研究梯隊、企業(yè)產(chǎn)品的專門研究人員之外，更有一大批的青少年積極加入此一新興的科學技術(shù)新潮流之中。</p><p>　　中國工業(yè)機器人經(jīng)過“七五”攻關(guān)計劃、“九五”攻關(guān)計劃和863計劃的支持已經(jīng)取得了較大進展,工業(yè)機器人市場也已經(jīng)成熟,應(yīng)用上已經(jīng)遍及各行各業(yè),但進口機器人占了絕大多數(shù)。我國在某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破,但還缺乏整體核心技術(shù)的突破,具有中國知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機器人則很少。目前我

28、國機器人技術(shù)相當于國外發(fā)達國家20世紀80年代初的水平,特別是在制造工藝與裝備方面,不能生產(chǎn)高精密、高速與高效的關(guān)鍵部件。我國目前取得較大進展的機器人技術(shù)有:數(shù)控機床關(guān)鍵技術(shù)與裝備、隧道掘進機器人相關(guān)技術(shù)、工程機械智能化機器人相關(guān)技術(shù)、裝配自動化機器人相關(guān)技術(shù)。現(xiàn)已開發(fā)出金屬焊接、噴涂、澆鑄裝配、搬運、包裝、激光加工、檢驗、真空、自動導(dǎo)引車等的工業(yè)機器人產(chǎn)品,主要應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機械、家電等行業(yè)。</p><

29、p>　　1.3.3 機器人的分類</p><p>　　按幾何結(jié)構(gòu)分:直角坐標機器人、柱面坐標機器人、球面坐標機器人、關(guān)節(jié)球面坐標機器人。</p><p>　　按機器人控制分：非伺服機器人、伺服機器人（點、軌跡）</p><p>　　按用途分：工業(yè)機器人、探索機按機器智能分：一般機器人、智能機器人（傳感機器人、交互機器人、自主機器人）</p>&l

30、t;p>　　按移動性分：固定機器人、移動機器人（輪式、履帶器人、服務(wù)機器人、軍事機器人（地面、海洋、空中、步行）</p><p>　　1.4課題的目的和意義</p><p>　　工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進金屬于一體的重要現(xiàn)代化制造業(yè)自動化裝備工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種自動化生產(chǎn)線上,它是機器人家族中最重要的成員,工業(yè)機器人由操作機(機械本

31、體) 、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成, 是一種仿人操作、自動控制,可重復(fù)編程,能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備,工業(yè)機器人包括模仿人類關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)型工業(yè)型機器人,直角坐標型機器人,圓柱坐標型機器人、球坐標型機器人、噴漆機器人、焊接機器人等。</p><p>　　隨著科學技術(shù)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，特別是自動控制系統(tǒng)的提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多重體力勞動必將由機器人所代替，這一方面可以減輕個人

32、的勞動強度，而且還可以大大提高生產(chǎn)效率，所以機器人的重要性越來越明顯，如果能夠自動控制機器人的工作過程，不僅節(jié)省大量的人力、物力，而且還會帶來可觀的經(jīng)濟效益。本系統(tǒng)就是通過PLC對機器人的控制，實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)和相互之間的協(xié)作來完成工件的制作，通過自動控制可以使機器人不知疲倦的重復(fù)完成預(yù)先設(shè)計好的動作，提高工作效率，節(jié)約成本，把人從枯燥的工作中解放出來。</p><p>　　廣泛采用工業(yè)機器人,不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)

33、量與產(chǎn)量,而且對保障人身安全,改善勞動環(huán)境,減輕勞動強度,提高勞動生產(chǎn)率,節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本,有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣,工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。</p><p><b>　　1.５ 課題的任務(wù)</b></p><p>　　本課題是一個用于傳送帶上輕型平動搬運機械手的設(shè)計，其示意圖如下圖1-1所示。其主要任務(wù)

34、是完成機械手的結(jié)構(gòu)方面、氣動、電動以及PLC控制的軟硬件方面的設(shè)計。其機械結(jié)構(gòu)主要包括由電磁閥控制的氣壓缸來實現(xiàn)機械手氣爪的夾緊和松開工件的動作，兩臺轉(zhuǎn)速不同的伺服電動機分別通過線圈控制其正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)機械手臂的上升、下降、左擺、右擺等運動動作；其動作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個不同部位的行程開關(guān)產(chǎn)生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號，從而驅(qū)動外部線圈來控制電動機或電磁閥產(chǎn)生不同的動作，可實現(xiàn)機械手的精確定位。<

35、/p><p>　　圖1-1 就是該機械手搬運物品示意圖。圖中機械手的任務(wù)是將傳送帶a上的物品搬運到傳送帶b,再從b沿直線到搬到c。其工藝流程：機械手原位→機械手下降→機械手抓取并夾緊→機械手上升→機械手正轉(zhuǎn)→機械手前伸→機械手下降→機械手松開→機械手上升→機械手后退→機械手逆轉(zhuǎn)→退至原位停止。</p><p>　　圖1-1 機械手基本形式示意圖</p><p>　　第二

36、章 機器人控制系統(tǒng)硬件選型</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　本系統(tǒng)主要是通過PLC對機器人手臂的控制，通過控制兩個直流電機的正反轉(zhuǎn)、兩個氣動裝置的驅(qū)動和傳感器的信號傳送來實現(xiàn)機械手的基本動作，可以使機械手實現(xiàn)定位，從a點抓取工件并且左右旋轉(zhuǎn)放到b點，同時另一機械手接受到信號，把工件從b點沿直線放到c點等一系列的自動控制過程，從而模擬出工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中機器人工作

37、的全部過程。</p><p>　　2.2 硬件設(shè)計的理論基礎(chǔ)</p><p>　　2.2.1 驅(qū)動系統(tǒng)的特點</p><p>　　工業(yè)機器人的驅(qū)動系統(tǒng)，按動力源分為液壓、氣動和電力三大類。根據(jù)需要也可以由這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。這三類基本驅(qū)動系統(tǒng)的主要特點如下：</p><p><b>　　液壓驅(qū)動系統(tǒng)</b&g

38、t;</p><p>　　輸出力：液壓壓力大，常在20-70kgf/cm輸出力可達100kgf/cm以上的力和力矩也大，可以得到較大的直線和回轉(zhuǎn)運動抓取重量可達100-800 kgf。</p><p>　　傳動性能：液壓壓縮小，傳動平穩(wěn)，無沖擊沒，基本無傳動帶滯后現(xiàn)象，反映較靈活最高速度可達2m/s。</p><p>　　控制性能：壓力，流量均易控制，可無級變速通過

39、調(diào)節(jié)壓力流量，可較方便的控制輸出功率，可達較高的精度。使用維護性能：油液粘度對溫度變化敏感，當溫度升高時，油粘度顯著下降。油液粘度的變化直接影響系統(tǒng)，工作性能，對密封和配合體制造精度要求較高，漏油會影響正常工作污染環(huán)境而且易造成失火。</p><p>　　圖2-1 液壓原理圖</p><p>　　體積重量：輸出相同的條件下，體積小重量輕，轉(zhuǎn)動慣量下。</p><p>

40、;　　壽命：潤滑性能好，壽命長。</p><p>　　成本；液壓元件成本較高，油路較復(fù)雜，運行成本較高。</p><p>　　應(yīng)用：適用于抓取較大的機械手和機器人，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。</p><p><b>　　2. 氣動驅(qū)動系統(tǒng)</b></p><p>　　圖2-2 氣壓原理圖</p><p>

41、;　　輸出力：壓縮空氣壓力低，一般428kgf/cm抓取重量小于30kgf。</p><p>　　傳動性能：壓縮空氣粘度小，管路損失小流速大，氣動傳動可達較高速度，但高速平穩(wěn)性差沖擊嚴重。</p><p>　　控制性能：低速不宜控制，因為氣壓壓縮性大，阻尼效果差，難于準確定位。一般不能作伺服控制。近年來國外研究出的氣壓伺服機構(gòu)可實現(xiàn)任意點定位精度高，速度快。</p><

42、p>　　使用維護性能：能在高溫多粉塵等惡劣條件下工做，耐負荷，無發(fā)熱問題。沒有爆炸著火危險，安全性好，使用維護簡單，但排氣噪音大要注意空氣中去除水分及系統(tǒng)潤滑防銹問題。</p><p>　　體積重量：壓力小，輸出力，體積大。</p><p>　　壽命：空氣取之不盡，用過之后排入大氣不許回收處理，機構(gòu)簡單。元件成本低，能量損失大。</p><p>　　應(yīng)用：適用

43、于抓取重量不大，而節(jié)拍快的作業(yè)。多用于點位控制，適于彈性握持和空氣吸附。</p><p><b>　　3. 電動驅(qū)動系統(tǒng)</b></p><p>　　圖2-3　電氣原理圖</p><p>　　2.2.2 驅(qū)動系統(tǒng)的選擇原則</p><p>　　設(shè)計機器人時，選擇哪一類驅(qū)動系統(tǒng)，要根據(jù)機器人的用途作業(yè)要求，機器人的性能規(guī)范

44、，控制功能，維護的復(fù)雜程度，運行功耗，性能與價格比以及現(xiàn)有條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅(qū)動系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，綜合上述各因素，充分論證其合理性，可行性，經(jīng)濟性以及可靠性后進行最終選擇。一般情況下，選擇如下：</p><p><b>　　(1) 控制方式</b></p><p>　　對物料搬運（包括上、下料）、沖壓用的有限點位控制的程序控制機器人，低速重負載時可選用

45、液壓驅(qū)動系統(tǒng)；中等負載時可選用電動驅(qū)動系統(tǒng)；輕負載、高速時可選用氣動驅(qū)動系統(tǒng)，沖壓機器人手爪多選用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)屬于輕負載運行，所以采用氣動驅(qū)動系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 作業(yè)環(huán)境要求</p><p>　　從事噴涂作業(yè)的工業(yè)機器人，由于工作環(huán)境需要防爆，考慮到其防爆性能，多采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)和具有本征防爆的交流電動伺服驅(qū)動系統(tǒng)。水下機器人、核工業(yè)專用機器人、空間機器人，

46、以及在腐蝕性、易燃易爆氣體、放射性物質(zhì)環(huán)境中工作的移動機器人，一般采用交流伺服驅(qū)動。如要求在潔凈環(huán)境中使用，則多要求采用直接驅(qū)動（Direct Drive——DD）電動機驅(qū)動系統(tǒng)。由于此機器人屬于實驗室用機器人，其作業(yè)環(huán)境干凈、整潔，所以采用電動機直接驅(qū)動系統(tǒng)。</p><p>　　(3) 操作運行速度</p><p>　　對于裝配機器人，由于要求其有較高的點位重復(fù)精度和較高的運行速度，通

47、常在運行速度相對較低（≤4.5m/s）的情況下，可采用AC、DC或步進電動機伺服驅(qū)動系統(tǒng)；在速度、精度要求均很高的條件下，多采用直接驅(qū)動（DD）電動機驅(qū)動系統(tǒng)。</p><p>　　機器人電動伺服驅(qū)動系統(tǒng)是利用各種電動機產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動機器人本體以獲得機器人的各種運動的執(zhí)行機構(gòu)。</p><p>　　對工業(yè)機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動的電動機，要求有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高起動轉(zhuǎn)矩

48、、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是像機器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動機，尤其是要求快速響應(yīng)時，伺服電動機必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且具有較大的短時過載能力。這是伺服電動機在工業(yè)機器人中應(yīng)用的先決條件。由此可見，本機械加工用工業(yè)機器人當然也采用了氣動程序控制系統(tǒng)。</p><p>　　綜上所述，根據(jù)本設(shè)計的機器人需要運行的速度、精度很高，并且又屬于輕負載，屬于實驗室用模型，所以機器

49、人的驅(qū)動系統(tǒng)采用電機和氣動驅(qū)動系統(tǒng)的混合控制。</p><p><b>　　2.2.3傳感器</b></p><p>　　由于在本系統(tǒng)中采用的傳感器得到信號要使汽缸動作，所以我選擇接近傳感器，分別為電容式、電感式、光電式和磁電式。接近開關(guān)是一種毋需與運動部件進行機械接觸而可以操作的位置開關(guān)，當物體接近開關(guān)的感應(yīng)面到動作距離時，不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關(guān)動作

50、，從而驅(qū)動交流或直流電器或給計算機裝置提供控制指令。接近開關(guān)是種開關(guān)型傳感器（即無無觸點開關(guān)），它即有行程開關(guān)、微動開關(guān)的特性，同時具有傳感性能，且動作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長，抗干擾能力強等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點。產(chǎn)品有電感式、電容式、霍爾式、交、直流型。</p><p>　　接近傳感器又稱無觸點接近傳感器，是理想的電子開關(guān)量傳感器。當金屬檢測體接近傳感器的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸，無壓

51、力無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準確反應(yīng)出運動機構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機械式行程開關(guān)所不能相比的。它廣泛地應(yīng)用于機床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動控制系統(tǒng)中可作為限位、計數(shù)、定位控制和自動保護環(huán)節(jié)。接近傳感器具有使用壽命長、工作可靠、重復(fù)定位精度高、無機械磨損、無火花、無噪音、抗振能力強等特點。因此到目前為止，接近傳感器的應(yīng)用范圍日益廣泛

52、，其自身的發(fā)展和創(chuàng)新的速度也是極其迅速。</p><p><b>　　1.電容式傳感器</b></p><p>　　電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化的一種傳感器。電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器。根據(jù)電容傳感器的工作原理可以分為變極距、變介質(zhì)和變面積。電容式傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動振幅(測至 0.05μm 的微小振幅)，尤其適合

53、測量高頻振動振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機械量，還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等。在自動檢測和控制系統(tǒng)中也常常用來作為位置信號發(fā)生器。在本系統(tǒng)中電容傳感器采用LR18XCF05SB0電容傳感器，接線圖和參數(shù)如表2-4和圖2-5所示：</p><p>　　表2-4 LR18XCF05SB0式電容傳感器的參數(shù)表</p>

54、<p>　　圖2-5 LR18XCF05SB0式電容傳感器的接線圖</p><p>　　電容傳感器具有以下優(yōu)點：1.可獲得較大的相對變化量。用應(yīng)變片測量時，一般得到電阻的相對變化量小于1%，而電容傳感器的相對變化量可以達到100%或更大大些。2.動態(tài)響應(yīng)快。電容傳感器由于極板間的靜電引力很小，需要的作用能量極小，可動部分可以做的小而薄，質(zhì)量輕，因此固有頻率高，動態(tài)響應(yīng)時間短，能在幾兆赫的頻率下工作

55、，特適合與動態(tài)測量；可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù)，如振動等。3. 分辨率高由于傳感器的帶電極板間的引力極小，需要輸入能量低，所以特別適合于用來解決輸入能量低的問題，如測量極小的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力非常高，能感受 0.001μm ，甚至更小的位移。4.溫度穩(wěn)定性好。電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又由于本身發(fā)熱極小，因此影響穩(wěn)定性也

56、極微小。5.可實現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)。如回轉(zhuǎn)軸的振動或偏心、小型滾珠軸承的徑向間隙等，采用非接觸測量時，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響。</p><p><b>　　2.電感傳感器</b></p><p>　　電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實現(xiàn)非電量的一種裝置。利用電感式傳感器，能對位移壓力振動應(yīng)變等參數(shù)進行測量。電

57、感式傳感器也成為自感式傳感器或可變磁阻式傳感器。它有鐵心、線圈和銜鐵所組成。線圈是套在鐵心上的。在鐵心和銜鐵之間有一個空氣隙，。傳感器的運動部分與銜鐵相連，運動部分產(chǎn)生位移變化時，空氣隙的厚度產(chǎn)生變化，從而使電感值發(fā)生變化。電感式傳感器可以用來測量檢測金屬物體。它具有結(jié)構(gòu)簡單靈敏度高輸出功率大輸出阻抗小抗干擾能力強，因此在機電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。在本系統(tǒng)中采用CR18CF05AT0型電感傳感器，接線圖和參數(shù)如表2-6和圖2-7所示

58、：</p><p>　　表2-6 CR18CF05AT0型電感傳感器參數(shù)表</p><p>　　圖2-7 CR18CF05AT0型電感傳感器接線圖</p><p>　　電感式傳感器的特點是：1.無活動觸點、可靠度高、壽命長；2.分辨率高；3.靈敏度高；4.線性度高、重復(fù)性好；5.測量范圍寬（測量范圍大時分辨率低）；6.無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；7.對

59、激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；8.不適用于高頻動態(tài)測量。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。</p><p><b>　　3.光電傳感器</b>&

60、lt;/p><p>　　光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。安防系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來記數(shù)機械臂的運動次數(shù)。光電開關(guān)的分類按檢測方式可分為反射式、對射式和鏡面反

61、射式三種類型。</p><p>　　光電開關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達到探測的目的。由于光電開關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場合得到應(yīng)用。所以光電傳感器采用的是PR18G-TM10A-E2。如表2-8和圖2-9所示：</p><p>　　表2-8 PR18G-TM10A-E2型光電傳感器的參數(shù)表</

62、p><p>　　圖2-9 PR18G-TM10A-E2型光電傳感器的接線圖</p><p><b>　　4.磁電傳感器</b></p><p>　　磁是人們熟知的一種物理現(xiàn)象，廣泛應(yīng)用于日常生活和自動化控制中。磁和電可以通過線圈互相進行轉(zhuǎn)換。磁電式傳感器有時也稱作電動式或感應(yīng)式傳感器，它是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，是一種機-電能量

63、變化型傳感器,不需要供電電源，電路簡單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小。它只適合進行動態(tài)測量。由于它有較大的輸出功率，故配用電路較簡單；零位及性能穩(wěn)定；工作頻帶一般為10～1000Hz。磁電式傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的磁電轉(zhuǎn)換器件根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，N閘線圈在磁場中作切割磁力線運動或線圈所在磁場的磁通發(fā)生化時，線圈中所產(chǎn)生所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。由此可以將電感式傳感器分為恒通式和變磁通式兩種。本文中采用FN18DNO-E2型電感傳感器如表

64、2-10和圖2-11所示：</p><p>　　表2-10 FN18DNO-E2型電感傳感器的參數(shù)表 </p><p>　　圖2-11 FN18DNO-E2型電感傳感器的接線圖</p><p><b>　　5.磁性傳感器</b></p><p>　　霍爾電流傳感器是將交直流電流電壓功率頻率等電信號,隔離轉(zhuǎn)換成4-20

65、mA/0-10V等各種標準信號在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為UH的霍爾電壓 。 </p><p><b>　　霍爾傳感器的特點</b></p><p>　　1. 測量范圍廣：它可以測量任意波形的電流和電壓，如直流、交流、脈沖、三角波形等，甚至對瞬態(tài)峰值電流、電壓信號也能忠實地

66、進行反映; </p><p>　　2. 響應(yīng)速度快：最快者響應(yīng)時間只為1us。 </p><p>　　3. 測量精度高：其測量精度優(yōu)于1%，該精度適合于對任何波形的測量。普通互感器是感性元件，接入后影響被測信號波形，其一般精度為3%~5%，且只適合于50Hz 正弦波形。 </p><p>　　4. 線性度好：優(yōu)于0.2% </p><p>　

67、　5. 動態(tài)性能好：響應(yīng)時間快，可小于1us;普通互感器的響應(yīng)時間為10~20ms。 </p><p>　　6. 工作頻帶寬：在0~100KHz 頻率范圍內(nèi)的信號均可以測量。 </p><p>　　7. 可靠性高，平均無故障工作時間長：平均無故障工作時間>5 10 小時 </p><p>　　8. 過載能力強、測量范圍大：0---幾十安培~上萬安培 </

68、p><p>　　9. 體積小、重量輕、易于安裝。 </p><p>　　由于霍爾電流電壓傳感器以上的優(yōu)點，故而可廣泛應(yīng)用與變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS 電源、逆變焊機、電解電鍍、數(shù)控機床、微機監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測電流電壓的各個領(lǐng)域中。在本系統(tǒng)中采用FLJ12A-210NKXIN型的霍爾傳感器,如表2-12所示</p><p>　　表2-12 FLJ1

69、2A-210NKXIN型的霍爾傳感器。</p><p>　　2.2.4伺服電機的工作原理</p><p><b>　　2-13伺服電動機</b></p><p>　　1.伺服系統(tǒng)(servomechanism)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺

70、服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。 </p><p>　　直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電

71、機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 </p><p>　　無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。 <

72、/p><p>　　2.交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應(yīng)用。 </p><p>　　3.伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目

73、標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。 </p><p><b>　　伺服電機的應(yīng)用</b></p><p>　　直流伺服電機可應(yīng)用在是火花機、機械手、精確的機器等?？赏瑫r配置2500P/R高分析度的標準編碼器及測速器，更能加配減速箱、令機械設(shè)備帶來可靠的準確性及高扭力。 調(diào)速性好，單位重量和體積下，輸出功率最高，大于交流電機，更

74、遠遠超過步進電機。多級結(jié)構(gòu)的力矩波動小。 </p><p>　　2.2.5直流電動機 </p><p><b>　　直流電機的選擇：</b></p><p>　?。?）軋鋼機、電氣機車、無軌電車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。</p><p>　?。?）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等。</p>

75、;<p>　?。?）家庭：電動縫紉機、電動自行車、電動玩具。</p><p>　　直流電機的優(yōu)缺點: </p><p>　?、?直流發(fā)電機的電勢波形較好，受電磁干擾的影響小。 </p><p>　?、?直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。 </p><p>　?、?直流電動機過載能力較強，起動和制動轉(zhuǎn)矩較大。 </p&

76、gt;<p>　?、?由于存在換向器，其制造復(fù)雜，成本較高。</p><p>　　⑤ 直流電動機存在直流電源問題</p><p><b>　　直流電機的用途:</b></p><p>　　直流電機包括直流發(fā)電機和直流電動機，兩者具有可逆性。</p><p>　　作電源用：直流發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能 &

77、lt;/p><p>　　作動力用：直流電動機將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能 </p><p>　　我們本系統(tǒng)主要內(nèi)容是通過PLC控制機器人模型，從而該模型的動力系統(tǒng)我們選擇小型直流電機</p><p>　　2.3 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的

78、控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Program

79、mable Logic Controller（PLC）。</p><p>　　目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進

80、程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。</p><p>　　2.3.1 PLC的構(gòu)成</p><p>　　從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。</p>&l

81、t;p>　　2.3.2 PLC的工作原理</p><p>　　可編程序控制器主要由中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM/ROM）、輸入/輸出部件（I/O單元）、電源和編程器幾大部分。可編程序控制器控制系統(tǒng)示意圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-14 PLC控制系統(tǒng)示意圖</p><p>　　可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)

82、和停止（STOP）狀態(tài)。</p><p><b>　　圖2-15掃描過程</b></p><p><b>　　第三章 電路設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1 硬件結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　機械手用來將工件從A點搬運到B點（如圖3-1），輸出Q0.1為1時工

83、件被夾緊，為0時被松開。工作方式選擇開關(guān)的5個位置分別對應(yīng)于5種工作方式，操作面板下部的9個按鈕式手動按鈕分別對用于緊急停車、啟動、停止、下降、上升、右行、左行、夾緊、松開。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時）能可靠地切斷負載電源，設(shè)置了交流接觸器KM。PLC開始運行時按下“負載電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點接通，給外部負載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負載電源。</p><

84、;p>　　圖3-1 機械手的運動示意圖</p><p>　　3.2機械手電源回路</p><p>　　機械手系統(tǒng)原理圖，圖3-2主要是通過交流220V接開關(guān)電源變成直流24V，當?shù)蛪簲嗦菲鱍R1閉合，機械手控制系統(tǒng)得電，熔斷器的作用起電路保護作用，防止過大電流沖擊。圖中電源G1 G2 G3分別為PLC電源，伺服電機電源和直流電動機電源。</p><p>　　圖

85、3-2機械手電源回路</p><p>　　3.3機械手轉(zhuǎn)臺控制回路</p><p>　　機械手轉(zhuǎn)臺控制回路,如圖3-3所示。當Q0.4為“1”即繼電器KM1得電時直流電動機左旋。當Q0.5為“1”即繼電器KM2得電時直流電動機右旋。</p><p>　　圖3-3機械手轉(zhuǎn)臺控制回路</p><p>　　3.4 PLC控制系統(tǒng)</p>

86、<p>　　3.4.1機械手輸入信號</p><p>　　機械手系統(tǒng)PLC輸入信號。SB1是伸出限位開關(guān)，接至PLC的I0.0輸入。SB2是縮回限位開關(guān)，接至PLC的I0.1輸入。SB3是上升限位開關(guān)，接至PLC的I0.2輸入。SB4是夾緊限位開關(guān)，接至PLC的I0.4輸入。SB5是左旋限位開關(guān)，接至PLC的I0.5輸入。SB6是右旋限位開關(guān)，接至PLC的I0.6輸入。SB7是移動到位限位開關(guān)，接至

87、PLC的I0.7輸入。SB8是復(fù)位到位限位開關(guān)，接至PLC的I1.0輸入。SB9是手動左旋開關(guān)，接至PLC的I1.1輸入。SB10是手動右旋開關(guān)，接至PLC的I1.2輸入。SB11是手動提升開關(guān)，接至PLC的I1.3輸入。SB12是手動下降開關(guān)，接至PLC的I1.4輸入。SB13是手動伸出開關(guān)，接至PLC的I1.5輸入。SB14是手動縮回開關(guān)，接至PLC的I1.6輸入。SB15是手動/自動切換開關(guān)，接至PLC的I1.7輸入。SB16是緊

88、急停止開關(guān)，接至PLC的I2.0輸入,其接線圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 機手輸入信號接線圖</p><p>　　3.4.2機械手輸出信號械</p><p>　　PLC輸出信號。S7-200PLC的Q0.0是高速脈沖輸出口，加到左右行走伺服驅(qū)動器的PLS+，經(jīng)過PLS-流回S7-200PLC的公共端，構(gòu)成左右行走伺服驅(qū)動器的行走脈沖來控制伺服電機

89、。S7-200PLC的Q0.1也是高速脈沖輸出口，高速脈沖信號經(jīng)過2千歐的電阻限流，加到升降伺服驅(qū)動器的PLS+，經(jīng)過PLS-流回S7-200PLC的公共端，構(gòu)成升降伺服驅(qū)動器的升降脈沖來控制伺服電機。</p><p>　　S7-200PLC的Q0.2是機械手左右行走正反轉(zhuǎn)控制端，通過2千歐的電阻限流，加到左右行走伺服驅(qū)動器的DIR+，經(jīng)過DIR-流回S7-200PLC的公共端，構(gòu)成行走伺服動器的正驅(qū)動和反驅(qū)動。

90、來實現(xiàn)對行走伺服電機正反轉(zhuǎn)的控制，實現(xiàn)機械手的左移和右移的控制。S7-200PLC的Q0.3是機械手上升、下降的控制端，通過2千歐的電阻限流，加到上升、下降伺服驅(qū)動器的DIR+，經(jīng)過DIR-流回S7-200PLC的公共端。構(gòu)成上升、下降伺服驅(qū)動器的正驅(qū)動和反驅(qū)動。來實現(xiàn)對上升、下降伺服電機正反轉(zhuǎn)的控制，實現(xiàn)機械手的上升、下降的控制。S7-200 PLC Q0.4、Q0.5是機械手轉(zhuǎn)臺左旋，右旋的控制端。S7-200 PLC Q0.6、Q

91、0.7是機械手手抓抓緊放松控制端。</p><p><b>　　3.4.3電源接線</b></p><p>　　電源是PLC引入干擾的主要途徑之一，PLC應(yīng)盡可能取用電壓波動較小、波形畸變較小的電源，這對提高PLC的可靠性有很大幫助。PLC的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機等）分開。為了提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力，可編程序控制器供電回路一般可

92、采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開關(guān)電源等。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾。隔離變壓器是初級和次級之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或同等非導(dǎo)磁材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引出一個接地抽頭。初級與次級之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點。在選用交流穩(wěn)壓器時，一般可按照實際最大需求容量的130%計算。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠。</p><p>　　PL

93、C供電電源為50Hz、220V10%的交流電。由于本設(shè)計使用的是FX1N系列可編程控制器，所以有直流24V輸出接線端。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開關(guān)或接近開關(guān)）提供直流24V電源。</p><p><b>　　3.4.4接地</b></p><p>　　正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制

94、系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。</p><p>　　第四章 程序設(shè)計及調(diào)試</p><p>　　本章針對機械手控制系統(tǒng)的用戶程序經(jīng)行設(shè)計。對設(shè)計任務(wù)要求、

95、IO分配、系統(tǒng)工作流程、編程設(shè)計思路、以及模擬調(diào)試經(jīng)行逐一地介紹。</p><p>　　4.1設(shè)計任務(wù)及要求</p><p>　　通過機械手搬運，把物料從生產(chǎn)流水線上搬運至裝配單元，便于裝配。</p><p>　　機械手搬運的物料的重量為：200g——2000g。</p><p>　　機械手有上升、下降、回轉(zhuǎn)180度，伸縮功能，整個控制系統(tǒng)能

96、自動循環(huán)工作，也可手工調(diào)整。</p><p>　　手動運行調(diào)試：當手動./自動開關(guān)I1.7為“0”時進入手動運行方式，分別按下左旋、右旋、上升、下降、伸出和縮回6個按鈕，實現(xiàn)其對應(yīng)的功能。</p><p>　　自動運行調(diào)試：當手動./自動開關(guān)I1.7為“1”時進入自動運行方式，依次實現(xiàn)下降－伸出－夾緊－上升－右旋－下降－放松－縮回－上升－左旋動作。若在自動運行期間按下緊急停止按鈕I2.0，

97、機械手立即停止動作。</p><p><b>　　4.2 I/O分配</b></p><p>　　4.3 設(shè)計系統(tǒng)工作流程</p><p>　　根據(jù)機械手動作以及需要實現(xiàn)的功能，設(shè)計出如圖4-3所示的機械手控制系統(tǒng)流程圖。</p><p>　　圖4-3機械手控制系統(tǒng)流程圖</p><p><

98、b>　　4.4編程設(shè)計思路</b></p><p>　　根據(jù)上文中設(shè)計的狀態(tài)流程圖決定選用順序控制的編程方式。而編程中的最大難點便是如何來實現(xiàn)PLC對伺服電機的控制。我們選用PLC的PLUS指令來實現(xiàn)對伺服電機的控制。而西門子S7-200系列PLC的PLUS指令可以使用3種方法生成，分別是軟件向?qū)ё詣由傻腜TO程序，西門子提供的技術(shù)支持MAP庫程序和利用EM253模塊。這3種方法都能提供精確的

99、絕對位置和相對位置。脈沖串（PTO）提供方波輸出（50%占空比），用戶控制周期和脈沖數(shù)。脈沖寬度可調(diào)制（PWM）能提供連續(xù)、變占空比輸出，用戶控制周期和脈沖寬度。</p><p><b>　　4.5模擬調(diào)試</b></p><p>　　編制PLC控制程序的方法很多，主要的有以下幾種典型的編程方法：圖解法編程、經(jīng)驗法編程、計算機輔助設(shè)計編程。</p>&l

100、t;p>　　圖解法是靠畫圖進行PLC程序設(shè)計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。在自動運行過程中由于機械手的控制可以分為一個個步驟來實現(xiàn)，因此，利用步進順控法來進行編程較為容易實現(xiàn)。而在手動運行過程中需要程序邏輯思路清晰、輸入與輸出的因果關(guān)系及連鎖關(guān)系明確，因此利用邏輯流程圖法來實現(xiàn)。接下來簡單介紹下程序的功能。</p><p>　　4.5.1運行過程：</p>&

101、lt;p>　　手動實現(xiàn)機械手轉(zhuǎn)臺的左旋以及右旋，并且互鎖保證轉(zhuǎn)臺不會同時執(zhí)行左旋和右旋兩個動作。程序如圖4-5-1所以</p><p>　　圖4-5-1左右旋轉(zhuǎn)控制程序</p><p>　　地址位VD200表示最小運動速度，VD204表示最大運動速度，VD208表示伺服電機從啟動到勻速所需的加速度，程序如圖4-5-2所示</p><p>　　圖4-5-2 賦值

102、程序</p><p>　　Q0.0 CTRL模塊為MAP庫指令中對左右移脈沖的控制模塊。該塊用于傳遞全局參數(shù)，每個掃描周期都需要被調(diào)用。程序如圖4-5-3所示</p><p>　　圖4-5-3 Q0.0 CTRL模塊程序</p><p>　　Q0.0 STOP模塊為MAP庫指令中的停止模塊，用來保護電機安全不會出現(xiàn)過沖或者飛車的問題。當伸出限位開關(guān)或者縮回限位開關(guān)得

103、到信號后立即停止機械手的左右移動。程序如圖4-5-4所示。</p><p>　　圖4-5-4Q0.0 STOP模塊圖</p><p>　　Q0.0 Move Velocity模塊為MAP庫指令中的速度模塊。只能根據(jù)給定速度和方向勻速運行。按下伸出或縮回按鈕機械手勻速橫向移動。Velocity端為運動速度.Direction端設(shè)定伸出按鈕為“1”時伺服電機正轉(zhuǎn)，即機械手伸出。程序如圖4-5-

104、5所示。</p><p>　　圖4-5-5 Q0.0 Move Velocity模塊程序 </p><p><b>　　4.5.2運行：</b></p><p>　　狀態(tài)S0.0中實現(xiàn)了機械手的自動下降過程。地址位V140.1決定機械手上下移動方向。在S0.0得電100ms后Q0.1 MoveRelative模塊開始工作。NUMPLUSE端為移

105、動距離所對應(yīng)的脈沖數(shù)，Velocity端為運動速度，Direction端設(shè)定地址位V140.1為“1”時伺服電機正轉(zhuǎn)，即機械手下降。</p><p>　　狀態(tài)S0.1（伸出）：將方向地址位V140.2置“1”，等電100ms后，伺服電機按照給定距離，給定速度左右移動實現(xiàn)伸出功能。走完給定距離以后完成為V145.2置“1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0.2，即夾緊功能，同時將方向地址位和完成位復(fù)位。</p>&l

106、t;p>　　狀態(tài)S0.2（夾緊）：實現(xiàn)夾緊功能，在完成夾緊動作之后跳轉(zhuǎn)到S0.3，即上升功能。</p><p>　　狀態(tài)S0.3（上升）：將方向地址位V140.1置“0”，等電100ms后，伺服電機按照給定距離，給定速度縱向移動實現(xiàn)上升功能。走完給定距離以后完成為V145.1置“1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0.4，即右旋功能，同時將方向地址位和完成位復(fù)位。</p><p>　　狀態(tài)S0.4（

107、右旋）：實現(xiàn)右旋功能。由于每計一個數(shù)轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)6度，因此轉(zhuǎn)180度需要計數(shù)30次。在計數(shù)器計數(shù)到30后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0.5，即下降功能，同時停止旋轉(zhuǎn)復(fù)位中間繼電器。</p><p>　　狀態(tài)S0.5(下降)：將方向地址位V140.1置“1”，等電100ms后，伺服電機按照給定距離，給定速度上下移動實現(xiàn)下降功能。走完給定距離以后完成為V145.1置“1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0.6，即放松功能，同時將方向地址位和完成位復(fù)位。

108、</p><p>　　狀態(tài)S0.6（放松）：實現(xiàn)放松功能，在完成放松動作之后跳轉(zhuǎn)到S0.7，即縮回功能。</p><p>　　狀態(tài)S0.7（縮回）：將方向地址位V140.2置“0”，等電100ms后，伺服電機按照給定距離，給定速度左右移動實現(xiàn)縮回功能。走完給定距離以后完成為V145.2置“1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1.0，即上升功能，同時將方向地址位和完成位復(fù)位。</p><

109、p>　　狀態(tài)S1.0(上升)：將方向地址位V140.1置“0”，等電100ms后，步進電機按照給定距離，給定速度上下移動實現(xiàn)上升功能。走完給定距離以后完成為V145.1置“1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1.1，即左旋功能，同時將方向地址位和完成位復(fù)位。</p><p>　　狀態(tài)S1.1（左旋）：實現(xiàn)右旋功能。由于每計一個數(shù)轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)6度，因此轉(zhuǎn)180度需要計數(shù)30次。在計數(shù)器計數(shù)到30后停止旋轉(zhuǎn)功能。</p>