機(jī)械手畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告</b></p><p>　　姓 名 </p><p>　　專 業(yè) 電氣自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) 電氣自動(dòng)化三班 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 2012321

2、308 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2015年3月13日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 機(jī)械手的基本介紹1</p><p>　　1.1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)組成1</p

3、><p>　　1.1.1 氣動(dòng)手爪1</p><p>　　1.1.2 伸縮氣缸1</p><p>　　1.1.3 回轉(zhuǎn)氣缸及墊板2</p><p>　　1.1.4 提升氣缸2</p><p>　　1.2 直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件2</p><p>　　1.3 氣動(dòng)控制回路3</p>

4、<p><b>　　2 傳感器部分5</b></p><p>　　2.1 傳感器簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.2 磁性開(kāi)關(guān)5</p><p>　　2.3 光電傳感器和光纖傳感器5</p><p>　　3 伺服電機(jī)應(yīng)用7</p><p>　　3.1 伺服系統(tǒng)7</p&

5、gt;<p>　　3.2 交流伺服系統(tǒng)的位置控制模式8</p><p><b>　　3.3 接線10</b></p><p>　　3.4 伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置與調(diào)整10</p><p>　　3.4.1 參數(shù)設(shè)置方式操作說(shuō)明10</p><p>　　3.4.2 面板操作說(shuō)明：11</p>

6、<p>　　3.4.3 部分參數(shù)說(shuō)明11</p><p>　　3.5 最大速度（MAX_SPEED）和啟動(dòng)/停止速度（SS_SPEED）12</p><p>　　3.6 移動(dòng)包絡(luò)13</p><p>　　4 PLC程序編寫(xiě)15</p><p>　　4.1 PLC的選型和I/O接線15</p><p&

7、gt;　　4.2 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置15</p><p>　　4.3 編寫(xiě)和調(diào)試PLC控制程序16</p><p>　　4.4 初態(tài)檢查復(fù)位子程序和回原點(diǎn)子程序19</p><p>　　4.5 急停處理子程序20</p><p><b>　　個(gè)人收獲23</b></p><p>&l

8、t;b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　附 錄25</b></p><p><b>　　致 謝28</b></p><p>　　1 機(jī)械手的基本介紹</p><p>　　1.1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)組成</p><p>　　1.1

9、.1 氣動(dòng)手爪</p><p>　　用于在各個(gè)工作站物料臺(tái)上抓取/放下工件。由一個(gè)二位五通雙向電控閥控制。見(jiàn)圖 1-1 </p><p>　　圖 1-1 氣動(dòng)手爪</p><p>　　1.1.2 伸縮氣缸</p><p>　　用于驅(qū)動(dòng)手臂伸出縮回。由一個(gè)二位五通單向電控閥控制。見(jiàn)圖 1-2</p><p>　　圖 1-

10、2 伸縮氣缸</p><p>　　1.1.3 回轉(zhuǎn)氣缸及墊板</p><p>　　用于驅(qū)動(dòng)手臂正反向90度旋轉(zhuǎn)，由一個(gè)二位五通單向電控閥控制。見(jiàn)圖 1-3，圖 1-4</p><p>　　圖 1-3 氣動(dòng)擺臺(tái)</p><p><b>　　圖 1-4 墊板</b></p><p>　　1.1.4 提

11、升氣缸</p><p>　　用于驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)械手提升與下降。由一個(gè)二位五通單向電控閥控制。見(jiàn)圖 1-5</p><p>　　圖 1-5 提升機(jī)構(gòu)</p><p>　　1.2 直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件</p><p>　　直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件用以拖動(dòng)抓取機(jī)械手裝置作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，完成精確定位的功能。抓取機(jī)械手裝置是一個(gè)能實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)（即升降、伸縮、氣動(dòng)手

12、指夾緊/松開(kāi)和沿垂直軸旋轉(zhuǎn)的四維運(yùn)動(dòng)）的工作單元，該裝置整體安裝在直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件的滑動(dòng)溜板上，在傳動(dòng)組件帶動(dòng)下整體作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，定位到其他各工作單元的物料臺(tái)，然后完成抓取和放下工件的功能傳動(dòng)組件由直線導(dǎo)軌底板、伺服電機(jī)及伺服放大器、同步輪、同步帶、直線導(dǎo)軌、滑動(dòng)溜板、拖鏈和原點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)、左、右極限開(kāi)關(guān)組成。伺服電機(jī)由伺服電機(jī)放大器驅(qū)動(dòng)，通過(guò)同步輪和同步帶帶動(dòng)滑動(dòng)溜板沿直線導(dǎo)軌作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。從而帶動(dòng)固定在滑動(dòng)溜板上的抓取機(jī)械手裝置作

13、往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。同步輪齒距為 5mm，共 12 個(gè)齒即旋轉(zhuǎn)一周搬運(yùn)機(jī)械手位移 60mm。抓取機(jī)械手裝置上所有氣管和導(dǎo)線沿拖鏈敷設(shè)，進(jìn)入線槽后分別連接到電磁閥組和接線端口上原點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)和左、右極限開(kāi)關(guān)安裝在直線導(dǎo)軌底板上。</p><p>　　原點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)是一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)的電感式接近傳感器，用來(lái)提供直線運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)信號(hào)。</p><p>　　左、右極限開(kāi)關(guān)均是有觸點(diǎn)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，用來(lái)提供越程故障時(shí)的

14、保護(hù)信號(hào)：當(dāng)滑動(dòng)溜板在運(yùn)動(dòng)中越過(guò)左或右極限位置時(shí)，極限開(kāi)關(guān)會(huì)動(dòng)作，從而向系統(tǒng)發(fā)出越程故障信號(hào)。</p><p>　　1.3 氣動(dòng)控制回路</p><p>　　輸送單元的抓取機(jī)械手裝置上的所有氣缸連接的氣管沿拖鏈敷設(shè)，插接到電磁閥組上，其氣動(dòng)控制回路如圖 1-6 所示。</p><p>　　圖 1-6 輸送單元?dú)鈩?dòng)控制回路原理圖</p><p>

15、;　　在氣動(dòng)控制回路中，驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)氣缸和氣動(dòng)手指氣缸的電磁閥采用的是二位五通雙電控電磁閥。雙電控電磁閥與單電控電磁閥的區(qū)別在于，對(duì)于單電控電磁閥，在無(wú)電控信號(hào)時(shí)，閥芯在彈簧力的作用下會(huì)被復(fù)位，而對(duì)于雙電控電磁閥，在兩端都無(wú)電控信號(hào)時(shí)，閥芯的位置是取決于前一個(gè)電控信號(hào)。</p><p><b>　　2 傳感器部分</b></p><p><b>　　2.1 傳感

16、器簡(jiǎn)介</b></p><p>　　本機(jī)械手設(shè)計(jì)所使用的傳感器都是接近傳感器，它利用傳感器對(duì)所接近的物體具有的敏感特性來(lái)識(shí)別物體的接近，并輸出相應(yīng)開(kāi)關(guān)信號(hào)，因此，接近傳感器通常也稱為接近開(kāi)關(guān)。</p><p><b>　　2.2 磁性開(kāi)關(guān)</b></p><p>　　磁性開(kāi)關(guān)用來(lái)檢測(cè)氣缸活塞位置的，即檢測(cè)活塞的運(yùn)動(dòng)行程的。氣缸的活塞

17、上安裝一個(gè)永久磁鐵的磁環(huán)，從而提供一個(gè)反映氣缸活塞位置的磁場(chǎng)。而安裝在氣缸外側(cè)的磁性開(kāi)關(guān)用舌簧開(kāi)關(guān)作磁場(chǎng)檢測(cè)元件。當(dāng)氣缸中隨活塞移動(dòng)的磁環(huán)靠近開(kāi)關(guān)時(shí)，舌簧開(kāi)關(guān)的兩根簧片被磁化而相互吸引，觸點(diǎn)閉合；當(dāng)磁環(huán)移開(kāi)開(kāi)關(guān)后，簧片失磁，觸點(diǎn)斷開(kāi)。觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)即提供了氣缸活塞伸出或縮回的位置。</p><p>　　磁性開(kāi)關(guān)安裝位置的調(diào)整方法是松開(kāi)它的緊定螺栓，讓磁性開(kāi)關(guān)順著氣缸滑動(dòng)，到達(dá)指定位置后，再旋緊緊固螺栓。</

18、p><p>　　2.3 光電傳感器和光纖傳感器</p><p>　　光電傳感器“光電傳感器” 是利用光的各種性質(zhì)，檢測(cè)物體的有無(wú)和表面狀態(tài)的變化等的傳感器。其中輸出形式為開(kāi)關(guān)量的傳感器為光電式接近開(kāi)關(guān)。</p><p>　　漫射式光電開(kāi)關(guān)是利用光照射到被測(cè)物體上后反射回來(lái)的光線而工作的，由于物體反射的光線為漫射光，故稱為漫射式光電接近開(kāi)關(guān)。它的光發(fā)射器與光接收器處于同一

19、側(cè)位置。且為一體化結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖 2-1 E3Z-L61 光電開(kāi)關(guān)電路原理圖</p><p><b>　　3 伺服電機(jī)應(yīng)用</b></p><p><b>　　3.1 伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　現(xiàn)代高性能的伺服系統(tǒng)，大多數(shù)采用永磁交流伺服系統(tǒng)其中包括永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)

20、和全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器兩部分。</p><p>　　伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的 U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。</p><p>　　交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器主要有伺服控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、通訊接口單元、伺服電動(dòng)機(jī)

21、及相應(yīng)的反饋檢測(cè)器件組成，其中伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器等等。結(jié)構(gòu)組成如圖 3-1 所示。</p><p>　　圖 3-1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)</p><p>　　伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM 內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電

22、路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。</p><p>　　功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過(guò)整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。再通過(guò)三相正弦 PWM 電壓型逆變器變頻來(lái)驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。逆變部分（DC-AC）采用功率器件集成驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路和功率開(kāi)關(guān)于一體的智能功率模塊（IPM），主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是采用了三相橋式

23、電路，原理圖見(jiàn)圖 3-2。利用了脈寬調(diào)制技術(shù)即 PWM，（Pulse Width Modulation）通過(guò)改變功率晶體管交替導(dǎo)通的時(shí)間來(lái)改變逆變器輸出波形的頻率,改變每半周期內(nèi)晶體管的通斷時(shí)間比,也就是說(shuō)通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變逆變器輸出電壓副值的大小以達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的</p><p>　　圖 3-2 三相逆變電路</p><p>　　3.2 交流伺服系統(tǒng)的位置控制模式</p>

24、;<p>　　伺服驅(qū)動(dòng)器輸出到伺服電機(jī)的三相電壓波形基本是正弦波（高次諧波被繞組電感濾除），而不是像步進(jìn)電機(jī)那樣是三相脈沖序列，即使從位置控制器輸入的是脈沖信號(hào)。</p><p>　　伺服系統(tǒng)用作定位控制時(shí)，位置指令輸入到位置控制器，速度控制器輸入端前面的電子開(kāi)關(guān)切換到位置控制器輸出端，同樣，電流控制器輸入端前面的電子開(kāi)關(guān)切換到速度控制器輸出端。因此，位置控制模式下的伺服系統(tǒng)是一個(gè)三閉環(huán)控制系統(tǒng)，兩

25、個(gè)內(nèi)環(huán)分別是電流環(huán)和速度環(huán)。</p><p>　　由自動(dòng)控制理論可知，這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和抗干擾能力。在足夠高的開(kāi)環(huán)增益下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差接近為零。這就是說(shuō)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，伺服電機(jī)以指令脈沖和反饋脈沖近似相等時(shí)的速度運(yùn)行。反之，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)前，系統(tǒng)將在偏差信號(hào)作用下驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速或減速。若指令脈沖突然消失（例如緊急停車時(shí)，PLC立即停止向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖），伺服電機(jī)仍會(huì)運(yùn)行到反饋脈沖數(shù)等于指令

26、脈沖消失前的脈沖數(shù)才停止。</p><p>　　位置控制模式下電子齒輪的概念位置控制模式下，等效的單閉環(huán)系統(tǒng)方框圖如圖 3-3 所示。</p><p>　　圖 3-3 等效的單閉環(huán)位置控制系統(tǒng)方框圖</p><p>　　圖中，指令脈沖信號(hào)和電機(jī)編碼器反饋脈沖信號(hào)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器后，均通過(guò)電子齒輪變換才進(jìn)行偏差計(jì)算。電子齒輪實(shí)際是一個(gè)分-倍頻器，合理搭配它們的分-倍頻值，可

27、以靈活地設(shè)置指令脈沖的行程。松下 MINAS A4 系列 AC 伺服電機(jī)?驅(qū)動(dòng)器在 機(jī)械手中，采用了松下 MADDT1207003 全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)裝置作為運(yùn)輸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制裝置。</p><p>　　MHMD022P1U 的含義：MHMD 表示電機(jī)類型為大慣量，02 表示電機(jī)的額定功率為200W，2表示電壓規(guī)格為 200V，P 表示編碼器為增量式編碼器，脈沖數(shù)為 2500p/r，分辨率 10000，

28、輸出信號(hào)線數(shù)為 5 根線。</p><p>　　圖 3-4 伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)概圖</p><p>　　MADDT1207003 的含義：MADDT 表示松下 A4 系列 A 型驅(qū)動(dòng)器，T1 表示最大瞬時(shí)輸出電流為 10A，2 表示電源電壓規(guī)格為單相 200V，07 表示電流監(jiān)測(cè)器額定電流為7.5A，003 表示脈沖控制專用。</p><p><b>　　3.3

29、 接線</b></p><p>　　MADDT1207003 伺服驅(qū)動(dòng)器面板上有多個(gè)接線端口，其中：</p><p>　　X1：電源輸入接口，AC220V 電源連接到 L1、L3 主電源端子，同時(shí)連接到控制電源端子 L1C、L2C 上。</p><p>　　X2：電機(jī)接口和外置再生放電電阻器接口。U、V、W 端子用于連接電機(jī)。必須注意，電源電壓務(wù)必按照驅(qū)

30、動(dòng)器銘牌上的指示，電機(jī)接線端子（U、V、W）不可以接地或短路，交流伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不像感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)交換三相相序來(lái)改變，必須保證驅(qū)動(dòng)器上的 U、V、W、E 接線端子與電機(jī)主回路接線端子按規(guī)定的次序一一對(duì)應(yīng)，否則可能造成驅(qū)動(dòng)器的損壞。電機(jī)的接線端子和驅(qū)動(dòng)器的接地端子以及濾波器的接地端子必須保證可靠的連接到同一個(gè)接地點(diǎn)上。機(jī)身也必須接地。RB1、RB2、RB3 端子是外接放電電阻MADDT1207003 的規(guī)格為 100?/10W，沒(méi)

31、有使用外接放電電阻。</p><p>　　X6：連接到電機(jī)編碼器信號(hào)接口，連接電纜應(yīng)選用帶有屏蔽層的雙絞電纜，屏蔽層應(yīng)接到電機(jī)側(cè)的接地端子上，并且應(yīng)確保將編碼器電纜屏蔽層連接到插頭的外殼（FG）上。</p><p>　　X5：I/O 控制信號(hào)端口，其部分引腳信號(hào)定義與選擇的控制模式有關(guān)，不同模式下的接線請(qǐng)參考《松下 A 系列伺服電機(jī)手冊(cè)》。伺服電機(jī)用于定位控制，選用位置控制模式。所采用的是

32、簡(jiǎn)化接線方式。</p><p>　　3.4 伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置與調(diào)整</p><p>　　松下的伺服驅(qū)動(dòng)器有七種控制運(yùn)行方式，即位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、位置/速度控制、位置/轉(zhuǎn)矩、速度/轉(zhuǎn)矩、全閉環(huán)控制。位置方式就是輸入脈沖串來(lái)使電機(jī)定位運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖串頻率相關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與脈沖個(gè)數(shù)相關(guān)；速度方式有兩種，一是通過(guò)輸入直流-10V 至—+10V 指令電壓調(diào)速，二是選用驅(qū)動(dòng)器

33、內(nèi)設(shè)置的內(nèi)部速度來(lái)調(diào)速；轉(zhuǎn)矩方式是通過(guò)輸入直流-10V 至—+10V 指令電壓調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，這種方式下運(yùn)行必須要進(jìn)行速度限制，有如下兩種方法：1）設(shè)置驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的參數(shù)來(lái)限制，2）輸入模擬量電壓限速。</p><p>　　3.4.1 參數(shù)設(shè)置方式操作說(shuō)明</p><p>　　MADDT1207003 伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)共有 128 個(gè)，Pr00-Pr7F，可以通過(guò)與 PC 連接后在專門(mén)的調(diào)

34、試軟件上進(jìn)行設(shè)置，也可以在驅(qū)動(dòng)器上的面板上進(jìn)行設(shè)置。在 PC 上安裝，通過(guò)與伺服驅(qū)動(dòng)器建立起通信，就可將伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)狀態(tài)讀出或?qū)懭耄浅７奖?。?dāng)現(xiàn)場(chǎng)條件不允許，或修改少量參數(shù)時(shí)，也可通過(guò)驅(qū)動(dòng)器上操作面板來(lái)完成。</p><p>　　3.4.2 面板操作說(shuō)明：</p><p>　?、賲?shù)設(shè)置，先按“Set”鍵，再按“Mode”鍵選擇到“Pr00”后，按向上、下或向左的方向鍵選擇通用參數(shù)的

35、項(xiàng)目，按“Set”鍵進(jìn)入。然后按向上、下或向左的方向鍵調(diào)整參數(shù)，調(diào)整完后，按“S”鍵返回。選擇其它項(xiàng)再調(diào)整。</p><p>　?、趨?shù)保存，按“M”鍵選擇到“EE-SET”后按“Set”鍵確認(rèn)，出現(xiàn)“EEP -”，然后按向上鍵 3 秒鐘，出現(xiàn)“FINISH”或“reset”，然后重新上電即保存。</p><p>　?、凼謩?dòng) JOG 運(yùn)行， “Mode”按鍵選擇到“AF-ACL” 然后按向

36、上、，下鍵選擇到“AF-JOG”按“Set”鍵一次，顯示“JOG -”，然后按向上鍵 3 秒顯示“ready”，再按向左鍵 3 秒出現(xiàn)“on”鎖緊軸，按向上、下鍵，點(diǎn)擊正反轉(zhuǎn)。注意先將 S-ON 斷開(kāi)。</p><p>　　3.4.3 部分參數(shù)說(shuō)明</p><p>　　伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作于位置控制模式，S7-226 的 Q0.0 輸出脈沖作為伺服驅(qū)動(dòng)器的位置指令，脈沖的數(shù)量決定伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)

37、位移，即機(jī)械手的直線位移，脈沖的頻率決定了伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，即機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度，S7-226 的 Q0.1 輸出脈沖作為伺服驅(qū)動(dòng)器的方向指令。對(duì)于控制要求較為簡(jiǎn)單，伺服驅(qū)動(dòng)器可采用自動(dòng)增益調(diào)整模式。根據(jù)上述要求，伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置如圖 3-5 （見(jiàn)附錄）</p><p>　　S7-200 PLC 的脈沖輸出功能及位控編程</p><p>　　S7-200 有兩個(gè)內(nèi)置 PTO/PWM 發(fā)生

38、器，用以建立高速脈沖串（PTO）或脈寬調(diào)節(jié)（PWM）信號(hào)波形。一個(gè)發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點(diǎn) Q0.0，另一個(gè)發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點(diǎn) Q0.1。</p><p>　　當(dāng)組態(tài)一個(gè)輸出為 PTO 操作時(shí)，生成一個(gè) 50%占空比脈沖串用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的速度和位置的開(kāi)環(huán)控制。內(nèi)置 PTO 功能提供了脈沖串輸出，脈沖周期和數(shù)量可由用戶控制。但應(yīng)用程序必須通過(guò) PLC 內(nèi)置 I/O 提供方向和限位控制。</p>

39、<p>　　為了簡(jiǎn)化用戶應(yīng)用程序中位控功能的使用，STEP7--Micro/WIN 提供的位控向?qū)Э梢詭椭脩粼诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)全部完成 PWM、PTO 或位控模塊的組態(tài)。向?qū)Э梢陨晌恢弥噶?，用戶可以用這些指令在其應(yīng)用程序中為速度和位置提供動(dòng)態(tài)控制。</p><p>　　開(kāi)環(huán)位控用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的基本信息借助位控向?qū)ЫM態(tài) PTO 輸出時(shí)，需要用戶提供一些基本信息，逐項(xiàng)介紹如下：</p>

40、;<p>　　3.5 最大速度（MAX_SPEED）和啟動(dòng)/停止速度（SS_SPEED）</p><p>　　圖 3-6 是這兩個(gè)概念的示意圖。</p><p>　　MAX_SPEED 是允許的操作速度的最大值，它應(yīng)在電機(jī)力矩能力的范圍內(nèi)。驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的力矩由摩擦力、慣性以及加速/減速時(shí)間決定。</p><p>　　圖 3-6 最大速度和啟動(dòng)/停止速度

41、示意</p><p>　　SS_SPEED 的數(shù)值應(yīng)滿足電機(jī)在低速時(shí)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力，如果 SS_SPEED 的數(shù)值過(guò)低，電機(jī)和負(fù)載在運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)可能會(huì)搖擺或顫動(dòng)。如果 SS_SPEED 的數(shù)值過(guò)高，電機(jī)會(huì)在啟動(dòng)時(shí)丟失脈沖，并且負(fù)載在試圖停止時(shí)會(huì)使電機(jī)超速。通常，SS_SPEED 值是 MAX_SPEED 值的 5%至 15%。</p><p>　　加速時(shí)間 ACCEL_TIME：電機(jī)

42、從 SS_SPEED 速度加速到 MAX_SPEED速度所需的時(shí)間。</p><p>　　減速時(shí)間 DECEL_TIME：電機(jī)從 MAX_SPEED 速度減速到 SS_SPEED速度所需要的時(shí)間。</p><p>　　圖 3-7 加速和減速時(shí)間</p><p>　　加速時(shí)間和減速時(shí)間的缺省設(shè)置都是 1000 毫秒。通常，電機(jī)可在小于 1000 毫秒的時(shí)間內(nèi)工作。參見(jiàn)

43、圖 3-7。這 2 個(gè)值設(shè)定時(shí)要以毫秒為單位。電機(jī)的加速和失速時(shí)間通常要經(jīng)過(guò)測(cè)試來(lái)確定。開(kāi)始時(shí)，應(yīng)輸入一個(gè)較大的值。逐漸減少這個(gè)時(shí)間值直至電機(jī)開(kāi)始失速，從而優(yōu)化應(yīng)用中的這些設(shè)置。</p><p><b>　　3.6 移動(dòng)包絡(luò)</b></p><p>　　一個(gè)包絡(luò)是一個(gè)預(yù)先定義的移動(dòng)描述，它包括一個(gè)或多個(gè)速度，影響著從起點(diǎn)到終點(diǎn)的移動(dòng)。一個(gè)包絡(luò)由多段組成，每段包含一個(gè)達(dá)

44、到目標(biāo)速度的加速/減速過(guò)程和以目標(biāo)速度勻速運(yùn)行的一串固定數(shù)量的脈沖。位控向?qū)峁┮苿?dòng)包絡(luò)定義界面，應(yīng)用程序所需的每一個(gè)移動(dòng)包絡(luò)均可在這里定義。PTO 支持最大 100 個(gè)包絡(luò)。</p><p>　　定義一個(gè)包絡(luò)，包括如下幾點(diǎn)：①選擇操作模式；②為包絡(luò)的各步定義指標(biāo)。③</p><p>　　為包絡(luò)定義一個(gè)符號(hào)名。</p><p>　　選擇包絡(luò)的操作模式：PTO 支持相

45、對(duì)位置和單一速度的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)兩種模式，如圖 3-8 所示，相對(duì)位置模式指的是運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)位置是從起點(diǎn)側(cè)開(kāi)始計(jì)算的脈沖數(shù)量。單速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)則不需要提供終點(diǎn)位置，PTO 一直持續(xù)輸出脈沖，直至有其他命令發(fā)出，例如到達(dá)原點(diǎn)要求停發(fā)脈沖。</p><p>　　圖 3-8 一個(gè)包絡(luò)的操作模式</p><p>　　一個(gè)步是工件運(yùn)動(dòng)的一個(gè)固定距離，包括加速和減速時(shí)間內(nèi)的距離。PTO 每一包絡(luò)最大允許 29 個(gè)

46、步。每一步包括目標(biāo)速度和結(jié)束位置或脈沖數(shù)目等幾個(gè)指標(biāo)。 3-9 圖所示為一步、兩步、三步和四步包絡(luò)。注意一步包絡(luò)只有一個(gè)常速段，兩步包絡(luò)有兩個(gè)常速段，依次類推。步的數(shù)目與包絡(luò)中常速段的數(shù)目一致。</p><p>　　圖 3-9 包絡(luò)的步數(shù)示</p><p><b>　　4 PLC程序編寫(xiě)</b></p><p>　　4.1 PLC的選型和I/O

47、接線</p><p>　　輸送單元所需的 I/O 點(diǎn)較多。其中，輸入信號(hào)包括來(lái)自按鈕/指示燈模塊的按鈕、開(kāi)關(guān)等主令信號(hào)，各構(gòu)件的傳感器信號(hào)等；輸出信號(hào)包括輸出到抓取機(jī)械手裝置各電磁閥的控制信號(hào)和輸出到伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)和驅(qū)動(dòng)方向信號(hào)；此外尚須考慮在需要時(shí)輸出信號(hào)到按鈕/指示燈模塊的指示燈，以顯示本單元或系統(tǒng)的工作狀態(tài)。由于需要輸出驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的高速脈沖，PLC 應(yīng)采用晶體管輸出型?；谏鲜隹紤]，選用西門(mén)子

48、S7-226 DC/DC/DC 型 PLC，共 24 點(diǎn)輸入，16 點(diǎn)晶體管輸出。表 4-1 （見(jiàn)附錄）給出了 PLC 的 I/O 信號(hào)表。</p><p>　　左右兩極限開(kāi)關(guān) LK2 和 LK1 的動(dòng)合觸點(diǎn)分別連接到 PLC 輸入點(diǎn) I0.2 和 I0.1。必須注意的是，LK2、LK1 均提供一對(duì)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)，它們的靜觸點(diǎn)應(yīng)連接到公共點(diǎn) COM，而動(dòng)斷觸點(diǎn)必須連接到伺服驅(qū)動(dòng)器的控制端口 CNX5 的 CCWL（9

49、腳）和 CWL（8腳）作為硬聯(lián)鎖保護(hù)目的是防范由于程序錯(cuò)誤引起沖極限故障而造成設(shè)備損壞。接線時(shí)請(qǐng)注意</p><p>　　晶體管輸出的 S7-200 系列 PLC，供電電源采用 DC24V 的直流電源，與前面各工作單元的繼電器輸出的 PLC 不同。接線時(shí)也請(qǐng)注意，千萬(wàn)不要把 AC220V 電源連接到其電源輸入端。</p><p>　　4.2 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置</p>&

50、lt;p>　　表 4-2 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置表</p><p>　　4.3 編寫(xiě)和調(diào)試PLC控制程序</p><p>　　主程序清單如主程序梯形圖所示</p><p>　　圖 4-3 主程序梯形圖</p><p>　　4.4 初態(tài)檢查復(fù)位子程序和回原點(diǎn)子程序</p><p>　　系統(tǒng)上電且按下復(fù)位按鈕后，就調(diào)

51、用初態(tài)檢查復(fù)位子程序，進(jìn)入初始狀態(tài)檢查和復(fù)位操作階段，目標(biāo)是確定系統(tǒng)是否準(zhǔn)備就緒，若未準(zhǔn)備就緒，則系統(tǒng)不能啟動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　抓取機(jī)械手裝置返回原點(diǎn)的操作，在輸送單元的整個(gè)工作過(guò)程中，都會(huì)頻繁地進(jìn)行。因此編寫(xiě)一個(gè)子程序供需要時(shí)調(diào)用是必要的?；卦c(diǎn)子程序是一個(gè)帶形式參數(shù)的子程序，在其局部變量表中定義了一個(gè) BOOL 輸入?yún)?shù) START，當(dāng)使能輸入（EN） START和輸入為 ON 時(shí)，啟動(dòng)子程

52、序調(diào)用，如圖 4-4（a）所示。子程序的梯形圖則如圖 4-4（b）所示，當(dāng) START (即局部變量 L0.0) ON 時(shí)，置位 PLC 的方向控制輸出 Q0.0，并且這一操作放在 PTO0_RUN 指令之后，這就確保了方向控制輸出的下一個(gè)掃描周期才開(kāi)始脈沖輸出。</p><p>　　（a）回原點(diǎn)子程序的調(diào)用</p><p>　?。╞）回原點(diǎn)子程序梯形圖</p><p&

53、gt;　　圖 4-4 回原點(diǎn)子程序</p><p>　　帶形式參數(shù)的子程序是西門(mén)子系列 PLC 的優(yōu)異功能之一，輸送單元程序中好幾個(gè)子程序均使用了這種編程方法。</p><p>　　4.5 急停處理子程序</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，在每一掃描周期都調(diào)用急停處理子程序。該子程序也帶形式參數(shù)，在其局部變量表中定義了二個(gè) BOOL 型的輸入/輸出參數(shù) AD

54、JUST 和 MAIN_CTR,參數(shù) MAIN_CTR 傳遞給全局變量主控標(biāo)志 M2.0，并由 M2.0 當(dāng)前狀態(tài)維持，此變量的狀態(tài)決定了系統(tǒng)在運(yùn)行狀態(tài)下能否執(zhí)行正常的傳送功能測(cè)試過(guò)程。參數(shù) ADJUST 傳遞給全局變量包絡(luò)調(diào)整標(biāo)志 M2.5，并由 M2.5 當(dāng)前狀態(tài)維持，此變量的狀態(tài)決定了系統(tǒng)在移動(dòng)機(jī)械手的工序中，是否需要調(diào)整運(yùn)動(dòng)包絡(luò)號(hào)。</p><p>　　急停處理子程序梯形圖如圖 4-5 所示，說(shuō)明如下：&

55、lt;/p><p>　?、佼?dāng)急停按鈕被按下時(shí)，MAIN_CTR置0，M2.0置0，傳送功能測(cè)試過(guò)程停止。</p><p>　?、谌艏蓖Ｇ白トC(jī)械手正在前進(jìn)中，(從供料往加工，或從加工往裝配，或從裝配往分揀)，則當(dāng)急停復(fù)位的上升沿到來(lái)時(shí)，需要啟動(dòng)使機(jī)械手低速回原點(diǎn)過(guò)程。到達(dá)原點(diǎn)后，置位 ADJUST 輸出，傳遞給包絡(luò)調(diào)整標(biāo)志 M2.5，以便在傳送功能測(cè)試過(guò)程重新運(yùn)行后，給處于前進(jìn)工步的過(guò)程調(diào)整包

56、絡(luò)用，例如，對(duì)于從加工到裝配的過(guò)程，急停復(fù)位重新運(yùn)行后，將執(zhí)行從原點(diǎn)到裝配的包絡(luò)。</p><p>　?、廴艏蓖Ｇ白トC(jī)械手正在高速返回中，則當(dāng)急停復(fù)位的上升沿到來(lái)時(shí)，使高速返回步復(fù)位，轉(zhuǎn)到下一步即擺臺(tái)右轉(zhuǎn)和低速返回。</p><p>　　圖 4-5 急停處理子程序</p><p>　　事實(shí)上，其他各工步編程中運(yùn)用的思路和方法，基本上與上述三步類似。按此，不難編制出

57、傳送功能測(cè)試過(guò)程的整個(gè)程序。</p><p>　　“抓取工件”和“放下工件”子程序較為簡(jiǎn)單，此處不再詳述</p><p><b>　　個(gè)人收獲</b></p><p>　　隨著畢業(yè)日子的到來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近尾聲，經(jīng)過(guò)幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)實(shí)踐終于完成了。</p><p>　　本次畢業(yè)實(shí)踐主要包括機(jī)械手的零件圖設(shè)計(jì)，機(jī)械手裝配

58、步驟介紹，傳感器的應(yīng)用介紹，伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置和使用說(shuō)明，三相異步電動(dòng)機(jī)的使用介紹，西門(mén)子PLC的使用和簡(jiǎn)單的程序編寫(xiě)。</p><p>　　通過(guò)本次畢業(yè)實(shí)踐讓我學(xué)到了很多，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了很多自己的不足之處。因?yàn)檎n題的選擇是機(jī)械手設(shè)計(jì)，我查閱了大量的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的文獻(xiàn)，學(xué)到了很多設(shè)計(jì)原理，發(fā)現(xiàn)了很多開(kāi)始的想法不切實(shí)際，設(shè)計(jì)出的機(jī)械手跟一開(kāi)始自己想象的有所出入。比如，原先我的設(shè)計(jì)思想是機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)三百六十度旋轉(zhuǎn)，但是

59、實(shí)際設(shè)計(jì)起來(lái)技術(shù)有限達(dá)不到這用要求，只能退而求其次，完成九十度旋轉(zhuǎn)。另外對(duì)伺服電機(jī)了解不多，我查閱了松下伺服電機(jī)的說(shuō)明手冊(cè)，才能完成參數(shù)設(shè)置等的設(shè)計(jì)要求。另外對(duì)于西門(mén)子PLC的程序編寫(xiě)讓我學(xué)到了很多自動(dòng)化的知識(shí)。讓我的知識(shí)面拓寬。</p><p>　　總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是我學(xué)習(xí)知識(shí)的檢驗(yàn)，也是對(duì)我能力的依次檢驗(yàn)，更讓我認(rèn)識(shí)到了我的擅長(zhǎng)之處和不足之處。感謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)帶給我的提高。</p><

60、;p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 唐樹(shù)忠，張素琴，韓群生，機(jī)械制圖基礎(chǔ)，天津大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[2] 丁樹(shù)模，機(jī)械工學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[3] 張萃，王磊，液壓與氣壓傳動(dòng)，清華大學(xué)出版社，2011</p><p>　　[4] 胡幸鳴

61、，電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[5] 孔凡才，自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[6] 張玉蓮，傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2012</p><p>　　[7] 寇寶泉，程樹(shù)康，交流伺服電機(jī)及其控制，機(jī)械工業(yè)出版社。</p><p>　　[8] 王阿根，電氣可編程控制

62、原理與應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，2010</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　3-6伺服參數(shù)設(shè)置表格</p><p>　　表 4-1 輸送單元 PLC 的 I/O 信號(hào)表</p><p>　　圖 2-1 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理圖</p><p><b>　　

63、致 謝</b></p><p>　　通過(guò)這次關(guān)于自動(dòng)化機(jī)械手的機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)和軟件編程。讓我學(xué)到了很多，也發(fā)現(xiàn)了自己的好多不足之處。</p><p>　　在此要感謝我的指導(dǎo)老師悉心的指導(dǎo)，感謝老師對(duì)我的幫助。再設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式。是我學(xué)到了很多東西，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了

64、我的能力，樹(shù)立了自己對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的工作學(xué)習(xí)有非常重要的影響。</p><p>　　隨著畢業(yè)日子的到來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)接近尾聲，經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前總覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年學(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)，但現(xiàn)在才發(fā)現(xiàn)自己想的太片面了，畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面學(xué)習(xí)的知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我明白了自己的知識(shí)還是有所欠缺，眼高手低。<

65、/p><p>　　學(xué)習(xí)是一個(gè)積累的過(guò)程，在以后的生活和學(xué)習(xí)中我應(yīng)該繼續(xù)不斷學(xué)習(xí)充實(shí)自己，提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。</p><p>　　畢業(yè)綜合實(shí)踐成績(jī)?cè)u(píng)定</p><p><b>　　指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) ：</b></p><p>　　平時(shí)成績(jī)： </p><p>　　報(bào)告成績(jī)：

66、 教師簽字： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　答辯教師評(píng)語(yǔ)：</b></p><p>　　答辯成績(jī)： 答辯組

67、長(zhǎng)： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　參加學(xué)院公開(kāi)答辯加分成績(jī)：</p><p>　　答辯組長(zhǎng)： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　畢業(yè)綜合實(shí)踐總