機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制

1、目錄第1章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制工藝流程分析11.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制過程描述11.2 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制工藝分析2第2章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)硬件組成42.2機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制方法分析42.3 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)的I/O分配42.4 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)5第3章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)63.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制程序流程圖設(shè)計(jì)63.2 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制程序梯形圖設(shè)計(jì)6第4章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)74.1 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊74.2 上位

2、監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)74.3 實(shí)現(xiàn)的效果8第5章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析105.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題105.2 結(jié)果分析10課程設(shè)計(jì)心得11參考文獻(xiàn)12附錄13第1章 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制1.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制過程描述如圖所示，有兩部機(jī)械對(duì)工作物進(jìn)行加工，對(duì)象由輸送帶A送到加工位置，然后由機(jī)械手臂將加工物送至工作臺(tái)1的位置進(jìn)行第一步驟加工。當(dāng)?shù)谝徊襟E加工完成后，機(jī)械手臂將工作物夾起再送至工作臺(tái)2進(jìn)行第二步驟加工；當(dāng)?shù)诙襟E加工完成后，機(jī)械手臂將工作物放到輸送帶B送走，然后由7段數(shù)碼管顯示加工完成的數(shù)量。工作臺(tái)1工作臺(tái)2輸送帶A工作機(jī)械

3、手臂輸送帶B圖1-1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制過程示意圖1.2 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制工藝分析機(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。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。目前機(jī)械手的主要發(fā)展經(jīng)歷可以分為三代：第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能；

4、第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中重要的環(huán)節(jié)。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（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)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。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)。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括由兩個(gè)電磁閥控制的

5、液壓鋼來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動(dòng)及夾緊工件的動(dòng)作，兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)分別通過兩線圈控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；其動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個(gè)不同部位的行程開關(guān)產(chǎn)生的通斷信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部線圈來控制電動(dòng)機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位；其動(dòng)作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。本次設(shè)計(jì)使用氣壓機(jī)械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關(guān)開始做夾起動(dòng)作，然后開始上升碰到上限

6、開關(guān)后，手臂開始往右，當(dāng)碰到第一工作站的極限開關(guān)時(shí)，機(jī)械手臂下降將工作物放置工作臺(tái)l然后上升等待機(jī)械對(duì)工作物加工；當(dāng)工作物第一加工步驟完成時(shí)，機(jī)械手臂再依進(jìn)行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置工作臺(tái)2上進(jìn)行第二加工步驟。當(dāng)?shù)诙庸げ襟E完成時(shí)，機(jī)械手臂再依進(jìn)行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置輸送帶B送出，并由7段數(shù)碼管顯示出加工完成的數(shù)次。動(dòng)作示意圖如圖1-2所示。原位左移上升放松下降右移上升夾緊下降圖1-2 機(jī)械手控制動(dòng)作示意圖第2章機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)硬件組成本設(shè)計(jì)制信號(hào)的傳感器選擇位移傳感器和壓力

7、傳感器。及A/D轉(zhuǎn)換器等。機(jī)械臂的上升下降和左右移動(dòng)用位移傳感器，夾緊釋放用壓力傳感器。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手,手臂等組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，手臂是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。由傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械手的移動(dòng)，手臂也起到了支撐的作用。常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有液動(dòng),氣動(dòng)等，本設(shè)計(jì)選擇的是氣動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)的主要作用是機(jī)械手按一定的方向位置進(jìn)行移動(dòng)。簡單的機(jī)械手不采用專用的控制系統(tǒng)，只是采用形成開關(guān),繼電器,控制閥等機(jī)型控制，使得機(jī)械手按照一定方向機(jī)型運(yùn)動(dòng)。2.2 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制方法分析本次的設(shè)計(jì)使用的是THWJX-1型機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。本裝置需采用晶體管輸出型可編程控制器，可同時(shí)輸出兩路脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。由于

8、機(jī)械手系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計(jì)算機(jī)對(duì)PLC進(jìn)行監(jiān)控和管理，該機(jī)械手的控制為純開關(guān)量控制，且I/O 點(diǎn)數(shù)不多，考慮留有一定的裕量，故選用日本三菱公司生產(chǎn)的多功能小型FX1N-24MT-D主機(jī)。2.3 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)的I/O分配根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作的要求及機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置說明指導(dǎo)，輸入、輸出點(diǎn)分配情況如表2-1所示。表2-1 PLC的I/O分配表名稱輸入名稱輸出啟動(dòng)00001下降10003停止00002夾緊10004下限開關(guān)00003上升10005上限開關(guān)00004釋放10006選擇開關(guān)00005返回初始位置10007A位置觸碰開關(guān)00006右

9、移10008B位置觸碰開關(guān)00007選擇計(jì)數(shù)20000初始位置觸碰開關(guān)000082.4 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)本模型的接線設(shè)計(jì)如圖2-1所示如下。圖2-1 PLC控制系統(tǒng)接線圖第3章 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制程序流程圖設(shè)計(jì)見附錄1。3.2 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制程序梯形圖設(shè)計(jì)見附錄2。3.3 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制程序設(shè)計(jì)思路1假設(shè)使用氣壓機(jī)械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關(guān)開始做夾起動(dòng)作，然后開始上升碰到上限開關(guān)后，手臂開始往右，當(dāng)碰到第一工作站的極限開關(guān)時(shí)，機(jī)械手臂下降將工作物放置工作臺(tái)l然后上升等待機(jī)械對(duì)工作物加工

10、；當(dāng)工作物第一加工步驟完成時(shí)，機(jī)械手臂再依進(jìn)行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置工作臺(tái)2上進(jìn)行第二加工步驟。2當(dāng)?shù)诙庸げ襟E完成時(shí)，機(jī)械手臂再依進(jìn)行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置輸送帶B送出，并由7段數(shù)碼管顯示出加工完成的次數(shù)。第4章 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊機(jī)械手的全部動(dòng)作由步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)需要驅(qū)動(dòng)器，有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電機(jī)才會(huì)動(dòng)作，且每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)步進(jìn)電機(jī)走一步；改變電機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，需要加方向信號(hào)。機(jī)械手的上升/下降、前伸/后縮動(dòng)作就是通過控制這兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的?；?/p>

11、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)和氣夾正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)是通過兩個(gè)繼電器的吸合與斷開來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械手的放松/夾緊由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥控制。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械手放松；該線圈斷電時(shí)，機(jī)械手夾緊。4.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求，控制操作包括手動(dòng)和自動(dòng)，手動(dòng)又包括手動(dòng)步進(jìn)、回原位操作，自動(dòng)控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個(gè)檔位。手動(dòng)工作方式下，手動(dòng)動(dòng)作包括上升、下降、放松、快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退和復(fù)位，故設(shè)置六個(gè)動(dòng)作看官按鈕。各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行的同時(shí)均設(shè)有動(dòng)作指示燈。另外設(shè)有啟動(dòng)停止按鈕。其操作面板如圖4-1所示。圖4-1機(jī)械手操作面板示意圖4.3 實(shí)現(xiàn)的效

12、果打開電源，按下起動(dòng)按鈕時(shí)，開機(jī)復(fù)位。機(jī)械手若不在原點(diǎn)則PLC向驅(qū)動(dòng)器一同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。當(dāng)后縮到位時(shí)碰到后限位開關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二輸入脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。上升到底時(shí)碰到上限位開關(guān)，上升停止，回到原點(diǎn)。主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)，下降停止，氣夾電磁閥斷電，機(jī)械手夾緊。夾緊后，主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二只輸入脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動(dòng)器一只輸入脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)一正轉(zhuǎn)，機(jī)械手前伸，前伸到位時(shí)，碰到前限位開關(guān)前伸停止。主機(jī)向驅(qū)

13、動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)下降停止，同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二只輸入脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)上升停止。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動(dòng)器一同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。機(jī)械手后縮，當(dāng)后縮到底時(shí)碰到后限位開關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)，下降停止，回到原點(diǎn)。至此，機(jī)械手經(jīng)過八步動(dòng)作完成一個(gè)循環(huán)。第5章 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1 機(jī)械

14、手臂搬運(yùn)加工流程控制系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題使用起保停電路的編程方式。用輔助繼電器代表步，僅僅使用與觸電和線圈有關(guān)的指令。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。5.2 結(jié)果分析經(jīng)過試驗(yàn)連線證明奔方案設(shè)計(jì) 可以滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求，并且機(jī)械手臂可以很完整的完成要求動(dòng)作，但是在實(shí)際驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)。機(jī)械手具體需要在AB操作臺(tái)停留多長時(shí)間是個(gè)問題，可以用2種方式改變。第一種，通過計(jì)時(shí)器完成，第二種通過是否有物體的壓力傳感器完成。課程設(shè)計(jì)心得這次的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)了很多，在老師和同學(xué)的指導(dǎo)學(xué)習(xí)下，終于完成了這一份課程設(shè)計(jì)。本來以為自己對(duì)可編程序控制器原理的知識(shí)掌握的還比較好，但是到做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)自己

15、存在著諸多不足，其中就有很多基礎(chǔ)知識(shí)都不是很完善，很多知識(shí)都掌握的不是很扎實(shí)。設(shè)計(jì)過程中，通過針對(duì)性地查找資料，了解有關(guān)電子方面的資料，既增長了自己的知識(shí)面，補(bǔ)充最新的專業(yè)知識(shí)，又提高了自己的應(yīng)用能力和實(shí)踐能力。對(duì)學(xué)過的課本理論知識(shí)起到了很好的溫習(xí)作用。機(jī)械手臂搬運(yùn)加工采用PLC為控制核心結(jié)構(gòu)合理、測試方法可靠，它具有較強(qiáng)的靈活性，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。通過對(duì)機(jī)械手臂搬運(yùn)加工PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，讓我很好的運(yùn)用了PLC的知識(shí)，對(duì)課本的知識(shí)進(jìn)一步的消化和鞏固。 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，這個(gè)設(shè)計(jì)讓我獲益良多，只要用心去學(xué)習(xí)，不怕困難，不管多么艱難，我們都能取得成功。參考文獻(xiàn)1 王炳實(shí).機(jī)床電氣控制M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.2 曹才開.一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制Z.北京:微計(jì)算機(jī)信息,2006.3 王麗偉.機(jī)械手的PLC控制Z.武漢:機(jī)床電器,2006.4 陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用,電子工業(yè)出版社,2007.5 鄧則名.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù),機(jī)械工業(yè)出版社,2005.附錄附錄1程