【基于PLC的下料液壓機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究17000字（論文）】

PAGE10基于PLC的下料液壓機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\z\u10445第一章緒論 1168481.1課題背景 1165431.2國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀 187301.3本文的主要研究?jī)?nèi)容 2290921.4本文的創(chuàng)新之處 215883第二章PLC的選型與機(jī)械手的組成 389512.1PLC的基本概念 3256642.1PLC的結(jié)構(gòu) 394512.2PLC的主要特點(diǎn) 559552.3PLC的工作原理 575202.4機(jī)械手 6176742.5機(jī)械手的組成 7275812.6機(jī)械手控制示意圖 831612第三章基于PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1271093.1PLC的選型 125993.2系統(tǒng)控制原理 2229393.3限位開關(guān)選型 3170283.4光電開關(guān)選型 426033.5電動(dòng)機(jī)選型 4213753.6電磁閥選型 5246703.7PLC控制系統(tǒng)硬件接線圖 625116第四章機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 8314874.1PLC編程軟件簡(jiǎn)介 8205954.2控制系統(tǒng)工藝流程 8164964.3控制系統(tǒng)項(xiàng)目創(chuàng)建 9279924.4控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 11179694.5控制系統(tǒng)仿真與調(diào)試 16231424.6組態(tài)軟件設(shè)計(jì) 2118748第五章結(jié)論 2790335.1結(jié)論 27262775.2不足及展望 2732227參考文獻(xiàn) 29第一章緒論1.1課題背景現(xiàn)在工業(yè)水平的不斷提高，科學(xué)技術(shù)逐漸成為第一生產(chǎn)力也給人們的生活帶來了本質(zhì)性的變化，大大提升了工作環(huán)境和幸福指數(shù)。現(xiàn)在的自動(dòng)化技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，也普遍使用于自動(dòng)化制造行業(yè)之中。[1]因?yàn)楝F(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械相結(jié)合，制造業(yè)生產(chǎn)效率得以提升[2]。機(jī)械臂是在此發(fā)展時(shí)期出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。消耗優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備。它可以在制造業(yè)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)時(shí)為了提高生產(chǎn)效率降低勞動(dòng)成本，使工作更簡(jiǎn)單化、安全化。隨著機(jī)械臂技術(shù)的不斷發(fā)展，大量機(jī)械臂已開始用于工業(yè)領(lǐng)域的焊接，注塑，夾持，組裝和其他工業(yè)生產(chǎn)。[2]可以看出，機(jī)械臂在未來將逐步取代傳統(tǒng)機(jī)器在工業(yè)生產(chǎn)中使用，大大提高了人類的生產(chǎn)效率，并使工業(yè)生產(chǎn)更加智能化。工業(yè)機(jī)械臂即機(jī)械手，機(jī)械手的出現(xiàn)給工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的變化，并且成為其中現(xiàn)代化工程生產(chǎn)制造重要的組成部分。[3]機(jī)械手之所以能夠迅速的得到發(fā)展因?yàn)閮?yōu)點(diǎn)十分突出：一，機(jī)械手可以根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程的具體要求完成規(guī)定的動(dòng)作；二，機(jī)械手可以替代人去一些高溫、高壓等惡劣環(huán)境中工作；三，機(jī)械手的工作效率，工作的誤差率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人。因此，機(jī)械手也得到了世界各個(gè)國(guó)家的重視來研發(fā)處更加先進(jìn)，更加智能的機(jī)械手。[4]通過相關(guān)文獻(xiàn)查閱研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的CNC機(jī)床的典型裝卸物料工件仍然經(jīng)常使用傳統(tǒng)的人工搬運(yùn)。復(fù)雜電線和電氣控制零件，使得數(shù)控機(jī)床主體對(duì)減少干擾很敏感，并且存在諸如信譽(yù)差，多次故障和難以維護(hù)的問題。為了解決上述問題，本課題發(fā)了一套由可編程控制器控制的下料機(jī)械手。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，適用于電路設(shè)計(jì)，抗干擾能力強(qiáng)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低了維護(hù)率，提高了工作效率。1.2國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)械手是模擬手動(dòng)操作的自動(dòng)化機(jī)器。它可以根據(jù)某些步驟操作，搬運(yùn)物體或完成特定的操作。使用機(jī)械手可以代替人工，完成重復(fù)的工作，機(jī)械手可以代替人工去去危險(xiǎn)環(huán)境中操作，從而降低操作難度提升工作環(huán)境。[5]在1940年代后期，在美國(guó)進(jìn)行的原子能實(shí)驗(yàn)中，首先使用了機(jī)器人來輸送化學(xué)物質(zhì)，人們被迫在安全室內(nèi)使用機(jī)器人來進(jìn)行各種操作和實(shí)驗(yàn)。[6]1950年代后，加工設(shè)備逐漸擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于收集和安置工作場(chǎng)所，以及在高溫和嚴(yán)重污染的地方裝卸物料。將機(jī)器接線并居中以完成機(jī)器的裝載和卸載，或者從工具庫(kù)中取出并放置工具，然后根據(jù)指定的步驟更換工具。機(jī)械手主要有機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)組成。[7]根據(jù)物料工件的形狀，大小，手是工件（或工具）中使用的零件，它具有多種結(jié)構(gòu)形式，例如護(hù)套式，抓握式和支撐點(diǎn)式等。[8]移動(dòng)組織允許手執(zhí)行各種旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)），移動(dòng)或混合移動(dòng)，以完成特定姿勢(shì)并更改捕獲目標(biāo)的位置。[9]不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，例如上升，平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就是自由度。為了更好的抓取空間中的物體，至少需要六個(gè)自由移動(dòng)的量才可以達(dá)到抓取的協(xié)調(diào)。自由度是操縱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵決定因素。自由度越高，協(xié)調(diào)人的靈活性就越大，敏捷性和復(fù)雜性就越大。專用的普通操作員的自由度為2.3度。按操作形式，操縱類型可分為機(jī)械控制、液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)三種控制方法。[10]機(jī)械手通常用作機(jī)械或其他機(jī)械的附加機(jī)械設(shè)備，例如在自動(dòng)化技術(shù)CNC車床或自動(dòng)化技術(shù)生產(chǎn)線中執(zhí)行裝載，卸載，搬運(yùn)和重新安置，而CNC車床變頻器通常沒有單獨(dú)的控制系統(tǒng)。某些實(shí)際操作的機(jī)械設(shè)備必須由人立即操作。[11]1.3本文的主要研究?jī)?nèi)容本次設(shè)計(jì)在分析機(jī)械手臂的研究現(xiàn)狀及其控制流程的優(yōu)缺點(diǎn)上提出了新的機(jī)械手臂的控制方案。利用PLC作為載體設(shè)計(jì)一套程序驅(qū)動(dòng)進(jìn)行預(yù)定動(dòng)作實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)工能，并且可以根據(jù)變化的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。系統(tǒng)主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軟件、控制系統(tǒng)以及物料檢測(cè)等組成。由PLC作為系統(tǒng)的控制中心，機(jī)械手使用液壓推桿和電磁閥的組合，來控制機(jī)械手完成相關(guān)的機(jī)械動(dòng)作使其有流程，具有軌跡并具有一定的時(shí)間。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令?？刂葡到y(tǒng)由西門子S7-200SMART作為主要控制器在機(jī)械手臂的各個(gè)動(dòng)作限位處采集輸入輸出信號(hào)作為PLC的輸入輸出。在生產(chǎn)線之中，機(jī)械手把一條傳送帶上的物品傳送到需要加工的工作臺(tái)臺(tái)上。機(jī)械手的提升，降低，伸展，收縮，夾緊和壓力釋放動(dòng)作均由繼電器控制，以操作液壓傳動(dòng)系統(tǒng)軟件，行程開關(guān)和光電開關(guān)用于檢查機(jī)械手和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手所在的部分。皮帶和機(jī)械手的左右旋轉(zhuǎn)由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)有相應(yīng)的防護(hù)措施。設(shè)計(jì)方案操縱器的控制系統(tǒng)包括硬件配置電路和程序編程。關(guān)鍵的硬件配置由PLC，機(jī)械手，電機(jī)和其他相關(guān)組件組成，軟件包括PLC流程圖、梯形圖控制程序以及程序的仿真。[12]1.4本文的創(chuàng)新之處本文創(chuàng)新之處在于，通過PLC控制實(shí)現(xiàn)機(jī)械手上升、下降、伸出、回縮、左轉(zhuǎn)。右轉(zhuǎn)等多種動(dòng)作控制，可以應(yīng)對(duì)多種自動(dòng)化生產(chǎn)線中的下料操作，完成抓取物料、移動(dòng)和放置物料等一系列操作，同時(shí)與硬件部分配合限位開關(guān)和光電開關(guān)來使機(jī)械手達(dá)到限位的目的，并設(shè)計(jì)了自動(dòng)與手動(dòng)兩種控制方式，通過多種控制方式與程序組合，可以很好的應(yīng)對(duì)各種物料抓取移動(dòng)過程。第二章PLC的選型與機(jī)械手的組成2.1PLC的基本概念現(xiàn)代國(guó)際社會(huì)法律規(guī)定,加工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)應(yīng)迅速積極響應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)需求,生產(chǎn)開發(fā)出一種具有小批量的,多樣化的,多規(guī)模的,低成本高質(zhì)量的現(xiàn)代化產(chǎn)品。為了更好地滿足這一要求,生產(chǎn)線設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有很高的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)能力。PLC恰好滿足此要求。它是基于微控制器的通用工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)備。PLC具有廣泛的應(yīng)用范圍,功能齊全,易于使用。長(zhǎng)期以來,它已廣泛用于各種工業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。PLC在家庭自動(dòng)化等其他行業(yè)的應(yīng)用也取得了快速的發(fā)展趨勢(shì)。PLC仍處于不斷發(fā)展的趨勢(shì),設(shè)備的功能不斷被豐富,資源對(duì)全球開發(fā)不封所。它在工業(yè)生產(chǎn)互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)中也具有無可爭(zhēng)議的影響。PLC具有廣泛的應(yīng)用范圍和較高的普及度,這是控制計(jì)算機(jī)和設(shè)備的其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所無法比擬的。[13]國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（IEC）于1985年提出的PLC規(guī)格化建議中將PLC定義如下：“可編程控制器是一種用于數(shù)字化操作的電子控制系統(tǒng)，專為在工業(yè)自然環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)用研究所設(shè)計(jì)。其運(yùn)用了用戶可以自由編寫程序的微處理器。存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)執(zhí)行“或”運(yùn)算的命令，還可以根據(jù)數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出進(jìn)行數(shù)字化的顯示，可以根據(jù)實(shí)際的控制要求編寫相關(guān)程序，與PLC相關(guān)的外圍機(jī)械設(shè)備相結(jié)合，加快了工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程也加速了可編程控制器的硬件和軟件的開發(fā)進(jìn)度”從上述的描述可以了解到，可編程控制器是一種新興工業(yè)計(jì)算機(jī)，通過對(duì)軟件的編輯就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部硬件的控制。PLC除了可以完成程序的執(zhí)行意外還可以與其他工業(yè)硬件進(jìn)行相互的信息交換。[14]2.1PLC的結(jié)構(gòu)2.1.1PLC的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器（俗稱PLC）：這是一種專門應(yīng)用于各種數(shù)字化操作的電子控制系統(tǒng),專門為各種工業(yè)自然環(huán)境中的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它通過選擇一種類型的可編程控制器或者存儲(chǔ)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)程序流,執(zhí)行"或"的運(yùn)算,順序控制,時(shí)間,計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算以及其他以用戶為中心的命令，并根據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)字仿真輸入，輸出來控制工業(yè)制造中的各種機(jī)械。[15]PLC實(shí)現(xiàn)執(zhí)行控制，其基本的控制原理時(shí)通過算法來優(yōu)化控制系統(tǒng)輸入/輸出，并配合外部元件加以實(shí)現(xiàn)。輸入/輸出的相互轉(zhuǎn)變加上外部的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就構(gòu)成了可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制最基本的兩個(gè)關(guān)鍵要素,可編程控制器在設(shè)計(jì)時(shí)參考了計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu),包括中央處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)、輸入電路與輸出電路、通訊及電源構(gòu)成。[16]PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。6圖2.1PLC的基本結(jié)構(gòu)2.1.2中央處理器CPU中央處理器（CPU）作為PLC最重要的元件。其根據(jù)可編程控制器的控制要求開發(fā)的功能有：人為編寫的程序和數(shù)據(jù)的讀寫；監(jiān)控PLC各個(gè)組件的工作狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)人為編寫的程序有錯(cuò)誤時(shí)可以報(bào)警提示。當(dāng)可編程控制器運(yùn)用到工業(yè)制造之中時(shí)，第一步是掃描整個(gè)控制系統(tǒng)并記錄下輸入/輸出的工作狀態(tài)后存入相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域，其次在人工編程設(shè)計(jì)的軟件程序中執(zhí)行，通過對(duì)人工編寫的程序的運(yùn)算，將運(yùn)算的結(jié)果傳送給PLC的外部執(zhí)行器件。[17]待CPU運(yùn)算完人工編寫的控制程序時(shí)，將輸入/輸出映象寄存區(qū)的各種數(shù)據(jù)傳送給對(duì)應(yīng)的輸出元件。2.1.3存儲(chǔ)區(qū)PLC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域由用戶程序和系統(tǒng)程序兩部分組成。系統(tǒng)程序區(qū)域的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；用戶程序的保存區(qū)域稱為用戶程序存儲(chǔ)器，因此在數(shù)據(jù)層面上將其定義為上述兩部分。[18]可編程邏輯控制器儲(chǔ)存區(qū)域的制定：雖然各種可編程邏輯控制器的中央處理器的最大FPU空間均不一樣，但是根據(jù)PLC的運(yùn)行方式，其儲(chǔ)存區(qū)域一般含有以下幾點(diǎn)：（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)（2）系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（3）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：PLC的基本操作程序均存放于此區(qū)域。包括監(jiān)控程序、控制程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。本類程序通常被固件生產(chǎn)廠商燒錄在EEPROM內(nèi)，用戶沒有權(quán)限對(duì)其進(jìn)行讀寫。PLC的工作性能主要由該類軟件和組成的硬件所決定。[19]PLC的RAM儲(chǔ)存包括I/O映象寄存區(qū)以及各類電氣元件，如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中間變量存儲(chǔ)器、等存儲(chǔ)器。[20]（3）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：該區(qū)域儲(chǔ)存由人工進(jìn)行開發(fā)的軟件程序。各個(gè)型號(hào)不相同的PLC，儲(chǔ)存大小也不盡相同。2.2PLC的主要特點(diǎn)2.2.1抗干擾能力強(qiáng)基于PLC的工作環(huán)境，其設(shè)計(jì)之初便采用了大量的抗干擾環(huán)節(jié)，使其具備很強(qiáng)的抗干擾能力。PLC內(nèi)部的硬件設(shè)計(jì)主要采用了大規(guī)模以及超大規(guī)模的集成電路，輸入/輸出環(huán)節(jié)具備了高強(qiáng)度的信號(hào)保護(hù)機(jī)制，主要采用信息調(diào)理電路對(duì)其進(jìn)行保護(hù)；在機(jī)械設(shè)計(jì)上，防潮、防塵、抗震等也均被考慮到；從機(jī)械設(shè)計(jì)角度而言，采用光電隔離、信號(hào)屏蔽、電容濾波、線路接地等防護(hù)手段；從程序角度而言，采用數(shù)字濾波等抗干擾和自我診斷措施。[21]以上手段均成為PLC抗干擾性能的組成部分，因此PLC的運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，抗干擾能力強(qiáng)。與傳統(tǒng)的采用繼電器或PC的硬件設(shè)施相比，在干擾較強(qiáng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境，PLC更加適用。2.2.2控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單PLC采用可拆卸模塊構(gòu)造，可以通過自用插接各種功能的控制模塊，使其應(yīng)對(duì)于各個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。以PLC作為控制中樞的工業(yè)控制環(huán)境中，僅需在PLC的I/O端點(diǎn)連接上不同的信號(hào)線路即可完成系統(tǒng)的裝配操作。若控制系統(tǒng)的控制要求發(fā)生改變，需要對(duì)控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行添加或刪除時(shí)，PLC的程序修改可以通過上位機(jī)完成，對(duì)于各個(gè)控制對(duì)象而言，同一臺(tái)PLC對(duì)上述設(shè)備的控制操作，指示I/O接點(diǎn)和用戶編譯程序有所區(qū)別。PLC的電源模塊以及I/O接點(diǎn)均支持220V市電和24V電壓，為PLC與設(shè)備的連接提供了足夠的便利性。[22]2.2.3編程簡(jiǎn)單對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)操作人員和普通用戶而言，操作習(xí)慣不僅相同。PLC的程序設(shè)計(jì)語言在設(shè)計(jì)之初便充分考慮到這一點(diǎn)，因此采用了STL等梯形圖設(shè)計(jì)語言對(duì)PLC進(jìn)行程序的編輯。梯形圖的優(yōu)點(diǎn)在于，其控制結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的繼電器控制模式相類似，控制界面簡(jiǎn)單、直觀，電氣工程類操作人員無需計(jì)算機(jī)類專業(yè)知識(shí)便可在短時(shí)間內(nèi)掌握梯形圖編程語言。[23]2.3PLC的工作原理系統(tǒng)的初始化（包括軟件和硬件）是PLC加電后的第一步操作。為了讓PLC對(duì)于控制系統(tǒng)的I/O相應(yīng)更加快捷，完成加電初始化后，PLC的中央處理器要不停的處理不同的I/O信號(hào)，PLC的這種工作模式稱之為循環(huán)掃描。[24]1.讀取輸入階段，PLC用有一部分專門的存儲(chǔ)區(qū)域，用來存放PLC在工作時(shí)的各種輸入/輸出信號(hào)，其存儲(chǔ)區(qū)域被命名為輸入映像存儲(chǔ)區(qū)和輸出映像存儲(chǔ)區(qū)。在PLC程序運(yùn)行的第一階段，PLC將整合輸出到PLC中的輸入/輸出變量狀態(tài)并將其存放到過程映像存儲(chǔ)區(qū)。系統(tǒng)工作時(shí)有信號(hào)接入，與之相關(guān)的I過程映像寄存器由0轉(zhuǎn)為1，使軟件STL（梯形圖）中對(duì)應(yīng)的I常開點(diǎn)由0變?yōu)?，常閉觸點(diǎn)由1變?yōu)?。當(dāng)工作的信號(hào)斷開時(shí)，與之相關(guān)的I過程映像寄存器，使軟件STL（梯形圖）對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)回復(fù)原始狀態(tài)。[25]2.當(dāng)運(yùn)行人工所編寫的PLC軟件控制程序時(shí)，其程序的編寫方式不盡相同，通過內(nèi)部的運(yùn)算將人工編寫的PLC控制程序按照一定的規(guī)律進(jìn)行組合。在PLC處于運(yùn)行模式時(shí)，如若所編寫的程序中不含跳轉(zhuǎn)程序，那么PLC的CPU會(huì)安上程序所編寫的順序自上而下的一步步執(zhí)行。?在執(zhí)行用戶所編寫的程序時(shí)，CPU會(huì)通過讀取輸入/輸出映像寄存器來判斷外部輸入/輸出的狀態(tài)，按照人工編寫的程序來進(jìn)行相關(guān)的邏輯計(jì)算，將計(jì)算出相對(duì)性的結(jié)果再重新的寫入到相對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，正是因?yàn)檫@樣，不同的映像存儲(chǔ)區(qū)會(huì)伴隨著用戶程序的一步步執(zhí)行處于不斷變化的狀態(tài)。3.信號(hào)傳輸階段中信號(hào)的接收與傳送，PLC的中央處理器通過以太網(wǎng)接口或RS485等信息傳送接口接收到來自PLC外部傳送回來的信號(hào)時(shí)，就好像當(dāng)有外部信號(hào)進(jìn)入到PLC內(nèi)部時(shí)，CPU就會(huì)把相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，當(dāng)執(zhí)行用戶程序是需要用到該參數(shù)CPU就會(huì)自動(dòng)調(diào)取相關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)送給需要的地方。4.中央處理器的自我檢測(cè)，中央處理器的自我檢查程序包括固定階段的模塊掃描外部新增的工作模塊進(jìn)行檢查，完成所有的監(jiān)控組件復(fù)位以及其他執(zhí)行命令。5.中斷子程序只有當(dāng)編寫的用戶程序中運(yùn)用到了中斷子程序時(shí)才會(huì)被啟用，當(dāng)中斷子程序被運(yùn)行時(shí)，PLC的中央處理器會(huì)改變正常的循環(huán)掃描方式，轉(zhuǎn)而去優(yōu)先執(zhí)行用戶所編寫的中斷子程序，中斷子程序還有著改變可編程控制器一些部位反應(yīng)速度的作用。6.立即的輸入/輸出，當(dāng)所編寫的程序運(yùn)用到了立即輸入/輸出時(shí)，PLC的中央處理器會(huì)立刻對(duì)輸入/輸出進(jìn)行相應(yīng)的讀取與寫入。每當(dāng)使用立即輸入/輸出命令來對(duì)輸入/輸出映像寄存器中的輸入/輸出值進(jìn)行修改時(shí)，其原始值將會(huì)被新的值所覆蓋更新。2.4機(jī)械手2.4.1機(jī)械手概述工業(yè)機(jī)械手普遍分為以下幾種類型。第一種是能夠全自動(dòng)運(yùn)行的機(jī)械手，該類機(jī)械手中裝有程序存儲(chǔ)區(qū)和編碼模塊。該類機(jī)械手支持人工對(duì)其運(yùn)行的程序進(jìn)行開發(fā)。以致其不僅能夠適用于普通的生產(chǎn)線，還可以自動(dòng)操作是一種通用性的機(jī)械手設(shè)備。第二種是需要人工進(jìn)行外界干預(yù)，通過操作員對(duì)其進(jìn)行控制達(dá)成操作任務(wù)，該類設(shè)備被稱為操作機(jī)。第三種時(shí)特殊機(jī)床或工業(yè)生產(chǎn)線所使用的特殊操作設(shè)備。該類設(shè)備的特點(diǎn)是依附于自動(dòng)機(jī)床（生產(chǎn)線）上，以供特殊的生廠流水線所使用。在本次任務(wù)設(shè)計(jì)中，主要將第一種機(jī)械手作為模型，設(shè)計(jì)出一種可通用的機(jī)械手操作設(shè)備。在現(xiàn)今的工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)床和流水線等生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化要求程度較高。因此，通用型機(jī)械手可以滿足當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化需求。2.4.2機(jī)械手的應(yīng)用隨著工業(yè)過程自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，在工廠中，生產(chǎn)任務(wù)通常需要人工加以干預(yù)，這直接導(dǎo)致了自動(dòng)化程度的底下。目前專用機(jī)床仍是大規(guī)模、大批量生產(chǎn)任務(wù)中提高自動(dòng)化的程度的有效方法。除此之外，在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法。[26]但是，除了機(jī)床的切削加工外還有大量的裝卸、搬運(yùn)等機(jī)械操作。機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展有利于提高生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度。根據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)的記載，在美國(guó)，流水線所生產(chǎn)的工業(yè)零件中，75%為小批量生產(chǎn)。這也就意味著，金屬加工所生產(chǎn)的零件數(shù)量在50件以下的覆蓋率高達(dá)四分之三，對(duì)金屬部件進(jìn)行斜削加工的時(shí)間約占總生產(chǎn)時(shí)間的二十分之一。由此可以看出，裝卸、搬運(yùn)等機(jī)械工作在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要性同時(shí)也從側(cè)方面指出提高了機(jī)械手設(shè)備自動(dòng)化的迫切性。[27]2.5機(jī)械手的組成本文所設(shè)計(jì)的機(jī)械手設(shè)備主要由系統(tǒng)輸入、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。其運(yùn)行關(guān)系如圖2.2所示。圖2.2機(jī)械手關(guān)系圖（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)1）手部顧名思義，手部是與工件直接進(jìn)行接觸的操作部件。由于所生產(chǎn)的部件不同，機(jī)械手手部與物體相接觸的原理也不盡相同。主要分為夾持式機(jī)械手設(shè)備和吸附式機(jī)械手設(shè)備。在本次設(shè)計(jì)中，主要對(duì)夾持式機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。夾持式機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)通常由機(jī)械傳力裝置的手指或爪所組成。手指的傳力模式通常分為回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)性手指的優(yōu)點(diǎn)在于其機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造復(fù)雜度不高，因此，廣泛應(yīng)用于工廠流水線設(shè)備中。相較于回轉(zhuǎn)性機(jī)械結(jié)構(gòu)，平移型機(jī)械手手指的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度高。但在對(duì)圓形工件進(jìn)行加工時(shí)，平移型機(jī)械手在抓取過程中不會(huì)導(dǎo)致圓形工件的軸心位置發(fā)生偏移。因此廣泛應(yīng)用于圓形部件的加工和大直徑平移類操作中。被操作工件的形狀、重量、夾取位置均是機(jī)械手選擇過程中的重要指標(biāo)。[28]2）手臂在機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)中，手臂位置往往是承力元件。物件的抓取、搬運(yùn)、移動(dòng)、放置通常需要手臂帶動(dòng)手指去完成。夾持式機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)通常由氣缸、油缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。通過與驅(qū)動(dòng)源對(duì)其驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手便可完成生產(chǎn)相關(guān)操作。3）立柱立柱直接與機(jī)械手臂位置相連接。因此，也可以將立柱理解為機(jī)械手手臂的一部分。手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下升降運(yùn)動(dòng)均需通過立柱得以完成。取決于生產(chǎn)線的不同，立柱通常分為固定式立柱與可移動(dòng)式立柱。4）基座基座用于固定整個(gè)機(jī)械手。機(jī)械手指、手臂、立柱、基座構(gòu)成一套完整的機(jī)械手操作系統(tǒng)。（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)械手的動(dòng)力來源。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常分為由液壓裝置所組成的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、由氣壓泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)以及由齒輪、傳動(dòng)軸等機(jī)械元件所構(gòu)成的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械手的抓取、運(yùn)動(dòng)等操作均由控制系統(tǒng)控制完成。在目前的工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械手控制系統(tǒng)主要分為傳統(tǒng)以繼電器構(gòu)成的電子控制系統(tǒng)以及有智能操作設(shè)備所構(gòu)成的可開發(fā)程序控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)中設(shè)備通常裝配有EEPROM等程序存儲(chǔ)裝置。機(jī)械手能夠讀取其中的程序信息，并按照程序指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)（如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間），同時(shí)，程序可以對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視并傳達(dá)給上位機(jī)。當(dāng)機(jī)械手發(fā)生故障或產(chǎn)生危險(xiǎn)動(dòng)作時(shí)，控制系統(tǒng)可以通知上位機(jī)并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。[29]（3）位置檢測(cè)裝置位置檢測(cè)裝置通常由一系列的檢測(cè)傳感器所組成。傳感器可以將機(jī)械手的是是運(yùn)動(dòng)軌跡和位置傳達(dá)給控制系統(tǒng)。通過傳感器返回?cái)?shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較可以適時(shí)調(diào)整機(jī)械手移動(dòng)位置，從而使整個(gè)機(jī)械手提高控制精度。[30]2.6機(jī)械手控制示意圖機(jī)械手的工作流程圖如圖2.3，2.4所示。圖2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.4機(jī)械臂系統(tǒng)示意圖根據(jù)上圖分析，按下啟動(dòng)按鈕傳送帶開始工作，當(dāng)工件接觸到光電開關(guān)時(shí)傳送帶停止工作，同時(shí)機(jī)械臂開始動(dòng)作，機(jī)械臂在原點(diǎn)時(shí)，機(jī)械臂伸出當(dāng)接觸到伸出限位I0.0時(shí)機(jī)械臂開始下降，當(dāng)機(jī)械臂接觸到下降限位I0.3時(shí)機(jī)械手臂進(jìn)行延時(shí)后夾緊，夾緊延時(shí)后機(jī)械手開始上升，當(dāng)接觸到上升限位I0.2時(shí)機(jī)械手臂開始回縮，機(jī)械手回縮時(shí)接觸到回縮限位I0.1時(shí)，機(jī)械手開始右轉(zhuǎn)，當(dāng)機(jī)械臂右轉(zhuǎn)達(dá)到右轉(zhuǎn)限位I0.5時(shí)，機(jī)械手開始伸出當(dāng)接觸到伸出限位I0.0時(shí)機(jī)械臂開始下降，當(dāng)機(jī)械臂下降到下降限位I0.3時(shí)機(jī)械臂進(jìn)行短暫延時(shí)后機(jī)械手將所夾的工件放在工作臺(tái)上進(jìn)行加工，機(jī)械手放松后開始上升，當(dāng)接觸到上升限位I0.2時(shí)機(jī)械臂開始回縮當(dāng)機(jī)械臂回縮到回縮限位I0.1時(shí)機(jī)械臂左轉(zhuǎn)到初始位置實(shí)現(xiàn)一個(gè)循環(huán)。PAGE6第三章基于PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1PLC的選型PLC技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。全球已有二百多個(gè)公司集團(tuán)生產(chǎn)可編程控制器以及可編程控制器的相關(guān)產(chǎn)品，其中較為優(yōu)秀的PLC生產(chǎn)公司有德國(guó)SIEMENS、美國(guó)羅克韋爾、日本MITSUBISHI、OMRON公司等。得益于西門子公司強(qiáng)大的軟硬件實(shí)力，在上述公司中，使用較為廣泛的PLC設(shè)備主要是西門子公司所生產(chǎn)。西門子PLC不僅時(shí)常應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在國(guó)內(nèi)基建方面也有所使用。目前，西門子公司生產(chǎn)的PLC，在國(guó)家的各個(gè)行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。歐姆龍所生產(chǎn)的PLC設(shè)備主要宗旨是小型化、集成化，在小型工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)和流水線被廣泛使用。相較于西門子公司所生產(chǎn)的PLC，歐姆龍實(shí)現(xiàn)了PLC在硬件集成化技術(shù)上的突破，但究與其控制精度不理想，程序指令讀取方面的設(shè)計(jì)缺陷，難以應(yīng)用在大型工業(yè)控制場(chǎng)合。[31]本次設(shè)計(jì)確認(rèn)選型為西門子（SIMENS）S7-200SMART系列PLC，CPU型號(hào)為SR30繼電器輸出，220VAC供電，18輸入/12輸出。選擇此型號(hào)的PLC足夠本次設(shè)計(jì)的使用，同時(shí)還有剩余的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可以為后續(xù)的升級(jí)留出足夠的空間。S7-200SMART系列PLC的CPU掃描周期和掃描速率更快，通過西門子設(shè)計(jì)的12nm制程工藝的SR30高速芯片，將基本指令的反應(yīng)時(shí)間控制在0.15納秒以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了小型PLC的高精度、高反應(yīng)速度的控制要求，因此在同級(jí)別PLC中首屈一指，遙遙領(lǐng)先。SMART系列PLC在通訊方面也做出了改進(jìn)。他在原有的RS485通訊的基礎(chǔ)上還增加了以太網(wǎng)通訊接口，大大提升了PLC的通訊擴(kuò)展能力，還提升了PLC的傳輸速率。S7-200SMART系列PLC延續(xù)了其父版本S7-200的基本編程語言設(shè)計(jì)思想，只有極少數(shù)的與硬件相關(guān)的指令與其不同所有上手也十分的簡(jiǎn)單?？紤]經(jīng)濟(jì)性，S7-200SMART系列PLC為小型PLC也是應(yīng)用最為廣泛的PLC其價(jià)格低廉，體積小巧且性價(jià)比高，抗干擾能力強(qiáng)后期維護(hù)也更加的方便。3.2系統(tǒng)控制原理3.2.1I/O分配表PLC控制的機(jī)械手輸入分配表如表3.1所示。表3.1輸入分配表輸入名稱地址輸入名稱地址伸出限位I0.0傳送熱繼電保護(hù)I1.2回縮限位I0.1旋轉(zhuǎn)熱繼電保護(hù)I1.3上升限位I0.2物料檢測(cè)I1.4下降限位I0.3手動(dòng)伸出回縮I1.5左轉(zhuǎn)限位I0.4手動(dòng)上升下降I1.6右轉(zhuǎn)限位I0.5手動(dòng)夾緊放松I1.7夾緊限位I0.6手動(dòng)左轉(zhuǎn)I2.0手動(dòng)啟動(dòng)按鈕I0.7手動(dòng)右轉(zhuǎn)I2.1自動(dòng)啟動(dòng)按鈕I1.0復(fù)位按鈕I2.2停止按鈕I1.1=PLC控制的機(jī)械手輸出分配表如表3.2所示。表3.2輸出分配表輸出名稱地址輸出名稱地址伸出電磁閥Q0.0右轉(zhuǎn)Q0.5報(bào)警指示燈Q0.1夾緊電磁閥Q0.6上升電磁閥Q0.2傳送帶Q0.7自動(dòng)運(yùn)行指示燈Q0.3手動(dòng)運(yùn)行指示燈Q1.0左轉(zhuǎn)Q0.43.2.2PLC軟件編程元件本次設(shè)計(jì)使用SIMATICS7-SMART系列PLC作為本次設(shè)計(jì)所使用的硬件，編程中所用到的元件如表3.2所示。表3.3內(nèi)部元件表名稱用途輸入變量（I）系統(tǒng)輸入輸出繼電器（Q）系統(tǒng)輸出中間繼電器（M）中間輸出變量定時(shí)器（T）計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器（C）計(jì)數(shù)特殊繼電器（SM0.1）初始化脈沖3.3限位開關(guān)選型作為按鈕的變種形式，限位開關(guān)被應(yīng)用于控制系統(tǒng)的各個(gè)使用場(chǎng)景中。限位開關(guān)（或行程開關(guān)）與傳統(tǒng)按鈕的區(qū)別在于其控制源是機(jī)械設(shè)備而并非人工。根據(jù)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行軌跡，在設(shè)備運(yùn)行至某一點(diǎn)位時(shí)，限位開關(guān)被觸發(fā)，使程序得以反應(yīng)，從而改變機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)路線。綜上所述，限位開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制，包括自動(dòng)啟動(dòng)、停止、以及變向運(yùn)動(dòng)等。[32]限位開關(guān)主要分為被機(jī)械設(shè)備直接觸發(fā)的直動(dòng)式限位開關(guān)、通過機(jī)械擺錘裝置間接觸發(fā)的單輪旋轉(zhuǎn)式限位開關(guān)、以及單輪式限位開關(guān)的升級(jí)版本（雙向觸發(fā)）的雙旋轉(zhuǎn)式限位開關(guān)等多種行程開關(guān)。在本次設(shè)計(jì)中采用的是直動(dòng)式限位開關(guān)其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。1-頂桿2-彈簧3-常閉觸頭4-觸頭彈簧5-常開觸頭圖3.1直動(dòng)式限位開關(guān)結(jié)構(gòu)圖當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的擋板撞到直動(dòng)式限位開關(guān)的頂桿時(shí)，頂桿向下移動(dòng)，此時(shí)限位開關(guān)的常閉觸頭斷開常開觸頭閉合，當(dāng)擋板移走后由于彈簧的作用限位開關(guān)的各個(gè)觸頭回復(fù)到起始狀態(tài)。生產(chǎn)限位開關(guān)的工廠有很多，本次設(shè)計(jì)選用的限位開關(guān)的型號(hào)選擇為德力西LXK3-20S直動(dòng)式限位開關(guān)其工作電壓為AC220V，額定電流為1.6A可以滿足本次的設(shè)計(jì)需求。3.4光電開關(guān)選型光電開關(guān)由光發(fā)射元件和接收元件所組成。其工作原理是發(fā)射端與接收端中光束被移動(dòng)物體所阻擋時(shí)，光電開關(guān)被觸發(fā)。光電開關(guān)很廣泛的應(yīng)用于機(jī)械臂的動(dòng)作限位、記錄運(yùn)動(dòng)次數(shù)、檢測(cè)物料位置的一類非接觸式的開關(guān)。根據(jù)光線檢測(cè)形式的不同，光電開關(guān)主要被分為有光線對(duì)射式、反射式、夾角式、光導(dǎo)纖維式等多種工作方式的光電開關(guān)。[33]在本次設(shè)計(jì)中采用的是對(duì)射式光電開關(guān)，這類光電開關(guān)一般由發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路三部分組成發(fā)送器和接收器在一個(gè)水平線上相向安裝，發(fā)送器發(fā)出光束由接收器接收當(dāng)有物體經(jīng)過時(shí)接收器的透光亮就會(huì)發(fā)生變化其工作原理，如圖3.2所示。圖3.2對(duì)射式光電開關(guān)工作原理圖本次設(shè)計(jì)選用的光電開關(guān)的型號(hào)為E3F-20C1/20L，其工作電壓為6~36V，可以感應(yīng)的距離為30CM-20M，優(yōu)點(diǎn)有可以檢測(cè)的距離比較廣，檢測(cè)精度高等，可以滿足本次設(shè)計(jì)對(duì)于檢查物料時(shí)檢測(cè)精度和檢測(cè)距離的需要。3.5電動(dòng)機(jī)選型本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中所需要的電動(dòng)機(jī)主要的用途為帶動(dòng)機(jī)械手的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，并且因?yàn)闄C(jī)械手本身具有一定的重量，夾起的重物也有一定的重量，在旋轉(zhuǎn)的過程中速度不可以太快，所以對(duì)所選擇的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩有一定的要求，根據(jù)上述的要求所以本次設(shè)計(jì)選用減速電機(jī)作為機(jī)械手左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的電機(jī)。減速電機(jī)一般分為直流減速電機(jī)和交流減速電機(jī)，在本次設(shè)計(jì)中采用的是交流減速電機(jī)，交流減速電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)為交流電動(dòng)機(jī)和微型齒輪減速箱，齒輪減速箱的作用就是提供一個(gè)比較低的轉(zhuǎn)速和比較大的轉(zhuǎn)矩。與此同時(shí)，齒輪減速箱不同的減速比也可以提供不同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，這樣就加大了減速電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，可以在不同的行業(yè)中使用功率不同的直流減速電機(jī)，減速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有體積較小、噪音低、功耗低、耐用等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)選用的減速電機(jī)的型號(hào)為YS-70KTYZ永磁交流減速電動(dòng)機(jī)，此型號(hào)電動(dòng)機(jī)可以滿足本次設(shè)計(jì)所需，其主要參數(shù)如表3.4所示。表3.4減速電動(dòng)機(jī)參數(shù)銘牌參數(shù)額定電壓AC220V額定功率40W是否正反轉(zhuǎn)是轉(zhuǎn)速2.5r/min此型號(hào)的電動(dòng)機(jī)可以滿足本次設(shè)計(jì)機(jī)械手左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的要求。3.6電磁閥選型電磁閥由電磁感應(yīng)線圈和永磁鐵、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所組成，屬于執(zhí)行器的一種。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，電磁閥的主要應(yīng)用場(chǎng)合為氣動(dòng)閥門、液體閘門等。究與電磁閥優(yōu)秀的工作特性，電磁閥在氣動(dòng)和液壓方面得到了廣泛的應(yīng)用。電磁閥的種類有很多種例如二位三通式電磁閥、二位四通式電磁閥、二位五通式電磁閥等多種不同種類的電磁閥。不同的電磁閥其適合的工作場(chǎng)合也不盡相同，本次設(shè)計(jì)主要采用的電磁閥類型為二位四通式電磁閥，二位五通是電磁閥和二位四通式電磁閥在控制方面達(dá)到的控制效果是相同的，不同點(diǎn)在于二位五通是電磁閥更適合應(yīng)用于氣動(dòng)控制系統(tǒng)中氣體可以直接有電磁閥排除不需要回收。而二位四通式電磁閥又被稱為換向閥是主要適合應(yīng)用在液壓領(lǐng)域的電磁閥。主要特點(diǎn)是可以很方便的回收液壓油使其可以達(dá)到重復(fù)利用的目的。[34]二位四通式電磁閥的工作原理（如圖3.3所示）當(dāng)電磁閥失電時(shí)液體由B口進(jìn)入液壓缸由A口流出液壓缸，此時(shí)液壓桿處于原點(diǎn)起始位置。圖3.3電磁閥工作原理當(dāng)電磁閥線圈通電時(shí)液體由A口流入液壓缸由B口流出液壓缸，此時(shí)由于壓力的作用使液壓桿伸出，當(dāng)電磁閥失電，由于彈簧的作用使得液體流向變?yōu)锽口流入A口流出使液壓桿回歸原位如圖3.4所示。圖3.4二位四通電磁閥工作原理圖本次設(shè)計(jì)選用的二位四通電磁閥型號(hào)為DSG-02-2B2-A220-DL，電磁閥的工作電壓為交流220V，帶自復(fù)位式電磁閥其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電磁閥得電時(shí)液壓桿伸出，當(dāng)電磁閥電時(shí)，電磁閥可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位，可以滿足本次設(shè)計(jì)的需求。3.7PLC控制系統(tǒng)硬件接線圖PLC外部接線圖是可以直觀表示出外部接線原理，外部接線圖如圖3.5所示。圖3.5PLC外部接線圖

第四章機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1PLC編程軟件簡(jiǎn)介西門子STEP7系列編程軟件主要用于創(chuàng)建PLC軟件程序編寫的標(biāo)準(zhǔn)化軟件，可以使用面向電工類人員設(shè)計(jì)的梯形圖邏輯系統(tǒng)編程、面向計(jì)算機(jī)類人員使用的語句表邏輯進(jìn)行編程、還有面向適合于電子類專業(yè)的功能塊圖邏輯進(jìn)行編程。軟件支持的基本功能是創(chuàng)建、編輯和修改用戶程序以及編譯、調(diào)試、運(yùn)行和實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的基本功能。[35]4.2控制系統(tǒng)工藝流程機(jī)械手控制工藝流程主要由抓取物料、移動(dòng)和放置物料三個(gè)操作環(huán)節(jié)所組成。機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的主要應(yīng)用為對(duì)傳送帶運(yùn)輸來的物料進(jìn)行抓取，抬升后進(jìn)行轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)操作，并將物料放置于物料加工工作臺(tái)上。工作臺(tái)對(duì)物料工件進(jìn)行加工。機(jī)械手在運(yùn)輸物料工件時(shí)的主要?jiǎng)幼饔校簜魉蛶⑽锪蟼鬟f而來時(shí)，機(jī)械手臂通過傳感器獲取物料位置信息。旋轉(zhuǎn)角度至傳送帶。觸碰限位開關(guān)后，機(jī)械手由立柱下降并帶動(dòng)機(jī)械手臂向前伸出。到達(dá)物料所處位置時(shí)，機(jī)械手臂按照程序向下做出抓取動(dòng)作，將物料夾緊后，機(jī)械手手指部分觸發(fā)限位開關(guān)并做出向上抬升的動(dòng)作。抬升至一定位置時(shí)，機(jī)械手臂向后回縮，立柱發(fā)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)作帶動(dòng)機(jī)械手臂的向右旋轉(zhuǎn)。由可編程控制器在伸出、回縮、上升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的限位處的限位開關(guān)來控制機(jī)械手臂的動(dòng)作限位，讓機(jī)械手按照規(guī)定的動(dòng)作軌跡完成規(guī)定的動(dòng)作，并且實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期的循環(huán)機(jī)械手的控制工藝流程圖如圖4.1所示。圖4.1控制工藝流程圖4.3控制系統(tǒng)項(xiàng)目創(chuàng)建4.3.1新建項(xiàng)目打開STEP7-MicroWINSMART編程軟件，單擊新建項(xiàng)目，而后單擊保存在彈出的對(duì)話框中為新建的項(xiàng)目文件重命名為“畢業(yè)設(shè)計(jì)”，如圖4.2所示。圖4.2項(xiàng)目創(chuàng)建4.3.2系統(tǒng)塊設(shè)置在軟件程序編寫前還需要對(duì)程序的系統(tǒng)塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)置的目的一是選擇本次設(shè)計(jì)所使用的可編程控制器的CPU型號(hào)，如果使用了其他的模塊也必須在系統(tǒng)塊中添加后CPU才會(huì)識(shí)別到添加的模塊信息。二是設(shè)置可編程控制器CPU的通訊方式，可提供的通訊方式有以太網(wǎng)端口通訊和RS485端口通訊，本次設(shè)計(jì)所使用的端口為以太網(wǎng)端口通訊。具體的操作步驟為：（1）在新建的項(xiàng)目下拉欄中找到CPU圖標(biāo)，其默認(rèn)的CPU型號(hào)為ST20，雙擊CPUST20。（2）在彈出的系統(tǒng)塊對(duì)話框中找到CPU并雙擊，在下拉欄中找到本次設(shè)計(jì)所需的CPU型號(hào)“CPUSR30”如圖4.3所示。（3）單擊通信，勾選以太網(wǎng)端口通訊并設(shè)置IP地址為“192.168.2.1”，設(shè)置子網(wǎng)掩碼為“255.255.255.0”，IP地址的設(shè)置必須使PLC的通訊地址和PC的通訊地址在同一網(wǎng)段時(shí)，PLC和PC之間才可以建立起通訊鏈接，如圖4.4所示。圖4.3系統(tǒng)塊CPU型號(hào)選擇圖4.4系統(tǒng)塊通訊設(shè)置4.4控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的主要程序根據(jù)使用場(chǎng)景的不同主要分為兩類分別是自動(dòng)控制程序和手動(dòng)控制程序。手動(dòng)控制程序主要應(yīng)用于在設(shè)備的使用初期，用于現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)動(dòng)作調(diào)試。自動(dòng)控制程序主要為了設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行，保證手動(dòng)控制調(diào)節(jié)安全且長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。4.4.1符號(hào)表的建立符號(hào)表的作用是用來統(tǒng)計(jì)所使用的變量，在在軟件中可以對(duì)符號(hào)表中的變量進(jìn)行修改，還起到了對(duì)所使用的變量進(jìn)行注釋的作用，方便于編寫控制程序時(shí)對(duì)控制程序的理解，和方便在調(diào)試過程中了解控制程序的運(yùn)行狀態(tài)。符號(hào)表在創(chuàng)建項(xiàng)目文件時(shí)會(huì)自動(dòng)生成符號(hào)表，所有只需對(duì)其進(jìn)行修改即可。符號(hào)表的創(chuàng)建流程為在項(xiàng)目下拉欄中單擊符號(hào)表，選擇I/O符號(hào)如圖4.5所示。圖4.5符號(hào)表創(chuàng)建根據(jù)I/O分配表對(duì)符號(hào)表進(jìn)行修改，修改完成后的符號(hào)表如圖4.6所示。圖4.6符號(hào)表創(chuàng)建完成4.4.2主程序設(shè)計(jì)機(jī)械手控制程序的主程序分為兩部分，分別為啟動(dòng)自動(dòng)控制程序和啟動(dòng)手動(dòng)控制程序這兩部分，且在自動(dòng)控制程序啟動(dòng)時(shí)無法啟動(dòng)手動(dòng)控制程序同理在啟動(dòng)手動(dòng)控制程序后無法啟動(dòng)自動(dòng)控制程序。自動(dòng)控制程序啟動(dòng)和手動(dòng)控制程序啟動(dòng)主要應(yīng)用位邏輯指令進(jìn)行編寫，在啟動(dòng)程序的編寫時(shí)要將自動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)程序行程互鎖，這樣可以避免在自動(dòng)程序運(yùn)行時(shí)誤觸手動(dòng)控制程序的按鈕所形成的干擾，同理當(dāng)啟動(dòng)手動(dòng)控制程序時(shí)也可以避免誤觸自動(dòng)控制程序行程干擾，手動(dòng)啟動(dòng)程序和自動(dòng)啟動(dòng)程序的轉(zhuǎn)換條件為必須先按下停止按鈕，具體程序編寫如圖4.7所示。圖4.7手動(dòng)/自動(dòng)啟動(dòng)程序按照程序要求，當(dāng)按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕I1.0時(shí)自動(dòng)運(yùn)行指示燈Q0.2接通，因?yàn)樽詣?dòng)運(yùn)行指示燈帶自鎖的傳開觸點(diǎn)Q0.2閉合，自動(dòng)運(yùn)行指示燈的常閉觸點(diǎn)段開，自動(dòng)運(yùn)行指示燈會(huì)持續(xù)通電接入到自動(dòng)控制程序中，此時(shí)因?yàn)樽詣?dòng)運(yùn)行指示燈常閉觸點(diǎn)Q0.2斷開，所以當(dāng)誤觸手動(dòng)啟動(dòng)按鈕時(shí)，手動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行指示燈也不會(huì)接通，只有當(dāng)按下停止按鈕I1.1.時(shí)自動(dòng)運(yùn)行指示燈斷電，Q0.2常閉觸點(diǎn)復(fù)位時(shí)才可以啟動(dòng)手動(dòng)啟動(dòng)程序。4.4.3手動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)手動(dòng)控制程序?yàn)樵诔跗诘恼{(diào)試作用，其控制工藝為按下機(jī)械手各個(gè)動(dòng)作的啟動(dòng)按鈕時(shí)，機(jī)械手臂完成相應(yīng)的動(dòng)作，編寫的具體程序如圖4.8所示。圖4.8手動(dòng)伸出回縮當(dāng)按下手動(dòng)運(yùn)行按鈕I0.7時(shí)，手動(dòng)運(yùn)行指示燈Q1.0接通，機(jī)械手進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行程序中，當(dāng)按下并保持按下手動(dòng)伸出回縮按鈕I1.5時(shí)機(jī)械手進(jìn)行伸出動(dòng)作，當(dāng)松開按鈕I1.5時(shí)機(jī)械手進(jìn)行回縮動(dòng)作。圖4.9手動(dòng)上升下降當(dāng)按下手動(dòng)上升下降按鈕I1.6并保持時(shí)，上升下降電磁閥Q0.3得電，機(jī)械手臂進(jìn)行下降動(dòng)作，當(dāng)松開手動(dòng)上升下降按鈕I1.6時(shí)，上升下降電磁閥Q0.3失電，機(jī)械手臂進(jìn)行上升動(dòng)作，具體程序編寫如圖4.9所示。圖4.10手動(dòng)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)當(dāng)按下手動(dòng)左轉(zhuǎn)按鈕I2.0時(shí)，電動(dòng)機(jī)左轉(zhuǎn)電磁閥Q0.4得電，機(jī)械手臂進(jìn)行左轉(zhuǎn)當(dāng)接觸到左轉(zhuǎn)的最大限位I0.4時(shí)，左轉(zhuǎn)限位I0.4常閉點(diǎn)斷開，左轉(zhuǎn)Q0.4失電，機(jī)械手臂停止左轉(zhuǎn)，機(jī)械手右轉(zhuǎn)原理與左轉(zhuǎn)原理相同，具體程序如圖4.10所示。圖4.11手動(dòng)夾緊放松當(dāng)按下手動(dòng)夾緊放松按鈕I1.7時(shí)，I1.7常開點(diǎn)閉合夾緊電磁閥Q0.6得電，機(jī)械手進(jìn)行夾緊動(dòng)作，當(dāng)松開手動(dòng)夾緊桑松按鈕I1.7時(shí)夾緊電磁閥失電機(jī)械手放松，具體程序如圖4.11所示。4.4.4自動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)自動(dòng)控制程序?yàn)樽詣?dòng)化生產(chǎn)線中長(zhǎng)期運(yùn)行的程序，其工藝為當(dāng)按下自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)按鈕時(shí)機(jī)械手進(jìn)入自動(dòng)控制程序，機(jī)械手按照設(shè)定好的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行周期循環(huán)動(dòng)作，自動(dòng)控制的啟動(dòng)條件為只有當(dāng)機(jī)械手處于動(dòng)作的原點(diǎn)時(shí)、按下自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕時(shí)，才可以啟動(dòng)自動(dòng)控制程序。圖4.12自動(dòng)控制程序局部當(dāng)系統(tǒng)滿足自動(dòng)控制的啟動(dòng)條件時(shí)，按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕I1.0時(shí),自動(dòng)運(yùn)行指示燈Q0.2得電使得自動(dòng)運(yùn)行指示燈常開觸點(diǎn)Q0.2得電后中間繼電器M0.1得電，傳送帶開始工作，運(yùn)輸物料工件到指定的位置時(shí)接觸到物料檢測(cè)光電開關(guān)I1.4，中間繼電器M0.2接通機(jī)械手進(jìn)行下一步的動(dòng)作，同時(shí)M0.2中間繼電器的常閉觸點(diǎn)斷開使得中間繼電器M0.1失電，這樣做的目的是去除上一步動(dòng)作的下一步動(dòng)作的干擾，提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，機(jī)械手開始進(jìn)行周期循環(huán)動(dòng)作，這里的中間繼電器M僅表示機(jī)械手個(gè)個(gè)動(dòng)作的中間變量，具體程序如圖4.12所示。自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)的條件為當(dāng)機(jī)械手執(zhí)行到動(dòng)作的最后一步時(shí)中間繼電器M1.5接通，把系統(tǒng)最后一步動(dòng)作作為循環(huán)控制系統(tǒng)的第一步啟動(dòng)條件，完成控制系統(tǒng)的循環(huán)當(dāng)?shù)诙窝h(huán)開始時(shí)，中間繼電器M0.1接通，它的常閉觸點(diǎn)斷開使得中間繼電器M1.5線圈失電，斷開機(jī)械手最后一步的影響具體程序如圖4.13所示。圖4.13自動(dòng)控制系統(tǒng)循環(huán)4.4.5復(fù)位及報(bào)警程序設(shè)計(jì)復(fù)位程序是當(dāng)控制系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，機(jī)械手臂意外停止時(shí)讓機(jī)械手回歸原位狀態(tài)，機(jī)械手意外停止的情況分為兩種，一種為機(jī)械手在左轉(zhuǎn)限位處另一種是機(jī)械手不再左轉(zhuǎn)限位處，當(dāng)機(jī)械手意外失電時(shí)因?yàn)樗械碾姶砰y都帶有自動(dòng)復(fù)位的功能，所有當(dāng)意外失電時(shí)機(jī)械手回到原位，但是控制左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)并不會(huì)回到原點(diǎn)，所有復(fù)位程序主要為將機(jī)械手左轉(zhuǎn)到左轉(zhuǎn)限位開關(guān)處，并復(fù)位所有的中間繼電器具體程序如圖4.14所示。圖4.14復(fù)位程序報(bào)警程序?yàn)楫?dāng)程序在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)讓設(shè)備暫停工作并亮起報(bào)警指示燈起到提示報(bào)警的作用具體程序如圖4.15所示。圖4.15報(bào)警程序4.5控制系統(tǒng)仿真與調(diào)試在完成全部的機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件編寫后，使用STEP7仿真軟件對(duì)所寫的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，使用仿真軟件的優(yōu)點(diǎn)是可以在不借助CPU硬件的情況下就可以運(yùn)行所編寫的PLC程序，了解所編寫的機(jī)械手控制系統(tǒng)程序是否存在邏輯上的錯(cuò)誤，這樣可以提高程序的開發(fā)速度，保障控制系統(tǒng)軟件可以在后期穩(wěn)定的運(yùn)行。4.5.1仿真軟件設(shè)置首先打開STEP7-MicroWINSMART編程軟件，打開所編寫的控制系統(tǒng)程序，單擊導(dǎo)出，在下拉欄中選擇“導(dǎo)出POU”，導(dǎo)出仿真專用的AWL文件，并將仿真文件重命名為“畢業(yè)設(shè)計(jì)仿真”具體操作如圖4.16,4.17所示。圖4.16仿真文件導(dǎo)出圖4.17仿真文件重命名其次打開仿真軟件，單擊“程序”在下拉欄中單擊“裝載程序”選擇導(dǎo)出的仿真文件，完成仿真程序的裝載，具體操作如圖4.18所示。圖4.18仿真文件裝載4.5.2主程序仿真主程序仿真分為兩部分，一部分為自動(dòng)控制啟動(dòng)程序另一部分為手動(dòng)控制啟動(dòng)程序兩部分控制程序仿真。自動(dòng)控制程序仿真為當(dāng)按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕I1.0時(shí)，自動(dòng)運(yùn)行指示燈Q0.2點(diǎn)亮，同時(shí)傳送帶Q0.7啟動(dòng)，具體仿真如圖4.19所示。圖4.19自動(dòng)啟動(dòng)程序仿真手動(dòng)控制程序?yàn)楫?dāng)按下手動(dòng)啟動(dòng)按鈕I0.7時(shí)，手動(dòng)運(yùn)行指示燈Q1.0點(diǎn)亮，具體仿真程序如圖4.20所示。圖4.20手動(dòng)啟動(dòng)程序仿真4.5.3手動(dòng)控制程序仿真手動(dòng)控制程序啟動(dòng)的前提是當(dāng)按下手動(dòng)啟動(dòng)按鈕I0.7的前提下，按下機(jī)械手手動(dòng)伸出回縮按鈕I1.5時(shí)，伸出回縮電磁閥Q0.0得，電機(jī)械手進(jìn)行伸出動(dòng)作，具體仿真如圖4.21所示。圖4.21手動(dòng)伸出仿真當(dāng)按下手動(dòng)上升下降按鈕I1.6時(shí)，上升下降電磁閥Q0.3得電，機(jī)械手進(jìn)行下降動(dòng)作，具體仿真如圖4.22所示。圖4.22手動(dòng)下降仿真4.5.4自動(dòng)控制程序仿真自動(dòng)控制系統(tǒng)程序?yàn)楫?dāng)按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕I1.0時(shí)，程序進(jìn)入自動(dòng)控制程序，傳送帶開始工作，進(jìn)入到自動(dòng)程序的第一步具體仿真如圖4-19所示。當(dāng)物料運(yùn)輸?shù)轿锪蠙z測(cè)I1.4處時(shí)機(jī)械手伸出電磁閥Q0.0得電，機(jī)械手進(jìn)入到自動(dòng)運(yùn)行的第二步，具體仿真如圖4.23所示。機(jī)械手按照規(guī)定的動(dòng)作運(yùn)行，當(dāng)接觸到限位開關(guān)時(shí)機(jī)械手進(jìn)行下一步的動(dòng)作。圖4.23自動(dòng)運(yùn)行仿真當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行到最后一步機(jī)械手進(jìn)行左轉(zhuǎn)回到原點(diǎn)，當(dāng)再次接觸點(diǎn)左轉(zhuǎn)限位時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的自動(dòng)工作。具體仿真如圖4.24所示。圖4.24自動(dòng)運(yùn)行仿真部分4.5.5復(fù)位及報(bào)警程序仿真復(fù)位程序?yàn)楫?dāng)按復(fù)位按鈕I2.2機(jī)械手在非原點(diǎn)時(shí)機(jī)械手進(jìn)行左轉(zhuǎn)回到原點(diǎn)，具體仿真如圖4.25所示。圖4.25復(fù)位仿真報(bào)警程序仿真為當(dāng)有報(bào)警時(shí)傳送熱繼電器保護(hù)I1.2或旋轉(zhuǎn)熱繼電保護(hù)I1.3時(shí)，暫停程序運(yùn)行并使報(bào)警指示燈Q0.1點(diǎn)亮，具體仿真如圖4.26所示。圖4.26報(bào)警仿真4.6組態(tài)軟件設(shè)計(jì)4.6.1工程新建（1）新建工程，命名為“機(jī)械手仿真”。點(diǎn)擊進(jìn)入工程，單擊左側(cè)菜單中“設(shè)備”的“COM1”，將波特率確定成9600bit/s，如（圖4.27）所示：圖4.27設(shè)置串口單擊“新建”->“設(shè)備驅(qū)動(dòng)”->“PLC”->“西門子”->“S7-000系列”->“PPI”，如（圖4.28）所示。給新設(shè)備命名“西門子”，為安裝設(shè)備指定地址為“2”。最后完成組態(tài)通信部份的設(shè)置。圖4.28設(shè)置配置向?qū)?.6.2數(shù)據(jù)庫(kù)連接點(diǎn)擊左側(cè)瀏覽中的“數(shù)據(jù)詞典”，以及系統(tǒng)定義的內(nèi)存變量將出現(xiàn)到右側(cè)工作空間中，將其底端“新建”進(jìn)行雙擊后出現(xiàn)“定義變量”對(duì)話框。然后初始化輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)，譬如包括“啟動(dòng)按鈕”，變量類型選擇“I/0離散”，連接設(shè)備時(shí)“西門子”，寄存器選擇“M0.0”，數(shù)據(jù)種類是“bit”，其讀寫屬性是“讀寫”，接著選擇變量實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，定義變量如（圖4.29）所示。輸出變量寄存器改為Q。以相同的方式配置所有變量，數(shù)據(jù)詞典中的變量列表如（圖4.30）所示：圖4.29定義變量圖4.30數(shù)據(jù)詞典中的變量列表4.6.2人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)（1）建立組態(tài)畫面，點(diǎn)擊左側(cè)瀏覽器中畫面。機(jī)械手自動(dòng)界面如（4.31）所示：圖4.31機(jī)械手自動(dòng)界面（2）動(dòng)畫連接首先組合需上下運(yùn)動(dòng)的部件，然后創(chuàng)建動(dòng)畫連接，點(diǎn)擊彈出窗口中的“垂直移動(dòng)”，選擇變量“機(jī)械手下移”，把移動(dòng)距離改為合適數(shù)值，機(jī)械手垂直下降動(dòng)畫連接建立完成。機(jī)械手下降動(dòng)畫連接如（圖4.32）所示圖4.32機(jī)械手下降動(dòng)畫連接開關(guān)按鈕對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫連接如圖4.33，將其開關(guān)進(jìn)行雙擊，并且單擊“按下時(shí)”后，進(jìn)行相應(yīng)的編程，其它開關(guān)的動(dòng)畫建立與其相似。圖4.33開關(guān)按鈕動(dòng)畫連接下限位按鈕對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫連接如圖4.34，將其開關(guān)進(jìn)行雙擊，并且單擊“填充屬性”按鈕后，進(jìn)行相應(yīng)的填充，其它限位開關(guān)的動(dòng)畫建立與其相似。圖4.3.4下限位開關(guān)動(dòng)畫連接機(jī)械手仿真參數(shù)設(shè)置，使用左側(cè)瀏覽區(qū)域中“系統(tǒng)設(shè)置”->“設(shè)置運(yùn)行系統(tǒng)”，隨機(jī)出現(xiàn)的窗口中單擊“主畫面配置”，選擇“機(jī)械手仿真”，然后點(diǎn)擊“特殊”選項(xiàng)卡，設(shè)置“運(yùn)行系統(tǒng)基準(zhǔn)頻率”為100毫秒。機(jī)械運(yùn)動(dòng)的參數(shù)設(shè)置完成，如（圖4.35）所示：圖4.35運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置打開左側(cè)瀏覽“命令語言”“應(yīng)用程序命令語言”，打開窗口找到“運(yùn)行時(shí)”選項(xiàng)卡，在其中編寫機(jī)械手運(yùn)動(dòng)時(shí)的一些所需程序。如（圖4.36）所示：圖4.36應(yīng)用程序命令語言對(duì)話框西門子S7-1200的PLC中下載所需的梯形圖，單擊后運(yùn)行，然后關(guān)閉編輯梯形圖的軟件，打開組態(tài)王，點(diǎn)擊左側(cè)瀏覽器中“切換到運(yùn)行系統(tǒng)”，在產(chǎn)生的窗口中進(jìn)行確定的點(diǎn)擊操作，然后產(chǎn)生機(jī)械手自動(dòng)界面信息，此時(shí)點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，機(jī)械手就可以按照梯形圖程序運(yùn)動(dòng)。第五章結(jié)論5.1結(jié)論在基于PLC控制的機(jī)械手控制系統(tǒng)中，對(duì)于機(jī)械手的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及控制方法進(jìn)行了分析分析和研究，在了解了機(jī)械手臂的控制方法，并采用西門子系列PLC及西門子PLC編程軟件對(duì)所提出的控制方法加以實(shí)現(xiàn)。在本次的設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的上升和下降動(dòng)作、機(jī)械手的伸出和回縮動(dòng)作、機(jī)械手的夾緊和放松動(dòng)作、到整個(gè)機(jī)械手的向左旋轉(zhuǎn)和向右旋轉(zhuǎn)動(dòng)作硬件部分配合限位開關(guān)和光電開關(guān)來使機(jī)械手達(dá)到限位的目的。并且可以通過控制程序可以使機(jī)械手臂按照規(guī)定的動(dòng)作軌跡來執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作，并且控制系統(tǒng)軟件還分為了手動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)運(yùn)行兩種工作模式，實(shí)現(xiàn)在不同需要的情況下使機(jī)械手可以采用不同的工作模式，考慮到控制系統(tǒng)的完整性和安全性，在控制系統(tǒng)中還有機(jī)械手臂的復(fù)位程序和機(jī)械手的報(bào)警程序，且機(jī)械手的可以配合傳送帶穩(wěn)定的運(yùn)行。5.2不足及展望本文通過理論與實(shí)際、設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的功能性、可靠性、穩(wěn)定性、可行性，但是此機(jī)械手還有著很大的提升空間。未來可以從以下方面對(duì)其進(jìn)行提高：（1）雖然設(shè)計(jì)的機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)設(shè)定的動(dòng)作，完成上下料功能，但是機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)并不完美，還有很大的提升空間?？梢詮妮p量化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面入手，使得結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化。若將機(jī)械手用于大重量物料加工過程中，需要對(duì)機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)可靠性。（2）隨著人工智能的發(fā)展，越來越多的智能方法可供使用。如在機(jī)械手中搭建機(jī)器視覺系統(tǒng)，制定完整的控制策略，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)搬運(yùn)功能。網(wǎng)絡(luò)操作和智能化也是機(jī)械手今后發(fā)展的趨勢(shì)。

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