機械手動作控制系統(tǒng)設(shè)計

1、目錄1 引言,2 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 ,3 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 ,3 2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表 ,4 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計 ,5 3 控制系統(tǒng)設(shè)計 ,5 3.1 控制程序流程圖設(shè)計 ,5 3.2 控制程序梯形圖設(shè)計 ,8 3.3 控制程序設(shè)計思路 ,14 4 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 ,16 結(jié)束語 ,17 參考文獻 ,18 附錄：帶功能注釋的源程序,19 - 1 - 引言隨著社會生產(chǎn)不斷進步和人們生活節(jié)奏不斷加快，人們對生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。 由于微電子技術(shù)和計算軟、 硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，使機械手技術(shù)快速發(fā)展， 其中氣動機械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡便以

2、及不污染環(huán)境、組件價格低廉、 維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點，已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個部門，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。機械手主要作用是完成機械部件的搬運工作，能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中， 使零件搬運、貨物運輸更快捷便利。例如：機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍、在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業(yè)中它可以用來組裝零部件、 可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動、 可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、 危險品及有害物的搬運等、宇宙及海洋的開發(fā)、軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗等。- 2 - 2 系統(tǒng)總

3、體方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、 驅(qū)動機構(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。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6 個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有23 個自由度。控制系統(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機

4、的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp 等微控制芯片構(gòu)成， 通過對其編程實現(xiàn)所要功能。機械手控制要求：（1） 系統(tǒng)工作受開關(guān)控制， 起動開關(guān) on 則系統(tǒng)工作；起動開關(guān) off 則系統(tǒng)停止工作。（2）機械手實現(xiàn)原位下降夾緊上升右移下降放松上- 3 - 升左移原位的工作順序周而復(fù)始的工作，實現(xiàn)將物體從 a點搬運到 b點的工序。（3）系統(tǒng)啟動后，若機械手不在原位，能先回原位狀態(tài)。機械手的動作流程如下圖：2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表輸入啟動、停止按鈕i0.0 下限位i0.1 上限位i0.2 右限位i0.3 左限位i0.4 輸出下降閥

5、q0.0 夾緊閥q0.1 上升閥q0.2 右行閥q0.3 左行閥q0.4 原位燈 hl q0.5 - 4 - 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計3 控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 控制程序流程圖設(shè)計- 5 - 1當開啟啟動按鈕，機械手在原位時：m0.5 ?(sm0.1+i0.0)初始i0.0 ?m0.5 原點啟動a 點降i0.1 下限位夾緊 2s t37 a 點升i0.2 上限位右行i0.3 右限位b 點降i0.1 下限位松開 2s t38 b 點升i0.2 上限位左行i0.4 左限位m0.0 m2.0 m2.2 m2.1 m2.3 m2.7 t38 m2.6 m2.5 m2.4q0.0 s q0.1 t37 q0.

6、2 q0.3 q0.0 rq0.1q0.2 q0.4 - 6 - 2 當開啟啟動按鈕，機械手不在原位時：i0.0?q0.1?i0.3 i0.0?q0.1?r i0.3 a 點升i0.2 上限位右行i0.3 右限位b 點降i0.1 下限位松開2s i0.0?i0.3?r q0.1 t39 b 點升i0.0?i0.4?r q0.1 i0.2 上限位a 點升左行i0.2 上限位i0.4 左限位復(fù)位成功，原點條件滿足，原位燈q0.5 亮。m1.0 m1.1 m1.2 m1.4 m1.3 q0.3 m1.5 q0.2 q0.0 rq0.1 q0.2 q0.4 t39 q0.2 m1.6 - 7 - 3.

7、2 控制程序梯形圖設(shè)計1 公用程序：- 8 - 2 當開啟啟動按鈕，機械手在原位時：- 9 - - 10 - 3 當開啟啟動按鈕，機械手不在原位時：- 11 - - 12 - - 13 - 3.3 控制程序設(shè)計思路1. 公用程序設(shè)計機械手在最上面和最左邊的位置、夾緊裝置松開時，系統(tǒng)處于規(guī)定的初始條件，稱為“原點條件”，此時左限位開關(guān)i0.4 、上限位開關(guān) i0.2 的常開觸點和表示夾緊裝置松開的q0.1 的常閉觸點組成的串聯(lián)電路接通，原點條件標志m0.5 為 on 。在開始執(zhí)行用戶程序 （sm0.1為 on ） 、 啟動按鈕 i0.0為 on時，如果機械手處于原點狀態(tài)（m0.5 為 on ）

8、，初始步對應(yīng)的m0.0 將被置位，為單周期連續(xù)工作方式做好準備。如果 m0.5 為 off ，m0.0 將被復(fù)位，初始步為不活動步，按下啟動按鈕也不能進入步m2.0。機械手在工作時，如果想緊急停車，將i0.0變?yōu)?off即可，此時所以步 2.0 和 m1.0 全將復(fù)位。2. 自動程序設(shè)計plc上電后，如果滿足原點條件，原點燈q0.5 會亮。此時按下啟動按鈕i0.0 ，即 i0.0為 on時，m0.0 被置位，進入連續(xù)工作方式。 機械手將完成 “下降抓取上升右行下降松手上升左行回到原位” 。如果此時i0.0還是 on ，則繼續(xù)自動工作。- 14 - 3. 自動返回原點程序當啟動按鈕 i0.0 后

9、，原位燈 q0.5 沒亮，說明機械手不在原點位置并可能處于任意狀態(tài)，根據(jù)機械手當時所處的位置和夾緊裝置的狀態(tài)，可以分為3 種情況，采用不同的處理方法。（1） 夾緊裝置松開如果 q0.1 為 off ，表示夾緊裝置松開，沒有夾持工件，此時有兩種情況。當 i0.4為 on時， 表示機械手在下降到a點時停止，只需要上升回原點即可。 當 i0.3 為 on時， 機械手應(yīng)上升和左行，直接返回原點位置。（2） 夾緊裝置處于夾緊狀態(tài)，機械手在最右邊此時夾緊電磁閥q0.1 和右限位開關(guān)i0.3均為 on ，應(yīng)將工件放到 b 點后再返回原點位置。按下起動按鈕i0.0 ，機械手應(yīng)進入“ b 點降”步m1.2，轉(zhuǎn)換

10、條件為i0.0 ?q0.1?i0.3 ，首先執(zhí)行下降和松開操作，釋放工件后，機械手再上升、左行，返回原點位置。（3） 夾緊裝置處于夾緊狀態(tài)，機械手不在最右邊此時夾緊電磁閥q0.1 為 on ，右限位開關(guān) i0.3為 off 。按下起動按鈕 i0.0 ， 應(yīng)進入“a點升”步 m1.0, 轉(zhuǎn)換條件為 i0.0 ?q0.1 ?r i0.3 ，機械手首先應(yīng)上升，然后右行、下降和松開工件，將工件放到 b點后再上升、左行，返回原點位置。如果機械手已經(jīng)在最上面，上限位開關(guān)i0.2為 on ，進入“ a 點升”步后，因為轉(zhuǎn)換條件已經(jīng)滿足，將馬上轉(zhuǎn)換到“右行步”。- 15 - 4 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析在這次實驗過

11、程中，我遇到了很多的問題。一開始我根據(jù)實驗要求就開始編譯程序，導(dǎo)致程序有很多的漏洞，經(jīng)常遺漏某些步驟。后來我根據(jù)實驗要求先做出機械手的實驗流程圖，先將流程圖補充完整將實驗要求都能實現(xiàn)到為止。再根據(jù)流程圖做出機械手的梯形圖，這樣編的程序就條例清楚，順序明了了。在編譯過程中要先將i/o 分配表列出來， 這樣做流程圖和梯形圖是就方便很多。程序編好后，就是上機檢測。先要將plc和機械手模擬機連接好，其中 plc外部接線時關(guān)鍵。 我一開始因為接線出現(xiàn)問題導(dǎo)致既沒輸入又沒輸出， 所有實驗燈都不亮。 后來在老師指導(dǎo)下明白了 ac/dc/rly型 plc的電源外部接線，即1m-ml+-v+, m 1l2lco

12、m 。當外部接線沒問題后，在運行過程中又遇到一個電磁閥不會得電。在用 plc編程軟件中的“程序狀態(tài)監(jiān)控”按鍵，通過一條一條的檢查程序， 發(fā)現(xiàn)有程序出現(xiàn)矛盾的地方，最后將問題處修改后，整個程序正常運行了。- 16 - 結(jié)束語四天的plc 課程設(shè)計結(jié)束了，從中我學(xué)到很多新知識，課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題 , 鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，同時提高了我的實踐操作和動手能力。在完成這個設(shè)計的時候，我總是被一些小的，細的問題擋住前進的步伐，讓我總是為了解決一個小問題而花費很長的時間。最后還要查閱其他的書籍才能找出解決的辦法。并且我在做設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)有很多東西，我都還不

13、知道。 其實在做設(shè)計的時候，基礎(chǔ)是一個不可缺少的知識，但是往往一些核心的高層次的東西更是不可缺少。這次課程設(shè)計鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過實訓(xùn)使我們懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的， 只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論， 從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，沒有徹底熟悉一些重要的概念， 它鍛煉了我做項目的能力，提高了自己獨立思考問題、自己動手操作的能力，也使我們對人生和社會有了更清楚的認識， 任何的成功都有艱辛和汗水鋪出來的，沒有那么多的意外收獲。在此我要感謝老師

14、的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助。- 17 - 參考文獻1 廖常初 .plc 編程及應(yīng)用 m.4 版. 北京：機械工業(yè)出版社，2013 2 王阿根 . 西門子 s7-200plc編程實例精解 m. 北京：電子工業(yè)出版社， 2011 3 王冬青 . 可編程序控制器原理及應(yīng)用.m. 北京：人民郵電出版社， 2002 4 姚伯威、呂強 . 機電一體化原理及應(yīng)用. m北京 : 國防工業(yè)出版社 ,2004 - 18 - 附錄organization_block 主程序 :ob1 title=程序注釋begin network 1 / 網(wǎng)絡(luò)標題/ 網(wǎng)絡(luò)注釋ld i0.4 原點滿足條件a i0.2 an q0.1

15、= m0.5 network 2 開機進入初始狀態(tài)ld sm0.1 o i0.0 lps a m0.5 s m0.0, 1 lpp an m0.5 r m0.0, 1 network 3 原點燈亮條件ld m0.5 = q0.5 network 4 關(guān)閉起動按鈕，所有步復(fù)位ldn i0.0 r m2.0, 8 r m1.0, 7 network 5 初始并滿足原點條件 ? ld m0.0 a i0.0 a m0.5 s m2.0, 1 r m0.0, 1 network 6 a點降ld m2.0 a i0.1 s m2.1, 1 r m2.0, 1 network 7 夾緊并停 2s ld m

16、2.1 a t37 s m2.2, 1 - 19 - r m2.1, 1 network 8 a點升ld m2.2 a i0.2 s m2.3, 1 r m2.2, 1 network 9 右行l(wèi)d m2.3 a i0.3 s m2.4, 1 r m2.3, 1 network 10 b點降ld m2.4 a i0.1 s m2.5, 1 r m2.4, 1 network 11 松開并停 2s ld m2.5 a t38 s m2.6, 1 r m2.5, 1 network 12 b點升ld m2.6 a i0.2 s m2.7, 1 r m2.6, 1 network 13 左行l(wèi)d m

17、2.7 a i0.4 s m2.0, 1 r m2.7, 1 network 14 夾緊 2s ld m2.1 s q0.1, 1 ton t37, 20 network 15 松開 2s ld m2.5 r q0.1, 1 ton t38, 20 network 16 下降條件ld m2.0 o m2.4 an i0.1 = q0.0 - 20 - network 17 上升條件ld m2.2 o m2.6 an i0.2 = q0.2 network 18 右行條件ld m2.3 an i0.3 = q0.3 network 19 左行條件ld m2.7 an i0.4 = q0.4 ne

18、twork 20 機械手夾緊不在右限位ld i0.0 a q0.1 an i0.3 s m1.0, 1 network 21 a點升ld m1.0 a i0.2 s m1.1, 1 r m1.0, 1 network 22 機械手夾緊在右限位ld i0.0 a q0.1 a i0.3 ld m1.1 右行a i0.3 old s m1.2, 1 r m1.1, 1 network 23 b點降ld m1.2 a i0.1 s m1.3, 1 r m1.2, 1 network 24 機械手松開在右限位ld i0.0 a i0.3 an q0.1 ld m1.3 松開 2s a t39 old - 21 - s m1.4, 1 r