2020年PLC機械手試驗報告

1、plc機械手實驗報告在現(xiàn)今的生活上 , 科技日新月益的進展之下 ,機械人手臂與有人 類的手 臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度。 也就是機械手的最大優(yōu)勢 可以重復的做同 一動作在機械正常情況下永遠也不會覺得累 ! 可為機 械手臂的應用也將會越來 越廣泛 , 機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種 高科技自動生產(chǎn)設備， 作業(yè)的準確 性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力。 工業(yè) 機械手機器人的一個重要分支。plc 機械手實驗報告范文一：1選題背景1.1 研究意義， 現(xiàn)狀分析及其意義 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高 科技自動化生產(chǎn)設備。 工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。 機械手技 術涉及到力學、 機械學、電氣

2、液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機 技術等 科學領域，是一門跨學科綜合技術。我國現(xiàn)有機器人研究開發(fā)和應用工程單位 200 多家 , 其中從事 工業(yè)機器 人研究和應用的有 75 家 , 共開發(fā)生產(chǎn)各類工業(yè)機器人約 800 臺,90% 以上用于 生產(chǎn)中 ,引進工業(yè)機器人做應用工程的約 500 臺1 。計算機控制系統(tǒng)是在自動控制技術和計算機技術發(fā)展的基礎上 產(chǎn)生的。 在經(jīng)濟全球化的浪潮中，降低人力成本，提高生產(chǎn)率，縮短 訂單處理時間等已 成為生產(chǎn)企業(yè)的不斷追求。 為了達到這一目標， 它 們越來越依賴于新一代的 硬件和軟件系統(tǒng)。 近年來，由于個人計算機 （簡稱 PC）的高速率和對硬件與 軟件的

3、幾乎無限制的開放，使得PC 的應用迅猛增長。將 PC 機 CPU 勺高速處理性能和良好的開放性引入到 計算機控制 領域，形成了基于 PC 的控制系統(tǒng)。隨著計算機控制技術在機械手應用中的不斷深入，具有獨立控 制器、程序可變、動作靈活、定位精度高、適用于可變換品種中小批 量自動化生產(chǎn)的通 用機械手得到迅速發(fā)展 2 。各國大企業(yè)工業(yè)機械 化生產(chǎn)過程不同程度實現(xiàn)了 工業(yè)機械手的計算機控制。1.2 機械手、計算機的發(fā)展趨勢及其優(yōu)點 工業(yè)機械手的特點是可通過編程來 完成各種預期的作業(yè)任務， 在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點， 尤其體 現(xiàn)了人的智能和適 應性。它能部分地代替人工操作 ;能按照生產(chǎn)工藝的要

4、求， 遵循一定 的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸 ; 能制作必要的機具進 行焊接和裝配從而大大改善工人的勞動條件， 顯著地提高勞動生產(chǎn)率， 加快實 現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。 機械手作業(yè)的準確性和各 種環(huán)境中完成作 業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。廣泛采用工業(yè)機械手，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)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。自從 1981 年 IBM 公司進入微型計算機領域推出了 IBM-PC 以后, 計算 機的發(fā)展開創(chuàng)了一個新的時代微型計算機時代。 微型計算機 的迅速、

5、大規(guī) 模的應用與普及，使計算機真正廣泛地應用于工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、科學技術以及社會 生活與日常生活的各個方面 3 。計算機以其 更高標準平臺的網(wǎng)絡、高級的控 制算法、廣泛的數(shù)據(jù)庫操作、在一個平臺上的 HMI 功能、集成自定義的控制程序、復雜的過程模擬、很高 的 CPU 處理速度、內(nèi)存需求超出 PLC 規(guī)格、多重協(xié)議接口、無線存取、 控制規(guī)律靈活多樣，改動方便、控制精度高，抑制擾動能力強，能實 現(xiàn)最優(yōu)控 制、能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和工況顯示，控制效率高、控制與管 理一體化，進一步 提高自動化程度等諸多優(yōu)點使得行業(yè)對計算機的接 受程度越來越高。2總體方案論證2.1 機械系統(tǒng)本設計以實驗室的 5 自由度機械手臂

6、為模型進行設計。 現(xiàn)對其機械系統(tǒng) 結(jié)構敘述如下：5 自由度分別對應于轉(zhuǎn)動基座、 臂、肘、腕、鉗轉(zhuǎn)動五個轉(zhuǎn)軸， 其中轉(zhuǎn)動 基座轉(zhuǎn)軸可在 180 范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，臂轉(zhuǎn)軸可在 45范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，肘轉(zhuǎn)軸可在 60 范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，腕轉(zhuǎn)軸可在 90 范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，鉗轉(zhuǎn)軸可在 180 范圍內(nèi) 轉(zhuǎn)動，鉗口可在 3.5 厘米8.5 厘米的范圍內(nèi)開合。機械手的結(jié)構如圖 2-1 機 械手結(jié)構簡圖各轉(zhuǎn)動關節(jié)采用步進電機作為動力源，步進電機不直接驅(qū)動轉(zhuǎn) 軸，而是 安裝在轉(zhuǎn)軸旁邊，利用差動變速原理使用適當比例的齒輪基 于帶齒皮帶傳動， 有效增大機械手臂扭矩從而增強機械手臂的負載能 力。2.2 驅(qū)動系統(tǒng)工業(yè)機械手的驅(qū)動機構主要有四種

7、：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電 氣驅(qū)動和機械驅(qū)動，以往以液壓、氣動用的最多，占90% 以上，但隨著近幾年電子技術的發(fā)展，電氣驅(qū)動開始廣泛應用于工業(yè)機械手制造， 采用電氣 驅(qū)動的機械手最大優(yōu)勢是便于實現(xiàn)數(shù)字控制， 其中采用步進電機作為驅(qū)動機構 的機械手占有相當比重 ;步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正 是這個特 點，步進電機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術相結(jié)合。 不過步進電機在控制的精 度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán) 控制的直流伺服電動機。在精度不是需要特別高的場合就可以使用步 進電機，步進電機可以發(fā)揮其結(jié)構 簡單、可靠性高和成本低的特點。 使用恰當?shù)臅r候， 甚至可以和直

8、流伺服電動 機性能相媲美， 步進電動 機以其顯著的特點， 在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大 的用途。 伴隨著不 同的數(shù)字化技術的發(fā)展以及步進電機本身技術的提高， 步 進電機在很 多領域得到應用。所以本設計的機械手驅(qū)動部分采用步進電機驅(qū)動。底座安裝有 4 個開關電源， 4 個步進電機驅(qū)動器，其中包括轉(zhuǎn) 動基座、 臂、腕、鉗旋轉(zhuǎn) 4 轉(zhuǎn)動軸的步進電機驅(qū)動器。臂腔內(nèi)有肘、 鉗開合 2 個步進電 機驅(qū)動器，轉(zhuǎn)動基座、 臂、肘、腕、鉗旋轉(zhuǎn)決定了 機械手的可操作角度和范圍。 手臂的終端配備可靈活張合的機械鉗， 可對物體進行拾放。其中腕、鉗轉(zhuǎn)動共 用一個開關電源，肘、鉗開合 共用一個開關電源。整個系統(tǒng)使用 220

9、V50HZ 市電電源。2.3 控制系統(tǒng)控制器是整個系統(tǒng)的核心，其處理能力與整個系統(tǒng)的快速性、 穩(wěn)定性、 準確性密切相關。對于控制器的選擇提出兩種方案論證： 方案一：采用計算機 + 板卡的方式對機械手進行控制。優(yōu)缺點：優(yōu)點是便于實現(xiàn)生產(chǎn)信息化，設計相對較簡單，可實 現(xiàn)很復雜 的運動控制， 但計算機穩(wěn)定性程度不夠高， 可能出現(xiàn)死機等 情況。方案二：控制器采用 PLC 來控制現(xiàn)場的步進電機。 優(yōu)缺點：優(yōu)點是生產(chǎn)安全可靠、提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量、控制環(huán) 境污染、 降低工人勞動強度、提高設備的運轉(zhuǎn)率及勞動生產(chǎn)率。由于 PLC 有著極大的靈 活性，易于模塊化，當機械手工藝流程改變時， 只 要對 I/O 點的接

10、線稍做修改， 程序中做簡單補充、修改即可 4 。缺 點是使系統(tǒng)設計多了一個環(huán)節(jié)，增加設 計工作量，增加成本。最終方案確立：PLC 是以微處理器為核心的數(shù)字式、電氣自動 控制裝置， 其實質(zhì)是一種工業(yè)控制專用 PLC 機械手的控制系統(tǒng)的可 靠性要求比較高、 環(huán)境 比較惡劣，所以采用方案二。3硬件方案設計3.1 整體方案設計 設計方案采用集成了步進電機驅(qū)動器包含轉(zhuǎn)動基座、 臂、 腕、鉗轉(zhuǎn)動、 鉗開合 5 自由度步進電機動力源機械手， 晶體管輸出型 PLC 對步進電機輸出脈 沖實現(xiàn)機械手運動控制。現(xiàn)場總線采用 Profibus-DP 通訊方式 ; 其優(yōu)點在于有國際標準 做保證， 經(jīng)實際應用驗證具有普遍

11、性。 目前廣泛應用于制造業(yè)自動化、 流程工業(yè)自動化 和樓宇、交通電力等領域。工業(yè)控制計算機運行組態(tài)通過 Profibus-DP 網(wǎng)絡對 PLG 機械 手運行情 況進行檢測、監(jiān)視及控制，并采用 OPG 接口將系統(tǒng)接口開放 方便其它設備連 入實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控、 管理，利用數(shù)據(jù)庫軟件與組態(tài)軟件 的連接將生產(chǎn)數(shù)據(jù)歸檔供 其它部門調(diào)用。通過現(xiàn)場上位工業(yè)控制計算機、觸摸屏 （ 或控制柜 ）、遠程廠長 計算 機三種方式對機械手的運行情況進行組態(tài)監(jiān)控， 其中上位工業(yè)控 制計算機還將 完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、 歸檔供其它部門調(diào)用， 系統(tǒng)的 結(jié)構使得系統(tǒng)具有開 放的接口可以方便地接入其它支持現(xiàn)場總線的 控制終端，實現(xiàn)工

12、廠生產(chǎn)的網(wǎng)絡 化、信息化，同時保證各個控制終端 互不影響， 易維護， 尤其是利用角位移 傳感器實現(xiàn)了對機械手故障的 報警，保證機械手的穩(wěn)定、安全運行。3.2 步進電機驅(qū)動器 使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組 成的控制 系統(tǒng)，其方框圖如圖 3-3 步進電機驅(qū)動過程圖： 脈沖信號的產(chǎn)生：脈沖信號一般由單片機或 CPU 產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4 左右，電機轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。信號分配：感應子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有 二相四拍 和二相八拍二種， 具體分配如下：二相四拍為 , 步距角為 1.8 度;二相八拍為 , 步距角為 0.9度。四相電機工

13、作方式也有二種， 四相 四拍為 AB-BC-CD-DA-AB 步距角為 1.8 度 ；四相八拍為 AB-B-BC-C-CD-D-AB, （步 距角為 0.9 度）。功率放大： 功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機在一定轉(zhuǎn)速 下 的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流 （而樣本上的電流均為 靜態(tài) 電流 ） 。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需 要驅(qū)動系統(tǒng) 盡量克服電機的反電勢。 因而不同的場合采取不同的的驅(qū) 動方式，到目前為止， 驅(qū)動方式一般有以下幾種： 恒壓、恒壓串電阻、 高低壓驅(qū)動、 恒流、細分數(shù)等。為盡量提高電機的動態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進 電機的驅(qū) 動電

14、源。 二相恒流斬波驅(qū)動電源與單片機及電機接線圖如圖 3-4 步進電機驅(qū)動 器連接圖：說明：CP ：接脈沖信號 （ 負信號，低電平有效 ）OPTO ：接 +5VFREE :脫機，與 CPU 地線相接，驅(qū)動電源不工作DIR :方向控制，與 CPL 地線相接，電機反轉(zhuǎn)VCC :直流電源正端GND :直流電源負端A ：接電機引出線紅線B ：接電機引出線黃線步進電機及其驅(qū)動器、開關電源的選型： 在本設計中采用的是已有的機 械手模型， 對其動力源步進 電機的選型主要考慮的方面是電機的尺寸是否 能夠安裝到機械手上， 在能安裝到機械手上的前提下， 盡量選擇大功率電機使 機械手帶負載能力增強，結(jié)合以上所述選取原

15、則對步進電機及其驅(qū)動器進行選 型如 表表 3-1 步進電機及其驅(qū)動器的選型 根據(jù)所使用的電機型號的需求，對開 關電源選型如表 3-3 開關 電源的選型：表 3-4 開關電源的選型4軟件方案設計4.1 整體方案設計 整體編程思路： 本設計采用控制柜和計算機兩種方式對機 械手進行運動控制， 其中控制柜的控制方式是采用按鈕進行點動控制， 即 在 控制柜面板上設置有各關節(jié)的控制按鈕各兩個， 每個關節(jié)的兩個按 鈕分別控制 該關節(jié)的兩個相反方向的運動， 按鈕采用自鎖型按鈕， 即 當按下某個按鈕時， 機械手相應關節(jié)開始運動，再按一次該按鈕，機 械手停止運動， 當按下該關節(jié) 的另一個按鈕時， 該關節(jié)開始相反方

16、向 的運動，再按一次該按鈕， 機械手停 止運動，要注意的是需要在程序 中使兩個按鈕互鎖，避免兩個按鈕同時按下發(fā) 生程序運行紊亂。同時控制柜上有一個自鎖型按鈕用來切換控制柜控制方式和計 算機控制方式，這樣，當計算機發(fā)生死機等故障時，按下該按鈕可將 控制方式 切換為控制柜控制方式。4.2變量統(tǒng)計根據(jù)以上工藝要求，初步統(tǒng)計各種 I/O 點、 V 交換區(qū)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、 中間繼電器統(tǒng)計、狀態(tài)位統(tǒng)計分別如表：表 4-1I/O 點統(tǒng)計4.3PLC 程序編寫程序流程圖如圖 4-1 程序流程圖：SHAPE*MERGEFORMAT圖 4-1 程序流程圖MELSOFT 系列 GXDEVELOPMEN 序的編寫：1: 大

17、腰的程序2：爪的程序3：腕的程序4：自動程序： 結(jié)束語 本系統(tǒng)以計算機為主完成對機械手的運動監(jiān)控。機械手的直接控制機構為 PLC,當上位機出現(xiàn)死機等故障時不影響整個系統(tǒng)的運行，可通過現(xiàn) 場的控制柜進行控制。 上位機除了點動控制外還借助于位置 傳感器的輸入可進 行角度輸入控制機械手的精確定位。 同時將機械手 的位置信息通過位置傳感器 檢測并傳送到 PLC 的 V 區(qū)并使用這些信息 進行實時檢測及數(shù)據(jù)歸檔， 提供對 機械手運行情況的歷史紀錄及查詢。在設計中我們使用 Profibus-DP 通訊協(xié) 議，方便了以后擴展系 統(tǒng)設備及功能，不至造成因擴展需要使整個系統(tǒng)重新設 計制作的浪費。 存在問題：由于機械手的運動為三維運動，采用上位組態(tài)監(jiān)控 時無法做到真正的實時畫面模擬， 只能以平面的方式完成對機械手運 動的部分 控制。建議：采用組態(tài)軟件與三維制作軟件結(jié)合進行組態(tài)監(jiān)控。plc 機械手實驗報告范文二：一、 實驗目的： 通過對一個三自由度氣動機械手的控制程序的設計， 熟 悉基于PLC 的類似機械手機器人的控制特點， 掌握其設計方法， 設計思路， 為今后工 作中 PLC的應用打下基礎。二、 實驗裝置： 隨著生產(chǎn)自動化程度的提高， 機械手和機器人已經(jīng)越來 越多的應用到工業(yè)生產(chǎn)當中， 本實驗是使用 PLC 控制一部三自由度氣動機械 手，這部 機械手有 4