機械手臂搬運加工流程控制

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

2、軟件通訊74.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設計74.3 實現(xiàn)的效果8第5章機械手臂搬運加工流程控制監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析105.1 機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題105.2 結(jié)果分析10課程設計心得11參考文獻12附錄13第1章 機械手臂搬運加工流程控制1.1 機械手臂搬運加工流程控制過程描述如圖所示，有兩部機械對工作物進行加工，對象由輸送帶A送到加工位置，然后由機械手臂將加工物送至工作臺1的位置進行第一步驟加工。當?shù)谝徊襟E加工完成后，機械手臂將工作物夾起再送至工作臺2進行第二步驟加工；當?shù)诙襟E加工完成后，機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1工

3、作臺2輸送帶A工作機械手臂輸送帶B圖1-1 機械手臂搬運加工流程控制過程示意圖1.2 機械手臂搬運加工流程控制工藝分析機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。目前機械手的主要發(fā)展經(jīng)歷可以分為三代：第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設有電子計算機控制系統(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，

4、使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(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)。機械手主要由手部、運動機構(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。自由度是機械手設計的關(guān)鍵參數(shù)。機械手的運動機構(gòu)主要

5、包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現(xiàn)機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉(zhuǎn)速不同的電動機分別通過兩線圈控制電動機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)小車的快進、慢進、快退、慢退的運動運動；其動作轉(zhuǎn)換靠設置在各個不同部位的行程開關(guān)產(chǎn)生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號，從而驅(qū)動外部線圈來控制電動機或電磁閥產(chǎn)生不同的動作，可實現(xiàn)機械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進、快進、慢進、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。本次設計使用氣壓機械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關(guān)開始做夾起動作

6、，然后開始上升碰到上限開關(guān)后，手臂開始往右，當碰到第一工作站的極限開關(guān)時，機械手臂下降將工作物放置工作臺l然后上升等待機械對工作物加工；當工作物第一加工步驟完成時，機械手臂再依進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2上進行第二加工步驟。當?shù)诙庸げ襟E完成時，機械手臂再依進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 機械手控制動作示意圖第2章機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)總體方案設計2.1 機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)硬件組成本設計制信號的傳感

7、器選擇位移傳感器和壓力傳感器。及A/D轉(zhuǎn)換器等。機械臂的上升下降和左右移動用位移傳感器，夾緊釋放用壓力傳感器。執(zhí)行機構(gòu)由手,手臂等組成。手是抓取機構(gòu)，手臂是傳動機構(gòu)。由傳動系統(tǒng)進行機械手的移動，手臂也起到了支撐的作用。常用傳動機構(gòu)有液動,氣動等，本設計選擇的是氣動?？刂葡到y(tǒng)的主要作用是機械手按一定的方向位置進行移動。簡單的機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,控制閥等機型控制，使得機械手按照一定方向機型運動。2.2 機械手臂搬運加工流程控制方法分析本次的設計使用的是THWJX-1型機械手實物教學實驗裝置。本裝置需采用晶體管輸出型可編程控制器，可同時輸出兩路脈沖到步進電機驅(qū)動器，

8、控制步進電機運行。由于機械手系統(tǒng)的輸入/輸出點少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計算機對PLC進行監(jiān)控和管理，該機械手的控制為純開關(guān)量控制，且I/O 點數(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。2.3 機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)的I/O分配根據(jù)機械手動作的要求及機械手實物教學實驗裝置說明指導，輸入、輸出點分配情況如表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

9、置觸碰開關(guān)00006右移10008B位置觸碰開關(guān)00007選擇計數(shù)20000初始位置觸碰開關(guān)000082.4 機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)接線圖設計本模型的接線設計如圖2-1所示如下。圖2-1 PLC控制系統(tǒng)接線圖第3章 機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)梯形圖程序設計3.1 機械手臂搬運加工流程控制程序流程圖設計見附錄1。3.2 機械手臂搬運加工流程控制程序梯形圖設計見附錄2。3.3 機械手臂搬運加工流程控制程序設計思路1假設使用氣壓機械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關(guān)開始做夾起動作，然后開始上升碰到上限開關(guān)后，手臂開始往右，當碰到第一工作站的極限開關(guān)時，機械手臂下降將工作物放置工作臺l然后上

10、升等待機械對工作物加工；當工作物第一加工步驟完成時，機械手臂再依進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2上進行第二加工步驟。2當?shù)诙庸げ襟E完成時，機械手臂再依進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 機械手臂搬運加工流程控制監(jiān)控系統(tǒng)設計4.1 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊機械手的全部動作由步進電機和直流電機進行驅(qū)動控制。步進電機的運動需要驅(qū)動器，有脈沖輸入時步進電機才會動作，且每當脈沖由低變高時步進電機走一步；改變電機轉(zhuǎn)向時，需要加方向信號。機械手的上升/下降、前伸/后縮動作就是通過控制這兩個步進電機

11、的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的?；D(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)和氣夾正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)是通過兩個繼電器的吸合與斷開來控制直流電機的轉(zhuǎn)動方向來實現(xiàn)的。機械手的放松/夾緊由一個單線圈兩位置電磁閥控制。當該線圈通電時，機械手放松；該線圈斷電時，機械手夾緊。4.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設計根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求，控制操作包括手動和自動，手動又包括手動步進、回原位操作，自動控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設置有五個檔位。手動工作方式下，手動動作包括上升、下降、放松、快進、慢進、快退、慢退和復位，故設置六個動作看官按鈕。各個動作進行的同時均設有動作指示燈。另外設有啟動停止按鈕。其操作面板如圖4-1所示。圖4-1機械手操作面板

12、示意圖4.3 實現(xiàn)的效果打開電源，按下起動按鈕時，開機復位。機械手若不在原點則PLC向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。當后縮到位時碰到后限位開關(guān)，然后主機向驅(qū)動器二輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械手上升。上升到底時碰到上限位開關(guān)，上升停止，回到原點。主機向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械手下降。降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，氣夾電磁閥斷電，機械手夾緊。夾緊后，主機向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動器一只輸入脈沖信號，步進電機一正轉(zhuǎn)，機械手前伸，前伸到位時，碰到前限位

13、開關(guān)前伸停止。主機向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械手下降。降到底時碰到下限位開關(guān)下降停止，同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后，主機向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)上升停止。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。機械手后縮，當后縮到底時碰到后限位開關(guān)，然后主機向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械手下降。下降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，回到原點。至此，機械手經(jīng)過八步動作完成一個循環(huán)。第5章 機械手臂搬運加工流程控制監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試

14、及結(jié)果分析5.1 機械手臂搬運加工流程控制系統(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的優(yōu)點。5.2 結(jié)果分析經(jīng)過試驗連線證明奔方案設計 可以滿足實驗設計的要求，并且機械手臂可以很完整的完成要求動作，但是在實際驗證中發(fā)現(xiàn)。機械手具體需要在AB操作臺停留多長時間是個問題，可以用2種方式改變。第一種，通過計時器完成，第二種通過是否有物體的壓力傳感器完成。課程設計心得這次的課程設計讓我學會了很多，在老師和同學的指導學習下，終于完成了這一份課程設計。本來以為自己對可編程序控制器原理的知識掌握的還比較好，但是到做課

15、程設計的時候才發(fā)現(xiàn)自己存在著諸多不足，其中就有很多基礎(chǔ)知識都不是很完善，很多知識都掌握的不是很扎實。設計過程中，通過針對性地查找資料，了解有關(guān)電子方面的資料，既增長了自己的知識面，補充最新的專業(yè)知識，又提高了自己的應用能力和實踐能力。對學過的課本理論知識起到了很好的溫習作用。機械手臂搬運加工采用PLC為控制核心結(jié)構(gòu)合理、測試方法可靠，它具有較強的靈活性，提高了設備運行的可靠性。通過對機械手臂搬運加工PLC控制系統(tǒng)設計的設計，讓我很好的運用了PLC的知識，對課本的知識進一步的消化和鞏固。 這次課程設計終于順利完成了，這個設計讓我獲益良多，只要用心去學習，不怕困難，不管多么艱難，我們都能取得成功。參考文獻1 王炳實.機床電氣控制M.北京:機械工業(yè)出版社,2004.2 曹才開.一種工業(yè)機械手的PLC控制Z.北京:微計算機信息,2006.3 王麗偉.機械手的PLC控制Z.武漢:機床電器,2006.4 陳建明.電氣控制與PLC應用,電子工業(yè)出版社,2007.5 鄧則名.電器與可編程控制器應用技術(shù),機械工業(yè)出版社,2005.附錄附錄1程序流