基于PLC機械臂運動控制

1、 南 昌 工 程 學 院畢 業(yè) 設 計 (論 文) 機械與電氣工程學院 系院 機電一體化 專業(yè) 畢業(yè)設計論文題目 基于PLC機械臂運動控制 學生姓名 班 級 10機電一體化1班 學 號 指導教師 完成日期 2021 年 5 月 AbstractAlong with social progress and development, the importance of the industry become more and more important now is not slash-and-burn cultivation in the past years, there have been

2、 a lot of homework machine instead of a human, which greatly reduces the human simple manual labor, especially in the work environment is harsher, to highlight the superiority of the machine. Development of machinery industry, the use of the robotic arm is more and more widespread, more and more peo

3、ple the world welcome and support, we are currently facing a major problem, however, is how to achieve a flexible manipulator control, to enable it to be flexible action to achieve the intended purpose. Has achieved some results, but not enough. Therefore, the study of the manipulator control has be

4、en a hot topic.PLC, the full name of the programmable controller, English programmable Logic Controller abbreviations. Its high reliability, environmental adaptability, flexible versatility, more convenient to use, easy to maintain, therefore, the more extensive applications, more and more welcomed

5、by everyone, especially since the past few years continue to reduce the cost of the PLC function continuously enhanced, now widely used in various industries, and industrial, a perfect combination.This year, to the progressive development of the mature an automated advanced equipment, and that is th

6、e robot, and are widely used in industrial production. We can be programmed to control its drive to achieve the purpose of the requirements we expect it for us, human services, make it the advantages of both machine and human, which is more focused on peoples thinking and intelligent one, let it hav

7、e excellent adaptability. The manipulator space for development, and its prospects are very optimistic that we can all explore.Control of the robotic arm movement is different from the traditional simple mechanical control, we can adopt the method of programming their control, and in a controlled ma

8、nner can also be divided into automatic control and manual control, can be controlled by a solenoid valve, you can also step into the motor control is different! To achieve accurate, real-time control, so we have to give it sufficient degrees of freedom, this is precisely the manipulator has the adv

9、antage, so the control accuracy is relatively high. The structure of the robot arm is not very complicated, but its specificity is quite strong.Keywords: robotic arm, PLC program control, stepper motor, solenoid valve窗體頂端窗體底端將文件或鏈接拖放到此處以翻譯文檔或網頁。將鏈接拖放到此處以翻譯網頁。我們不支持您拖放的文件類型，請嘗試其他文件類型。我們不支持您拖放的鏈接類型，請嘗試

10、其他類型的鏈接。 HTMLCONTROL Forms.HTML:Text.1 點擊可修改和查看其他翻譯按住 Shift 鍵的同時拖動短語即可重新排序。 摘 要隨著社會的進步與開展，工業(yè)的重要性越來越顯得重要，現(xiàn)在已經不是過去刀耕火種的年代了，在很多作業(yè)中已經出現(xiàn)了機器代替人力，這大大減輕了人類單純的體力勞動，尤其是在一些工作環(huán)境比擬惡劣的地方，更凸顯出機器的優(yōu)越性。機械工業(yè)的開展中，機械臂的運用越來越廣泛，越來越受到世界人們的歡送與支持，然而，我們目前面臨的一大難題就是如何實現(xiàn)對機械臂的靈活控制，使其能夠靈活地動作，實現(xiàn)我們預期的目的。雖然已經取得了一些成果，但還遠遠不夠。因此，對機械臂控制的

11、研究一直是一個熱門的課題。PLC，全稱可編程控制器，英文programmable logic controller 的縮寫。它的可靠性很高，環(huán)境適應性強，靈活通用性強，使用起來比擬方便，便于維護，因此，其應用領域越來越廣泛，也越來越受到大家的歡送，尤其是這幾年以來，PLC的本錢不斷降低，功能不斷增強，目前廣泛應用于各行各業(yè)，并且與工業(yè)這一塊實現(xiàn)了比擬完美的結合。今年來逐漸開展成熟的一種自動化先進設備，那就是機械手，并且廣泛應用于工業(yè)生產中。我們可以編程對其驅動控制，以到達我們預期的目的要求，讓它為我們，為人的效勞，讓它兼?zhèn)錂C器和人的優(yōu)點，其中更側重于人的思維和智能這一塊，讓其具備優(yōu)良的適應性。

12、機械臂的開展空間很大，其開展前景是非常樂觀的，值得我們大家探索。機械臂運動的控制不同于傳統(tǒng)的簡單機械控制，我們可以采用編程的方法對其控制，而控制的方式也可以分為自動控制和手動控制兩種，可以通過電磁閥來控制，也可以通過步進電機來控制，各有千秋！要實現(xiàn)精確實時的控制，那么我們必須得賦予其足夠的自由度，這一點恰恰是機械臂的優(yōu)點，所以控制的精確度是比擬高的。機械臂的結構不是很復雜，但它的專用性還是比擬強的。關鍵詞：機械臂、PLC、程序控制、步進電機、電磁閥目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc356370122 上篇 電磁閥控制 PAGEREF _Toc35637012

13、2 h 6 HYPERLINK l _Toc356370123 第一章 緒論 PAGEREF _Toc356370123 h 6 HYPERLINK l _Toc356370124 第一節(jié) 課題之意義及其目的 PAGEREF _Toc356370124 h 6 HYPERLINK l _Toc356370125 第二節(jié) 機械臂的介紹 PAGEREF _Toc356370125 h 9 HYPERLINK l _Toc356370126 第三節(jié) 設計技術簡介 PAGEREF _Toc356370126 h 12 HYPERLINK l _Toc356370127 第二章 機械臂的開展現(xiàn)狀及其開展

14、大勢 PAGEREF _Toc356370127 h 15 HYPERLINK l _Toc356370128 第一節(jié) 現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc356370128 h 15 HYPERLINK l _Toc356370129 第二節(jié) 開展態(tài)勢 PAGEREF _Toc356370129 h 16 HYPERLINK l _Toc356370130 第三章 機械臂的設計 PAGEREF _Toc356370130 h 17 HYPERLINK l _Toc356370131 第一節(jié) 設計的具體步驟 PAGEREF _Toc356370131 h 17 HYPERLINK l _Toc356

15、370132 第二節(jié) 機械臂的實際工作流程 PAGEREF _Toc356370132 h 18 HYPERLINK l _Toc356370133 第四章 PLC介紹 PAGEREF _Toc356370133 h 20 HYPERLINK l _Toc356370134 第五章 設備選型 PAGEREF _Toc356370134 h 21 HYPERLINK l _Toc356370135 第六章 系統(tǒng)的總體設計 PAGEREF _Toc356370135 h 25 HYPERLINK l _Toc356370136 第一節(jié) 端子接線圖 PAGEREF _Toc356370136 h 2

16、5 HYPERLINK l _Toc356370137 第二節(jié) 系統(tǒng)總體程序 PAGEREF _Toc356370137 h 27 HYPERLINK l _Toc356370138 中篇 步進電機控制 PAGEREF _Toc356370138 h 30 HYPERLINK l _Toc356370139 第一章 步進電機及其應用 PAGEREF _Toc356370139 h 30 HYPERLINK l _Toc356370140 第一節(jié) 步進電機 PAGEREF _Toc356370140 h 30 HYPERLINK l _Toc356370141 第二節(jié) 步進電機驅動器 PAGER

17、EF _Toc356370141 h 33 HYPERLINK l _Toc356370142 第三節(jié) PLC、步進電機驅動器和步進電機接線圖 PAGEREF _Toc356370142 h 35 HYPERLINK l _Toc356370143 第二章 位置傳感器 PAGEREF _Toc356370143 h 37 HYPERLINK l _Toc356370144 第三章 所選設備型號 PAGEREF _Toc356370144 h 39 HYPERLINK l _Toc356370145 第四章 程序設計 PAGEREF _Toc356370145 h 41 HYPERLINK l

18、_Toc356370146 下篇 總結與致謝 PAGEREF _Toc356370146 h 48 HYPERLINK l _Toc356370147 參考文獻 ： PAGEREF _Toc356370147 h 49上篇 電磁閥控制第一章 緒論第一節(jié) 課題之意義及其目的 在社會開展進程中涌現(xiàn)出各種各樣的先進設備，可以說是百花齊放，百家爭鳴，各有千秋，各具特色，顯示出它們的優(yōu)勢。然，在最近幾十年的開展中，工業(yè)開展中出現(xiàn)了一位佼佼者，那就是機器人。機器人的出現(xiàn)解決了很多人類難以解決的難題，為造福人類，解放開展做出了不可磨滅的奉獻，這些都是大家顯而易見的。而機器人的運動作業(yè)有很大一局部任務是有機械

19、臂參與的，很大一局部工作由機械臂來承當，可以說機械臂是機器人的主要執(zhí)行元件，直接參與作業(yè)。自然，人類對機械臂的研究也就隨之慢慢展開，對其認識也慢慢成熟，而其中的一個分支就是對機械臂的控制，這也是我們任務的核心。只有研究出比擬完美而又實用的機械臂控制理論方能讓機器人、機械臂為人類效勞，也就能更好地完成我們的任務，從而近者，更好、更快、更穩(wěn)促進我國社會主義事業(yè)的開展，實現(xiàn)中華名族的的偉大復興，更好地實現(xiàn)中國夢；遠者，為世界的開展進步提供動力，推動世界美好和諧開展。 機械臂從外形來看，它們各有千秋，不盡相同，但他們之間存在一個共性，那就是它們都能接受指令，精確定位二維乃至三維空間中的某一點來進行工作

20、。 隨著工業(yè)的不斷開展，尤其是現(xiàn)代工業(yè)，機械手越來越受到各廠家的親萊，它對提高生產效率和產品質量，改善作業(yè)環(huán)境和促進產品的更新?lián)Q代起著舉足輕重的作用。經PLC控制的系統(tǒng)可以做到可靠性高、維修方便、故障率低、取得良好的工作效果，此外還可以實現(xiàn)辦公自動化；在實時過程控制中的應用；單片機在機電一體化中的應用；在各類儀器儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結構，提高其性能價格比；單片機在日常生活及家用電器領域的應用；在計算機網絡和通信領域中的應用；單片機在醫(yī)用設備領域中的應用；商業(yè)營銷設備；汽車電子產品；國防和航天等領域。.lMCU(Micro Contr

21、ol Unit)中文名微控制單元，又叫單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)或單片機，它是指隨著大規(guī)模的集成電路的出現(xiàn)和開展，將計算機的RAM、CPU、ROM、定時器、計數(shù)器和多種I/O口集成在一片芯片上，使得形成芯片級計算機，為不同應用場合做相應不同組合控制，MCU每個端口都連接著一個和呼叫控制功能相連的網絡接口單元。引進數(shù)據(jù)流進入解復用器中，解復用器將引入數(shù)據(jù)流分解成音頻、視頻、數(shù)據(jù)和控制等幾類信息并分別將其傳送到相應的處理器。多路復用器的功能那么是將各個處理器送出的數(shù)據(jù)流組合起來成為一個引出數(shù)據(jù)流用以供傳輸給會議終端。l數(shù)據(jù)處理器叫可選單元，包含建議的數(shù)據(jù)播

22、送的功能，還可以按照系列建議的多層協(xié)議MLP，來完成非話信息的處理。在數(shù)據(jù)播送功能時，任一時刻僅僅可以接收一路LSD低速數(shù)據(jù)或一路HSD高速數(shù)據(jù)，也可以同時接收。播送按照控制處理器按照接收這種數(shù)據(jù)的能力不同決定的相連終端。l在MLP數(shù)據(jù)處理功能時，數(shù)據(jù)處理器的功能有，傳輸會議控制信號主席控制令牌，請求/確認信號，音頻/視頻切換，處理遠端信息。機械臂是當前機械人學領域中得得意廣泛實際應用的先進自動化機械設備，在醫(yī)學治療、工業(yè)制造、娛樂效勞、軍事、國防以及太空等領域都廣受歡送，取得了相當?shù)某删?。雖然它們的形態(tài)各不相同，但它們有著一個相同的特點，那就是可以接受指令，從而精確地定位到二位乃至到三維空間

23、上的某一確定點進行實時作業(yè)。根據(jù)結構特點形式的不同可將機械臂分為多直角坐標系機械臂，關節(jié)機械臂，球坐標系機械臂，柱坐標機械臂，極坐標機械臂等。常見的有六自由度機械臂。它可以沿著X軸移動，Y軸移動，Z軸移動，X軸轉動，Y軸轉動，Z軸轉動，總共由六個自由度組成。水平的多關節(jié)的機械臂通常有三個主要的自由度，Z1轉動，Z移動，Z2轉動?？梢栽趫?zhí)行終端添加裝沿著X 軸轉動，Y軸轉動從而到達三維空間內任何一確定點。直角坐標系機械臂那么有三個主要的自由度：沿著X軸移動，Y軸移動，Z軸移動，通過在執(zhí)行終端添加沿著X軸轉動，Y軸轉動，Z軸轉動能夠到達三維空間內的任何何確定點。在工業(yè)應用領域，有些時候并不需要機械

24、臂具有完完全全的六個自由度，而僅僅需其中的某個或者某幾個自由度。直角坐標系的機械臂能夠由單軸機械臂組合而成。單軸機械臂作為一個單一的組件，其在工業(yè)中應用比擬廣泛。單軸機械臂的組件化很大程度上減少了工業(yè)設計的本錢，因為某些專業(yè)制造場商擁有較好的質量保證及批量生產的優(yōu)勢，這使得用組件比自行設計機械臂更加具有優(yōu)勢。我們常見的直交機械臂組合有龍門式，懸臂式，橫立式，直立式等款式。高壓帶電作業(yè)的機器人是一個非常復雜的系統(tǒng)，主要主要組成局部有：作業(yè)機器人的主體、機器人的升降系統(tǒng)、機器人的專用工具、機器人的控制系統(tǒng)和高壓絕緣防護等的系統(tǒng)。它們有機的組合在一起，加以相應技術的支持方可完成這個系統(tǒng)的設計統(tǒng)籌。這

25、種機器人能夠完成10kV及以下電壓等級高壓線路的帶電T接線、帶電斷線、帶電更換絕緣子、帶電修補導線、帶電短接更換跌落保險等帶電檢修工作。在10KV的線路帶電連接引流線的任務中，經常需要用電動扳手穿刺線夾壓緊螺栓。所使用的機器人擁有兩只機械臂，而每一只機械臂都擁有6個自由度。在工作的時候，兩機械臂相互配合運作，用連接在其末端的左臂夾持手夾著穿刺線夾將線夾卡在主導線上，而另外一只手夾持住電動扳手將穿刺線夾上的壓緊螺栓擰緊，代替人親自用手完成10KV高壓線路帶電連接引流線的任務，這無疑是一種進步，無疑給我們人類帶來了又一種福音。第二節(jié) 機械臂的介紹一 機械臂簡介 機械臂是當今在機械人學領域中得以最為

26、廣泛應用的先進自動化機器，在醫(yī)學治療、工業(yè)制造、娛樂效勞、半導體制造、軍事以及太空研究等領域中都發(fā)揮著重要的作用，得到相當?shù)拈_展。雖然它們的形態(tài)不盡相同，但有著一個共同之處，那就是都可以接受指令，從而精準地定位到二維空間乃至三維空間的某一確定點進行工作。 機械臂根據(jù)結構組成的不同可劃分為多關節(jié)機械手臂，直角坐標系機械手臂，極坐標機械手臂，球坐標系機械手臂，柱坐標機械手臂等。下列圖是我們常見的六個自由度的機械臂。它具有沿著X軸移動，Y軸移動，Z軸移動，X軸轉動，Y軸轉動，Z軸轉動等六個自由度。水平多關節(jié)的機械臂通常只有三個主要的自由度：沿著Z1軸轉動，Z2軸轉動，Z軸移動。通過在其執(zhí)行終端添加沿

27、著X軸轉動，Y軸轉動，這樣一來變可以到達三維空間內的任一坐標點，進而進行相應作業(yè)。36a92f8aaa9ec8a136227ccf0.html o 查看圖片 t _blank 直角坐標系的機械臂主要有三個自由度：沿著X軸移動，Y軸移動，Z軸移動，在執(zhí)行終端添加裝沿著X軸轉動，Y軸轉動，Z軸轉動便可以到達三維空間上的任一坐標點。在工業(yè)應用領域里，有的時候并不需要機械臂一定具有完完全全的六個自由度，而僅僅需其中的某一個或某幾個自由度。直角坐標系機械臂能夠通過單軸機械臂有機組合而成。單軸的機械臂作為一個單一的組件，其在工業(yè)中的應用廣比擬廣泛。單軸的機械臂的組件化，這樣一來就大大減少了工業(yè)設計的原有本

28、錢，因為一些專業(yè)制造廠商擁有較好的質量保證技術和批量生產等優(yōu)勢，這使得用組件設計機械臂比自行設計機械臂更為具有優(yōu)勢。二 傳統(tǒng)的機械臂 在一些中小型批量生產的制造廠商中，他們的生產線上經常采用自動化技術，而經常遇到的情況，比方說兩工作臺間物料的搬運，要實現(xiàn)這樣的要求，自然要考慮采用相應的設備。這無疑給機械臂提供了一個極佳工作空間與機遇。由于機械臂結構簡單、輕便靈活，定位精準，性能較穩(wěn)定，所以在日常生活中我們或多或少都會見到一些機械臂應用的場合。對于傳統(tǒng)的機械手來說，由于其接線比擬復雜，易受到外界環(huán)境的影響，維修空難，性能不夠穩(wěn)定，加之落后的控制技術，這些無疑是它的致命弱點，越來越不適應現(xiàn)代設計制

29、造等工業(yè)領域的要求，也由此慢慢的淡出市場，卸甲歸田，退隱江湖，被歷史給pass掉了。三 當代機械臂隨著社會的進步，生產力得到了空前的開展，很多工藝的要求越來越高，對做工精度的要求也比以前要嚴格得多，由此一來，對工業(yè)中要員機械臂的要求無疑要比以前高出許多。此時，隨著社會進步開展孕育而生出一種可以解決此類難題的技術，它就是編程技術。編程控制器因其諸多優(yōu)點，所以得到較好的開展，深受廣闊生產廠商等的歡送。第三節(jié) 設計技術簡介可編程控制器，他的英文名是programmable logic controller ,縮寫成PLC，也就是大家熟悉的PLC。它是基于計算機技術的一門新型工業(yè)控制設備，是一款專門為

30、不同工況下工作而量身定做的數(shù)字電子裝置。我們可以編程并將程序存儲在其存儲器內，然后其內部自行進行相應的邏輯、順序等計算，計時、定時和一些算數(shù)的運算，可以通過數(shù)字量或者模擬量的輸入輸出，對各種機械設備和生產流水線等進行實時而有效地精準控制。PLC具有很多優(yōu)點，具體而言主要有以下幾點：具有較高的可靠性和抗干擾性 對于電器裝置而言，其中一個極為重要的參數(shù)是可靠性，可以說，如果一臺電氣設備在抗干擾性這一模塊未能完善，那么這樣的設備是一個失敗的設備，在工業(yè)應用中是不會被大家看好的，就更別談什么開展了。PLC的生產工藝極為嚴格，采用大規(guī)模的集成電路技術，嚴格控制生產工藝流程，PLC的內部電子電路的生產制作

31、也是嚴格要求的，采用當前先進的一些抗干擾技術，所以PLC在抗干擾這一模塊做的比擬到位，因此其可靠性也是很高的。大家熟悉的PLC品牌，三菱，它旗下的F系列產品的PLC，經市場統(tǒng)計，它的平均無故障的時間長達300000個小時。故障自診斷技術是PLC的又一亮點，這一亮點也被大家所關注，不少廠家生產商將外設與PLC連接，將外設的自診斷進行編程，并將程序導入PLC中，這樣一來，不但PLC具有自診斷的性能，與其連接的相應外設也由此而賦予這種自診斷的性能，進而對外設進行保護等作業(yè)，這無疑對外設的保護和生產的穩(wěn)定提供了保障。各種配套都比擬齊全，所能實現(xiàn)的功能也較完善，有很強的適用性。隨著社會的開展，機械工業(yè)也

32、得到很好的開展，隨之而來的便是PLC ，PLC的開展也取得了驚人的開展，至今為止，PLC已經形成了大型、中型和小型各種型號的產品，都已經系列化了，配套比擬齊全，我們使用起來，無論是開發(fā)還是利用或是維護都比擬方便。對于各種不同的工作場合都不會有挑剔，尤其是在一些環(huán)境比擬惡劣的環(huán)境下，例如高溫、高粉塵等環(huán)境下，更顯出其優(yōu)越性，PLC的適用性很強。雖然PLc的功能很強大，大也有一些弱點，如處理邏輯這一板塊就不能勝任，但除此以外，PLC開展至今，大多數(shù)都具有比擬完善的運算數(shù)據(jù)的功能，適用于各種不同的數(shù)字控制等領域，可以處理數(shù)字量信號，有些PLC還可以處理模擬量的信號。除上述這些意外，PLC還具有另外一

33、個非常重要的功能，這就通信，現(xiàn)在的PLC的通信功能也越來越強大，加之人機界面的技術的不斷開展，由此一來，用PLC來實現(xiàn)對各種外設的控制，形成綜合的系統(tǒng)，就方便得多，也不會太難。對于初學者來說，掌握PLC技術也不會很困難，相對而言還是比擬簡單的。通用性較強的的PLC在工業(yè)生產中既扮演著執(zhí)行者的角色，同時也扮演著決策者的角色，它是一種面向廣闊工礦企業(yè)的工控設備計算機。要實現(xiàn)PLC對外設的控制，對外設發(fā)出指令并接受反響信息，自然少不了IO口，然而這些接口都不是很難，比擬容易掌握。此外，編程所用的語言對于技術人員來說也不是遙不可及之事，也都能欣然接受，PLC的編程語言最常用的是梯形圖，梯形圖直觀簡潔，

34、其圖形和表示方法與繼電器的傳統(tǒng)電路圖很是類似，PLC中用一些開關量進行邏輯分析控制就可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的繼電器電路所要實現(xiàn)的目的，較之十分簡便，通俗易懂，易掌握，適合應用。在對一個系統(tǒng)進行設計時其所涉及的內容較少，不會很復雜，所要進行的分析工作比擬??；對于售后效勞來說，對設備的維護比擬方便，容易實現(xiàn)改造。在PLC中存儲了大量邏輯程序，在PLC內部就可以實現(xiàn)邏輯控制，防止了外設的接線邏輯，這就使得接線工作量減少了許多，為系統(tǒng)的設計和建造過程節(jié)省了不少時間。與此同時，如果在實際工作過程中出現(xiàn)故障，或是需要調整改變程序，那怎么只需要對其程序做簡單的修正即可，便于維護。PLC常用的電壓是24v等低壓電壓，其

35、功率功耗較?。欢鳳LC的外形一般只是一個小小的盒子，且構造材料都是輕型材料，所PLC所占的空間小，且重量輕。無論是攜帶還是安裝，這都帶來了很多方便之處。第二章 機械臂的開展現(xiàn)狀及其開展大勢第一節(jié) 現(xiàn)狀 一結構形式多種多樣。機械臂之所以稱之為機械臂，其取名的由來是因為機械臂是為了模擬人的手臂來作業(yè)的，并且，從外形來看，其極似人的手，只是靈活性比人的手要差些。在機械臂所使用的各個領域之中，機械臂的外形并沒有嚴格的標準，沒有國標化，也不需要國標化。其外形的設計完全有適用環(huán)境而異，也因此機械臂的機構各不相同，種類繁多。在各領域中，機械臂發(fā)揮著你獨有的特性與優(yōu)越性，效勞人類。二機械臂的使用范圍、領域十分

36、廣。人們按照自己的需求，為了實現(xiàn)自己預設的設想，進而設計出了機械手，它被廣泛應用與各個領域，小到家庭用具，大到國防科技，這些領域都是他的天堂，他都可以大展身手。它可以實現(xiàn)的動作也不僅僅只是簡單的運動，還是蠻多的，比方說物體的搬移，位置的精準定位，模擬系統(tǒng)等。三智能化對于機械臂來說，其中一個比擬麻煩的事就是如何確定目標在哪里，也就是定位目標，經過一段時間的研究，隨著傳感器技術的開展，這一類難題也慢慢得到解決。傳感器能夠反映機械臂的動態(tài)，及時形成有效信息并將其反響到處理中心，中央處理中心并做出及時的分析計算，作出相應的動作，控制目標。對于機械臂作業(yè)對象來說，其外形各不相同，隨時都會遇到不同情況，但

37、機械臂能夠通過傳感器，準確的判斷目標的位置，并準確確實定加持部位，將目標物送往下一道程序流程，在車間中，可以采用機械臂操作，實現(xiàn)無人車間，目前也取得了喜人的成果。第二節(jié) 開展態(tài)勢一一手多用，多功能機械臂。抑制手臂可以實現(xiàn)對多重目標的操作，實現(xiàn)多種動作，適用于各種用途，實現(xiàn)創(chuàng)新功能。二具有高度模擬人的動作。例如研發(fā)雙臂機械臂，使它想人一樣，能夠靈活作業(yè)，實現(xiàn)各種功能。人機完美結合，通信完備準確，適用于不同工況。三高精度的定位。通過采用各種傳感器，綜合而準確的反映目標精確位置，對目標操作物精準的操作，提高機械臂的定位精度。四實現(xiàn)人工智能研究的系統(tǒng)能夠對目標進行定性和定量的分析，并做出及時的反響。例

38、如研發(fā)的系統(tǒng)設備具有類似于人的聽覺、觸覺、嗅覺、視覺和味覺等功能，能夠自行分析、判斷和處理，實現(xiàn)低本錢，高要求，高水準，高效率的系統(tǒng)設計。第三章 機械臂的設計第一節(jié) 設計的具體步驟 1 首先，根據(jù)我們所要實現(xiàn)的功能確定機械臂要做哪些運動，做那些動作；同時要確定個動作之間所應有的邏輯關系和動作的先后順序。 2 根據(jù)第一步確定輸入量和輸出量，哪些該向PLC輸入，哪該輸出，同時考慮PLC的輸入輸出點，使之一一對應，分配IO口，并基于此根底上進行PLC型號的選擇。 3 根據(jù)要求和設計分析進行編程，我們常用的是梯形圖，當然也可以使用助記符來編程，來實現(xiàn)個動作及其邏輯關系和順序關系，可通過計算機編程， 也

39、可采用編程器來進行編程，同時可以設定PLC的以下參數(shù)。 4 調試和修改 對設計的程序進行調試，如有問題，及時修改，直到完全可以實現(xiàn)預計目標為止。有必要的話，還可以拿到實地工地進行調試。 5 程序保存 無論程序寫的多漂亮，寫的多美，多完美，如果疏忽了保存，那也白搭。所以調試成功之后，一定要記得將程序進行保存。第二節(jié) 機械臂的實際工作流程 機械臂的任務是將目標物從A點移到B點。根據(jù)實際情況，機械臂要實現(xiàn)的動作有：機械臂下降，機械臂夾取工件，機械臂上升，機械臂向右移動，機械臂下降，機械臂松開工件，機械臂上升，機械臂向左移動。機械臂到達各個位置的時候，相應的控制器檢測相應行程開關的通斷，進而作出相應的

40、動作，進行控制。同時數(shù)碼管顯示搬運的狀態(tài)。 大致流程圖如下 起始位置 向下運動 夾持工件 向上運動 向右運動 向左運動 向上運動 松開工件 向下運動 大概模型如下 機械臂運動示意圖第四章 PLC介紹 PLC，可編程控制器，專門為在各種工況下設計制造的，主要是為了實現(xiàn)工控，是一種數(shù)字處理的電子類系統(tǒng)。它有一個可編程存儲器，主要是用于它的內部程序的存儲，進行邏輯運算和順序的控制，內部還有計數(shù)器、定時器，還可以執(zhí)行一些簡單的算數(shù)運算工作。PLC可以處理數(shù)字量信息，也可以處理模擬量的信息，通過對信號的處理，從而實現(xiàn)對工業(yè)設備等的控制，執(zhí)行相關任務指令。其根本結構如下圖 在PLC中，它對各種設備的控制實

41、質上是接收處理相應信號，是對輸入輸出量的控制，再以物理量實現(xiàn)相關控制。PLC主要實現(xiàn)的來兩個根本內容點是輸入量和輸出量及物理實現(xiàn)，與此同時，正是因為PLC可以實現(xiàn)物理實現(xiàn)，所以這才將PLC與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)區(qū)分開來，也凸顯出PLC的優(yōu)點和先進之處。在實際工作的過程中，要考慮很多東西，其中一個很重要的就是抗干擾，這對于PLC來說是一個致命的一擊，如果沒處理好，那后果無法估量，所以在實際控制過程中要特別注意。PLC的輸出一般都是比擬微弱的，所要與工業(yè)設備進行匹配，那么其輸出就應當作適當?shù)姆糯筇幚?，以滿足要求。所以，PLC的就夠非常類似于計算機的結構，主要由CPU、ROM/RAM、I/O口、通信和電源

42、等構成。第五章 設備選型I/O表如下名稱符號輸入名稱符號輸出啟動SB1X0電磁閥向下運動Yv1Y0下限位SQ1X1電磁閥夾持YV2Y1上限位SQ2X2電磁閥向上運動YV3Y2右限位SQ3X3電磁閥向右運動YV4Y3左限位SQ4X4電磁閥向左運動YV5Y4停止SB2X5上行指示EL1Y5手動SB3X6下行指示EL2Y6半自動SB4X7數(shù)字顯示EL3Y7自動SB5X10單步SB6X11調試SB7X12回復SB8X13(一)用PLC所做系統(tǒng)的設計原那么 1) 首先要滿足當前設計需要，同時也要考慮到將來開展的需要，要適當?shù)牧粲幸恍┯嗔靠臻g。2) 要考慮PLC的經濟性，盡量控制價格，PLC要簡單，以便于

43、維護和維修。3) 雖然經濟性很重要，我們要慎重考慮，慎重選擇，但我們最初的目的不能忘，我們必須保證系統(tǒng)的穩(wěn)定及其平安，要可靠性好。4)性價比盡可能高，全面綜合考慮。(二) CPU的速度要求 這里所指的速度是指CPU的運行速度，是指每執(zhí)行完一步指令所需要的時間。PLC系統(tǒng)是以開關量為主的控制系統(tǒng)，我們對其所掃描的速率沒有很嚴格的要求，我們通常使用的機型的PLC均可。但如果所設計的系統(tǒng)是以模擬量為主的系統(tǒng)，那么我們就必須注意，得慎重考慮其掃描速度，這種系統(tǒng)對掃描速度有所要求，必須滿足。(三) 品牌的選擇當今世界，生產設計PLC的廠家很多很多，其中主要的是構成美國、日本和歐洲三大板塊，這三大板塊的技

44、術可以說是該行業(yè)的龍頭企業(yè)，也深受廣闊消費者的親睞。其中具有代表性的有：德國的西門子公司所生產的s5和s7系列的PLC，美國自動化公司羅克韋爾生產的PLC5系列，日本的三菱公司生產的FX系列產品，還有Q系列的，A系列的，cm200、歐姆龍的cs系列。這些都是我們日常在市場上比擬常見的，也是我們經常使用的，性能各方面都還不錯。這三陣營的技術是沒得說，但各有千秋，在形式和功能等方面都有很大的區(qū)別，相差很大。由于我們教學的學習內容的差異，我們學過的，作為主要課程的是三菱的，所以本文更側重于三菱PLC的選擇，編程也選用三菱的梯形圖來編程。(四) 模塊的要求1) 高速計數(shù)器：PLC內部的頻率有些時候高速

45、計數(shù)器的最高頻率都不能滿足我們的要求的時候，我們應適當考慮選擇2) 通信模塊：它的主要功能是實現(xiàn)PLC與外設或者PLC與PLC之間信息的傳遞交流。3) I/O模塊的選擇：作業(yè)場所里控制器比擬遠，輸入和輸出裝置都比擬分散。4) 定位模塊： 系統(tǒng)做好后，我們要將其安裝到現(xiàn)場去，所以要有一個定位的模塊，PLC的設計制造是較嚴格的，所以對于定位模塊的加工制造的精度等級也是有要求的。5) 模擬量的輸出和輸入模塊：將流量、流速、溫度、濃度等模擬量經過A/D轉換，轉換成數(shù)字量，同時也可以經過D/A轉換，轉化成數(shù)字量，進而輸入輸出，進行控制。(五) 輸出的方式對于PLC來說，她的輸出方式有兩種，一種是晶體管輸

46、出，另外一種就是繼電器的輸出，他們之間有所區(qū)別：1) 所承受的負載電壓和電流的類型不同;2) 負載的能力大小有所不同；3) 過載能力有所不同，一般晶體管的小于繼電器的；4) 響應速度不一樣，一般晶體管的大于繼電器的；5) 在額定的工況下，晶體管會老化，但沒有次數(shù)的限制，而繼電器的有次數(shù)壽命而沒有老化的現(xiàn)象。(六) I/O的點數(shù) 點數(shù)的多少是PLC規(guī)模大小的一個衡量指標，通常確定其數(shù)目的的依據(jù)是：和PLC直接連接的輸入輸出器件根據(jù)所需要電流電壓的種類和大小，然后在此根底上，為以后的開展考慮，適當留有一些余量，一般為10%15%。第六章 系統(tǒng)的總體設計 第一節(jié) 端子接線圖 (一) 輸入輸出的分配

47、控制的特點：該系統(tǒng)是基于電氣系統(tǒng)的，除了工步比擬多這一特點外還需要配有連續(xù)控制和手動控制，選擇適宜合理的工作方式在控制面板上可以很好的展現(xiàn)出來，一目了然。但返回到原點位置時，系統(tǒng)自動回到左上角待命。當按下自動按鈕，系統(tǒng)自動的完成各工步；當按下手動按鈕時，那么根據(jù)按動按鈕發(fā)出指令進行作業(yè)，完成相應工步。(二) 系統(tǒng)控制示意圖 系統(tǒng)控制示意圖與控制面板(三) 原理圖 原理圖第二節(jié) 系統(tǒng)總體程序中篇 步進電機控制第一章 步進電機及其應用第一節(jié) 步進電機 步進電機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電動機驅動器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅動單元、保護單元等組成。驅動單元與步進電

48、動機直接耦合，也可理解成步進電動機微機控制器的功率接口。步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而到達準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而到達調速的目的。步進電機是一種感應電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電

49、，步進電機才能正常工作，驅動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器 雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。 步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產品之一, 廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術的開展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經濟領域都有應用。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度即步

50、進角。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而到達準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而到達調速的目的。選擇方法步進電機和驅動器的選擇方法： (一) 判斷需多大力矩：靜扭矩是選擇步進電機的主要參數(shù)之一。負載大時，需采用大力矩電機。力矩指標大時，電機外形也大。 二判斷電機運轉速度：轉速要求高時，應選相電流較大、電感較小的電機，以增加功率輸入。且在選擇驅動器時采用較高供電電壓。 三選擇電機的安裝規(guī)格：如57，86，110等，主要與力矩要求有關。 四確定定位精度和振動方面的要求情況：判斷是否需細分，需多少細分。 根據(jù)電機的電流、細分和供電電壓選擇驅動器。 工作原理

51、通常電機的轉子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產生一矢量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度。轉子也隨著該磁場轉一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。第二節(jié) 步進電機驅動器 步進電機驅動器是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為“步距角)，它的旋轉是以固定

52、的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而到達準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而到達調速的目的。 步進電動機和步進電動機驅動器構成步進電機驅動系統(tǒng)。步進電動機驅動系統(tǒng)的性能，不但取決于步進電動機自身的性能，也取決于步進電動機驅動器的優(yōu)劣。對步進電動機驅動器的研究幾乎是與步進電動機的研究同步進行的。步進電動機不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅動電源步進電動機驅動器?？刂破髅}沖信號發(fā)生器可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而到達準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而到達調速的目的。工

53、作原理步進電機驅動器的原理，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按適宜的時序通電，就能使步進電機步進轉動。下列圖是該四相反響式步進電機工作原理示意圖。 四相步進電機步進示意圖 開始時，開關SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉子0、3號齒對齊，同時，轉子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產生錯齒。 當開關SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉子轉動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產生錯齒。依次類推，A、B、C、D四

54、相繞組輪流供電，那么轉子會沿著A、B、C、D方向轉動。 四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉動力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖2.a、b、c所示。 驅動器相當于開關的組合單元。通過上位機的脈沖信號有順序給電機相序通電使電機轉動。第三節(jié) PLC、步進電機驅動器和步進電機接線圖步進電機、步進驅動器、PLC之間的連接：步進電機是一種將脈沖信號轉換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進電機的輸出

55、位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比，其速度與脈沖頻率成正比，其轉向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關。故我們可以利用PLC產生相應的脈沖和方向信號，通過步進驅動器來對脈沖、方向信號進行分配和功率放大，再去控制步進電機每相繞組是否得電，以此來控制步進電機的運轉。圖1是具體的端口接線電路圖。 對PLC來說，要Y0端產生脈沖，就是要Y0不斷的導通、截止。當Y0導通時，5V直流電源的正極通過cP+，經過驅動器內部電子電路到CP-，通過R按到Y0，經過PLC輸出端的COM，再回到5V直流電源的負極，這樣就構成了一個回路。這時，驅動器內部得到一個高電頻，我們用“l(fā)表示。當Y0截止時，這時回路不能導通，驅動器

56、內部得到一個低電頻，我們用0表示。這樣驅動器的環(huán)形分配器接收到這樣一個脈沖信號，再對脈沖信號進行分配，控制步進電機的每一相繞組依次得電。在這里我們借助了5V的直流電源，來使步進驅動器這邊得到一個脈沖的電流。這個控制電壓一般在DC5V一24V之間。其中R是限流電阻，一般驅動器的脈沖電流在l0MA左右，R值選擇2K左右。反向信號、脫機信號的輸入電路和上述的脈沖信號輸入電路原理相同。第二章 位置傳感器 光電開關光電傳感器是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光

57、信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。多數(shù)光電開關選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。 光電開關是由發(fā)射器、接收器和檢測電路三局部組成。發(fā)射器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管LED、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調制的光束輻射強度在發(fā)射中經過屢次選擇，朝著目標不間接地運行。接收器有光電二極管或光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。此外，光電開關的結構元件中還有發(fā)射板和光導纖維。三角反射板是結構牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回，具有實用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經過反射后，還是從這根反射線返回。 光電開關一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測物在小范圍內晃動也不會影響驅動器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時，自診斷系統(tǒng)還可以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時監(jiān)視光電開關的工作。 第三章 所選設備型號 (一) 編碼器 E6B2-CWZ6C 旋轉編碼器是用來測量轉速的裝置，光電式旋轉編碼器通過光電轉換，可將輸出軸的角位移、角速度等機械量轉換成相應的電脈沖以數(shù)