機械手臂的控制設(shè)計

1、目錄1引言12操縱器概述22.1機器人的概念和分類22.2機器人的整體結(jié)構(gòu)22.3機器人的工作原理22.4機器人的操作方式33機器人手的動作方式43.1手動動作方式53.2自動程序63.2.1單周期動作方式73.2.2單步動作方式73.2.3連續(xù)動作方式73.3自動原點復(fù)歸84 plc的i/o分配105 plc的外部配線圖116結(jié)語12參考文獻13附錄141引言工業(yè)機器人是現(xiàn)代自動控制領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論和工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分。 工業(yè)機器人是生產(chǎn)過程自動化、勞動條件改善、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。 尤其在高溫、高壓、粉

2、塵、噪音及放射性和污染性方面應(yīng)用最廣泛。 在我國，近年來發(fā)展迅速，取得了一定的成果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。機器人手也被稱為機器人手。 機器人主要由手、運動機構(gòu)、控制系統(tǒng)三大部分組成。 手部把持工件的零件根據(jù)把持對象物的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求有各種結(jié)構(gòu)形式。 例如把持型、把持型和吸附型。 運動機構(gòu)使手進行各種轉(zhuǎn)動、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，使把持對象物的位置和姿勢發(fā)生變化。 運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式被稱為機器人的自由度。 為了抓住空間中的任意和方位的物體，需要6個自由度。 自由度是機器人設(shè)計的重要參數(shù)。 自由度越大，機器人的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)

3、構(gòu)也越復(fù)雜。 一般的機器人手有23自由度。機器人手的種類根據(jù)驅(qū)動方式分為液壓式、氣壓式、電動式、機械式機器人手的適用范圍，分為專用機器人和通用機器人兩種的運動軌跡控制方式有點控制和連續(xù)的軌跡控制機器人。2機器人手的概要2.1機器人的概念和分類這是模仿人和手臂的動作功能，以一定的順序抓住東西和操作工具，搬運的自動操作裝置。 它代替了人的繁重勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)機械化和自動化，在有害環(huán)境下操作，保護人身安全，廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機器人一般分為三種。 第一個是不需要手動操作的通用機器人，是不附屬于某主機的獨立裝置。 它可以根據(jù)任務(wù)的需要制定程序，完成各規(guī)定的工作。 其特征是

4、除了通常的機器的物理性能之外，還具有通用機器、存儲智能的三維機器。 二是需要手動操作，稱為操作機。 起源于原子、軍事工業(yè)，首先用操作機完成特定的作業(yè)，之后發(fā)展成用無線電信號操作機器人來探測月亮、火星等。 第三類是專用機器人，主要附屬于自動機床或自動在線，解決機床上下材料和工件的輸送。 這是專用的，因為它向主機提供服務(wù)，由主機驅(qū)動，除了少數(shù)情況外，工作流通常是固定的。 本項目要求設(shè)計的機器人模型可以分為第一類，即通用機器人2.2機器人的整體結(jié)構(gòu)本文設(shè)計的機械手主要包括機械手的旋轉(zhuǎn)、手臂的伸縮、手臂的升降、手柄的張力。 各關(guān)節(jié)采用電磁閥作為驅(qū)動裝置，在機械動臂的伸縮和臂的升降和把手的張力上搭載了傳

5、感器，制作出滿足運動控制要求的軟件，實現(xiàn)了機器人的速度、位置及4關(guān)節(jié)的聯(lián)動控制。機器人手主要由手和運動機構(gòu)構(gòu)成。 手部是用于把持工件(或工具)的部件，根據(jù)把持對象物的形狀、尺寸、重量、材料、作業(yè)要求，有把持型、把持型、吸附型等各種結(jié)構(gòu)形式。 運動機構(gòu)使手進行各種各樣的轉(zhuǎn)動(擺動)、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變把持對象物的位置和姿勢。 運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式被稱為機器人的自由度。 為了抓住空間中的任意位置和方位的物體，需要6個自由度。 自由度是機器人設(shè)計的重要參數(shù)。 自由度越大，機器人的靈活性越大，通用性越廣，結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜。 一般的專用機器人有23自由度。2.3機器人

6、的工作原理機器人在生產(chǎn)線上的作用是將工件從a輸送到b。 根據(jù)外界的狀況，機器人在空間中主要進行機器人下降，機器人抓住工件，機器人和工件上升，機器人和工件向右移動，機器人和工件下降，機器人放松工件，機器人上升，機器人向左移動的動作。 控制器檢測上、下、左、右限位開關(guān)的接通斷開，決定當(dāng)前動作，通過驅(qū)動系統(tǒng)輸出來控制機器人的動作。2.4機器人的操作方式機械手的操作方式分為手動、原點復(fù)歸、單步、單循環(huán)、自動5種動作方式，5種動作不僅可以分別獨立動作，而且還可以依次實現(xiàn)他們之間的相互轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過程中維持中原狀態(tài)，轉(zhuǎn)換后以新的動作方式進行(1)手動：選擇手動方式，按手動按鈕結(jié)合限位開關(guān)，分別控制各動作。

7、例如，按下機器人下降按鈕時，機器人下降，松開機器人按鈕時，機器人不會下降，或者到達后，機器人不會下降，機器人只能在左限位和有限位置下降。(2)原點復(fù)位：選擇原點復(fù)歸方式，按下原點按鈕后，機器人手以最快最安全的路徑返回原點位置并停止。 例如，機器人手沒有夾著物體時，以最快的路徑返回原點位置，機器人手必須夾著物體輸送到b點，返回原點位置。(3)步驟：選擇步進方式，按下開始按鈕，機器人動作1步后自動停止。(4)單周期：選擇單循環(huán)方式，按下開始按鈕，機器人動作1個循環(huán)后自動停止，動作中，按下停止按鈕，機器人馬上停止，按下啟動按鈕，機器人繼續(xù)動作，機器人繼續(xù)動作，1個循環(huán)后自動停止。(5)自動：選擇自動

8、方式，如果在機器人以啟動方式旋轉(zhuǎn)重新開始的動作中按下停止按鈕，機器人不會立即停止，直到現(xiàn)在的1個周期結(jié)束為止都不會停止。3機器人的工作方法在主程序中，sm0.0的常開接點保持閉合，實用程序無條件執(zhí)行。 在手動方式中，i2.0為on，執(zhí)行手動子程序。 在自動原點復(fù)歸方式中，i2.1變?yōu)閛n，執(zhí)行原點復(fù)歸子程序。 在其他三種工作模式下執(zhí)行自動子程序。 主程序如圖3-1所示。圖3-1主程序圖實用程序用于處理以各種工作方式執(zhí)行的任務(wù)和在不同工作方式之間切換的處理。 如圖3-2所示。圖3-2切換處理圖3.1手動動作方式手動動作方式中，i0.5i1.2對應(yīng)的6個按鈕，分別獨立控制機器人的升降、左行、右行、

9、夾緊、解除夾緊。 圖3-3是手動程序。圖3-3手動步驟圖為了保證系統(tǒng)的安全運行，設(shè)置了手動程序所需的聯(lián)鎖1 )設(shè)定上升和下降之間左行和右行之間的聯(lián)鎖，防止反功能的2個輸出同時on。2 )通過限位開關(guān)i0.1i0.4的常閉觸點來限制機器人的移動范圍。3 )上限位置開關(guān)i0.2的常開接點與控制左、右行的q0.4和q0.3的線圈串聯(lián)連接，機器人上升到最高位置后左右移動，防止機器人在低位置與其他物體碰撞。4 )只有機器人手在最左邊或最右邊時才允許工件上升、下降、釋放。3.2自動程序機器人手在最上面和最左邊，夾緊裝置脫落時，系統(tǒng)稱為原點狀態(tài)。 進入自動(單步、單步、連續(xù))動作模式前，系統(tǒng)處于原點狀態(tài)，若

10、不滿足該條件，請選擇原點復(fù)位動作方式，按下開始按鈕i2.6，則自動復(fù)位到原點狀態(tài)。 在原點狀態(tài)下，順控功能圖的初始步m0.0為on，準(zhǔn)備進行單循環(huán)、連續(xù)、單步動作方式。單周期、單步和連續(xù)三種操作方法主要由連續(xù)標(biāo)記m0.7和轉(zhuǎn)換允許標(biāo)記m0.6來區(qū)分。 自動程序如附錄1所示。3.2.1單周期動作方式單循環(huán)動作方式中，在初始狀態(tài)下按下開始按鈕i2.6后，從初始步驟m0.0起，機器人按照順序功能圖的規(guī)定完成1個循環(huán)的動作后，返回到初始步驟剩馀。在單周期動作方式中，i2.2(單步)的常閉觸點閉合，m0.6的線圈通電，允許轉(zhuǎn)換。 如果滿足原點條件，在初始步時按下開始按鈕i2.6，則在m2.0的開始電路中

11、，m0.0、i2.6、m0.5和m0.6的常開接點全部接通，m2.0的線圈通電，系統(tǒng)進入下降步，q0.0的線圈通電在接觸到下限位置開關(guān)i0.1時，鉗位步m2.1、q0.1被設(shè)置，鉗位電磁閥的線圈被通電并被保持。 同時，開啟延遲計時器t37的開始定時，1s后直到工件被夾緊為止的定時時間滿足切換條件t37，移至步驟m2.2。 今后，系統(tǒng)將像這樣一步一步地繼續(xù)工作。 在左行步驟m2.7中，機器人向左行回到原點位置后，左限位開關(guān)i0.4變?yōu)?狀態(tài)，連續(xù)動作標(biāo)志m0.7為0狀態(tài)，因此返回m0.0，機器人的動作停止。3.2.2單步動作方式在單步工作方式中，i2.2為1狀態(tài)，其常閉觸點斷開，切換在輔助繼電器

12、m0.6通常情況下為0狀態(tài)，不允許步驟和步驟之間的切換。 把初始步系統(tǒng)設(shè)為原點狀態(tài)，m0.5和m0.0設(shè)為1狀態(tài)，按下開始按鈕i2.6，m0.6變?yōu)?狀態(tài)，m2.0的開始電路接通，系統(tǒng)進入下降步。 釋放開始按鈕后，m0.6變?yōu)?的狀態(tài)。 在下降步驟中，q0.0線圈通電，下限位開關(guān)i0.1變?yōu)?狀態(tài)時，與q0.0的線圈串聯(lián)連接的i0.1的常閉觸點斷開，q0.0的線圈斷開，機器人的下降停止。 i0.1的常開觸點閉合后，如果不按下開始按鈕，i2.6和m0.6將變?yōu)?的狀態(tài)，不轉(zhuǎn)移到下一步。 直到按下開始按鈕為止，i2.6和m0.6變?yōu)?狀態(tài)，m0.6的常開接點接通，移位條件i0.1為m2.1的開始電

13、路接通，對m2.1的線圈通電并自我保持，系統(tǒng)從步驟m2.0進入到步驟m2.1。 然后，在完成某步驟的操作后，需要按下開始按鈕，系統(tǒng)會移至下一步。3.2.3連續(xù)動作方式在連續(xù)動作方式中，i2.4為1狀態(tài)。 如果在初始步為活動步時按下開始按鈕i2.6，m2.0變?yōu)?狀態(tài)，機器人下降。 同時，對控制連續(xù)動作的m0.7線圈通電，并自我保持。當(dāng)機器人手在步驟m2.7中返回最左側(cè)時，i0.4為1狀態(tài)，連續(xù)的標(biāo)志位m0.7為1狀態(tài)，因此滿足轉(zhuǎn)變條件m0.7*i0.4，系統(tǒng)返回步驟m2.0，重復(fù)連續(xù)的工作。3.3自動原點復(fù)位在原點復(fù)歸動作模式下，i2.1。 按下開始按鈕i2.6，機器人手有可能處于任意狀態(tài)，根

14、據(jù)機器人手放置的位置和夾緊裝置的狀態(tài)，如圖3-4所示，分為三種情況一個表示夾緊裝置脫落，機器人沒有把持工件，應(yīng)該通過上升和左行，直接返回原點。二是夾緊裝置處于夾緊狀態(tài)，機器人位于最右邊時，q0.1和i0.3均為1狀態(tài)，將工件輸送到b點返回原點位置。第三個是夾緊裝置處于夾緊狀態(tài)，機器人不能向右伸出時，q0.1為1狀態(tài)，右限位開關(guān)i0.3為0狀態(tài)，首先上升、右行、下降、釋放，將工件輸送到b點，返回原點位置。圖3-4機器人所在位置和夾緊裝置的狀態(tài)圖4 plc的i/o分配i/o模塊有數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬輸入、模擬輸出4種。 cpu分配給數(shù)字i/o模塊的地址以字節(jié)為單位，1字節(jié)由8位數(shù)字的i/o

15、點構(gòu)成。地址的分配必須遵循以下三項原則1 )按順序地址同種類型的輸入或輸出點的模塊數(shù)2 )如果一個模塊的數(shù)字容量i/o點不是8的整數(shù)倍，則未在最后一個字節(jié)中使用的比特不被分配給后續(xù)模塊3 )模擬擴展單元各分配2點4字節(jié)的地址。5 plc的外部接線圖s7200采用0.51.5平方毫米的導(dǎo)線，盡量成對使用導(dǎo)線，將交流線、電流大變化快的直流線和弱點信號線分離，在噪聲嚴(yán)重的情況下必須設(shè)置浪涌抑制設(shè)備。使用相同的電源，具有相同基準(zhǔn)點的電路，其基準(zhǔn)點只能有一個接地點。 cpu將向傳感器和輸入電路供給電力的dc24v電源m端子接地，由此能夠提高噪聲抑制能力。 其外部布線圖如圖5-1所示。圖5-1外部配線圖6

16、結(jié)語基于plc的機器人手臂課程設(shè)計花了一周時間，首先應(yīng)該給自己每天的任務(wù)，每天完成一些事情，效率高又有成果。寫梯子時有很多不明白的事情，在老師和同學(xué)的幫助下，我順利地完成了這個課程的設(shè)計。 本來我覺得對可編程控制器原理的知識學(xué)習(xí)比較好，但是在上課設(shè)計時才發(fā)現(xiàn)自己有很多不足，其中有很多基礎(chǔ)知識不完善，很多知識的學(xué)習(xí)不充分，面對一些疑問只有自己不能完成，往往把這里課程設(shè)計是理論和實踐的過程，光靠理論是不夠的，更重要的是手的操作能力，是我們設(shè)計的實物。 這是我們仔細(xì)考慮問題，周密，不可疏忽。 在設(shè)計的同時，要加強我與老師的交流，認(rèn)識到知識的深度。 衷心感謝教育指導(dǎo)的老師和同學(xué)。 本次課程設(shè)計通過集中目的地查找資料，理解電子相關(guān)資料，增加了自己的知識面，補充了自己的應(yīng)用能力和實踐能力。 起到了復(fù)習(xí)學(xué)過的教科書理論知識的作用。機械臂的搬運加工采用plc，控制核心結(jié)構(gòu)合理，測試方法可靠，