機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

機(jī)械與電子工程學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化

姓

名：指導(dǎo)教師：1緒論課題背景

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，生產(chǎn)效率的提高，勞動(dòng)強(qiáng)度的增加，勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)和工作量的日益發(fā)展很可能會(huì)造成傷害的工人，而在一些危險(xiǎn)，未知的環(huán)境需要一定的精確控制，所以多關(guān)節(jié)機(jī)器人逐漸發(fā)展起來。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜機(jī)電控制系統(tǒng)1專用工業(yè)機(jī)器人,采用工業(yè)控制器，市場化、模塊化的元件2歐洲FMS和FMC中國人工美國FMS和FMC

本課題講述的是利用多關(guān)節(jié)機(jī)械手在一個(gè)軸承裝配線上，通過PLC控制機(jī)械手的動(dòng)作，完成取軸承、加蓋及轉(zhuǎn)移工件，最后控制壓蓋機(jī)完成壓蓋的整個(gè)過程。本課題主要研究的是基于西門子S7-200系列PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括PLC的選型、系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。2課題設(shè)計(jì)的功能要求

該機(jī)械手在生產(chǎn)線上的主要任務(wù)是，將軸承從傳送帶1轉(zhuǎn)移到傳送帶2上，然后將蓋放置于軸承之上，最后經(jīng)過壓蓋機(jī)加工，完成呢個(gè)軸承裝配的一部分加工。整個(gè)工作過程機(jī)械手包括以下動(dòng)作：

手臂上升→手臂下降→手爪抓緊→手爪放松→手臂左旋→手臂右旋。圖1多關(guān)節(jié)機(jī)械手簡單工作過程示意圖3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制方案比較機(jī)械手的控制系統(tǒng)主要有三種：單片機(jī)為控制模塊的核心，通過鍵盤和狀態(tài)指示燈來完成機(jī)械手的功能設(shè)置和動(dòng)態(tài)編輯，用LCD顯示機(jī)械手的工作狀態(tài)、菜單。繼電器的控制形式是固定接線，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，通用性和靈活性差，可靠性差、故障多、維修困難等問題已逐步淘汰。PLC是為工業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，很容易裝入到工業(yè)機(jī)械的內(nèi)部。PLC的選型

考慮到控制系統(tǒng)的要求，并在經(jīng)濟(jì)性和可靠性方面的選擇，選擇西門子S7-200系列PLC作為該多關(guān)節(jié)機(jī)械手的控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)所用多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)共有18/個(gè)數(shù)字量輸入，9個(gè)數(shù)字量輸出，共27點(diǎn)I/O點(diǎn)數(shù)，以及程序容量，選擇了CPU224作為其主機(jī)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)PLC由于較強(qiáng)的抗干擾能力，為了使該設(shè)備便于安裝、調(diào)試，以及從經(jīng)濟(jì)角度來看，設(shè)計(jì)出如圖2所示的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能框圖。

在電氣柜中主要是一些儀器、儀表，這樣既減少外部影響，又便于測試和維護(hù)。電氣控制柜結(jié)構(gòu)如圖3所示，電氣柜中的部分線路與機(jī)械結(jié)構(gòu)連接，通過繼電器，電磁閥等裝置為電動(dòng)機(jī)、氣缸等進(jìn)行控制，還有部分與控制臺的按鈕連接。

圖2控制系統(tǒng)的功能框圖圖3電氣柜結(jié)構(gòu)圖4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)由PLC主機(jī)控制模塊和I/O接口模塊兩部分組成，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件框架如圖4所示圖4控制系統(tǒng)硬件框圖

PLC的輸入輸出資源配置

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求、硬件框圖和輸入輸出的分配情況，多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC的部分硬件接線圖如圖5所示。

圖5多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC控制部分硬件接線圖5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序編寫的時(shí)候采用順序控制指令，機(jī)械手控制系統(tǒng)流程圖如圖6圖6控制系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)采用的是西門子公司專門為S7—200系列設(shè)計(jì)開發(fā)的STEP7-Micro/WIN32。其編程界面如圖7所示圖7梯形編程界面將編譯后程序?qū)С?，利用西門子S7—200仿真軟件進(jìn)行仿真,圖8所示為系統(tǒng)手動(dòng)下的運(yùn)行仿真。圖8所示為系統(tǒng)手動(dòng)下的運(yùn)行仿真結(jié)論

本文詳細(xì)講解了多關(guān)節(jié)機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。該系統(tǒng)采用西門子S7-200系列的