基于PLC的多功能機(jī)械手的設(shè)計摘要：隨著第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，越來越多的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品已經(jīng)成為加工廠和日常生活的一部分。迄今為止，加工廠已經(jīng)生產(chǎn)了許多機(jī)械化設(shè)備，這些設(shè)備通常包括:機(jī)械運(yùn)輸、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)加工等?；诋?dāng)前社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和進(jìn)步的分析，加工廠的自動化和智能化加工已經(jīng)逐漸向主流方向發(fā)展，因此自動化機(jī)械加工系統(tǒng)的成功建成將加速這一發(fā)展進(jìn)程。作為一種可編程的翻譯控制設(shè)備，PLC能夠執(zhí)行許多不同的指令，如定時、邏輯思維計算、順序操作控制等。其實(shí)際運(yùn)行可靠安全，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，可以進(jìn)行復(fù)雜的生產(chǎn)。廣泛應(yīng)用于自動化行業(yè)。因此，本文研究了基于PLC的多功能機(jī)械手的設(shè)計方法，結(jié)合操作過程的特點(diǎn)，完成了多功能機(jī)械手的設(shè)計、總體布局和結(jié)構(gòu)，同時，設(shè)計了機(jī)械裝置、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)等相關(guān)部件。并采用三菱FX2N系列PLC控制多功能機(jī)械手的機(jī)械搬運(yùn)、運(yùn)動、抓取操作，對同類系統(tǒng)的改進(jìn)和更新具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：PLC；多功能機(jī)械手；自動控制目錄TOC\o"1-3"\h\u27427第1章緒論 117426第2章多功能機(jī)械手結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 261082.1多功能機(jī)械手的構(gòu)成 253542.2多功能機(jī)械手傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計 3143222.2.1驅(qū)動設(shè)計 3138112.2.2步進(jìn)電機(jī)選型 496162.3多功能機(jī)械手結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計 5320132.3.1手部設(shè)計 566672.3.2手臂設(shè)計 5218512.3.3底座設(shè)計 613952第3章多功能機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 11153683.1PLC的選型 12189373.2傳感器設(shè)計 15143933.3I/O地址分配 1626053.4電氣接線圖設(shè)計 1720330第4章多功能機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計 19232584.1編程軟件概述 19168364.2主程序流程設(shè)計 19248994.3程序梯形圖設(shè)計 20302684.4控制系統(tǒng)界面設(shè)計 25195544.4.1觸摸屏主界面 25318544.4.2控制界面設(shè)計 2616321第5章結(jié)論 2931380參考文獻(xiàn) 30第1章緒論工業(yè)機(jī)器人是機(jī)械和電子領(lǐng)域自動化機(jī)器和設(shè)備的通用術(shù)語。它們技術(shù)含量高，應(yīng)用范圍廣。它們支持現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，也是當(dāng)今的新興產(chǎn)業(yè)。未來，工業(yè)化的智能生產(chǎn)和制造將發(fā)揮越來越重要的作用。同時，根據(jù)國際上權(quán)威機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計，從大約1950年開始，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)展迅速，尤其是從1990年開始，智能機(jī)器人相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展進(jìn)展迅速，年銷售總額增加，增長了10.0%以上。在加工制造業(yè)尤其強(qiáng)勁的亞洲，智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)增長了43.0%。多功能機(jī)械手是從事人工搬運(yùn)物體的二次工業(yè)機(jī)械裝置，主要用于物體的自動運(yùn)輸和裝卸。汽車后市場生產(chǎn)加工中使用的自動運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備主要是以無人駕駛機(jī)械卡車為基礎(chǔ)，帶有自己的計算機(jī)操作控制系統(tǒng)和路徑檢測設(shè)備，機(jī)械設(shè)備的裝卸手主要用于裝卸機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)加工機(jī)械設(shè)備的工件(上下料)。在一些復(fù)雜的工況下，能承受更大的載荷，承受更大的溫差。多功能模擬器可根據(jù)其聯(lián)動模式、安裝設(shè)置方式、組成和結(jié)構(gòu)分布坐標(biāo)系、實(shí)際有效載荷重量進(jìn)行不同的分類。參照分散坐標(biāo)系的分類，按其組成可分為:活動關(guān)節(jié)式多功能機(jī)械手、直角坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系、極坐標(biāo)式。根據(jù)負(fù)載的實(shí)際有效重量，可分為小型、中型和大型多功能裝置。小微機(jī)械多功能機(jī)械手通常是指執(zhí)行作業(yè)的機(jī)械臂，重量小于15公斤，分布空間在2米以內(nèi)。中型多功能機(jī)械手通常是指承重15-80kg，作業(yè)空間2-3米的機(jī)械設(shè)備手。大型多功能機(jī)械手主要是:工作空間2-4米，承重80-300公斤的大型和300-1300公斤的重型機(jī)械設(shè)備手。由于科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)的快速發(fā)展，對機(jī)械手的要求不再僅僅是代替人類勞動，而是對其研究和設(shè)計提出了新的標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)展趨勢逐漸向快速、重型、高精度和發(fā)展方向轉(zhuǎn)變。未來的進(jìn)步趨勢要求它能夠快速反應(yīng)、分析和評估，并在惡劣和惡劣的條件下保持有效和準(zhǔn)確的運(yùn)行。PLC的核心是微處理器，執(zhí)行操作、定時等各種指令，控制機(jī)械化設(shè)備的運(yùn)行。其適應(yīng)性、可同時傳輸性、可行性都很強(qiáng)，將逐步取代老舊的傳統(tǒng)中繼設(shè)備。該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的復(fù)雜控制，并將其傳輸?shù)缴a(chǎn)自動化網(wǎng)絡(luò)中。因此，利用PLC控制系統(tǒng)來控制機(jī)械手進(jìn)行物料分揀是非常重要的。本課題是多功能機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)，控制三菱FX2N系列PLC進(jìn)行抓取和搬運(yùn)，水平、垂直運(yùn)動，為相應(yīng)系統(tǒng)的改造和升級提供借鑒。

第2章多功能機(jī)械手結(jié)構(gòu)總體設(shè)計在設(shè)計多用途機(jī)械手時，必須滿足功能要求，然后考慮機(jī)械設(shè)備的復(fù)雜性和經(jīng)濟(jì)需求。具體要求如下:(1)設(shè)備零部件的全面深入設(shè)計和選擇應(yīng)參考標(biāo)準(zhǔn)化和聯(lián)合使用在可能的情況下，選擇國家參考部件或交易市場上現(xiàn)有的部件和功能模塊，這可以節(jié)省成本并提高集成系統(tǒng)設(shè)計和裝配設(shè)計的效率。(2)在滿足多功能模擬器功能和運(yùn)行要求的沖擊環(huán)境中，確定最科學(xué)合理的綜合設(shè)計和設(shè)計方案。構(gòu)圖越簡單，重量越輕越好。(3)智能機(jī)器人的組成和結(jié)構(gòu)應(yīng)從一個系統(tǒng)的、綜合的機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)來設(shè)計。主要是:多功能機(jī)械手所在的機(jī)械設(shè)備的手部是經(jīng)典的機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)產(chǎn)品，在設(shè)計整體系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備的裝配結(jié)構(gòu)時，需要考慮操作控制部件和電氣部件的全面深化設(shè)計，科學(xué)合理，形成完善的系統(tǒng)。(4)集成系統(tǒng)設(shè)計多用途機(jī)械手應(yīng)考慮綠色項(xiàng)目的技術(shù)要求，集成系統(tǒng)設(shè)計過程應(yīng)深入考慮制造過程對操作環(huán)境和資源的影響，如機(jī)械設(shè)備手的材料等必須無污染、無。2.1多功能機(jī)械手的構(gòu)成多功能模擬器由三個重要部分組成:控制系統(tǒng)、機(jī)械手、驅(qū)動裝置。詳情參見2-1所示。圖2-1機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)示意圖機(jī)械手的機(jī)電技術(shù)是生產(chǎn)自動化的典型例子，例如，因?yàn)槠渲亓枯p、抗沖擊性好、體積小，除了選擇機(jī)械手之外，還可以選擇使用重型機(jī)械進(jìn)行液壓操作。除此之外，可以選擇機(jī)器人臂的向上和向下移動。電機(jī)利用絲杠旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)螺桿改變機(jī)器人手臂的上下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，電機(jī)可以控制機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)。機(jī)械手通常有水平和上下兩種運(yùn)動，其運(yùn)動周期可分為7個過程。開始工作的一個前提是先回到開頭，然后才開始工作。它具有功能多樣、操作靈活、結(jié)構(gòu)簡單、精度高、使用方便等特點(diǎn)。一旦回到初始高度，機(jī)械手開始水平移動，直到到達(dá)下一個工位的貨物籃頂部，準(zhǔn)備將產(chǎn)品放置在籃子里；然后機(jī)械手開始下降，當(dāng)達(dá)到極限高度時，釋放夾爪，將產(chǎn)品放入籃子中。2.2多功能機(jī)械手傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計2.2.1驅(qū)動設(shè)計操作系統(tǒng)對應(yīng)整機(jī)的動力裝置。有四種類型的驅(qū)動機(jī)制。其中，氣壓傳動屬于一類。它在控制信號的速度上比較慢，而且設(shè)備工作時容易抖動，很大程度上影響了定位精度。一般來說，裝置結(jié)構(gòu)過大，速度不好控制；液壓傳動對濾油要求高，對密封和精度也要求高，工作環(huán)境不易是低溫環(huán)境或者高溫環(huán)境；在機(jī)械傳送中，運(yùn)動準(zhǔn)確可靠，并固定在一個工作主機(jī)上。如下圖2-2所示。圖2-2H橋聯(lián)動原理示意圖使用控制晶閘管自動接通數(shù)據(jù)信號時，嚴(yán)禁同時自動接通兩個對角晶體管。如若同時連接電源，則直接連接電源的負(fù)極和正極。接通電流后，2個晶體管元件由大的短路驅(qū)動電流供電，短路驅(qū)動電流使晶體管元件的實(shí)際溫度迅速升高而燒毀。橋式工作電路由二極管器件(D1、D2、D3、D4)組成，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，其作用是將工作電流從電機(jī)的繞組元件中快速排出，使晶體管元件避免了電勢的影響。步進(jìn)電機(jī)由10V至40VDC控制，最大工作電流為3A，驅(qū)動器有七個工作空間(4精、8精、16精、32精、64精、全步、改進(jìn)半步)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時，它在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器上形成一個脈沖，這個脈沖用來控制電機(jī)的角位移和旋轉(zhuǎn)頻率。2.2.2步進(jìn)電機(jī)選型裝卸機(jī)械手是一種非常精密的執(zhí)行器，所以對驅(qū)動電機(jī)的要求更高。使用的電機(jī)主要是伺服電機(jī)設(shè)備和步進(jìn)電機(jī)設(shè)備，兩者都能滿足機(jī)械設(shè)備手部的精度要求，然而運(yùn)行方式和組成結(jié)構(gòu)不一樣。如表2-1所示。綜上所述，多功能機(jī)械手要求結(jié)構(gòu)和操作控制簡單，運(yùn)行成本低，因此采用步進(jìn)電機(jī)設(shè)備作為該機(jī)械手的開關(guān)電機(jī)設(shè)備。步進(jìn)電機(jī)的三種結(jié)構(gòu)類型是永磁步、混合式、無功式進(jìn)電機(jī)。因?yàn)榛旌蟿恿Y(jié)合了另外兩種發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，動力性能和扭矩更好，常被高性能機(jī)械手使用。假設(shè)選擇了混合型起搏器。根據(jù)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和機(jī)械慣性轉(zhuǎn)矩，剛開始選擇5種步進(jìn)電機(jī)設(shè)備，分別是雷塞電動機(jī)50w、步進(jìn)電動機(jī)75w、步進(jìn)電動機(jī)100w、步進(jìn)機(jī)動設(shè)備20w、雷塞電動機(jī)25w。2.3多功能機(jī)械手結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計2.3.1手部設(shè)計根據(jù)功能要求，本課題的手部結(jié)構(gòu)是兩爪式，如圖2-3所示。圖2-3兩爪式2.3.2手臂設(shè)計為了將物體從一個高度提升到另一個高度，在設(shè)計中使用曲柄機(jī)構(gòu)來執(zhí)行規(guī)定的程序。手臂是機(jī)械手最重要的結(jié)構(gòu)形式之一，直接關(guān)系到回收功能的正常實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目設(shè)計的機(jī)械臂可以保證手柄始終處于水平狀態(tài)，因?yàn)槭直系妮d荷也是機(jī)械臂的主要動作部分，所以要有良好的剛度和強(qiáng)度，以保證機(jī)械臂在長時間工作時不會出現(xiàn)梁變形或斷裂的狀況，如果機(jī)械臂過重，也會對取料功能的實(shí)現(xiàn)造成影響。圖2-4機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)圖手臂利用氣缸上下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動，結(jié)構(gòu)比較簡單，安裝拆卸方便。本文中的氣缸采取了軸向筆式氣缸。2.3.3底座設(shè)計基座是機(jī)械手基座系統(tǒng)所在的機(jī)構(gòu)，起到緊固、連接、支撐的作用。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計是由所研究的多功能機(jī)械手的功能、特性和特殊要求決定的。在這篇文章中，手推車的集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被應(yīng)用到空間的地板組件中，這允許機(jī)械裝置的手在作為一個整體的機(jī)械分布空間中運(yùn)動，使得機(jī)械裝置的手在機(jī)械處理中更加靈活和通用。機(jī)械旋轉(zhuǎn)平臺應(yīng)安裝在小車空間的底板上。頂部和板由電機(jī)設(shè)備連接，之后杠桿的機(jī)械平臺旋轉(zhuǎn)，小車的驅(qū)動是利用電機(jī)進(jìn)行的。車輪結(jié)構(gòu)一般是三輪或四輪組件，三輪通常有以下幾種形式:(1)圖2-5前輪轉(zhuǎn)向，兩個后輪作為驅(qū)動輪；(2)圖2-6為前輪驅(qū)動，后輪為隨動輪，有轉(zhuǎn)向輪；(3)圖2-7前輪是轉(zhuǎn)向輪，兩個后輪是差速輪。圖2-5三輪結(jié)構(gòu)1圖2-6三輪結(jié)構(gòu)2圖2-7三輪結(jié)構(gòu)3三輪結(jié)構(gòu)僅有三個接觸點(diǎn)，轉(zhuǎn)彎時穩(wěn)定性不好，容易造成傾翻。一般的4輪的形式如下:(1)圖2-8兩個前輪獨(dú)立驅(qū)動，兩個后輪隨動；(2)如圖2-9所示，前兩輪隨動，兩后輪獨(dú)立驅(qū)動；(3)圖2-10采用的轉(zhuǎn)動方式為左右對角輪獨(dú)立；(4)如圖2-11所示，獨(dú)立四輪驅(qū)動和獨(dú)立轉(zhuǎn)向。圖2-8四輪結(jié)構(gòu)1圖2-9四輪結(jié)構(gòu)2圖2-10四輪結(jié)構(gòu)3圖2-11四輪結(jié)構(gòu)4相比于三輪結(jié)構(gòu)，四輪結(jié)構(gòu)在靜態(tài)和動態(tài)條件下更穩(wěn)定，運(yùn)動更有規(guī)律，承載能力更強(qiáng)，所以在本工作中選擇了四輪結(jié)構(gòu)。如圖2-8、圖2-9、圖2-10所示，四個車輪的作用是不同的，有的隨動，有的驅(qū)動。圖2-11所示的四個車輪使用相同的輪緣電機(jī)車輪或者輪轂電機(jī)輪，因此車輪的工作方式相同，可以同時驅(qū)動。車輪聯(lián)軸器有一個可以同時驅(qū)動的轉(zhuǎn)向電機(jī)。這樣小車就可以現(xiàn)場前進(jìn)、倒車、轉(zhuǎn)彎，沒有轉(zhuǎn)彎半徑，行駛靈活。如圖2-12所示，為底座結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-12底座結(jié)構(gòu)圖圖2-13底部小車三維圖裝載多用途機(jī)械手的小車需要一定的承載和運(yùn)動能力。由于小推車使用范圍和尺寸的限制，電機(jī)驅(qū)動和液壓系統(tǒng)的使用增加了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和重量，因此采取電機(jī)驅(qū)動。

第3章多功能機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖3-1所示，為基于PLC的多功能機(jī)械手控制系統(tǒng)運(yùn)行示意圖。圖3-1基于PLC的多功能機(jī)械手控制系統(tǒng)運(yùn)行示意圖操控機(jī)械設(shè)備手的操控管理體系一般由維護(hù)耗電者安全的漏電維護(hù)、HMI控制面板、感應(yīng)設(shè)備、步進(jìn)電機(jī)設(shè)備及其聯(lián)動控制器設(shè)備、PLC、操作控制工作電源、濾波控制器設(shè)備構(gòu)成。HMI面板的目的是實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的信息交互，并向PLC傳輸指令。如圖3-2所示，為其具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖3-2基于PLC的多功能機(jī)械手控制系統(tǒng)組成框圖（1）手動操作以PLC為核心，完成其控制系統(tǒng)的設(shè)計，手動控制方法是工業(yè)控制設(shè)備的常見例子，用于異常斷電后的恢復(fù)或設(shè)備故障時的分析。手動操作相對簡單。通過按下相應(yīng)的按鈕來執(zhí)行，并在到達(dá)預(yù)定位置時松開。該方法應(yīng)用于設(shè)計伸縮、旋轉(zhuǎn)、松/緊控制、上下、左右按鈕。在手動操作中要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，只要按下相應(yīng)的按鍵開關(guān)即可。（2）半自動化操作基于PLC的多功能機(jī)械手控制系統(tǒng)要求多功能機(jī)械手按下啟動按鈕。這個過程是通過單流匯編結(jié)構(gòu)的排列順序的操作圖來完成的，上述過程的每一個操作都是作為一種分配方式來執(zhí)行的，應(yīng)用程序可編程翻譯器以操作設(shè)備程序的翻譯方式來控制排列。順序功能圖方法列出了正在進(jìn)行的工作的順序，并將其切換到梯形應(yīng)用程序。（3）全自動化操作基于PLC的多功能機(jī)械手控制系統(tǒng)要求操作過程處于全自動模式以實(shí)現(xiàn)自動控制，這也符合當(dāng)今自動化行業(yè)的需求。所設(shè)計的開關(guān)還必須能夠根據(jù)生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)半自動和全自動轉(zhuǎn)換。3.1PLC的選型因?yàn)镻LC專業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展、改進(jìn)和提高，迄今為止已經(jīng)完成了如下操作和控制功能:1.運(yùn)動控制功能。2.過程控制功能。3.擴(kuò)展功能。4.遠(yuǎn)程輸入輸出功能。5.通信聯(lián)網(wǎng)功能。6.監(jiān)控功能。7.分散的空間操作控制功能8.計數(shù)操作控制/定時控制作用功能分配模式操作控制功能。9.參考資料綜合處理運(yùn)算函數(shù)，程序可以被組裝和指導(dǎo)以綜合處理操作裝置的信息信息。10.步進(jìn)式操作控制功能步進(jìn)式控制功能。11.D/A和A/D轉(zhuǎn)換功能。硬件結(jié)構(gòu)主要由I/O、CPU、RAM、編程器、電源五部分組成。該方案的結(jié)構(gòu)可分為兩個主要部分:(1)用戶應(yīng)用程序:客戶為受控系統(tǒng)的操作和運(yùn)行而編寫的應(yīng)用程序。根據(jù)下圖3-3的PLC的特殊組成和結(jié)構(gòu)的示意圖：(2)控制程序:系統(tǒng)自帶的控制PLC運(yùn)行的程序圖3-3PLC結(jié)構(gòu)圖PLC的正確選擇是應(yīng)用設(shè)計的一個重要方面?？删幊踢壿嬺?qū)動器有多種形式。不同類型在性能、編程方法、容量、系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、價格等方面都不一樣。目前，市場上使用最多的是三菱、西門子等。PLC中的信息和指令的傳輸是通過輸入/輸出連接器進(jìn)行的。PLC的運(yùn)行過程大致可以描述為:第一步，外部自動輸入的數(shù)據(jù)信號通過PLC輸入連接器進(jìn)入PLC之間的存儲裝置，存儲裝置收集并鎖定上述數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)和分配方式；然后根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)加工需要，通過CPU對上述數(shù)據(jù)信號進(jìn)行綜合處理、研究和計算；在綜合處理結(jié)束時，將結(jié)果發(fā)送到輸出終端，以便執(zhí)行機(jī)構(gòu)形成措施，并且測試現(xiàn)場機(jī)器實(shí)現(xiàn)設(shè)備的操作控制。PLC的特點(diǎn)將在下面詳細(xì)討論，即它們?nèi)缦?(1)操作功能顯著豐富:一般來說，可以通過多種不同的模式獲得指令，包括存儲數(shù)據(jù)的內(nèi)部設(shè)備器件。它有數(shù)百條指令，能夠綜合處理邏輯思維的各種矛盾，也能進(jìn)行不同類型數(shù)據(jù)的計算。它有計數(shù)和計時功能。(2)易于使用:使用PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行速度非常快。因?yàn)镻LC可以運(yùn)行的邏輯思維動作應(yīng)用程序，一切都由應(yīng)用程序使用和控制。如果出現(xiàn)問題，所要做的就是編輯應(yīng)用程序。使用的程序相對容易翻譯，用戶可以快速控制它們。同時，安裝和維護(hù)也很容易，PLC可以在不同的工作環(huán)境下運(yùn)行，所要做的就是把它連接到外界機(jī)器設(shè)備。(3)可行性高:PLC對硬件和操作應(yīng)用軟件采取了很多措施。對設(shè)備來說，它們的自動輸入/自動輸出控制開關(guān)和內(nèi)部CPU都是電氣隔離防護(hù)的，CPU控制板也是防電磁干擾的。在應(yīng)用軟件設(shè)備和模式的使用方面，其多種模式為自動掃描和間歇，并建立了實(shí)時監(jiān)控和問題測試功能。充分保證了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。(4)性價比高:利用PLC完成運(yùn)行控制，可以減少輔助設(shè)備設(shè)施的投資，提高生產(chǎn)加工效率，降低生產(chǎn)加工成本。在本論文中，選擇了詳細(xì)的PLC方法，主要基于:(1)結(jié)構(gòu)類型:主要有模塊式和固定式。整機(jī)的I/O點(diǎn)主要集成在PLC處理器中，很難擴(kuò)展。它主要用在流程相對簡單的控制系統(tǒng)中，模塊化的功能模塊劃分容易擴(kuò)展，I/O點(diǎn)的種類和數(shù)量多且靈活擴(kuò)展方便，主要在大型控制系統(tǒng)中應(yīng)用。(2)系統(tǒng)安裝方式:根據(jù)安裝方式的不同，PLC系統(tǒng)可分為分布式(多分布式網(wǎng)絡(luò)，可同時獨(dú)立控制多臺設(shè)備)PLC網(wǎng)絡(luò)、集中式(不需要安裝遠(yuǎn)程設(shè)備，響應(yīng)速度快，價格低)、遠(yuǎn)程I/O式(系統(tǒng)設(shè)備分布廣泛，可分散安裝，系統(tǒng)連接更方便)。(3)功能要求:普通PLC具有定時、存儲器、邏輯運(yùn)算、計算等功能，可以滿足一般的控制要求。(4)響應(yīng)速度:從幾毫秒到數(shù)百毫秒不等的響應(yīng)速度水平之間存在相對較大的差異。通過分析控制要求，選擇合適的驅(qū)動器，可以達(dá)到預(yù)期運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的良好效果。(5)統(tǒng)一型號:設(shè)備應(yīng)盡量與控制系統(tǒng)模型對齊，以便設(shè)備可以通用，便于后續(xù)通信方便、采購、資源共享。根據(jù)多功能設(shè)備的控制要求，全面考慮以上因素，選用三菱FX2N-64MT-001系列PLC，它是其三菱FX2N和三菱PLCFX系列中最先進(jìn)的系列之一。它具有高效快速的處理能力、大量可擴(kuò)展以滿足商業(yè)用戶需求的特殊功能模塊，以及卓越的靈活性?？梢詳U(kuò)展到256點(diǎn)的能力。它結(jié)合了任務(wù)工作區(qū)的“順序自動掃描，連續(xù)循環(huán)”和單個工作循環(huán)的自動掃描過程。它側(cè)重于全自動掃描，并自動處理輸入數(shù)據(jù)信號。重點(diǎn)是更新系統(tǒng)的輸出和更新輸入。當(dāng)輸入端口在程序運(yùn)行時關(guān)閉時，輸入連接器具有新的模式，并且新的模式不能被讀取。只有當(dāng)程序執(zhí)行下一次掃描時，才會讀取執(zhí)行命令本身所用的時間、使用集中掃描所產(chǎn)生的命令數(shù)量、新狀態(tài)、CPU執(zhí)行命令的速度。即輸入/輸出響應(yīng)延遲。在各個自動化行業(yè)發(fā)展迅速，領(lǐng)域也在不斷拓展和擴(kuò)大。FX2N-64MT-001的完整系統(tǒng)組成如圖3-4所示。圖3-4FX2N-64MT-001PLC的系統(tǒng)組成該P(yáng)LC系列具有64個I/O點(diǎn)，集成RAM，8KB容量可擴(kuò)展至16KB，處理器處理速度為0.08mS/基本命令，正確的輸入和輸出擴(kuò)展模塊可連接至其特殊功能模塊。這是一個高性能的標(biāo)準(zhǔn)型線路連接器。它具有快速、穩(wěn)定和強(qiáng)大的基本性能，適用于包括通用邏輯在內(nèi)的廣泛應(yīng)用。3.2傳感器設(shè)計本文介紹了一種以光電編碼器為主要器件的多功能機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)。在光電編碼器中，每一個脈沖信號的產(chǎn)生對應(yīng)一個增量位移角，即產(chǎn)生一個電脈沖(相當(dāng)于角位移的增量)，引起軸的連續(xù)角位移的離散化或增大。角位移變化的量化和檢測。通常，光學(xué)編碼器由光源、柵極元件、唱機(jī)蓋組成。電路相對容易實(shí)現(xiàn)，檢測分辨率高，特定產(chǎn)品體積小，使用更舒適。另外，在設(shè)備的運(yùn)動控制中，利用輸入軸旋轉(zhuǎn)，在輸出端產(chǎn)生一系列脈沖，脈沖的數(shù)量與機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動沖擊成正比，進(jìn)而自動輸出。計算編碼器設(shè)備的信號脈沖數(shù)，然后計算組織和原點(diǎn)之間的距離。3.3I/O地址分配根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，確定PLC控制系統(tǒng)的輸入輸出，確定每個輸入輸出接口的意義，確定每個I/O地址。表3-1顯示了系統(tǒng)I/O端口的配置表。根據(jù)上面的I/O端口分配表繪制相應(yīng)的接線圖，其I/O接線圖參見3-5所示。圖3-5控制系統(tǒng)的I/O接線圖3.4電氣接線圖設(shè)計如圖3-6所示，為機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的開關(guān)電路。系統(tǒng)變更包括邏輯切換、控制切換、主稅控切換。PLC、感應(yīng)設(shè)備等組成了邏輯開關(guān)元件，并全面負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)外的數(shù)據(jù)和信息交換，自動輸入和打印感應(yīng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)。圖3-6接線原理示意圖參照操作控制要求可知，基于PLC的多功能機(jī)械手控制系統(tǒng)的成功完成是通過控制單元的操作來控制機(jī)械設(shè)備手的上下、左右運(yùn)動。實(shí)際上是向前和向后旋轉(zhuǎn)電動裝置。其主要工作循環(huán)示意圖如下圖3-7所示。圖3-7多功能機(jī)械手的PLC操作控制主工作電路示意圖

第4章多功能機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計4.1編程軟件概述GXWORKS2針對不同的ERP對象，為FX2NPLC提供不同的系統(tǒng)翻譯語言。它提供的編程語言:SFC、ST、FBD(作用功能框架示意圖)、LAD(梯形圖)、指令表等。這些關(guān)鍵的程序翻譯模式各有優(yōu)勢，可以根據(jù)實(shí)際情況為翻譯語言選擇合適的系統(tǒng)。FX2N系列SPS接管GXWORKS2軟件的編程，并提供參數(shù)化、控制、編程功能。除了PLC編程，還包括監(jiān)控、模擬調(diào)試、智能功能建筑設(shè)置在線修改、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等功能。此外，PLC、HMI和運(yùn)動驅(qū)動器之間的信息交換也是可以實(shí)現(xiàn)的。GXWORKS2的功能通常通過SFC進(jìn)行擴(kuò)展，管理員可以分層組織和運(yùn)行用戶運(yùn)行的操作應(yīng)用程序。其常用功能如下:(1)項(xiàng)目的建立(2)硬件組態(tài)和系數(shù)確定(3)硬件的互聯(lián)網(wǎng)組態(tài)(4)綜合程序語言設(shè)計(5)測試應(yīng)用程序、編輯翻譯相對于傳統(tǒng)的GX開發(fā)軟件，功能和性能都有所改進(jìn)，易于使用。有許多空格，編程的主要形式是使用積木。塊類似于子程序，較為獨(dú)立，能夠執(zhí)行類似功能的邏輯運(yùn)算。它能夠?qū)⒎爆嵉目刂瞥绦蚝瓦壿嫴僮鞣珠_，大大提高了它的可操作性和可讀性。4.2主程序流程設(shè)計本文基于PLC，設(shè)計了手動程序、自動程序、聯(lián)合程序、返回點(diǎn)程序。主程序首先要初始化系統(tǒng)的參數(shù)，然后記錄各個關(guān)節(jié)的角度偏差。然后，使用外部選擇模式，調(diào)用手動駕駛程序或自動駕駛程序，并將自動操作劃分為單獨(dú)的循環(huán)。假如在運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行之間出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)將自動停止，直到緊急情況下程序結(jié)束。圖4-1顯示了多功能機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)的主程序流程圖。圖4-1機(jī)械設(shè)備手的主應(yīng)用程序的流程示意圖4.3程序梯形圖設(shè)計在對上述系統(tǒng)的整體系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用程序進(jìn)行修改和調(diào)試后，根據(jù)流程圖編寫了基于PLC的多功能機(jī)械手控制系統(tǒng)的梯形圖，如圖4-2所示。圖4-2多功能機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)梯形圖4.4控制系統(tǒng)界面設(shè)計4.4.1觸摸屏主界面圖4-3為觸摸屏主界面的示意圖。主界面的頂部可以旋轉(zhuǎn)來調(diào)整操作模式，底部是操作按鈕。圖4-3觸摸屏主界面圖4-4顯示了參數(shù)設(shè)置界面，該界面允許控制和調(diào)整各種步進(jìn)電機(jī)參數(shù)。步進(jìn)速度主要用于設(shè)定電機(jī)速度，觸發(fā)延時主要用于設(shè)定工件停止后的時間。這次相機(jī)觸發(fā)信號，觸發(fā)時間主要用于設(shè)置速度時間，這一次是相機(jī)。假如機(jī)械手不執(zhí)行牽引，皮帶將會不斷傳輸，在此延遲之后，該功能主要用于調(diào)整釋放后的時間。這次目標(biāo)會被送。光電編碼器后繼續(xù)。圖4-4觸摸屏系數(shù)設(shè)立頁面4.4.2控制界面設(shè)計（1）數(shù)據(jù)信息全面處理頁面綜合系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)自動化上位機(jī)發(fā)出向PLC操作功能模塊發(fā)送單級ERP命令的命令時，PLC將相應(yīng)的分配狀態(tài)信息輸入回自動化上位機(jī)信息。對于由自動主機(jī)自動接收的數(shù)據(jù)，第一步是將數(shù)據(jù)信息的存儲格式從存儲字符串改變?yōu)楦袷交瘮?shù)據(jù)信息。之后，檢查并分析描述機(jī)械臂各運(yùn)動關(guān)節(jié)功能狀態(tài)的數(shù)據(jù)資料，選擇并發(fā)送相應(yīng)變化的數(shù)據(jù)資料。如下圖4-5所示，在基于PLC的多功能機(jī)械手控制系統(tǒng)中，每個運(yùn)動關(guān)節(jié)由兩個相應(yīng)的限位開關(guān)控制。當(dāng)機(jī)械手限位開關(guān)被觸發(fā)時，意味著機(jī)械手的活動關(guān)節(jié)位于限位中的某一點(diǎn)，自動化上位機(jī)可以發(fā)送到PLC的操作功能模塊，只能取消運(yùn)動或暫停功能應(yīng)用。圖4-5系數(shù)修改調(diào)配頁面下圖4-6是手動機(jī)械設(shè)備單級ERP功能模塊頁面上的自動上位機(jī)操作控制頁面。主要是:各個移動鉸接電機(jī)的選擇以及相應(yīng)的自動復(fù)位、開啟、暫停功能的成功執(zhí)行，同時，機(jī)械設(shè)備手動終端吸盤的操作控制也完成了。圖4-6械設(shè)備手單步操作控制功能模塊頁面（2）運(yùn)動操作控制頁面綜合系統(tǒng)設(shè)計在運(yùn)行自動化主機(jī)的應(yīng)用程序期間，用戶通過ERP頁面接收機(jī)械設(shè)備的概念域的操作的實(shí)際工作條件，并將相應(yīng)的ERP指令擴(kuò)展到機(jī)械設(shè)備的手上。參見發(fā)送和根據(jù)不同的運(yùn)行模式向PLC操作模塊發(fā)送相應(yīng)的ERP指令。參考根據(jù)圖4-7的ERP布局，可以知道，當(dāng)在頁面上自動輸入開發(fā)對象的特定位置時，操作可以提供幾種解決方案。參考上述解決方案，基于機(jī)械設(shè)備最短手動分配路徑的基本原理，可以進(jìn)行對比分析和篩選，獲得最優(yōu)合理的認(rèn)識。將最佳合理理解所表示的級別轉(zhuǎn)換為機(jī)器人手動關(guān)節(jié)組件編碼器的程序代碼號，并發(fā)送給PLC操作功能模塊組件。圖4-7運(yùn)動操作控制頁面

第5章結(jié)論工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)中需要引進(jìn)新技術(shù)的矛盾，是現(xiàn)代自動控制工業(yè)的分支，隨著社會的快速發(fā)展，機(jī)械設(shè)備手已經(jīng)慢慢發(fā)展成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備加工制造和加工系統(tǒng)的重要組成部分。中國的機(jī)械設(shè)備之手在最近的分析研究中有了很大的飛躍。中國第二產(chǎn)業(yè)機(jī)械設(shè)備的手動分析研究范圍有了很大的提升，與之前的模式完全不同。隨后，它將在應(yīng)用程序級別迅速傳播。雖然機(jī)械手在工業(yè)中應(yīng)用廣泛，但工業(yè)機(jī)械手的研究和設(shè)計一直是相得益彰、相輔相成的。本文通過對基于PLC的多功能機(jī)械手控制系統(tǒng)的全面深入的設(shè)計和分析，作者對PLC操作理論和專業(yè)核工程有了深入全面的認(rèn)識和掌握，并且，最終實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)材料機(jī)械搬運(yùn)。在本篇論文中，作者具體實(shí)現(xiàn)了以下主要內(nèi)容：(1)對PLC運(yùn)行控制理論進(jìn)行了深入全面的學(xué)習(xí)、分析和學(xué)習(xí)，最終確定用于控制加工機(jī)器人運(yùn)動、三菱FX2N-6MT-001系列PLC為運(yùn)輸和抓取的產(chǎn)品。(2)選擇硬件模式模型，構(gòu)建多功能機(jī)械手運(yùn)行環(huán)境，根據(jù)PLC控制多功能機(jī)械手業(yè)務(wù)；進(jìn)行測試現(xiàn)場測試，確定系統(tǒng)應(yīng)用軟件的構(gòu)成系數(shù)。這種全面的系統(tǒng)設(shè)計使公眾對機(jī)械設(shè)備自動控制的順利完成有了更清晰的認(rèn)識和理解，對PLC在自動化智能工業(yè)領(lǐng)域的使用有了更深入的了解。在此期間，本人繼續(xù)閱讀參考資料，并最終在老師和同學(xué)的幫助下成功實(shí)現(xiàn)了全面的系統(tǒng)設(shè)計。同時也經(jīng)歷和收獲了很多，不僅強(qiáng)化了在學(xué)校學(xué)到的專業(yè)知識，也為以后的工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過努力，我終于完成了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計。盡管在準(zhǔn)備工作中我查閱了大量的資料和生產(chǎn)實(shí)例，想了很多方面，加