某搬運工件機械手控制系統(tǒng)設(shè)計作者姓名：xxx專業(yè)名稱：機械工程及自動化指引教師：xxxx副專家摘要搬運機械手是公司自動化生產(chǎn)線中重要設(shè)備之一，其性能優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。因而，設(shè)計性能優(yōu)良搬運機械手控制系統(tǒng)對于提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量具備十分重要意義。論文針對完畢曲軸在兩條生產(chǎn)線之間搬運任務(wù)搬運機械手控制系統(tǒng)進行設(shè)計。采用了電液一體化設(shè)計方案，液壓缸實現(xiàn)了機械手對工件抓放，通過伺服電機來實現(xiàn)機械手在水平、豎直方向迅速精準(zhǔn)移動。采用SIEMENS公司SIMATICS7-200系列PLC作為核心控制器，外擴定位模塊EM253模塊對伺服電機進行精準(zhǔn)定位控制，從硬件和軟件兩個方面進行設(shè)計，完畢了PLC在搬運機械手中硬件連接，I/O點分派和應(yīng)用程序設(shè)計，實現(xiàn)了機械手上電初始化、零點復(fù)位、故障報警、手動運營、半自動運營和在無人看守時自動運營。最后達到設(shè)計規(guī)定，完畢搬運目。核心詞：搬運機械手PLC定位模塊EM253控制系統(tǒng)AbstractCarryingmanipulatorisoneoftheimportantequipmentintheenterpriseautomaticproductionline,whoseperformancequalitydirectlyaffectproductqualityandproduction.Therefore，thedesignofexcellentpropertiescarryingmanipulatorcontrolsystemtoimproveproductqualityandproductionisveryimportant.Thispaperaimedatdesigningthecarryingmanipulatorhandlingmissioncontrolsystemwhichachievedthecrankshaftbetweentwoproductionlines.Adoptingelectricalintegrationdesign，weusealockingfunctionofthecylindertorealizethemanipulatorgraspoftheworkpieceinputandguaranteetheexpiredcondition，throughstateofmanipulatorkeepservomotormovequicklyandaccuratelyinlevelandtheverticaldirection.AdoptSIEMENScompanySIMATICS7-200PLCasthecorecontroller，theoutsideenlargeEM253performsaccuratepositioningcontrolinmodulemoduleofservomotor，designingfromtwoaspectsofhardwareandsoftware，completedinhandlingmechanicalhandPLChardwareconnection，I/Opointdistributionandapplicationofthedesign，realizingthemanipulatoronelectricityinitialization，zeroreset，faultalarm，manualoperation，semi-automaticoperationandtheautomaticoperationwhennokeepingwatch.Finallyachivedthedesignrequirementsandcompletedhandlingpurpose.KEYWORDS：carryingmanipulator，PLCPositionModuleEM253，controlsystem目錄TOC\o"3-3"\h\z\u\t"標(biāo)題1,1,標(biāo)題2,2"19107摘要 I23966Abstract II10526目錄 III13689前言 139081系統(tǒng)重要部件選取 5253431.1液壓缸選取 5274951.2閥門選取 747571.3行程開關(guān)選取 8149251.4接近開關(guān)選取 841111.5驅(qū)動電機選取 9312212控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 10176462.1控制系統(tǒng)功能 10111262.2控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成 11156682.2.1位控模塊 1194462.2.2控制系統(tǒng)硬件構(gòu)造 1241562.3操作面板設(shè)計 12152112.4PLC系統(tǒng)設(shè)計 14135622.5運動控制系統(tǒng)實現(xiàn) 1772.6控制系統(tǒng)電路設(shè)計 20178053系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn) 22194073.1系統(tǒng)工作方式 2251283.2程序設(shè)計 2375023.2.1主程序設(shè)計 23171163.2.2初始化子程序設(shè)計 2362733.2.3復(fù)位子程序與報警程序設(shè)計 24259383.2.4手動運營子程序設(shè)計 25295863.2.5半自動運營子程序 2643263.2.6自動子程序設(shè)計 2811806總結(jié) 302道謝 3215838參照文獻 334921附件1系統(tǒng)配件清單 3410695附件2液壓線路簡圖 35前言工業(yè)機械手在先進制造技術(shù)領(lǐng)域中扮演著極其重要角色，是近幾十年發(fā)展起來一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備，是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動多功能機器，它有各種自由度，可用來搬運物體以完畢在各個不同環(huán)境中工作。工業(yè)機械手是工業(yè)機器人一種重要分支，它特點是可通過編程來完畢各種預(yù)期作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自長處，特別體現(xiàn)了人智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)精確性和各種環(huán)境中完畢作業(yè)能力，在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域有著遼闊發(fā)展前景。

機械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。本次課題是搬運工件機械手系統(tǒng)設(shè)計初始參數(shù)與設(shè)計規(guī)定:1、抓重：0~100N；2、自由度：3個；3、機械部部運動參數(shù)：運動名稱符號行程范疇（mm）水平X0-垂直Z0-2004、手指夾持范疇：棒料，Φ60mm~Φ120mm，長度100~450mm；5、定位方式：定位模塊EM253；6、驅(qū)動方式：步進電機、液壓（中、低壓系統(tǒng)）；7、定位精度：±3mm；8、控制方式：自動、半自動、手動。機械手抓重為100N，按工業(yè)機械手分類，屬于中小型，按用途分為專用機械手，其特點是具備獨立控制系統(tǒng)、程序可變、動作靈活多樣，專用機械手工作范疇小、定位精度高、小巧靈活特點。本課題研究重要是將一定尺寸棒料從一種自動生產(chǎn)線搬運到另一種自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。機械手部采用液壓缸驅(qū)動完畢夾取、放松工件，其液壓線路圖見附錄2。機械手臂上升、下降和機座水平移動都用步進電機驅(qū)動。兩生產(chǎn)線布置和詳細位置參數(shù)，如圖0.1所示。圖0.1機械系統(tǒng)整體布局示意圖機械手重要由手部、腕部、升降部、滑動部、機座和控制箱，以及其他附件構(gòu)成。其中手部為四指構(gòu)造，其運動由帶有自鎖功能液壓缸完畢；升降部以導(dǎo)軌為導(dǎo)向裝置，其運動由伺服電機驅(qū)動絲杠來完畢；滑動部也是以導(dǎo)軌為導(dǎo)向裝置，其運動由伺服電機驅(qū)動齒輪在齒條上滾動來完畢。PLC和有關(guān)控制器件安裝于控制箱內(nèi)，通過電纜和信號線與機械手進行聯(lián)接。機械手定位采用脈沖數(shù)來控制，升降運動和滑動均有快慢速調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)位置也由脈沖數(shù)來控制，而速度由脈沖頻率調(diào)節(jié)。在料架1和料架2上分別安裝接近開關(guān)，進行生產(chǎn)線上有無工件檢測，滿足在料架1有工件時機械手才進行下降和抓取，料架2上無工件時機械手才下降放下工件。機械手還滿足在掉電時可以自鎖，保持當(dāng)前狀態(tài)。系統(tǒng)上電后機械手開始初始化，初始化完畢后選取工作方式，分別為手動模式，半自動模式，自動模式。手動模工作式下，操作員可以通過控制面板控制機械手單步運動和零點復(fù)位，可以在機械手故障時進行檢修。半自動工作方式下，只要操作員選取半自動工作方式，然后按下啟動按鈕，機械手一方面會零點復(fù)位，然后檢查料架1有工件，機械手下降抓取工件，上升邁進，檢測料架2上無工件機械手下降放下工件，返回原點，一種周期動作完畢，機械手停機。自動方式開始工作下，按下啟動按鈕，兩臺伺服電機通電，滑臺、升降臺、液壓缸等回到原位，液壓表顯示正常。機械手運動到上、左原點位。當(dāng)檢測到料架1上有工件時，電機1反轉(zhuǎn)，升降臺迅速下降，達到一定脈沖數(shù)后減速，到達下工位2時，電機1停轉(zhuǎn)；液壓缸收縮夾緊工件，當(dāng)液壓缸壓力到達一定限度時壓力傳感器得電表白工件夾緊；電機1正轉(zhuǎn)，升降臺先迅速上升，達到一定脈沖數(shù)后時減速，當(dāng)?shù)竭_上原點時，電機1停轉(zhuǎn)，升降臺停止；電機2反轉(zhuǎn)，滑臺迅速邁進，達到一定脈沖數(shù)后滑臺減速，到達右工位時電機2停止；當(dāng)檢測到生產(chǎn)線2無工件時，電機1反轉(zhuǎn)，升降臺迅速下降，達到一定脈沖數(shù)后減速，到達下工位1時電機1停轉(zhuǎn)；液壓缸伸長放開工件，壓力傳感器失電表白工件已松開；電機1正轉(zhuǎn)，升降臺上升，先迅速后慢速，當(dāng)?shù)竭_上原點時電機1停轉(zhuǎn)，升降臺停止；電機2正轉(zhuǎn)，滑臺返回到初始位置，電機2停止。一種工作流程結(jié)束，機械手工藝流程如圖0.2所示。圖0.2機械手工藝流程1系統(tǒng)重要部件選取搬運工件機械手驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計往往要受到作業(yè)環(huán)境條件限制，同步還要考慮成本因素影響以及所能達到技術(shù)水平。驅(qū)動元件是伺服系統(tǒng)重要構(gòu)成某些，是系統(tǒng)執(zhí)行元件，它作用是把驅(qū)動控制線路電信號轉(zhuǎn)換為機械運動。整個伺服系統(tǒng)調(diào)速性能、動態(tài)特性、運動精度等均與驅(qū)動元件有密切關(guān)系。慣用驅(qū)動方式重要有液壓驅(qū)動、電氣壓驅(qū)動和電－液驅(qū)動三種基本類型。結(jié)合各種驅(qū)動類型特點和機械構(gòu)造設(shè)計與傳動類型選取。本機械手采用電—液結(jié)合驅(qū)動方式。其中，機械手升降和平移都采用交流伺服電機驅(qū)動，手部開合采用液壓缸驅(qū)動。1.1液壓缸選取夾緊裝置是使手爪開、閉動作動力裝置。依照機械手部夾緊力和手部張開后指尖距離，如圖1.1所示為液壓缸。圖1.1液壓缸手指對工件夾緊力可按公式計算：（1-1）式中——安全系數(shù)，普通1.2~2.0；——工作狀況系數(shù)，重要考慮慣性力影響?？山瓢聪率焦溃ㄆ渲衋是重力方向最大上升加速度），g=9.8m/s；——運載時工件最大上升速度；；——系統(tǒng)達到最高速度時間，普通選用0.03~0.5s；——方位系數(shù)，依照手指與工件位置不同進行選?。籊——被抓取工件所受重力（N）。計算：設(shè)a=40mm,b=120mm,=35°；機械手達到最高響應(yīng)時間為0.5s，求夾緊力和驅(qū)動力和驅(qū)動液壓缸尺寸。設(shè)=1.6=102mm/s=0.5s==1.02=0.5依照公式，將已知條件帶入：=1.6×1.02×0.5×300=244.8N依照驅(qū)動力公式得：==244.8=986N取==1160N擬定液壓缸直徑D（1-2）選用活塞桿直徑d=0.5D，選取液壓缸壓力油工作壓力P=39.210Pa則D=0.0224m依照液壓缸內(nèi)徑系列表（JB826-66），選用液壓缸內(nèi)徑為：D=32mm，依照裝配關(guān)系，外徑為50mm。則活塞桿直徑為：d=320.5=16mm，選用d=16mm因而，液壓桿外徑選50mm，活塞選16mm。1.2閥門選取閥門是流體輸送系統(tǒng)中控制部件，具備截止、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能。1.換向閥是控制油液通斷和流動方向，控制執(zhí)行元件啟動、變速、停止和換向。由于控制以便，選取三位四通電磁換向閥，如圖1.2所示。圖1.2三位四通電磁換向閥圖1.3直動型溢流閥圖1.2三位四通電磁換向閥圖1.3直動型溢流閥2.溢流閥是在液壓設(shè)備中重要起定壓溢流作用，穩(wěn)壓，系統(tǒng)卸荷和安全保護作用，如圖1.3所示。1.3行程開關(guān)選取行程開關(guān)，位置開關(guān)（又稱限位開關(guān)）一種，是一種慣用小電流主令電器。運用生產(chǎn)機械運動部件碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達到一定控制目。普通，此類開關(guān)被用來限制機械運動位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動來回運動等。在電氣控制系統(tǒng)中，位置開關(guān)作用是實現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)檢測。用于控制機械設(shè)備行程及限位保護。因而，行程開關(guān)選用施耐德公司XCRA15型號行程開關(guān)。1.4接近開關(guān)選取接近開關(guān)是一種用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中以實現(xiàn)檢測、控制并與輸出環(huán)節(jié)全盤無觸點化新型開關(guān)元件。當(dāng)開關(guān)接近某一物體時，即發(fā)出控制信號。為了提高系統(tǒng)可靠性和動作執(zhí)行精確性，選取OMRON公司E2E-X5ME2型接近開關(guān)。它詳細參數(shù)如下：（1）檢測距離：5mm（2）電源電壓：DC12～24V（3）消耗電流：不大于13mA（4）檢測物體：磁性物體（5）響應(yīng)時間：0.3~1ms（6）輸出方式：NPN輸出接近開關(guān)接線圖，如圖1.4所示。圖1.4接近開關(guān)接線圖E2E-X5ME2型接近開關(guān)為三線NPN輸出型開關(guān)，輸出三線分別為棕線、黑線、藍線，其中在棕線和黑線之間接負載，本系統(tǒng)中棕線接在PLC24V電源正極，藍線接在輸入端點上。1.5驅(qū)動電機選取直流伺服電機由于存在機械換向器和電刷，減少了電機運營可靠性，加重了維護和保養(yǎng)承擔(dān)。而交流異步電機雖然構(gòu)造簡樸、成本低廉、無電刷磨損、維修以便，但調(diào)速問題始終沒有得到經(jīng)濟合理解決。近十年來，由于調(diào)頻等調(diào)速辦法發(fā)展不久，使其調(diào)速范疇和成本與寬調(diào)速直流伺服電機接近，因而，交流伺服電機以其優(yōu)良控制性能和高可靠性在數(shù)控系統(tǒng)中得到了越來越廣泛應(yīng)用。1.步進電機選取為了以便設(shè)計和維修，升降電機與水平移動電機選用同一型號，依照經(jīng)驗選用松下公司MinasA4系列全數(shù)字式交流伺服電機和驅(qū)動器。電機型號：PanasonicMDMA152P1U（其中慣量，1.5KW，200V，增量式編碼器，原則型，鍵軸，有制動器）。驅(qū)動器型號：MDDDT5540。額定轉(zhuǎn)矩：，最大轉(zhuǎn)矩：，額定轉(zhuǎn)速：，最大轉(zhuǎn)速：，電機慣量：，脈沖數(shù)：，辨別率：10000，線數(shù)：5。2.三相異步電機選取=102mm/sP=39.210Pad=16mm流量：Q=πr2×V(1-3)液壓泵功率：P=pQ=200w查表可選用效率為0.8，普通電機超載功率為25%。因此電機功率為0.35kw。因而，選取電機為YC8012型三相異步電機。2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計控制系統(tǒng)是搬運工件機械手重要構(gòu)成某些，它機能就像人神經(jīng)中樞，是保證機械手在搬運過程中安全可靠實用核心，也是提高搬運效率、延長機械手使用壽命、減少故障率重要環(huán)節(jié)。作為指引機械手按規(guī)定合理動作指揮機構(gòu)，它設(shè)計是機械手設(shè)計中核心和基本，決定了機械手控制性能好壞。2.1控制系統(tǒng)功能控制是機器人技術(shù)中一種核心問題，而控制系統(tǒng)性能則是機器人發(fā)展水平一種重要標(biāo)志。本課題研究機械手控制特點。1．自由度少，本機械手只有三個自由度，分別由兩個伺服系統(tǒng)和一種液壓系統(tǒng)進行控制。2．任務(wù)簡樸，本機械手工作任務(wù)是抓緊工件，并按規(guī)定進行平面點位運動，無需進行復(fù)雜軌跡運算、坐標(biāo)變換以及矩陣函數(shù)逆運算等。3．變量少，數(shù)學(xué)模型簡樸。只需要簡樸機械自適應(yīng)，無需使用前饋、補償、解耦等復(fù)雜控制技術(shù)。本課題控制系統(tǒng)重要是實現(xiàn)如下幾種控制功能：1．伺服控制功能。該功能重要是指機械手運動控制，實現(xiàn)機械手位置、速度和加速度控制等。2．液壓控制功能。該功能重要是指手部抓放運動控制，實現(xiàn)手部開合和自鎖等。3．手動控制功能。該功能重要是操作員可以對機械手進行單步操作控制，實現(xiàn)機械手檢測和故障修復(fù)功能。4．信息互換功能。該功能重要是指在生產(chǎn)線中機械手要與兩個生產(chǎn)線或其他自動化控制系統(tǒng)進行信息互換、資源共享和協(xié)調(diào)工作等。2.2控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成機器人控制系統(tǒng)硬件構(gòu)造要環(huán)繞著如何更好地實現(xiàn)機器人控制功能而設(shè)計和選取。以控制器核心計算機分布方式來看，機器人控制系統(tǒng)硬件構(gòu)造大體可分為集中控制、主從控制、分級控制等三類。本機械手重要采用集中控制方式進行控制。在核心控制器選取上可以有各種方案，當(dāng)前在機電一體化設(shè)計中重要有三種：單片機、工業(yè)控制計算機、可編程控制器（PLC）。隨著計算機系統(tǒng)不斷發(fā)展，也浮現(xiàn)了運動控制卡和邏輯控制器等新型控制硬件?？紤]到控制功能簡樸、控制邏輯復(fù)雜，通過各方面分析比較，本課題采用西門子S7-200PLC作為控制器，并配有相應(yīng)控制模塊，來實現(xiàn)整個機械手控制功能。2.2.1位控模塊當(dāng)代可編程控制器普通均有位置控制功能，因而普通都配有位置控制模塊單元，也稱定位單元。EM253位控模塊是S7-200特殊功能模塊，可以產(chǎn)生脈沖串，用于步進電機和伺服電機速度和位置開環(huán)控制。它與S7-200通過擴展I/O總線通訊，帶有八個數(shù)字輸出，作為智能模塊出當(dāng)前I/O組態(tài)中。位控模塊可以產(chǎn)生移動控制所需脈沖串，其組態(tài)存儲在S7-200V存儲區(qū)中。位控模塊可提供單軸開環(huán)移動控制所需要功能和性能，位控模塊特性如下：1.提供高速控制從每秒12個脈沖至每秒00個脈沖；2．支持急停S曲線或線性加速減速功能；3．提供可組態(tài)測量系統(tǒng)，既可以使用工程單位（如英寸或厘米）也可以使用脈沖數(shù)；4．提供可組態(tài)backlash補償；5．支持絕對、相對和手動位控方式；6．提供持續(xù)操作；7．提供多達25組移動包絡(luò)Profile，每組最多可有4種速度；8．提供4種不同參照點尋找模式，每種模式都可對起始尋找方向和最后接近方向進行選??；9．提供可拆御現(xiàn)場接線端子便于安裝和拆御。2.2.2控制系統(tǒng)硬件構(gòu)造本文所研究機器人為兩軸運動機械手，核心控制器由PLC及I/O模塊和位控模塊EM253構(gòu)成，升降及水平移動由兩臺伺服電機驅(qū)動，手部抓放由液壓缸來驅(qū)動，各類信號由控制面板和生產(chǎn)線輸入。伺服電機配有驅(qū)動器，通過位控模塊來完畢脈沖輸入，液壓缸伸縮由一組繼電器進行控制。各部件運動極限由脈沖進行限位，并配有極限行程開關(guān)作為極限保護裝置。機械手控制系統(tǒng)硬件構(gòu)造如圖2-1所示。圖2.1控制系統(tǒng)硬件構(gòu)造圖本系統(tǒng)重要由PLC主控單元、伺服驅(qū)動器、繼電器、各類傳感器和控制面板等構(gòu)成。主控制單元采用模塊式構(gòu)造，各功能模塊獨立封裝，安裝在機架和導(dǎo)軌上，它由PLC模塊、I/O模塊、兩個位控模塊和觸摸終端構(gòu)成，各模塊之間通過PLC專用電纜聯(lián)接，控制面板與PLC之間采用專用信號電纜聯(lián)接。2.3操作面板設(shè)計依照工件生產(chǎn)和搬運特點和控制規(guī)定，機械手控制按鈕和批示燈分布如圖2.2所示。圖中按鈕與選取器功能大某些由數(shù)控系統(tǒng)來實現(xiàn)。圖2.2操作面板示意圖1．急停按鈕在機械手工作過程中，當(dāng)浮現(xiàn)抓取不牢、搬運不穩(wěn)、下放不到位、沖擊過大或運動時超過極限位置以及其他異?，F(xiàn)象而不得不斷止工作時，按下急停按鈕，使所有運動停止，并保持本來狀態(tài)，直至重新啟動系統(tǒng)。可以減少和避免事故，減少因故障引起損失。2．電源開關(guān)在機械手工作前，一方面要打開電源開關(guān)，給PLC、驅(qū)動器、伺服電機及照明設(shè)施供電，觸摸終端由PLC進行供電，為系統(tǒng)啟動做準(zhǔn)備。在機械手工作完畢后，將電源開關(guān)打到“關(guān)”狀態(tài)，將PLC、驅(qū)動器、伺服電機及照明設(shè)施與電源切斷，保護機械手系統(tǒng)安全。3．工作模式選取開關(guān)當(dāng)正常生產(chǎn)時將機械手調(diào)到自動模式，機械手會自動運營。當(dāng)機械手浮現(xiàn)故障或者浮現(xiàn)報警時可以將機械手調(diào)到手動模式，機械手可通過點動調(diào)節(jié)。4．啟動按鈕當(dāng)系統(tǒng)上電且機械手處在自動模式下，按下啟動按鈕，機械手開始按照指令進行搬運操作。5．試燈/報警清除按鈕當(dāng)系統(tǒng)安裝完畢后，未與生產(chǎn)線連接前，要對系統(tǒng)工作狀況進行實驗。此時，要按動此按鈕對所有批示燈進行檢測，保證與生產(chǎn)線連接后工作安全。系統(tǒng)在工作過程中由于某種因素浮現(xiàn)報警，當(dāng)故障排除后，需按此按鈕對報警進行清除，保證系統(tǒng)繼續(xù)正常工作。6．上升、下降、邁進、后退、夾緊、松開按鈕重要是在調(diào)試或排除故障以及其他需要進行單步操作時，對機械手進行手動操作。7．復(fù)位按鈕當(dāng)系統(tǒng)安裝完畢或故障排除后，需要將機械手返回到工作原點時，按動此按鈕。2.4PLC系統(tǒng)設(shè)計依照系統(tǒng)分析選取用“CPU226AC/DC/繼電器24輸入/16繼電器輸出”型PLC，同步，考慮到I/O端分組狀況以及隔離與接地規(guī)定，增長10%-20%裕量。另配一種EM22324VDC數(shù)字組合8輸入/8輸出擴展模塊和兩個EM253位控模塊。本控制系統(tǒng)PLC輸入、輸出點數(shù)擬定是依照控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定和所需控制現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以擬定。1．PLC輸入端口涉及自動循環(huán)工作按鈕、點動按鈕、總停按鈕等，還涉及電動機熱保護繼電器輸入，外接電路電磁閥輸入點，伺服驅(qū)動器輸入等。2．PLC輸出端口涉及運營批示燈、繼電器、外部接口、伺服電機接口、EM253輸入等。PLC輸入、輸出分派表如表1所示：表1PLCI/O地址分派表輸入點分派輸出點分派地址電氣元件功能闡明地址電氣元件功能闡明I0.0SF1啟動按鈕Q0.0PG1報警燈I0.1SF2伺服報警清除Q0.1PG2上升批示燈I0.2SF3原點復(fù)位Q0.2PG3下降批示燈I0.3SF4-1自動工作方式Q0.3PG4邁進批示燈I0.4SF4-2手動工作方式Q0.4PG5后退批示燈I0.5SF4-3半自動工作方式Q0.5PG6夾緊批示燈I0.6SF5機械手上升Q0.6PG7松開批示燈I0.7SF6機械手下降Q0.7KF1上升完畢I1.0SF7機械手邁進Q1.0KF2下降完畢I1.1SF8機械手后退Q1.1KF3邁進完畢I1.2SF9機械手夾緊Q1.2KF4后退完畢I1.3SF10機械手松開Q1.3KF5加快完畢I1.4SF11非常停止Q1.4KF6松開完畢I1.5SF12停止Q1.5KF7伺服1電源接通I1.6BG1上升極限Q1.6KF8伺服2電源接通I1.7BG2升降原點Q1.7KF9伺服報警解除I2.0BG3下降極限Q2.0KF10伺服1運營I2.1BG4后退極限Q2.1KF11伺服2運營I2.2BG5進退原點Q2.2KF12伺服1停止I2.3BG6邁進極限Q2.3KF13伺服2停止I2.4BG7料架1有工件Q2.4KF14夾緊工件I2.5BG8料架2無工件Q2.5KF15松開工件I2.6KF1伺服1報警I2.7KF2伺服2報警I3.0KF3伺服1定位完畢I3.1KF4伺服2定位完畢PLCI/O接線圖，如圖2.3所示。圖2.3PLCI/O配備圖PLC輸入接口I0.0~I1.5為操作面板輸入按鈕信號輸入點，I1.6~I2.3為行程開關(guān)輸入信號輸入點，I2.4、I2.5為兩個料架上接近開關(guān)信號輸入點，I2.6、I2.7為伺服驅(qū)動器報警輸入點，I3.0、I3.1為伺服電機定位完畢信號輸入點。PLC輸出點Q0.0~Q0.6為各種燈信號輸出，Q0.7~Q1.4輸出給外部信號，來擬定機械手當(dāng)前狀態(tài)，Q1.5~Q1.7輸出至伺服驅(qū)動器控制伺服電機電源通、伺服報警，Q2.0~Q2.3輸出至定位模塊來控制伺服電機運營停止，Q2.4、Q2.5接通至液壓缸控制閥控制液壓缸伸縮。2.5運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)西門子S7-226繼電器輸出型PLC數(shù)字信號通過光電耦合器隔離輸入、輸出，大大提高了抗干擾能力。本系統(tǒng)中，為了防止電源共地干擾，現(xiàn)場信號都通過繼電器隔離輸出，而操作面板上信號則直接接入PLCI/O口。運動控制系統(tǒng)由伺服控制系統(tǒng)和PLC及EM253運動模塊構(gòu)成。伺服驅(qū)動器有電源輸入接口（X1），電機接口（X2），RS485接口（X3），RS232接口（X4），I/O接口（X5），旋轉(zhuǎn)編碼器接口（X6），外置光柵接口（X7）等7個接口。本系統(tǒng)中只用到了X1，X2，X5，X6等四個接口，X1、X2、X6等接口線數(shù)少，并且供應(yīng)商已經(jīng)做好，直接接入電機即電源相應(yīng)接口中即可。而I/O接口（X5）則需要自定義。伺服驅(qū)動器X5I/O接口，如圖2.4所示。圖2.4伺服驅(qū)動器X5接口位置控制模式控制信號接線圖EM253與原則驅(qū)動器接線圖，如圖2.5所示。圖2.5定位模塊EM253與原則驅(qū)動器接線圖垂直運動伺服驅(qū)動器與EM253接線圖如圖2.6所示，機械手升降/平移正負極限開關(guān)分別接到相應(yīng)EM253LM+、LM-接口處和伺服驅(qū)動器CCWL、CWL接口，原點開關(guān)接到相應(yīng)EM253RPS（參照點開關(guān)）處。伺服驅(qū)動器輸入口－伺服使能（SRV-ON）、報警清除（A-CLR）和輸出口－伺服報警（ALM）、定位完畢（COIN）與PLC相應(yīng)接口連接。伺服驅(qū)動器中提供了兩組脈沖指令輸入接口，一種為差分電路專用脈沖串接口，一種為普通脈沖串指令接口，為提高信號傳播可靠性，運用伺服驅(qū)動器差分電路專用脈沖串接口從EM253接出脈沖信號。圖2.6伺服驅(qū)動器與定位模塊EM253接線圖2.6控制系統(tǒng)電路設(shè)計控制系統(tǒng)電路重要用來控制兩臺伺服電機、PLC、變壓器以及外圍設(shè)備等，控制系統(tǒng)電源電路接線如圖2.7所示：圖2.7控制系統(tǒng)電源電路圖電源電路重要給兩臺伺服電機，伺服驅(qū)動器和PLC控制器供電，系統(tǒng)采用是380V交流電輸入，而伺服電機所用電壓為三相220V交流電，通過變壓器將電壓降為220V接至伺服控制器電源輸入端，再通過電源將220V三相電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電給PLC模塊和伺服驅(qū)動器控制系統(tǒng)供電。3系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)3.1系統(tǒng)工作方式 該機械手工作方式有四種，分別為找原點、自動、手動和半自動。復(fù)位操作重要用于在工作開始前或故障排除后，要將機械手各個部位移動至原位，同步也是各部件運動基準(zhǔn)。自動工作方式是機械手接受生產(chǎn)線指令，通過總控制臺控制進行生產(chǎn)作業(yè)?？刂泼姘迳瞎ぷ鞣绞竭x取開關(guān)處在“自動”位時，系統(tǒng)處在聯(lián)線狀態(tài)，只接受來自自動生產(chǎn)線上指令信號。手動工作方式重要是用于總控制臺浮現(xiàn)故障、調(diào)試或其他需要手動操作。處在“手動”位時，系統(tǒng)處在離線狀態(tài)，不接受自動生產(chǎn)線上信號，只接受控制面板上指令信號。處在手動狀態(tài)，且各部位處在原位，各電機處在停止?fàn)顟B(tài)時，按下控制面板上上升、下降、邁進、后退、夾緊、松開按鈕時進行相應(yīng)動作，再次按下相應(yīng)按鈕則停止動作。此時，除急停信號外，其她輸入信號無效。半自動工作方式應(yīng)用較少，重要用于故障整修時為了與主控制臺分離，而還要通過自動來完畢試操作場合，因此半自動方式也是不可缺少。處在“半自動”位時，不接受自動生產(chǎn)線上控制信號，只接受兩生產(chǎn)線上有無工件檢測信號。處在此方式，且各部位處在原位，各電機處在停止?fàn)顟B(tài)時，按下控制面板上啟動按鈕，可進入單循環(huán)操作，此時，除急停信號和檢測信號外，其她輸入信號無效，一種工作循環(huán)完畢后，自動退出單循環(huán)狀態(tài)。3.2程序設(shè)計3.2.1主程序設(shè)計機械手控制程序分為主程序和6個子程序。出于可靠性考慮對于有安全規(guī)定地方使用外接繼電器和開關(guān)，別的用PLC內(nèi)部繼電器。采用STEP7MicroWIN編程軟件進行程序梯形圖編制。依照規(guī)定設(shè)計出搬運機械手主程序框圖，如圖3.1所示。圖3.1主程序框圖本系統(tǒng)控制程序由主程序構(gòu)成整體架構(gòu)，主程序中重要設(shè)定工作狀態(tài)，如找原點、自動狀態(tài)、半自動狀態(tài)、手動狀態(tài)等。初次上電時，調(diào)用初始化子程序，完畢初始化工作。初始化完畢后，如果是初次上電或處在自動狀態(tài)則機械手復(fù)位。3.2.2初始化子程序設(shè)計初始化子程序用來完畢系統(tǒng)參數(shù)初始化工作，PLC初次上電時執(zhí)行初始化子程序。在系統(tǒng)初次上電后等待30秒開始將系統(tǒng)各狀態(tài)位置位，清零步進脈沖，并給定位模塊賦初始值。初始化子程序框圖，如圖3.2所示。圖3.2初始化子程序框圖3.2.3復(fù)位子程序與報警程序設(shè)計復(fù)位子程序用來完畢機械手回答原點動作程序，當(dāng)機械手處在手動狀態(tài)，無論機械手處在何種工位，按下復(fù)位按鈕開始調(diào)用復(fù)位子程序，機械手完畢復(fù)位動作，回到機械手原點。復(fù)位子程序框圖，如圖3.3所示。圖3.3系統(tǒng)復(fù)位子程序框圖機械手在尋找原點是調(diào)用S7-200PLC定位模塊EM253回零子程序，定義機械手在尋找原點時兩個伺服電機都正轉(zhuǎn)，沿正方向?qū)ふ?。EM253回零子程序梯形圖，如圖3.4所示。圖3.4伺服電機運營回零子程序梯形圖報警子程序則用來完畢故障顯示和初步診斷功能，當(dāng)機械手運動超過上下左右極限、在運動過程中機械手松開則自動調(diào)用此程序。當(dāng)故障解除后，按下報警解除按鈕則報警消除。3.2.4手動運營子程序設(shè)計手動子程序用于控制機械手與生產(chǎn)線斷開通信后單步動作，通過控制面板上選取開關(guān)進行機械手工作方式選取，通過控制面板上按鈕進行手動操作。當(dāng)控制面板處在手動狀態(tài)，且各部位處在原位，各電機處在停止?fàn)顟B(tài)時，按下控制面板上上升、下降、邁進、后退、夾緊、松開按鈕時進行相應(yīng)動作，再次按下相應(yīng)按鈕則停止動作。此時，除急停信號外，其她輸入信號無效。系統(tǒng)手動子程序框圖，如圖3.5所示。圖3-5手動運營子程序框圖機械手在運動時靠伺服電機驅(qū)動，伺服電機正反轉(zhuǎn)靠伺服定位模塊EM253控制，在實現(xiàn)機械手升降進退時調(diào)用定位模塊EM253運營子程序，實現(xiàn)伺服已固定速度行駛固定距離。EM253運營子程序，如圖3.6所示。圖3.6伺服電機運營子程序梯形圖3.2.5半自動運營子程序半自動子程序用來控制與生產(chǎn)線斷開通信時單循環(huán)持續(xù)動作，通過控制面板上選取開關(guān)選取狀態(tài)，通過啟動按鈕進行操作，當(dāng)按下啟動按鈕后機械手一方面沿正方向?qū)ふ以c，到達原點后按照在自動工作方式下動作順序進行工作。半自動操作在普通使用中比較少用，重要是在系統(tǒng)浮現(xiàn)故障時才會使用，系統(tǒng)半自動程序框，如圖3.7所示。

圖3.7半自動運營子程序框圖3.7半自動運營子程序框3.2.6自動子程序設(shè)計自動子程序用于控制與生產(chǎn)線連接通信時，接受生產(chǎn)線上信號持續(xù)循環(huán)動作，自動子程序是機械手控制系統(tǒng)最為重要子程序，在正常生產(chǎn)中重要使用自動工作方式。當(dāng)系統(tǒng)上電后，選取自動工作方式，按下啟動按鈕，系統(tǒng)會按照自動方式工作，機械手一方面沿正方向?qū)ふ以c，并檢測料架1上與否有工件，當(dāng)料架1上有工件后伺服1反轉(zhuǎn)機械手下降到工位2，抓取工件并等待2秒，伺服1正轉(zhuǎn)回升降原點，伺服2再反轉(zhuǎn)到達邁進工位后伺服1在反轉(zhuǎn)下降到工位1，放下工件等待2秒機械手回原點，在循環(huán)操作，懂得停機。系統(tǒng)自動子程序框圖，如圖3.8所示。

圖3.8自動運營程序框圖

總結(jié)論文重要從機械手驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾種方面對曲軸搬運機械手進行了進一步、詳細、系統(tǒng)地研究。通過研究，實現(xiàn)了對生產(chǎn)線上有無工件檢測，實現(xiàn)了機械手自動、半自動和手動操作功能，滿足了減少勞動強度和提高生產(chǎn)效率規(guī)定。在提高整個生產(chǎn)線自動化水平以及柔性制造方面起到了不可代替作用。在驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計方面，一方面對機械手進行了簡樸運動分析；然后對驅(qū)動系統(tǒng)進行了方案研究和細致分析，完畢了重要驅(qū)動部件選型。在控制系統(tǒng)設(shè)計方面，一方面對機器人控制系統(tǒng)進行了分析，進一步研究了控制系統(tǒng)硬件構(gòu)造，繪制了硬件構(gòu)造圖；然后依照操作需要，設(shè)計了控制面板，擬定了接線方式并研究了運動控制實現(xiàn)辦法；最后對PLC及其功能模塊進行了選型，并對I/O接口進行了配備和對PLC程序、位控模塊程序等進行了編制?？倎碚f，本次畢業(yè)實習(xí)及畢業(yè)設(shè)計完畢了任務(wù)書規(guī)定各項規(guī)定，在學(xué)習(xí)PLC、機電一體化等內(nèi)容基本上，進一步學(xué)習(xí)并實踐了PLC控制運用、EM253位控模塊安裝運用、液壓系統(tǒng)運用、步進電機伺服驅(qū)動器運用等各種實用技術(shù)，成功設(shè)計出一種擁有基本功能搬運工件機械手控制系統(tǒng)。既學(xué)習(xí)了不少新知識和技術(shù)，并且由親身體驗軟件設(shè)計、硬件安裝過程，個人覺得收獲頗豐固然，這次設(shè)計搬運工件機械手控制系統(tǒng)還只是一種初級產(chǎn)品，還可以從如下幾方面進一步完善：（1）將機械手操作面板和PLC模塊合并。當(dāng)前系統(tǒng)中操作面板和PLC模塊分離，不光占用大片面積，并且操作不以便。將兩者合并，并采用觸屏操作面板，將較好解決這一問題。（2）機械手功能可進一步完善和擴充。當(dāng)前該機械手只能實現(xiàn)一種平面不同高度傳送帶上工件搬運，而不能實現(xiàn)各種平面操作。若果其平臺以及腕部可以旋轉(zhuǎn)將增長機械手實用功能，將可實現(xiàn)任何角度工件抓取。最后敬請各位專家、教師和同窗對論文和此后研究工作提出寶貴指引意見和建議。

道謝光陰荏苒，歲月如梭，在成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院四年學(xué)習(xí)時間即將過去。在漫長人生路程中，四年時間并不算長，但對我而言，是磨礪青春、揮灑書生意氣四年，也是承受師恩、增長才干、提高學(xué)識四年。在此，謹(jǐn)對哺育我母校、輔導(dǎo)我教師、協(xié)助我同窗們致予最誠摯謝意和敬意。成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，她雄厚師資力量、悠久文化積淀、篤定治學(xué)理念和深遠民族情懷在人們心里早已享有盛名，也是我心儀已久，決意投在門下重要因素。在成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院學(xué)習(xí)四年里，我親身體會到各位教師和前