1、目錄1引言12操縱器概述22.1機(jī)器人的概念和分類22.2機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)22.3機(jī)器人的工作原理22.4機(jī)器人的操作方式33機(jī)器人手的動(dòng)作方式43.1手動(dòng)動(dòng)作方式53.2自動(dòng)程序63.2.1單周期動(dòng)作方式73.2.2單步動(dòng)作方式73.2.3連續(xù)動(dòng)作方式73.3自動(dòng)原點(diǎn)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(xiàn)13附錄141引言工業(yè)機(jī)器人是現(xiàn)代自動(dòng)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(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分。 工業(yè)機(jī)器人是生產(chǎn)過程自動(dòng)化、勞動(dòng)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(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。機(jī)器人手也被稱為機(jī)器人手。 機(jī)器人主要由手、運(yùn)動(dòng)機(jī)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(duì)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使手進(jìn)行各種轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，使把持對(duì)象物的位置和姿勢(shì)發(fā)生變化。 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式被稱為機(jī)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(gè)自由度。 自由度是機(jī)器人設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。 自由度越大，機(jī)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(jī)器人手有23自由度。機(jī)器人手的種類根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式分為液壓式、氣壓式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)器人手的適用范圍，分為專用機(jī)器人和通用機(jī)器人兩種的運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式有點(diǎn)控制和連續(xù)的軌跡控制機(jī)器人。2機(jī)器人手的概要2.1機(jī)器人的概念和分類這是模仿人和手臂的動(dòng)作功能，以一定的順序抓住東西和操作工具，搬運(yùn)的自動(dòng)操作裝置。 它代替了人的繁重勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化，在有害環(huán)境下操作，保護(hù)人身安全，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)器人一般分為三種。 第一個(gè)是不需要手動(dòng)操作的通用機(jī)器人，是不附屬于某主機(jī)的獨(dú)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(jī)器的物理性能之外，還具有通用機(jī)器、存儲(chǔ)智能的三維機(jī)器。 二是需要手動(dòng)操作，稱為操作機(jī)。 起源于原子、軍事工業(yè)，首先用操作機(jī)完成特定的作業(yè)，之后發(fā)展成用無線電信號(hào)操作機(jī)器人來探測(cè)月亮、火星等。 第三類是專用機(jī)器人，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)在線，解決機(jī)床上下材料和工件的輸送。 這是專用的，因?yàn)樗蛑鳈C(jī)提供服務(wù)，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，除了少數(shù)情況外，工作流通常是固定的。 本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)的機(jī)器人模型可以分為第一類，即通用機(jī)器人2.2機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手主要包括機(jī)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(dòng)裝置，在機(jī)械動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制要求的軟件，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的速度、位置及4關(guān)節(jié)的聯(lián)動(dòng)控制。機(jī)器人手主要由手和運(yùn)動(dòng)機(jī)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(duì)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使手進(jìn)行各種各樣的轉(zhuǎn)動(dòng)(擺動(dòng))、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變把持對(duì)象物的位置和姿勢(shì)。 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式被稱為機(jī)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(gè)自由度。 自由度是機(jī)器人設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。 自由度越大，機(jī)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(jī)器人有23自由度。2.3機(jī)器人

6、的工作原理機(jī)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(jī)器人在空間中主要進(jìn)行機(jī)器人下降，機(jī)器人抓住工件，機(jī)器人和工件上升，機(jī)器人和工件向右移動(dòng)，機(jī)器人和工件下降，機(jī)器人放松工件，機(jī)器人上升，機(jī)器人向左移動(dòng)的動(dòng)作。 控制器檢測(cè)上、下、左、右限位開關(guān)的接通斷開，決定當(dāng)前動(dòng)作，通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出來控制機(jī)器人的動(dòng)作。2.4機(jī)器人的操作方式機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)、原點(diǎn)復(fù)歸、單步、單循環(huán)、自動(dòng)5種動(dòng)作方式，5種動(dòng)作不僅可以分別獨(dú)立動(dòng)作，而且還可以依次實(shí)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(dòng)作方式進(jìn)行(1)手動(dòng)：選擇手動(dòng)方式，按手動(dòng)按鈕結(jié)合限位開關(guān)，分別控制各動(dòng)作。

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

8、方式，如果在機(jī)器人以啟動(dòng)方式旋轉(zhuǎn)重新開始的動(dòng)作中按下停止按鈕，機(jī)器人不會(huì)立即停止，直到現(xiàn)在的1個(gè)周期結(jié)束為止都不會(huì)停止。3機(jī)器人的工作方法在主程序中，sm0.0的常開接點(diǎn)保持閉合，實(shí)用程序無條件執(zhí)行。 在手動(dòng)方式中，i2.0為on，執(zhí)行手動(dòng)子程序。 在自動(dòng)原點(diǎn)復(fù)歸方式中，i2.1變?yōu)閛n，執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)歸子程序。 在其他三種工作模式下執(zhí)行自動(dòng)子程序。 主程序如圖3-1所示。圖3-1主程序圖實(shí)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(dòng)動(dòng)作方式手動(dòng)動(dòng)作方式中，i0.5i1.2對(duì)應(yīng)的6個(gè)按鈕，分別獨(dú)立控制機(jī)器人的升降、左行、右行、

9、夾緊、解除夾緊。 圖3-3是手動(dòng)程序。圖3-3手動(dòng)步驟圖為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，設(shè)置了手動(dòng)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(gè)輸出同時(shí)on。2 )通過限位開關(guān)i0.1i0.4的常閉觸點(diǎn)來限制機(jī)器人的移動(dòng)范圍。3 )上限位置開關(guān)i0.2的常開接點(diǎn)與控制左、右行的q0.4和q0.3的線圈串聯(lián)連接，機(jī)器人上升到最高位置后左右移動(dòng)，防止機(jī)器人在低位置與其他物體碰撞。4 )只有機(jī)器人手在最左邊或最右邊時(shí)才允許工件上升、下降、釋放。3.2自動(dòng)程序機(jī)器人手在最上面和最左邊，夾緊裝置脫落時(shí)，系統(tǒng)稱為原點(diǎn)狀態(tài)。 進(jìn)入自動(dòng)(單步、單步、連續(xù))動(dòng)作模式前，系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)，若

10、不滿足該條件，請(qǐng)選擇原點(diǎn)復(fù)位動(dòng)作方式，按下開始按鈕i2.6，則自動(dòng)復(fù)位到原點(diǎn)狀態(tài)。 在原點(diǎn)狀態(tài)下，順控功能圖的初始步m0.0為on，準(zhǔn)備進(jìn)行單循環(huán)、連續(xù)、單步動(dòng)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(dòng)程序如附錄1所示。3.2.1單周期動(dòng)作方式單循環(huán)動(dòng)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(jī)器人按照順序功能圖的規(guī)定完成1個(gè)循環(huán)的動(dòng)作后，返回到初始步驟剩馀。在單周期動(dòng)作方式中，i2.2(單步)的常閉觸點(diǎn)閉合，m0.6的線圈通電，允許轉(zhuǎn)換。 如果滿足原點(diǎn)條件，在初始步時(shí)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(diǎn)全部接通，m2.0的線圈通電，系統(tǒng)進(jìn)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(shí)，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(shí)，開啟延遲計(jì)時(shí)器t37的開始定時(shí)，1s后直到工件被夾緊為止的定時(shí)時(shí)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(jī)器人向左行回到原點(diǎn)位置后，左限位開關(guān)i0.4變?yōu)?狀態(tài)，連續(xù)動(dòng)作標(biāo)志m0.7為0狀態(tài)，因此返回m0.0，機(jī)器人的動(dòng)作停止。3.2.2單步動(dòng)作方式在單步工作方式中，i2.2為1狀態(tài)，其常閉觸點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)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(shí)，與q0.0的線圈串聯(lián)連接的i0.1的常閉觸點(diǎn)斷開，q0.0的線圈斷開，機(jī)器人的下降停止。 i0.1的常開觸點(diǎn)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(diǎn)接通，移位條件i0.1為m2.1的開始電

13、路接通，對(duì)m2.1的線圈通電并自我保持，系統(tǒng)從步驟m2.0進(jìn)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(huì)移至下一步。3.2.3連續(xù)動(dòng)作方式在連續(xù)動(dòng)作方式中，i2.4為1狀態(tài)。 如果在初始步為活動(dòng)步時(shí)按下開始按鈕i2.6，m2.0變?yōu)?狀態(tài)，機(jī)器人下降。 同時(shí)，對(duì)控制連續(xù)動(dòng)作的m0.7線圈通電，并自我保持。當(dāng)機(jī)器人手在步驟m2.7中返回最左側(cè)時(shí)，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(dòng)原點(diǎn)復(fù)位在原點(diǎn)復(fù)歸動(dòng)作模式下，i2.1。 按下開始按鈕i2.6，機(jī)器人手有可能處于任意狀態(tài)，根

14、據(jù)機(jī)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(gè)表示夾緊裝置脫落，機(jī)器人沒有把持工件，應(yīng)該通過上升和左行，直接返回原點(diǎn)。二是夾緊裝置處于夾緊狀態(tài)，機(jī)器人位于最右邊時(shí)，q0.1和i0.3均為1狀態(tài)，將工件輸送到b點(diǎn)返回原點(diǎn)位置。第三個(gè)是夾緊裝置處于夾緊狀態(tài)，機(jī)器人不能向右伸出時(shí)，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(diǎn)，返回原點(diǎn)位置。圖3-4機(jī)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(diǎn)構(gòu)成。地址的分配必須遵循以下三項(xiàng)原則1 )按順序地址同種類型的輸入或輸出點(diǎn)的模塊數(shù)2 )如果一個(gè)模塊的數(shù)字容量i/o點(diǎn)不是8的整數(shù)倍，則未在最后一個(gè)字節(jié)中使用的比特不被分配給后續(xù)模塊3 )模擬擴(kuò)展單元各分配2點(diǎn)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(duì)使用導(dǎo)線，將交流線、電流大變化快的直流線和弱點(diǎn)信號(hào)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(diǎn)的電路，其基準(zhǔn)點(diǎn)只能有一個(gè)接地點(diǎn)。 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(jī)器人手臂課程設(shè)計(jì)花了一周時(shí)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(shí)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(gè)課程的設(shè)計(jì)。 本來我覺得對(duì)可編程控制器原理的知識(shí)學(xué)習(xí)比較好，但是在上課設(shè)計(jì)時(shí)才發(fā)現(xiàn)自己有很多不足，其中有很多基礎(chǔ)知識(shí)不完善，很多知識(shí)的學(xué)習(xí)不充分，面對(duì)一些疑問只有自己不能完成，往往把這里課程設(shè)計(jì)是理論和實(shí)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?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)物。 這是我們仔細(xì)考慮問題，周密，不可疏忽。 在設(shè)計(jì)的同時(shí)，要加強(qiáng)我與老師的交流，認(rèn)識(shí)到知識(shí)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(jì)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(shí)面，補(bǔ)充了自己的應(yīng)用能力和實(shí)踐能力。 起到了復(fù)習(xí)學(xué)過的教科書理論知識(shí)的作用。機(jī)械臂的搬運(yùn)加工采用plc，控制核心結(jié)構(gòu)合理，測(cè)試方法可靠，