【正文】 了廣泛應(yīng)用。 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 8 如圖 23 所示，機械手采用普通軸承作為支撐元件的機座支撐結(jié)構(gòu)。當楔塊后移時，靠彈簧的拉力使手指松開。所以當設(shè)計機械手夾持器的時候，在滿足工件的定位精度要求的條件下，盡可能的采用結(jié)構(gòu)比較簡單回轉(zhuǎn)型夾持器。按驅(qū)動方式可以電動、液壓和氣動三種。滾動螺旋機構(gòu)摩擦阻力小，動作靈敏度高，傳動效 率高，可達 90%以上。 滾珠始終在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)。這種傳動形式結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較大，傳動效率高，精度高。 （ 1）．由螺母和螺桿組成的滑動螺旋機構(gòu)，螺母與機架固聯(lián)，螺桿轉(zhuǎn)動并移動（ 如圖 21b 所示），這種螺旋機構(gòu)以傳遞動力為主，故又稱傳力螺旋機構(gòu)。 . 滑動螺旋機構(gòu) 螺旋副內(nèi)為滑動摩擦的的螺旋機構(gòu)，稱為滑動螺旋機構(gòu)。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。因此，機械手控制系統(tǒng)越平越多的由可編程控制器來實現(xiàn) 。 控制系統(tǒng)是機械手 的指揮系統(tǒng)，它通過控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進行工作。 工業(yè)機器人是一種能進行自動控制的、可重復(fù)編程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作機，廣泛采用工業(yè)機械人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對 保障人生安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。本課題對現(xiàn)代工業(yè)的的發(fā)展具有很重要的意義。 關(guān)鍵詞 ： 意義，應(yīng)用，前景，編程語言 ，設(shè)計 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 2 目 錄 ........................................................ 4 2 機械手機械結(jié)構(gòu) ................................................ 5 2． 1 傳動機構(gòu) ................................................................................................................ 5 ................................................. 5 . 滑動螺旋機構(gòu) ............................................. 5 ．滾動螺旋機構(gòu) ............................................. 6 2． 2 機械手夾持器和機座的結(jié)構(gòu) .................................... 6 ．機械手夾持器 ............................................. 6 ．機座 .................................................... 7 3 可編程控制 PLC ................................................ 8 3． 1 PLC 簡介 .................................................. 8 3． 2 PLC 內(nèi)部原理 .............................................. 9 A. 系統(tǒng)程序存儲區(qū) ............................................. 11 B. 系統(tǒng) RAM 存儲區(qū) ............................................. 11 C．用戶程序存儲區(qū) ............................................. 11 3． 3 PLC 的工作原理 ........................................... 12 3． 4 PLC 機型的選擇方法 ....................................... 15 ． PLC 的類型 .............................................. 15 ．輸入輸出模塊的選擇 ...................................... 15 電源的選擇 .............................................. 16 存儲器的選擇 ............................................. 16 功能的選擇 .................................................... 16 經(jīng)濟性的考慮 ............................................ 16 機械手 PLC 選擇及參數(shù) ....................................... 17 主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下： ....................................... 17 PLC 主機的組成 ........................................... 18 4 機械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 ....................................... 18 4． 1 機械手的工藝過程 .......................................... 18 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 3 4． 2 PLC 控制系統(tǒng) ............................................. 20 確定輸入 /輸出點數(shù)并選擇 PLC 型號 ............................ 20 分配 PLC 的輸入 /輸出端子 ................................... 21 控制系統(tǒng)程 序設(shè)計 ....................................... 21 5 軟件設(shè)計 .................................................... 25 FX1N PLC 梯形圖中的編程元件 ................................. 25 程序的總體結(jié)構(gòu) ............................................ 27 各部分程序如下 ........................................... 27 致謝 ......................................................... 38 參考文獻 ...................................................... 39 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 4 隨著世界經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，人類活動的不斷擴大，機器人應(yīng)用正迅速向社會生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域擴展，也從制造領(lǐng)域轉(zhuǎn)向非制造領(lǐng)域，各種各樣的機器人產(chǎn)品隨之出現(xiàn)。和計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。并檢測其正確與否。 工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代 機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 5 2 機械手機械結(jié)構(gòu) 2． 1 傳動機構(gòu) 螺旋機構(gòu)由螺桿、螺母和機架組成，其主要功能是將轉(zhuǎn)動變換為直線運動，并同時傳遞運動和動 力，按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，螺旋機構(gòu)可以分為滑動螺旋機構(gòu)和滾動螺旋機構(gòu)兩種類型?；瑒勇菪龣C構(gòu)所用的螺紋為傳動性能好，效率高的矩形、梯形和鋸齒形螺紋。一般要求用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向力，多用在工作時間短，速度較低的場合。 （ a）螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動 (b) 螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 6 圖 21 ．滾動螺旋機構(gòu) 螺旋副內(nèi)為滾動摩擦的螺旋機構(gòu)，稱為滾動螺旋機構(gòu)或滾珠絲杠。滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)叫外循環(huán)（如圖 22 所示）。用調(diào)整的方法可消除間 隙，傳動精度高。 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 7 回轉(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡單，但當所夾持的工件直徑有變動時，將引起工件軸心的偏移。 本文設(shè)計的機械手采用的是楔槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器。這種末端執(zhí)行器由于楔塊和滾子之間為滾動接觸，摩擦力小，活動靈活，且機構(gòu)簡單。這種結(jié)構(gòu)有制造簡單、成本低、安裝調(diào)整方便等優(yōu)點。同時， PLC 的功能也不斷完善。隨著工廠自動化程度的不斷提高和 PLC 市場容量基數(shù)的不斷擴大，近年來 PLC 在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。 PLC 每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。大型 PLC 使用另外一個 CPU 來完成模擬量的運算。一個 PLC 的控制器，可以接收幾千個 I/O 點（最多可達 8000 多個 I/O）。隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動化水平的不斷 提高，今后一段時期內(nèi) PLC 在我國仍將保持高速增長勢頭。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯誤。 （ 2）存儲器 與微型計算機一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。 PLC 存儲空間的分配：雖然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可尋址存儲空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理， 其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)（ 包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序編程器 中 央 處 理 單 元 （ CPU） 輸入電路 輸出電路 系 統(tǒng) 程 序 存 儲 區(qū) 用 戶 程 序 存 儲 區(qū) 電源 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 11 存儲區(qū)。它和硬件一起決定了該 PLC 的各項功能。一個開關(guān)量 I/O 占用存儲單元中的一個位（ bit） , 一個模擬量 I/O 占用存儲單元中的一個字（ 16 個 bit)。使這部分存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當 PLC停止運行時，將這部分存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。 D． 常用的 I/O 分類 常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 12 電器隔離和晶體管隔離。 （ 3） PLC 電源 PLC 電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。這種計算機程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中 ，可如上圖編程序控制器還要完基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 13 成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 在可編程序控制器的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。外接的輸入觸點電路斷開，對應(yīng) 的輸入映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。在執(zhí)行指令時，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的 0/1 狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏 輯運算，運算結(jié)果寫入到對應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。 若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應(yīng)的輸出映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，在輸基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 14 出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電， 其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。當用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當大的比例。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。并對控制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)。這時才是 PLC 真正的輸出。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達到兩個多掃描周期。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用