【正文】 急停按鈕 上升限位開關(guān) 手動(dòng) /自動(dòng) 下降限位開關(guān) 手臂上升 左旋限位開關(guān) 手臂下降 右旋限位開關(guān) 手臂左旋 傳送帶 1 光開關(guān) 手臂右旋 傳送帶 2 光開關(guān) 手爪抓緊 傳送帶 2 啟動(dòng) 手爪放松 壓蓋機(jī)啟動(dòng) 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 表 32 模擬量輸入地址分配 輸入地址 輸入設(shè)備 輸入地址 輸入設(shè)備 ATW0 傳感器 1 ATW0 傳感器 4 ATW0 傳感器 2 ATW0 傳感器 5 ATW0 傳感器 3 表 33 數(shù)字量輸出地址分配 輸出地址 輸出設(shè)備 輸出地址 輸出設(shè)備 高速脈沖輸出 抓緊電磁閥 上升電磁閥 松開電磁閥 下降電磁閥 傳送帶 2 繼電器 左旋電磁閥 壓蓋機(jī)繼電器 右旋電磁閥 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，硬件框圖及 I/O 分配情況，三自由度工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng) PLC 控制部分的硬件接線如圖 32 所示。在西門子 S7200系列 PLC中又有 CPU22CPU22 CPU22 CPU226 等之分。 在氣動(dòng)系統(tǒng)中，單向閥除單獨(dú)使用之外，經(jīng)常與流量閥、換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥。 ：使機(jī)械手相對(duì)于工作臺(tái)向下移動(dòng)，降低它的高度，以滿足放置工件的高度要求。 控制系統(tǒng)的功能要求 傳統(tǒng)的機(jī)械手采用繼電氣控制，由于其線路復(fù)雜、維護(hù)困難、可靠性差等缺點(diǎn)，無(wú)法滿足機(jī)械手控制的需求。在編制 PLC 程序時(shí)，需要用到大量的寄存器來存放變量、中間結(jié)果、保持?jǐn)?shù)據(jù)、定時(shí)計(jì)數(shù)、模塊設(shè)置和各種標(biāo)志位等信息。衡量指令功能強(qiáng)弱可看兩個(gè)方面：一是指令條數(shù)多少；二是指令中有多少綜合性指令。 過程控制是指對(duì)連續(xù)變化的量進(jìn)行控制。使得 PLC 的重量越來越輕、功耗也越來越少。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)， PLC 通訊能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、 石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都的到了長(zhǎng)足的發(fā)展 。 20 世紀(jì) 80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得了廣泛的應(yīng)用。再加上體積小、工作可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、控制功能完善，適應(yīng)性強(qiáng)，安裝接線簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)，可編程控制器在短短的 30 年中獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了非常廣泛的應(yīng)用 。 可編程控制器是一種通用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 關(guān)鍵詞 ： 三自由度 機(jī) 械手 PLC 系統(tǒng) 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III Abstract As society and the development of science and technology， Industrial production operation mode has also undergone a revolutionary change, from manual mill of labor, gradually evolved into automatic and intelligent mode of production and human also gradually unable to plete some production process, so in order to adapt to the needs of the production of the appeared special production tools manipulator. Meanwhile also appeared a few new production activities in these production activities, some are belong to high risk, to human body harm is larger, some areas not suitable for human work is just, manipulator to meet this kind of work. In today39。對(duì)本研究提供過幫助 和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。與此同時(shí)也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)活動(dòng)，在這些生產(chǎn)活動(dòng)中，有些是屬于高危險(xiǎn)的，對(duì)人體傷害較大，有些領(lǐng)域不適宜人類工作，機(jī)械手則正好適應(yīng)這類工作。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都是很容易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，容易擴(kuò)展其功能的。也就是說，可編程控制器較其以前的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，如單片機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)，具有更大的靈活性，它可以方便地應(yīng)用在各種場(chǎng)合。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 PLC 的平均無(wú)故障時(shí)間可高達(dá) 5~10 萬(wàn)小時(shí)以上。當(dāng) PLC 聯(lián)網(wǎng)后， 可以在網(wǎng)絡(luò)的任一位置對(duì) PLC 編程。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合。 輸入輸出點(diǎn)數(shù)是 PLC 可以 接受的輸入開關(guān)信號(hào)和輸出開關(guān)信號(hào)的最大數(shù)量，值得注意的是輸入點(diǎn)數(shù)往往的大于輸出點(diǎn)數(shù)的，且二者不能相互替代。主要包括： （ 1） 輸入輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展； （ 2） 存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展； （ 3） 聯(lián)網(wǎng)功能的擴(kuò)展； （ 4） 可擴(kuò)展的模塊數(shù)； 另外，可編程序控制器的可靠性、易操作性及經(jīng)濟(jì)性等功能指示也受用戶的關(guān)注。本節(jié)講述的是利用機(jī)械手在軸承裝配線上，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。 ：使機(jī)械手在不改變高度的情況下，相對(duì)于工作臺(tái)向左旋轉(zhuǎn)，以便完成工件移動(dòng)的要求。當(dāng)流體正向流動(dòng)時(shí)，其節(jié)流過程與調(diào)速閥是一樣的，節(jié)流縫隙的大小可通過手柄進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)流體反向流動(dòng)時(shí)，靠流體的壓力把閥芯壓下，下閥芯起單向閥作用，單向閥打開，可實(shí)現(xiàn)流體反向自由流動(dòng)。 EM223 共 6種模塊，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和資源需求，采用 EM223 模塊中的 4點(diǎn)輸入 /4 出 輸出模塊。限位開關(guān)主要是來控制機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中的停止時(shí)刻和位置。 壓蓋機(jī)同樣也不需要時(shí)時(shí)刻刻工作，因此在壓蓋機(jī)附近放置的光電開關(guān)， 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 可以將工件到位的信號(hào)傳至 PLC，從而控制傳送帶 2的停止，并且控制壓蓋機(jī)在工件到位的情況下工作。多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖如圖 43 所示。 如圖 44表示的是對(duì)步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸出控制，本例采用 3 段脈沖輸出，由于步進(jìn)電機(jī)本身的特性，啟動(dòng)頻率不宜太高，所以在啟動(dòng)階段輸出的脈沖周期為500ms，且周期逐步減少，緩慢提高其輸出脈沖頻率；在第二階段，輸出脈沖周期為 50ms，在這個(gè)階段手臂的移動(dòng)是最快的，當(dāng)達(dá)到設(shè)定位置的時(shí)候，同樣不可以突然是頻率降低到 0，需要逐漸降低脈沖的頻率值，所以第三階段的脈沖周期為200ms，電動(dòng)機(jī)逐步減速，達(dá)到 設(shè)定位置后可能可靠停止。 ，其根本原因是空氣具有可壓縮性，使得系統(tǒng)中存在流量飽和效應(yīng)，非 線性摩擦力等因素，實(shí)現(xiàn)氣缸的精度定位非常困難。各部分不能實(shí)現(xiàn)任意方式拼裝，通過各種過渡連接件，使各個(gè)部分可以自由拼裝。在此，特向 孫穎 教授表示最衷誠(chéng)的感謝 ! 大學(xué)的學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也將給這四年的學(xué)習(xí)劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)。 最后感謝我身邊的同學(xué)們和朋友們，他們讓我體會(huì)到友誼的可貴，和朋友分享喜悅和憂愁的快樂。在接下來的設(shè)計(jì)過程中，孫教授時(shí)刻指導(dǎo)著我，為我提供了很多難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和寶貴的資源以及為人處事的方法，是孫教授指出我學(xué)習(xí)上的不足之處，讓我的知識(shí)更加系統(tǒng)、全面。 雖然還有很多尚未解決的問題有待于繼續(xù)研究，但相信 PLC 控制的物料分揀機(jī)械手的研究是非常有新意、有 意義的，有著廣泛的應(yīng)用前景 。各種操作方式自由切換，滿足了各種生產(chǎn)要求。在多關(guān)節(jié)機(jī)械手的工作過程中，機(jī)械手爪是嚴(yán)格按照一定的順序運(yùn)行的，采用順序控制指令能夠非常方便地按照工藝的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)下一個(gè)動(dòng)作開始執(zhí)行時(shí)，前一個(gè)動(dòng)作中的所有元件全部復(fù)位到初始狀態(tài)，減少出現(xiàn)誤動(dòng)作的概率。 對(duì)于高 速脈沖輸出控制，設(shè)置為脈沖輸出方式，輸出口為 。當(dāng)控制過程特別復(fù)雜的時(shí)候，采用模塊化設(shè)計(jì)，就顯得尤為重要。 此系統(tǒng)中機(jī)械手手臂的上升和下降是用氣缸來實(shí)現(xiàn)的，使用一個(gè)氣缸、一個(gè)電磁閥就能實(shí)現(xiàn)手臂的上升和下降，相對(duì)于利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)升降，氣缸控制簡(jiǎn)單方便。 PLC 的 I/O資源配置 根據(jù) 控制系統(tǒng)的功能要求，對(duì) PLC 進(jìn)行 I/O 及其他資源的分配，具體分配如下。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 31 控制系統(tǒng)的硬件框圖 PLC 的選型 根據(jù)系統(tǒng)控制要求并從經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面考慮，選擇西門子 S7200 系列PLC作為此機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。在此系統(tǒng)中僅靠 PLC 主機(jī)是無(wú)法完成控制要求的，因此擴(kuò)展了一個(gè) I/O 和兩個(gè)模擬量輸入 /輸出模塊，以及兩個(gè)光電開關(guān)和一 個(gè)可控電動(dòng)機(jī)， 閥是指氣流只能向一個(gè)方向流動(dòng)而不能反向流動(dòng)通過的閥，是最簡(jiǎn)單的單向型方向閥。多關(guān)