【正文】 設(shè)計的目的和意義 機(jī)械手在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中是一種重要的控制對象，它能夠按照一定的程序、軌跡，模擬人手的動作，完成一系列的抓取、搬運(yùn)或者對工具進(jìn)行操作等動作。用 PLC 控制的機(jī)械手 具有操作簡單、價格便宜等一些特點(diǎn)，因此，由 PLC 控制的機(jī)械手 也就應(yīng)運(yùn)而生了。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計） 題 目： 基于 QD75四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計 姓 名： 王平盛 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 學(xué) 號： 20xx2583 指導(dǎo)教師： 李勝多 20xx年 06 月 16 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書 使用過的材料。 本設(shè)計 描述了機(jī)械手的國內(nèi)外現(xiàn)狀、 發(fā)展 趨勢 和 研究的意義 等。另外，機(jī)械手在搬運(yùn)、切割、噴漆等各方面都得到了廣泛的應(yīng)用，使人們的生產(chǎn)和生活得到了很大的提高。在當(dāng)代工業(yè)中， PLC控制系統(tǒng)向著簡易化、可靠性好以及簡單的操作等方面前進(jìn)，逐漸成為了現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。而且我國的機(jī)械手在軟件方面也有了突破性的進(jìn)展，掌握了軟件設(shè)置的關(guān)鍵性技術(shù)（設(shè)計和編程方面的技術(shù)） [3]。 國外方面：在 60 年代末期美國已經(jīng)開始出現(xiàn) PLC 控制系統(tǒng)，經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且在各行各業(yè)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，機(jī)械手更是已經(jīng)趨向于智能化 [4]。 主要是實現(xiàn)以下幾個目標(biāo)： （ 1） 機(jī)械手的定位。另外，為了實現(xiàn)對機(jī)械手的監(jiān)視 和控制，需要一個觸摸屏，建立一個人機(jī)界面完成管理。 ? 規(guī)格說明 外殼材料：工業(yè)塑料 ， 顯示器： 7 寸 800480 65536 色 TFT LCD CPU:32Bit RISC 400MHz 內(nèi)存（ DRAM）： 64MB DDR2 on board 存儲空間： 128MB flash memory on board 通訊界面：三組異步串行通訊端口： COM1:RS232/RS485 2W/4W, COM2:RS232, COM3:RS232/RS485 2W host high speed device 電源輸入： 24177。 PLC 的組成 PLC 的種類繁多，但是其組成都是相同的，其基本單元都是以 CPU 作為核心的計算機(jī)。 （ 5） 擴(kuò)展接口 用于實現(xiàn)功能的擴(kuò)展。如果遇到問題，冗余 CPU 系統(tǒng)可以確保 系統(tǒng)的操作。這四種系統(tǒng)就是在 QD75 定位模塊中具有的系統(tǒng)，在簡單的設(shè)計當(dāng)中一般會用開集極式系統(tǒng)或者是差動式系統(tǒng)，兩者相對來說差動式系統(tǒng)更加準(zhǔn)確。 ⑦通過 GX ConfiguratorQP 進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置以及監(jiān)控。 （ 1） 輸入模塊 QX40S1 如下 圖 28 所示： 圖 28 QX40S1 輸入 QX40S1 為 DC 輸入模塊 是一種 正極公共端型 。 ⑤ 低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強(qiáng) 。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 表 21 額定輸出的標(biāo)識 記號 額定輸出（ W） 10 100 20 200 40 400 60 600 70 700 100 1000 200 20xx 350 3500 在本次設(shè)計當(dāng)中，所選用的是 MRJ2S40A 伺服驅(qū)動器，它的外觀及各部分功能如下 圖 210 所示。 檢測環(huán)節(jié) ： 一般情況下都是用傳感器來實現(xiàn)的 。程序的設(shè)計，首先要對輸入輸出口點(diǎn)數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，并且要 對其 進(jìn)行合理的分配；其次，要 繪制 PLC 的外部接線，特別是對于伺服控制系統(tǒng) ，這方面的 語言編寫 需要經(jīng)過分析進(jìn)行配置； 最后，本次設(shè)計用到的是 QD75 模塊，因此要對三菱 Q 系列的語言進(jìn)行學(xué)習(xí)，才能 用 GX Developer 進(jìn)行編輯 ，還要用 GX configuratorQP 進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置和監(jiān)控 。 PLC 的外部接線 在程序的編輯中，首先要了解用到的指令單元的外部接線結(jié)構(gòu)，只有明確了它的外部接線才能進(jìn)行正確的編程。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 圖 33 編程流程 根據(jù)流程圖可以看出，在本次設(shè)計中首先要使的四個軸實現(xiàn)接通，能夠得到信號并實現(xiàn)運(yùn)行，下面的程序為軸一的接通程序。 相對于加速調(diào)整來說，減速調(diào)整基本是相同的，只要將加減速的標(biāo)志 D+和 D進(jìn)行相應(yīng)的變換，然后還要有相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器以及各個脈沖的變化，這樣就可以實現(xiàn)加減速的變化，下面這個程序就是機(jī)械手臂的減速程序。 下圖 34 是我所設(shè)計的 GX ConfiguratorQP 的初始界面。 下圖 38 為軸一塊啟動模塊的數(shù)據(jù)設(shè)置。因而，為了能夠更好的將復(fù)雜的內(nèi)容簡單的展現(xiàn)在我們的面前，人機(jī)界面的設(shè)計也就具有了其原則。也就是按照規(guī)定，將文字、形狀和顏色等進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)計和管理。 另外，在人機(jī)界面的建立 時，需要考慮其中的人文因素。 在人機(jī)界面的創(chuàng)建中，要先進(jìn)行頁面的設(shè)計，這是為了讓人們能夠更加直觀的清楚所設(shè)計的內(nèi)容，明白這個人機(jī)界面的作用，下面是我所設(shè)計的人機(jī)界面創(chuàng)建的頁面。 本次設(shè)計是基于三菱可編程控制器 QD75 為核心進(jìn)行 研究設(shè)計 的， 為了實現(xiàn)對本次設(shè)計的要求，需要對三菱 Q系列 PLC、威綸觸摸屏、 MRJ2SSuper系列伺服控制系統(tǒng) 等進(jìn)行選型 ，要學(xué)習(xí)使用三菱 Q 系列語言 ，用 GX developer 進(jìn)行編程，用 GX ConfiguratorQP 進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置以及監(jiān)控 。 感謝我的父母和家人。在我困難的時候，因為有父母和家人的關(guān)心支持，才能使我克服困難，順利的完成學(xué)業(yè)。 在本次設(shè)計中，我 深刻的體會到要將理論和實踐結(jié)合的重要性，只有一些系統(tǒng)的理論，是不能滿足人們的需求的。因為這次設(shè)計是對四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計，這也就要求必須有四個伺服電機(jī)，也就有了這四個電機(jī)的開關(guān)機(jī)按鈕和四個電機(jī)所對應(yīng)的四個機(jī)械手的接通，也就有了所謂的四個信號。 ②人的固有技能：要考慮一個人對界面的認(rèn)識程度，處理復(fù)雜人機(jī)界面的能力，對各種問題做出合理的分析。 ⑤頻率原則。就是在系統(tǒng)開發(fā)的過程中要清楚用戶的要求，要實現(xiàn)結(jié)合用戶所在的工作環(huán)境。下 圖 39 面是在各種數(shù)據(jù)完成后對軸一進(jìn)行的控制軌跡的模擬。 通過對這個工程樹視圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置處理就可以實現(xiàn)在本次設(shè)計中的參數(shù)設(shè)置、定位數(shù)據(jù)的處理以及監(jiān)控測試。下面是在啟動時對軸一（ X 軸）輸入 5000 脈沖，讓軸一 （ X 軸）達(dá)到相應(yīng)的速度和位置。只有清楚了機(jī)械手的當(dāng)前位置，才能讓其做出正確的反映動作，完成接下來的目標(biāo)。 圖 32 是 四臺伺服驅(qū)動器中的 第 一臺 MR1 的接線。下 表 31 為 本次設(shè)計中 對 CPU 模塊 進(jìn)行的簡單的分配 。根據(jù)工作原理的不同 ，編碼器 可以 分為兩 種，分別是 增量式編碼器和絕對式編碼器。伺服控制系統(tǒng)在自動控制中，完成一個完整的動作青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 用到的過程可分為五部分：控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)和比較環(huán)節(jié)。 伺服驅(qū)動器憑借著這些優(yōu)勢廣泛的 應(yīng)用于各種領(lǐng)域。 規(guī)格： 額定負(fù)載電壓： 1224VDC 最大負(fù)載電流： ， 最大起動電流： ， 10ms 或更短 輸入點(diǎn)數(shù)： 16 點(diǎn) 隔離方法：光電耦合器 公共端子排列： 16 點(diǎn) /公共端 外部連接： 18 點(diǎn)端子排 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 伺服控制系統(tǒng) 驅(qū)動器概要 伺服驅(qū)動器又可以稱為伺服放大器或者是伺服控制器，是為了用來控制伺服電機(jī)的，主要是用在比較高精度的定位系統(tǒng)中 [11]。其中主要功能又有四種，分別是OPR 控制，這是為了實現(xiàn)定位控制快速向起動點(diǎn)定位，能夠?qū)Χㄎ粩?shù)據(jù)進(jìn)行編號；主要的定位控制，根據(jù)定位數(shù)據(jù)執(zhí)行控制，像位置控制和速度控制；高級定位控制，是指將多個定位數(shù)據(jù)結(jié)合成一個“塊”，對指定的數(shù)據(jù)可以重復(fù)執(zhí)行等；手動控制，顧名思義就是給予 QD75 外部信號，像是 對 QD75 輸入脈沖等進(jìn)行控制，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)精確的控制。 （ 2） QD75 具有 的特性： ① 具有三種模塊，分別是 單軸 兩 軸和 四 軸模塊 ，有 多種 用途 。 ② Q 系列產(chǎn)品均不需進(jìn)行任何修改即可使用（有些模塊除外）。 （ 6） 電源 一般用市電供電，也可以用 24V 直流電。 （ 1） 中央處理器（ CPU） 中央處理單元（ CPU）是 PLC 的控制中樞，它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收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)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤 [8]。在與 PLC 的連接上， COM 端口提供了 RS232 /RS485 多種連接標(biāo)準(zhǔn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)觸摸屏對 PLC 的控制， 或 端口、以太網(wǎng)（有的設(shè)備只有兩者之一，并且使用以太網(wǎng)還需要設(shè)置威綸觸摸屏的 IP 地址）端口用于連接 PC 機(jī)， PC 機(jī)上的編程軟件 EasyBuider8000可以通過 USB 或以太網(wǎng)網(wǎng)線將事先編輯好的程序下載到威綸觸摸屏中 [6]。 i系列和 X 系列具有更快的 CPU 和更大的內(nèi)存，從而具有更快的速度運(yùn)行，在這三個系列中，根據(jù)接口配置的不同，又可以分為 MT6000 系列通用型產(chǎn)品、 MT8000 系列網(wǎng)絡(luò)型產(chǎn)品和 MT8000 系列專業(yè)型產(chǎn)品 [5]。 （ 3） 機(jī)械手的復(fù)位功能。隨著科技的發(fā)展，機(jī)械手不斷的向著小型化和微型化發(fā)展，突破傳統(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域，向著各種高端產(chǎn)業(yè)發(fā)起了挑戰(zhàn)。我國在各種基礎(chǔ)元件方面也有了突破性的進(jìn)展，能夠更好的服務(wù)于我國的各行各業(yè)。 近些年來，我國工業(yè)水平得到了很大的提高，社會競爭也變得更加激烈?？傊瑱C(jī)械手能夠更好的提高生產(chǎn)生活效率，改善人們的生活，釋放出大量的勞動生產(chǎn)力，減輕人們的工作量，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)，機(jī)械手易于維護(hù)，便于 安裝和使用。通過對三菱 Q 系列語言的學(xué)習(xí)， 用 GX Developer 實現(xiàn)了語言的編程 ， 并且 用 GX ConfiguratorQP 進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、監(jiān)視和測試 。 論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）版權(quán)使用授權(quán)書 本畢業(yè)論文（設(shè)計）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計）被查閱和借閱。 論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 年 月 日 指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 目 錄 摘要 ....................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................II 1 緒 論