【正文】 4 結(jié)束語 在本次課題設(shè)計(jì)中，機(jī)械手模型控制系統(tǒng)采用 PLC 進(jìn)行控制，大大提高了該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。對(duì) PLC 控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。 （ 2） 輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。 旋轉(zhuǎn)編碼器的安裝 ： （ 1） 電氣方面： ? 接地線應(yīng)盡量粗，一般應(yīng)大于 平方 ? 編碼器的輸出線彼此不要搭接，以免損壞輸出電路 ? 編碼器的信號(hào)線不要接到直流電源上或交流電流上，以免損壞輸出電路 ? 與編碼器相連的電機(jī)等設(shè)備，應(yīng)接地良好，不要有靜電 （ 2） 環(huán)境方面： ? 編碼器是精密儀器，使用時(shí)要注意周圍有無振源及干擾源 ? 不是防漏結(jié)構(gòu)的編碼器不要濺上水、油等，必要時(shí)要加上防護(hù)罩 ? 注意環(huán)境溫度、濕度是否在儀器使用要求范圍之內(nèi) 。 ，電流 2A。 3) 當(dāng)手臂在豎直方向前伸到最大行程時(shí)，前伸到位，機(jī)械手夾張開。 行走機(jī)構(gòu) : 當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座 上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn) 動(dòng)。 (一 )執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械手的安全性，可靠性，準(zhǔn)確性有了充分的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)其要求也越來越高。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。在執(zhí)行指令時(shí)，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(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入到對(duì)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。 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成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5個(gè)階段。 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 PLC 是在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中產(chǎn)生的， 20 世紀(jì) 60 年代末，美國汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激 烈。可以根據(jù)任務(wù)需要編制獨(dú)立程序完成各項(xiàng)規(guī)定操作。二是需要人工操作的，起源于原子，軍事工業(yè)。尤其是近幾年來， PLC 的成本下降，功能又不段增強(qiáng)，所以，目前 PLC 在國內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。當(dāng)工件變更時(shí)，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對(duì)路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。 前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展和應(yīng)用，自 1977 年，前蘇聯(lián)使用的機(jī)械手一半來自國產(chǎn)一半來自進(jìn)口。結(jié)構(gòu)是：主機(jī)安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，長臂頂端有電磁 抓放機(jī)構(gòu)。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算 ,順序控制， 定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通 過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種 類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 ④ 編程簡單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需 要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。可編程序控制器梯形圖中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十 ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。 1控制方式 :順序控制。 12) 到達(dá)指定位置后，夾手張開，豎軸上升。 直流電機(jī) 可回旋 360176。 此外，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，報(bào)警指示輸出既需要兩個(gè)端口顯示哪一臺(tái)電機(jī)故障，也需要一個(gè)輸 出端子進(jìn)行報(bào)警輸出。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工 作可靠 [16]。 STL指令（步進(jìn)梯形指令）是西門子廠家設(shè)計(jì)的專門用于順序控制的指令，使用該指令可以使編制順序控制程序更加方便，而且易于調(diào)試和維護(hù)，且代碼較短。值此論文完成之際，謹(jǐn)向?qū)熤乱猿绺叩木匆夂椭孕牡? 感謝！ 在我做設(shè)計(jì)的過程中，我的各位老師和同學(xué)給我提供了很多幫助和支持，在此表示特別的感謝！ 此外，非常感謝家人對(duì)我的關(guān)心和大力的支持，在此深深的祝福他們身體健康，生活幸福。這種編程方式與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則之間 有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時(shí)，會(huì)有很 幫助。初級(jí)與次級(jí)之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點(diǎn)位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點(diǎn)。 對(duì)于變頻器，不僅需要一個(gè)中間繼電器來控制變頻器的 FWD 和 CM 的通斷來實(shí)現(xiàn)變頻器的運(yùn)行和停止 。 如圖 23. 圖 23 SH20403 型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 圖 24 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線圖 本設(shè)計(jì)采用的是 32 細(xì)分模式，橫軸伸縮 1400mm ，對(duì)中間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行折算，驅(qū)動(dòng)器采用半步驅(qū)動(dòng)，步距角 為 度 電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所需的脈沖數(shù) n 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輪半徑為 5mm 周長為 電動(dòng)機(jī)所需轉(zhuǎn)的圈數(shù) m 橫軸完成一次伸張和收縮輸出的脈沖數(shù)為 M= 個(gè) 同理豎軸上升和下降輸出的脈沖數(shù) N=14110 個(gè) 注意： 為了更好的使用該驅(qū)動(dòng)器，系統(tǒng)接線時(shí)應(yīng)遵循功率線和信號(hào)線分開的原則，以避免控制信號(hào)被干擾，在有強(qiáng)干擾源存在的情況下，最好用屏蔽電纜傳送控制信號(hào) 。 10) 到達(dá)指定位置后，夾手旋轉(zhuǎn) 90度。 2． 機(jī)械手參數(shù) 一、用途 : 用于自動(dòng)輸送線的物料搬運(yùn)。手指結(jié)構(gòu) 取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位 (是外廓或是內(nèi)孔 )和物件的重量及尺寸。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng) 化水平的重要標(biāo)志。 輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在 10ms 左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí) 的滯后時(shí)間約為 1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時(shí)的最大滯后時(shí)間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為 1ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢?RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外 3 個(gè)階段的操作。 ③ 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采 用模塊化結(jié)構(gòu)。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行 PC 之功能被視為 PC，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器。 機(jī)械手首先是在美國開始研制。結(jié)構(gòu)是：主機(jī)安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，長臂頂端有電磁 抓放機(jī)構(gòu)。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中一個(gè)重要組成部分。本課題擬開發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。第三類是專用機(jī)械手，通常依附于自動(dòng)生產(chǎn)線上，用于機(jī)床的上下料和裝卸工件。二是需要人工操作的，起源于原子，軍事工業(yè)。就是把繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能齊全、靈 活性、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)結(jié)合起來，用計(jì)算機(jī)的編程軟件邏輯易于修改來代替繼電－ 接觸器控制的硬接線邏輯不易修改。 5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入 輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時(shí)完成的。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“ 1”狀態(tài)。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。本課題在執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)和液壓組成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將 PLC 應(yīng)用于其自動(dòng)控制系統(tǒng)，完成機(jī)械手系統(tǒng)的硬件件設(shè)計(jì)。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。 5) 當(dāng)手臂下降到最大行程后，下降到位，機(jī)械手夾緊工件。 如圖 22. 圖 22 86BYG250A 型兩相混合式步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 所選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是 SH20403 型，該驅(qū)動(dòng)器采用 10～ 40V 直流供電，H橋雙極恒相電流驅(qū)動(dòng)，最大 3A 的 8 種輸出電流可選，最大 64細(xì)分的 7種細(xì)分模式可選，輸入信號(hào)光電隔離，標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口，有脫機(jī)保持功能，半密閉式機(jī)殼可適應(yīng)更惡劣的工況環(huán)境，提供節(jié)能的自動(dòng)半電流方式。 PLC 的選型 PLC 輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)量加以確定。 電源接線 電源是 PLC 引入干擾的主要途徑之一， PLC 應(yīng)盡可能取用電壓波動(dòng)較小、波形畸變較小的電源，這對(duì)提高 PLC 的可靠性有很大幫助。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。通過本次 設(shè)計(jì) ， 可 以 根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的不同工作需求，機(jī)械手控制系統(tǒng) 具有 了 很大的靈活性和可操作性 本文中介紹的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)對(duì)于教學(xué)有很好的輔助作用。經(jīng)過不斷查閱資料，研究、改進(jìn)，最終程序調(diào)試成功。完善的接地系統(tǒng)是 PLC 控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。 3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的主要步驟，如下圖 31所示 確定課程 研究方案 制定方案 查詢資料 設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 按要求確定硬件配置 設(shè)計(jì)電氣原理圖 按要求編寫程序 圖 31 機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的主要步驟 控制系統(tǒng)的要求 系統(tǒng)及原理 圖 32 控制和 圖 32 系統(tǒng)原理圖 計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)線 機(jī)械手檢測(cè)到接近開關(guān)、限位開關(guān)、相關(guān)傳感器、命令按鈕發(fā)出的信號(hào)作為 PLC 的輸入 PLC S7200 機(jī)械手的升降、前伸和收縮，手臂的旋轉(zhuǎn)、手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)、機(jī)械手的夾緊和放開由 PLC 的輸出信號(hào)控制 調(diào)試程序 記錄運(yùn)行結(jié)果并分析 結(jié)束 系統(tǒng)接線圖 I/O 口接線圖 設(shè)備清單： 表 31 設(shè)備清單 序號(hào) 設(shè)備名稱 型號(hào) 數(shù)量 備注 1 S7200PLC CPU226 1 臺(tái) S7200PLC 均可 2 按鈕 2 個(gè) 啟動(dòng) /停止 3 磁性接近開關(guān) DC24V 8 個(gè) 輸入傳感器信號(hào) 4 電容傳感器 DC24V 1 個(gè) 5 電磁閥線圈 DC24V 1 個(gè) 輸出負(fù)載 6 DC24V 電源 1 個(gè) 輸出負(fù)載供電 7 導(dǎo)線 若干 8 限位開關(guān) DC24V 2 個(gè) 統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì)主要是 PLC 的輸入、輸出接線圖設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)械手的動(dòng) 作過程和控制要求，確定 PLC 的型號(hào)和傳感器，合理分配輸入、輸出點(diǎn)，得到系 統(tǒng)的 PLC 輸入、輸出接線圖，如圖 所示 ： 表 32 輸入輸出接線表 輸入接口 輸出接口 PLC 端 所接元件 注釋