【導(dǎo)讀】據(jù)作業(yè)的要求，按照預(yù)先確定的程序搬運(yùn)物體。裝卸零件以及操作持噴槍、焊把工具去。用到鑄造、加工、焊接、組裝和噴漆等作業(yè)中。本設(shè)計(jì)的機(jī)器人模擬人手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序、軌跡和要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)和裝配。和軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的自動(dòng)和手動(dòng)控制，使機(jī)器人能夠完成預(yù)先設(shè)計(jì)好的動(dòng)作，提高工作效率，節(jié)約成本，把人從枯燥的工作中解放出來(lái)。

　　

【正文】 21 圖 32機(jī)械手電源回路 機(jī)械手轉(zhuǎn)臺(tái)控制回路 機(jī)械手轉(zhuǎn)臺(tái)控 制回路 ,如圖 33所示。當(dāng) “ 1”即繼電器 KM1得電時(shí)直流電動(dòng)機(jī)左旋。當(dāng) “ 1”即繼電器 KM2得電時(shí)直流電動(dòng)機(jī)右旋。 圖 33機(jī)械手轉(zhuǎn)臺(tái)控制回路 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 22 PLC 控制系統(tǒng) 機(jī)械手輸入信號(hào) 機(jī)械手系統(tǒng) PLC 輸入信號(hào)。 SB1 是伸出限位開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。 SB2 是縮回限位開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。 SB3 是上升限位開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。SB4 是夾緊限位開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。 SB5 是左旋限位開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。 SB6 是右旋限位開(kāi)關(guān)，接 至 PLC 的 輸入。 SB7 是移動(dòng)到位限位開(kāi)關(guān)，接至PLC 的 輸入。 SB8 是復(fù)位到位限位開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。 SB9 是手動(dòng)左旋開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。 SB10 是手動(dòng)右旋開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。 SB11 是手動(dòng)提升開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。 SB12 是手動(dòng)下降開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。SB13 是手動(dòng)伸出開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。 SB14 是手動(dòng)縮回開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。 SB15 是手動(dòng) /自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入。 SB16 是緊急停止開(kāi)關(guān)，接至 PLC 的 輸入 ,其接線圖如圖 34 所示。 圖 34 機(jī)手輸入信號(hào)接線圖 機(jī)械手輸出信號(hào)械 PLC輸出信號(hào)。 S7200PLC的 ，加到左右行走伺服驅(qū)動(dòng)器的PLS+，經(jīng)過(guò) PLS流回 S7200PLC的公共端，構(gòu)成左右行走伺服驅(qū)動(dòng)器的行走脈沖來(lái)控制伺服電機(jī)。 S7200PLC的 ，高速脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò) 2千歐的電阻限流，加到升降伺服驅(qū)動(dòng)器的 PLS+，經(jīng)過(guò) PLS流回 S7200PLC的公共端，構(gòu)成升降伺服驅(qū)動(dòng)器的升降脈沖來(lái)控制伺服電機(jī)。 S7200PLC的 ，通過(guò) 2千歐的電阻限流，加到左右行走伺服驅(qū)動(dòng)器的 DIR+，經(jīng)過(guò) DIR流回 S7200PLC的公共端，構(gòu)成行走伺服動(dòng)器的正驅(qū)動(dòng)和反驅(qū)動(dòng)。來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)行走伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的左移和右移的控制。S7200PLC的 、下降的控制端，通過(guò) 2千歐的電阻限流，加到上升、下降伺服驅(qū)動(dòng)器的 DIR+，經(jīng)過(guò) DIR流回 S7200PLC的公共端。構(gòu)成上升、下降伺服驅(qū)動(dòng)器 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 23 的正驅(qū)動(dòng)和反驅(qū)動(dòng)。來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)上升、下降伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升、下降的控 制。 S7200 PLC 、 ，右旋的控制端。 S7200 PLC 、 。 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。 PLC的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強(qiáng)干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機(jī)等）分開(kāi)。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力， 可編程序控制器供電回路一般可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開(kāi)關(guān)電源等。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來(lái)抗干擾 。隔離變壓器是初級(jí)和次級(jí)之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或同等非導(dǎo)磁材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引出一個(gè)接地抽頭。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)。在選用交流穩(wěn)壓器時(shí)，一般可按照實(shí)際最大需求容量的 130%計(jì)算。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠。 PLC供電電源為 50Hz、 220V?10%的交流電。由于本設(shè)計(jì)使用的是 FX1N系列可編程控制器，所以有直流 24V輸出接線端。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)）提供直流 24V電源。 接地 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。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。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。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。良好的接地是保證 PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 24 第四章 程序設(shè)計(jì)及調(diào)試 本章針對(duì)機(jī)械手控制系統(tǒng)的用戶程序經(jīng)行設(shè)計(jì)。對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)要求、 IO分配、系統(tǒng)工作流程 、編程設(shè)計(jì)思路、以及模擬調(diào)試經(jīng)行逐一地介紹。 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 通過(guò)機(jī)械手搬運(yùn)，把物料從生產(chǎn)流水線上搬運(yùn)至裝配單元，便于裝配。 機(jī)械手搬運(yùn)的物料的重量為： 200g—— 2020g。 機(jī)械手有上升、下降、回轉(zhuǎn) 180度，伸縮功能，整個(gè)控制系統(tǒng)能自動(dòng)循環(huán)工作，也可手工調(diào)整。 手動(dòng)運(yùn)行調(diào)試：當(dāng)手動(dòng) ./自動(dòng)開(kāi)關(guān) “ 0”時(shí)進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行方式，分別按下左旋、右旋、上升、下降、伸出和縮回 6個(gè)按鈕，實(shí)現(xiàn)其對(duì)應(yīng)的功能。 自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試：當(dāng)手動(dòng) ./自動(dòng)開(kāi)關(guān) “ 1”時(shí)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行方式，依次實(shí)現(xiàn)下降－伸出－夾緊－上升－ 右旋－下降－放松－縮回－上升－左旋動(dòng)作。若在自動(dòng)運(yùn)行期間按下緊急停止按鈕 ，機(jī)械手立即停止動(dòng)作。 I/O 分配 名稱 地址 輸入信號(hào) 伸限 縮限 上限 計(jì)數(shù) 夾緊 旋轉(zhuǎn)左限 旋轉(zhuǎn)右限 移動(dòng)到位 移動(dòng)復(fù)位 左旋 右 旋 上升 下降 伸出 縮回 手動(dòng) /自動(dòng) 急停 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 25 名稱 地址 輸出信號(hào) 左右移 動(dòng)脈沖 上下移動(dòng)脈沖 左右方向（ 1 為左移 /0 為右移） 上下方向（ 1 為上升 /0 為下降） 左旋 KM5 右旋 KM6 放松 HV1 夾緊 HV2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作流程 根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作以及需要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)出如圖 43 所示的機(jī)械手控制系統(tǒng)流程圖。 開(kāi) 始下 降下 降 到 位伸 出伸 出 到 位夾 緊夾 緊 到 位上 升上 升 到 位右 旋有 限 到 位下 降下 降 到 位放 松放 松 到 位縮 回縮 回 到 位上 升上 升 到 位左 旋左 旋 到 位系 統(tǒng) 停 止完 成YYYYYYYYYYYNNNNNNNNNNN圖 43機(jī)械手控制系統(tǒng)流程圖 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 26 編程設(shè)計(jì)思路 根據(jù)上文中設(shè)計(jì)的狀態(tài)流程圖決定選用順序控制的編程方式。而編程中的最大 難點(diǎn)便是如何來(lái)實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)伺服電機(jī)的控制。我們選用 PLC 的 PLUS 指令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的控制。而西 門子 S7200 系列 PLC 的 PLUS 指令可以使用 3 種方法生成，分別是軟件向?qū)ё詣?dòng)生成的 PTO 程序，西門子提供的技術(shù)支持 MAP 庫(kù)程序和利用 EM253 模塊。這 3 種方法都能提供精確的絕對(duì)位置和相對(duì)位置。 脈沖 串（ PTO）提供方波 輸 出（ 50%占空比），用 戶 控制周期和 脈沖數(shù) 。 脈沖寬 度 可調(diào) 制（ PWM）能提 供連續(xù) 、 變 占空比 輸出，用 戶 控制周期和 脈沖寬 度。 模擬調(diào)試 編制 PLC 控制程序的方法很多，主要的有以下幾種典型的編程方 法：圖解法編程、經(jīng)驗(yàn)法編程、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程。 圖解法是靠畫(huà)圖進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)。常見(jiàn)的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時(shí)序流程圖法和步進(jìn)順控法。在自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中由于機(jī)械手的控制可以分為一個(gè)個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，利用 步進(jìn)順控法 來(lái)進(jìn)行編程較為容易實(shí)現(xiàn)。而在手動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中需要 程序邏輯思路清晰、輸入與輸出的因果關(guān)系及連鎖關(guān)系明確 ，因此利用邏輯流程圖法來(lái)實(shí)現(xiàn)。接下來(lái)簡(jiǎn)單介紹下程序的功能。 運(yùn)行過(guò)程： 手動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手轉(zhuǎn)臺(tái)的左旋以及右旋，并且互鎖保證轉(zhuǎn)臺(tái)不會(huì)同時(shí)執(zhí)行左旋和右旋兩個(gè)動(dòng)作。程序如圖 451 所以 圖 451左右旋轉(zhuǎn)控制程序 地址位 VD200 表示最小運(yùn)動(dòng)速度， VD204 表示最大運(yùn)動(dòng)速度， VD208 表示伺服電機(jī)從啟動(dòng)到勻速所需的加速度，程序如圖 452 所示 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 27 圖 452 賦值程序 CTRL 模塊為 MAP 庫(kù)指令中對(duì)左右移脈沖的控制模塊。該塊用于傳遞全局參數(shù)，每個(gè)掃描周期都需要被調(diào)用。程序如圖 453 所示 圖 453 CTRL模塊程序 STOP 模塊為 MAP 庫(kù)指令中的停止模塊，用來(lái)保護(hù)電機(jī)安全不會(huì)出現(xiàn)過(guò)沖或者飛車的問(wèn)題。當(dāng)伸出限位開(kāi)關(guān)或者縮回限位開(kāi)關(guān)得到信號(hào)后立即 停止機(jī)械手的左右移動(dòng)。程序如圖 454 所示。 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 28 圖 STOP模塊圖 Move Velocity 模塊為 MAP 庫(kù)指令中的速度模塊。只能根據(jù)給定速度和方向勻速運(yùn)行。按下伸出或縮回按鈕機(jī)械手勻速橫向移動(dòng)。 Velocity 端為運(yùn)動(dòng)速度 .Direction 端設(shè)定伸出按鈕為“ 1”時(shí)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，即機(jī)械手伸出。程序如圖 455 所示。 圖 455 Move Velocity模塊程序 運(yùn)行： 狀態(tài) 中實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的自動(dòng)下降過(guò)程。地址位 決定機(jī)械手上下 移動(dòng)方向。在 得電 100ms 后 MoveRelative 模塊開(kāi)始工作。 NUMPLUSE 端為移動(dòng)距離所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)， Velocity 端為運(yùn)動(dòng)速度， Direction 端設(shè)定地址位 為“ 1”時(shí)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，即機(jī)械手下降。 狀態(tài) （伸出）：將方向地址位 置“ 1”，等電 100ms 后，伺服電機(jī)按照給定距離，給定速度左右移動(dòng)實(shí)現(xiàn)伸出功能。走完給定距離以后完成為 置“ 1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài) ，即夾緊功能，同時(shí)將方向地址位和完成位復(fù)位。 河南 工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 29 狀態(tài) （夾緊）：實(shí)現(xiàn)夾緊功能， 在完成夾緊動(dòng)作之后跳轉(zhuǎn)到 ，即上升功能。 狀態(tài) （上升）：將方向地址位 置“ 0”，等電 100ms 后，伺服電機(jī)按照給定距離，給定速度縱向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)上升功能。走完給定距離以后完成為 置“ 1”之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài) ，即右旋功能，同時(shí)將方向地址位和完成位復(fù)位。 狀態(tài) （右旋）：實(shí)現(xiàn)右旋功能。由于每計(jì)一個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn) 6 度，因