【導(dǎo)讀】上述內(nèi)容為基本要求，可按照自己的理解增加功能使之更完善。明確畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，復(fù)習(xí)與查閱有關(guān)資料。按要求對設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要說明，總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)電路，使用計(jì)算機(jī)繪圖，畫出詳細(xì)的電路。接線圖，列出元器件清單。電路圖要求工整、清楚、正確，并標(biāo)明管腳。軟件編程必須有流程圖，程序必須加注釋，各程序段的開始要注明該段功能和作用。要求使用A4打印稿，不少于2萬字。格式遵照學(xué)校規(guī)定。朱春波.PLC控制的氣動上下料機(jī)械手[J].液壓氣動與密封,1999,21-24.王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2020.劉軒,王麗偉.機(jī)械手的PLC控制[J].機(jī)床電器,2020,34-49.因此，設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)對于提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量?？词貢r(shí)的自動運(yùn)行。最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求，完成搬運(yùn)目的。

　　

【正文】 動作的程序，當(dāng)機(jī)械手處于手動狀態(tài)，不論機(jī)械手處于何種工位，按下復(fù)位按鈕開始調(diào)用復(fù)位子程序，機(jī)械手完成的復(fù)位動作，回到機(jī)械手原點(diǎn)。復(fù)位子程序框圖如圖 43 所示 。 基于 PLC 的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 伺服 1正方向找零點(diǎn)復(fù)位子程序入口停機(jī)伺服 2正方向找零點(diǎn) 圖 43 系統(tǒng)復(fù)位子程序框圖 機(jī)械手在尋找原點(diǎn)是調(diào)用 S7200PLC 定位模塊 EM253 的回零子程序，定義機(jī)械手在尋找原點(diǎn)時(shí)兩個(gè)伺服電機(jī)都正轉(zhuǎn)，沿正方向?qū)ふ摇?EM253 回零子程序梯形圖如圖 44 所示： 圖 44 伺服電機(jī)運(yùn)行 回零子程序梯形圖 報(bào)警子程序設(shè)計(jì) 報(bào)警子程序則用來完成故障顯示和初步診斷功能，當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動超出上下左右極限、在運(yùn)動過程中機(jī)械手松開則自動調(diào)用此程序。當(dāng)故障解除后，按下報(bào)警解除按鈕則報(bào)警消除。 手 動 運(yùn)行 子程序 設(shè)計(jì) 手動子程序用于控制機(jī)械手與生產(chǎn)線斷開通信后的單步動作，通過控制面板上的選擇開關(guān)進(jìn)行機(jī)械手工作方式選擇，通過控制面板上的按鈕進(jìn)行手動操作。 當(dāng)控制面板處于手動狀態(tài)，且各部位處于原位，各電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，按下控制面板上的上升、下降、前進(jìn)、后退、夾緊、松開按鈕時(shí)進(jìn)行相應(yīng)動作，再次按下相應(yīng)按鈕則停止動作。此時(shí)，除急停信號外，其他輸入信號無效。系統(tǒng)手動子程序框圖如圖 45 所示 。 基于 PLC 的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 前進(jìn)后退夾緊松開下降上升伺服1正轉(zhuǎn)伺服1反轉(zhuǎn)伺服2正轉(zhuǎn)伺服2反轉(zhuǎn)閥1通閥2通復(fù)位復(fù)位子程序手動子程序入口 圖 45 手動 運(yùn)行 子程序框圖 機(jī)械手在運(yùn)動時(shí)靠伺 服電機(jī)驅(qū)動，伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)靠伺服定位模塊 EM253 控制，在實(shí)現(xiàn)機(jī)械手升降進(jìn)退時(shí)調(diào)用定位模塊 EM253 的運(yùn)行子程序，實(shí)現(xiàn)伺服已固定的速度行駛固定的距離。 EM253 運(yùn)行子程序如圖 46 所示： 圖 46 伺服電機(jī) 運(yùn)行子程序 梯形圖 半自動 運(yùn)行 子程序 半自動子程序用來控制與生產(chǎn)線斷開通信時(shí)的單循環(huán)連續(xù)動作，通過控制面板上的選擇開關(guān)選擇狀態(tài)，通過啟動按鈕進(jìn)行操作，當(dāng)按下啟動按鈕后機(jī)械手首先沿正方向?qū)ふ以c(diǎn)，到達(dá)原點(diǎn)后按照在自動工作方式下的動作順序進(jìn)行工作。半自動操作在一般使用中比較少用，主要是 在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)才會使用，系統(tǒng)半自動程序框圖如圖47 所示 。 基于 PLC 的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 機(jī)械手復(fù)位檢測料架 1有工件檢測料架 1有工件機(jī)械手下降伺服 1定位完成抓取工件機(jī)械手上升到升降原點(diǎn)到升降原點(diǎn)機(jī)械手前進(jìn)伺服 2定位完成機(jī)械手下降伺服 1定位完成松開工件機(jī)械手啟動機(jī)械手回原點(diǎn)否否否否否是是是是是半自動子程序入口系統(tǒng)停機(jī) 圖 47 半自動 運(yùn)行 子程序框圖 自動子程序設(shè)計(jì) 自動子程序（見附錄）用于控制與生產(chǎn)線連接通信時(shí)，接收生產(chǎn)線上信號的連續(xù)循環(huán)動作，自動子程序是機(jī)械手控制系統(tǒng)最為重要的子程序，在正常生產(chǎn)中主要使用自動工作方式。當(dāng)系統(tǒng)上電后，選擇自動工作方式，按下啟動按鈕，系統(tǒng)會按照自動基于 PLC 的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 方式工作，機(jī)械手首先沿正方向?qū)ふ以c(diǎn)，并檢測料架 1 上是否有工件，當(dāng)料架 1上有工件后伺服 1 反轉(zhuǎn)機(jī)械手下降到 工位 2，抓取工件并等待 2 秒，伺服 1 正轉(zhuǎn)回升降原點(diǎn)，伺服 2 再反轉(zhuǎn)到達(dá)前進(jìn)工位后伺服 1 在反轉(zhuǎn)下降到工位 1，放下工件等待 2秒機(jī)械手回原點(diǎn)，在循環(huán)操作，知道停機(jī)。系統(tǒng)自動子程序框圖如圖 48 所示： 機(jī)械手復(fù)位檢測料架 1有工件檢測料架 1有工件機(jī)械手下降伺服 1定位完成抓取工件機(jī)械手上升到升降原點(diǎn)到升降原點(diǎn)機(jī)械手前進(jìn)伺服 2定位完成機(jī)械手下降伺服 1定位完成松開工件機(jī)械手啟動否否否否否是是是是是自動子程序入口 圖 48 自動 運(yùn)行 子程序框圖 基于 PLC 的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 5 結(jié)束語 本文主要從機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾個(gè)方面對曲軸搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行了深入、詳細(xì)、系統(tǒng)地研究。通過研究，實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)線上有無工件的檢測，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的自動、半自動和手動操作功能，滿足了降低勞動強(qiáng)度和提高生產(chǎn) 效率的要求。在提高整個(gè)生產(chǎn)線的自動化水平以及柔性制造方面起到了不可替代的作用。 在驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，首先對機(jī)械手進(jìn)行了簡單的運(yùn)動分析；然后對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了方案研究和細(xì)致的分析，完成了主要驅(qū)動部件的選型。 在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面。首先對機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，深入研究了控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，繪制了硬件結(jié)構(gòu)圖；然后根據(jù)操作需要，設(shè)計(jì)了控制面板，確定了接線方式并研究了運(yùn)動控制的實(shí)現(xiàn)方法；最后對 PLC 及其功能模塊進(jìn)行了選型，并對 I/O 接口進(jìn)行了配置和對 PLC 程序、位控模塊程序等進(jìn)行了編制。 基于 PLC 的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 致 謝 本論文是在鄭安平教授的悉心指導(dǎo)下完成的，畢業(yè)設(shè)計(jì)每取得的一點(diǎn)進(jìn)步和成果無不傾注導(dǎo)師大量的心血。導(dǎo)師廣博的見識、敏捷的思維、寬待他人的品格和悉心指導(dǎo)的責(zé)任心給我諸多啟迪，并將不斷地鞭策和激勵我在今后的道路上努力拼搏。在此，謹(jǐn)向我的導(dǎo)師致以由衷的謝意。 同時(shí)也衷心感謝在大學(xué)期間教過我的各科老師，是你們的悉心教導(dǎo)才有我學(xué)業(yè)的進(jìn)步和順利的畢業(yè)。也感謝在一起愉快的度過大學(xué)生涯的的同學(xué)，感謝你們在學(xué)習(xí)和生活上給予我的幫助。 基于 PLC 的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 參考文獻(xiàn) [1] 蔡自興 .機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略 [J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 ,2020,76(4):1116. 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[15] Durstewitz,M 。Kiefner,B ,Virtual collaboration environment for aircraft design[J], Information Visualisation,2020. International Conference on， 1012 July 2020,Page: 502 507 基于 PLC 的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 附錄 1 系統(tǒng) 配件 清單 名稱 型號 數(shù)量 斷路器 施耐德 NSX100N 40A 4P4D 3 變壓器 S11M100/10KV 1 電源 S14524 1 伺服 電機(jī) Panasonic MDMA152P1U 2 伺服驅(qū)動器 MDDDT5540 2 按鈕 NADWAY WAVE1GS 10 急停按鈕 ANIUEC LA15611ZS 1 指示燈 5W/24V 7 氣缸 FESTO SNU50100PPVA 1 電磁閥 SMC 公司 VZ110 2 行程開關(guān) 施耐德 XCRA15 6 接近開關(guān) OMRON 公司 E2EX5ME2 2 定位模塊 EM253 2 輸入 /出模塊 EM223 1 CPU 西門子 6ES 72162AD230XB0 1 繼電器 歐姆龍 G5V1 9 選擇開關(guān) H3021R 2 基于 PLC 的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 附錄 2 系統(tǒng)接線圖 X 1 ：電源輸入接口 X 2 ：電機(jī)接口 X5： I/O接口 X 6 ：編碼器接口 X 3 ：RS 485通訊口 X 7 ：外置光柵接口 X 4 ：RS 232通訊口伺服驅(qū)動器L 0L 1L 2QA 0 X 1 ：電源輸入接口 X 2 ：電機(jī)接口 X5： I/O接口 X 6 ：編碼器接口 X 3 ：RS 485通訊口 X 7 ：外置光柵接口 X 4 ：RS 232通訊口伺服驅(qū)動器M 1 M 2~ 380 V~ 220 VCP U 226 EM 223 EM 253 EM 253L N L M L ML MQA 1QA 224 VDC20 VACQA 3 附圖 1 系統(tǒng)電源電路接線圖 基于 PLC 的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 0 . 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 71 . 01 . 11 . 21 . 31 . 42 M1 . 51 . 61 . 72 . 02 . 12 . 22 . 32 . 42 . 52 . 62 . 73 . 03 . 13 . 23 . 33 . 43 . 53 . 63 . 71 M M1 L0 . 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 72 M2 L +1 . 01 . 11 . 21 . 31 . 41 . 51 . 61 . 7輸出至操作面板輸出至外部 接口輸出至伺服驅(qū)動器操作面板輸入行程開關(guān)輸入NL 1SF 1 2 SF 1 SF 2 自動 手動 半自動SB 4SF 5SF 6SF 7SF 8SF 9SF 1024 V D C啟動報(bào)警消除 / 試燈復(fù)位工作方式選擇上升下降前進(jìn)后退夾緊松開非常停止上升極限升降原點(diǎn)下降極限料架 1 有工件料架 2 無工件伺服 1 報(bào)警伺服 2 報(bào)警伺服 1 定位完成伺服 2 定位完成PG 1PG 2PG 3PG 4PG 5PG 6PG 7KF 1KF 2KF 3KF 4KF 5KF 6KF 7KF 8KF 9伺服 1 停止伺服 2 停止報(bào)警燈上升指示燈下降指示燈前進(jìn)指示燈后退指示燈夾緊指示燈松開指示燈上升完成下降完成前進(jìn)完成后退完成夾緊完成松開完成伺服 1 電源接通伺服 2 電源接通伺服報(bào)警清除2 . 02 . 12 . 22 . 32 . 42 . 52 . 62 . 7EM223CPU226SF 3 BG 1BG 2BG 3BG 4B