【正文】 附錄1 系統(tǒng)配件清單名稱型號數(shù)量按鈕NADWAY WAVE1GS10變壓器S11M100/10KV1電磁閥SMC公司VZ1102電源S145241定位模塊EM2532斷路器施耐德NSX100N 40A 4P4D3行程開關(guān)施耐德XCRA156急停按鈕ANIUEC LA15611ZS1繼電器歐姆龍G5V19接近開關(guān)OMRON公司E2EX5ME22CPU西門子6ES 72162AD230XB01氣缸FESTO SNU50100PPVA1輸入/出模塊EM2231伺服電機(jī)Panasonic MDMA152P1U2伺服驅(qū)動器MDDDT55402選擇開關(guān)H3021R[D]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008。[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2009。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們！ 最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝。在此謹(jǐn)向錢偉紅老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。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)計了控制面板，確定了接線方式并研究了運動控制的實現(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。 在驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計方面，首先對機(jī)械手進(jìn)行了簡單的運動分析；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。通過研究，實現(xiàn)了對生產(chǎn)線上有無工件的檢測，實現(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。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)會按照自動方式工作，機(jī)械手首先沿正方向?qū)ふ以c，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，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，在循環(huán)操作，知道停機(jī)。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)故障時才會使用，系統(tǒng)半自動程序框圖如圖47所示。圖45 手動運行子程序框圖 機(jī)械手在運動時靠伺服電機(jī)驅(qū)動，伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)靠伺服定位模塊EM253控制，在實現(xiàn)機(jī)械手升降進(jìn)退時調(diào)用定位模塊EM253的運行子程序，實現(xiàn)伺服已固定的速度行駛固定的距離。此時，除急停信號外，其他輸入信號無效。 手動運行子程序設(shè)計 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。EM253回零子程序梯形圖如圖44所示：圖44伺服電機(jī)運行回零子程序梯形圖 報警子程序設(shè)計 報警子程序則用來完成故障顯示和初步診斷功能，當(dāng)機(jī)械手運動超出上下左右極限、在運動過程中機(jī)械手松開則自動調(diào)用此程序。復(fù)位子程序框圖如圖43所示。初始化子程序框圖如圖42所示。圖41主程序框圖 初始化子程序設(shè)計 初始化子程序用來完成系統(tǒng)參數(shù)的初始化工作，PLC首次上電時執(zhí)行初始化子程序。初次上電時，調(diào)用初始化子程序，完成初始化工作。根據(jù)要求設(shè)計出搬運機(jī)械手的主程序框圖，如圖41所示。出于可靠性考慮對于有安全要求的地方使用外接繼電器和開關(guān)，其余用PLC內(nèi)部繼電器。處于此方式，且各部位處于原位，各電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時，按下控制面板上的啟動按鈕，可進(jìn)入單循環(huán)操作，此時，除急停信號和檢測信號外，其他輸入信號無效，一個工作循環(huán)完成后，自動退出單循環(huán)狀態(tài)。 半自動工作方式應(yīng)用較少，主要用于故障整修時為了與主控制臺分離，而還要通過自動來完成試操作的場合，所以半自動方式也是不可缺少的。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，按下控制面板上的上升、下降、前進(jìn)、后退、夾緊、松開按鈕時進(jìn)行相應(yīng)動作，再次按下相應(yīng)按鈕則停止動作。 手動工作方式主要是用于總控制臺出現(xiàn)故障、調(diào)試或其它需要手動操作。 自動工作方式是機(jī)械手接收生產(chǎn)線指令，通過總控制臺的控制進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。圖37 控制系統(tǒng)電源電路圖4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn) 系統(tǒng)工作方式 該機(jī)械手的工作方式有四種，分別為找原點、自動、手動和半自動。伺服驅(qū)動器中提供了兩組脈沖指令輸入接口，一種為差分電路專用的脈沖串接口，一種為普通的脈沖串指令接口，為提高信號傳輸?shù)目煽啃裕盟欧?qū)動器的差分電路專用脈沖串接口從EM253接出脈沖信號。 垂直運動的伺服驅(qū)動器與EM253接線圖如圖36所示，機(jī)械手的升降/平移正負(fù)極限開關(guān)分別接到相應(yīng)EM253的LM+、LM接口處和伺服驅(qū)動器的CCWL、CWL接口，原點開關(guān)接到相應(yīng)EM253的RPS（參考點開關(guān)）處。伺服驅(qū)動器X5的I/O接口如圖34所示。本系統(tǒng)中只用到了X1，X2，X5，X6等四個接口，XXX6等接口線數(shù)少，而且供應(yīng)商已經(jīng)做好，直接接入電機(jī)即電源相應(yīng)接口中即可。 運動控制系統(tǒng)由伺服控制系統(tǒng)和PLC 及EM253運動模塊構(gòu)成。 運動控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 西門子S7226繼電器輸出型PLC數(shù)字信號通過光電耦合器隔離輸入、輸出，大大提高了抗干擾能力。 ~，~，、。 PLC輸入、輸出分配表如表1所示。 （1）PLC的輸入端口包括自動循環(huán)工作按鈕、點動按鈕、總停按鈕等，還包括電動機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，外接電路電磁閥的輸入點，伺服驅(qū)動器的輸入等。另配一個EM223 24 VDC數(shù)字組合8輸入/8輸出的擴(kuò)展模塊和兩個EM253位控模塊。 （7）復(fù)位按鈕 當(dāng)系統(tǒng)安裝完成或故障排除后，需要將機(jī)械手返回到工作原點時，按動此按鈕。系統(tǒng)在工作過程中由于某種原因出現(xiàn)報警，當(dāng)故障排除后，需按此按鈕對報警進(jìn)行清除，保證系統(tǒng)繼續(xù)正常工作。 （5）試燈/報警清除按鈕 當(dāng)系統(tǒng)安裝完成后，未與生產(chǎn)線連接前，要對系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行試驗。當(dāng)機(jī)械手出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)報警時可以將機(jī)械手調(diào)到手動模式，機(jī)械手可通過點動調(diào)整。在機(jī)械手工作完成后，將電源開關(guān)打到“關(guān)”的狀態(tài)，將PLC、驅(qū)動器、伺服電機(jī)及照明設(shè)施與電源切斷，保護(hù)機(jī)械手系統(tǒng)的安全?？梢詼p少和避免事故，減少因故障引起的損失。圖中的按鈕與選擇器的功能大部分由數(shù)控系統(tǒng)來實現(xiàn)。 主控制單元采用模塊式結(jié)構(gòu)，各功能模塊獨立封裝，安裝在機(jī)架和導(dǎo)軌上，它由PLC模塊、I/O模塊、兩個位控模塊和觸摸終端組成，各模塊之間通過PLC專用電纜聯(lián)接，控制面板與PLC之間采用專用信號電纜聯(lián)接。機(jī)械手的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖31所示。伺服電機(jī)配有驅(qū)動器，通過位控模塊來完成脈沖輸入，氣缸的伸縮由一組繼電器進(jìn)行控制。 位控模塊可提供單軸開環(huán)移動控制所需要的功能和性能，位控模塊的特性如下： （1）提供高速控制從每秒12個脈沖至每秒200000個脈沖； （2）支持急停S曲線或線性的加速減速功能； （3）提供可組態(tài)的測量系統(tǒng)，既可以使用工程單位（如英寸或厘米）也可以使用脈沖數(shù)； （4）提供可組態(tài)的backlash補償； （5）支持絕對、相對和手動的位控方式； （6）提供連續(xù)操作； （7）提供多達(dá)25組的移動包絡(luò)Profile，每組最多可有4種速度； （8）提供4種不同的參考點尋找模式，每種模式都可對起始的尋找方向和最終的接近方向進(jìn)行選擇； （9）提供可拆御的現(xiàn)場接線端子便于安裝和拆御。它與S7200通過擴(kuò)展的I/O總線通訊，帶有八個數(shù)字輸出，作為智能模塊出現(xiàn)在I/O組態(tài)中。 位控模塊 現(xiàn)代可編程控制器一般都有位置控制功能，因此一般都配有位置控制模塊單元，也稱定位單元。隨著計算機(jī)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，也出現(xiàn)了運動控制卡和邏輯控制器等新型控制硬件。本機(jī)械手主要采用集中控制方式進(jìn)行控制。 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)要圍繞著如何更好地實現(xiàn)機(jī)器人的控制功能而設(shè)計和選擇。 （4）信息交換功能。 （3）手動控制功能。 （2）氣動控制功能。 本課題控制系統(tǒng)主要是實現(xiàn)以下幾個控制功能： （1）伺服控制功能。 （3）變量少，數(shù)學(xué)模型簡單。 （1）自由度少，本機(jī)械手只有三個自由度，分別由兩個伺服系統(tǒng)和一個氣動系統(tǒng)進(jìn)行控制。 控制系統(tǒng)功能 控制是機(jī)器人技術(shù)中的一個關(guān)鍵問題，而控制系統(tǒng)的性能則是機(jī)器人發(fā)展水平一個重要標(biāo)志。3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的重要