【正文】 研究的內(nèi)容 .............................................. 3 第二章 硬件設(shè)計(jì) ........................................ 5 機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................... 5 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................................ 7 其他輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................... 10 第三章 軟件設(shè)計(jì) ........................................ 12 總體流程圖的設(shè)計(jì) ............................................. 12 三菱 PLC 的選擇 ............................................... 12 三菱 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 ............................ 12 三菱 PLC 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì)步驟 .................................. 12 三菱 PLC 品牌選擇 .......................................... 13 三菱 PLC 系列選擇 .......................................... 14 三菱 輸出方式選擇 .......................................... 16 三菱 PLC 的 I/O 口分配 ......................................... 17 三菱 PLC 程序的設(shè)計(jì) ........................................... 19 結(jié)束語 ................................................. 31 致 謝 ................................................. 32 參考文獻(xiàn) ............................................... 33 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 基于 PLC的柔性制造系統(tǒng) 搬運(yùn)機(jī)構(gòu) 的概述 PLC 柔性制造系統(tǒng)是一組數(shù)控機(jī)床和其他自動(dòng)化的工藝設(shè)備，由計(jì)算機(jī)信息控制系統(tǒng)和物料自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的整體。 機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。 機(jī)械手 的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。 機(jī) 械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的 位置和姿勢。 為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個(gè)自由度。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。 在 現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的 重要辦法。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5％。機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自 動(dòng)線。 、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。在一些動(dòng)作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。 機(jī)械手控制系統(tǒng)的背景和意義 機(jī)械手按驅(qū)動(dòng)控制方式 分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡 控制機(jī)械手等。 可 編程序控制器背景 可編程序控制器（ programmable controller ），現(xiàn)在一般簡稱為 PLC（ programmable logic controller），它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。 在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。但是控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí)，原有的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。 按 PLC 的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面： 制。用 PLC 取代繼電器控制和順序控制器控制。 。 。 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。 、通用性強(qiáng) 由于 PLC 是采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)控制功能，對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變 PLC 的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改 變軟件程序。因此， PLC 應(yīng)用范圍很廣。 本課題研究的內(nèi)容 任務(wù)：實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在兩個(gè)工作臺(tái)間代替工人進(jìn)行單調(diào)持久地搬移工作。 動(dòng)力源 —— 步進(jìn)電機(jī)及其相應(yīng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。各元件應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場工作環(huán)境進(jìn)行校核設(shè)計(jì)，本文中所選設(shè)備僅作示范性選擇，未進(jìn)行校核，不適用于具體設(shè)備制造，不代表最終機(jī)械手硬件。 超程保護(hù) —— 設(shè)備運(yùn)行過程中未能豁免發(fā)生控制程序或電路故障，造成在極限位置仍繼續(xù)發(fā)出前進(jìn)信號(hào)，燒毀步進(jìn)電機(jī)或其驅(qū)動(dòng)設(shè)備。 操作臺(tái)布置 —— 盡力人性化處理，顯示 實(shí)時(shí)工作狀態(tài)及故障報(bào)警。 路徑無干擾性 —— 無干涉，無安全隱患。 ／輸出設(shè)備 輸入：指令按鈕、旋鈕、急停按鈕、報(bào)警及指示裝置。 本設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究，貼近企業(yè)生產(chǎn)，具有很強(qiáng)的可行性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。遠(yuǎn)程控制，對(duì)于恒溫環(huán)境、不適合人直接接觸工作的危險(xiǎn)環(huán)境（如：高溫、發(fā)射、劇毒、無氧、高空等惡劣環(huán)境）下較普通機(jī)械手（如：行程開關(guān)定位順序控制）有明顯的優(yōu)勢。其構(gòu)造模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種?？筛鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配 備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作。 設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)需要對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度、加速度、夾持物體重量、慣性和沖擊力、開口尺寸進(jìn)行校核，且能夠自鎖，防止斷電或設(shè)備故障造成被抓物掉落。 工作方式：機(jī)械手的夾緊與放松由電磁線圈控制。 特點(diǎn)：最大夾持半徑可調(diào)，設(shè)定夾持點(diǎn)半徑，可減少夾持力對(duì)夾持物表面的破壞。 本設(shè)計(jì)使用的是電磁式控制吸合的機(jī)械手， 適用于磁性材料，有溝槽或穿孔的工件吸??；單位面積有較大的吸力；可以快速吸附和松放工件，從而快速實(shí)現(xiàn)工件在兩工作臺(tái)之間的搬運(yùn)控制；此外， 結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命較長。 立柱是支撐手臂帶動(dòng)它升降、擺動(dòng)和移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，立柱和機(jī)座相聯(lián)可固定在地面上、機(jī)床設(shè)備上、或者橫掛在梁上，可固定在行走機(jī)座上。 機(jī)座是支撐機(jī)械手全部重量的構(gòu)建，對(duì)其 結(jié)構(gòu)的要求是剛性好、占地面積小、操作方便和造型美觀。手臂應(yīng)承載能力大、剛性好、自重輕、靈活、位置精度高、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。 1) 手臂直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu) 手臂直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，基本上是由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向裝置組成。現(xiàn)就兩者作以下分析： 絲杠螺母機(jī)構(gòu)：位置較準(zhǔn)確、降速比大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無噪音、易自鎖，但高精度的絲杠制造比較困難，傳動(dòng)效率低。滾珠絲杠效率高，但成本高。一般用于機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不作為定位機(jī)構(gòu)。 2) 手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 由于采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相對(duì)簡單，成本相對(duì)比較低。 齒輪減速：工作可靠，使用壽命長；瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)；減速效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍很廣等。 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手的位移和運(yùn)動(dòng)速度，可由電控系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號(hào)數(shù)量及脈沖信號(hào)頻率來控制。 步進(jìn)電機(jī) (stepping motor)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的：同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī)分為機(jī)電式及磁電式兩種基本類型。螺線管線圈 通電時(shí)將產(chǎn)生磁力，推動(dòng)其鐵芯芯子運(yùn)動(dòng)，通過齒輪機(jī)構(gòu)是輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng) 角度，通過 抗旋轉(zhuǎn)齒輪使輸出轉(zhuǎn)軸保持在新的工作位置；線圈再通電，轉(zhuǎn) 軸又轉(zhuǎn)動(dòng) 角度，依次進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由四相繞組組成。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)消耗功率小，步距角較大。 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在定、轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分析的相近齒槽，利用這兩種齒槽的相對(duì)位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?！?15176。 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源由變頻脈沖信號(hào)源、脈沖分配器及脈沖放大器組成，由驅(qū)動(dòng)電源向電機(jī)繞組提供脈沖電流。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到設(shè)備所需的脈沖當(dāng)量。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的 負(fù)載慣性和設(shè)備要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足快速移動(dòng)的需要。 17HS001 電機(jī)的具體參數(shù)如表 所示。 A DC24 V Nm Ω mH Kg ST2H B02X 與該步進(jìn)電機(jī)相匹配的驅(qū)動(dòng)器為 ST2HB02X 驅(qū)動(dòng)器。 以下 42 系列， 57 系列兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。 技術(shù)參數(shù)： 型號(hào) ST2HB02X 相 數(shù)：二相 工作電壓： DC(1040)V 驅(qū)動(dòng)電流： DC()A 驅(qū)動(dòng)方式：全橋雙極恒相流驅(qū)動(dòng)