【正文】 ................................................................................... 35 （四）實際監(jiān)控 ......................................................................................................................... 36 六、小結(jié) ........................................................................................... 37 （一）設(shè)計和調(diào)試過程遇到的問題及解決方法 ........................................................................... 37 .................................................................................................................... 37 選型的問題 ................................................................................................................ 37 .................................................................................................................... 37 ........................................................................................................................... 38 M8029 的使用 .......................................................................................... 38 ............................................................................................................. 38 （二）心得體會 ......................................................................................................................... 39 七、致謝 ........................................................................................... 40 參考文獻(xiàn) ........................................................................................... 41 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 一 、 緒論 （ 一 ） 課題研究目的及意義 機械手是工業(yè)自動化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機加、噴漆、熱處理等各個行業(yè)。總之，機械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段。 對于機械手的了解和控制 ， 能加深對所學(xué)知識的理解和鞏固，提高 動手能力和解決實際問題的能力。 （ 二 ） 國內(nèi)外機械手研究概況 目前在一些機種方面，如噴涂機械手、弧焊機械手、點焊機械手、搬運機械手、裝配機械手、特種機械手（水下、爬壁、管道、遙控等機械手）基本掌握了機械手操作機的設(shè)計制造技 術(shù)，解決了控制驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和配置，軟件的設(shè)計和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動化噴漆線、弧焊自動線及其周邊配套設(shè)備的全套自動通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機械手焊接電源、焊縫自動跟蹤裝置也有了突破。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 機械手首先是從美國開始研制的。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機器人進(jìn)行動作示教，機器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。現(xiàn)有的機器人差不多都采用這種控制方式。作為機器人產(chǎn)品最早的實用機型（示教再現(xiàn)）是 1962 年美國 AMF 公司推出的 “VERSTRAN” 和 UNIMATION 公司推出的“UNIMATE” 。 近幾年國外工業(yè)機械手領(lǐng)域有如下幾個發(fā)展趨勢。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 二 、 機械手控制方式選擇 （ 一 ） 機械手常用控制方法 1． 控制方式的分類 1)單片機 單片機具有較高的集成度，特別是當(dāng)前比較流行的增強型單片機，一塊芯片上集成了 CPU、 RAM、 ROM(EEPROM 或 EPROM)、時鐘，定時器。 其缺點是處理速度相對較慢，當(dāng)要處理的數(shù)據(jù)量特別是浮點運算工作量比較大、實時性和精度要求比較高時運用單片機開發(fā)控制系統(tǒng)就比較困難了。可以嵌入操作系統(tǒng)，運用于更加復(fù)雜的操作對象。 3)DSP DSP器件具有很高的集成度，運行速度更快，多級流水線和內(nèi)置的高速硬件乘法器，并且提供了 高度專業(yè)化的指令集，這些都提高了 FFT 快速傅里葉變 換和濾波器的運算速度 ，所以 DSP器件多用于以算法為主的嵌入式系統(tǒng)。 4） LabView(虛擬儀器 ) 虛擬儀器 通過軟件功能來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理與分析及數(shù)據(jù)的顯示這 3部分的物理功能 ， 將計算機資源與儀器硬件、 DSP 技術(shù)相結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)共享軟硬件資源。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 缺點有 操作內(nèi)存很難， 設(shè)計過于程式化且對于硬件的依賴型很強。 PLC 自問世以來，經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，在美國、歐洲、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已成為重要產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前， PLC 在國際市場上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品，用 PLC 設(shè)計自動控制系統(tǒng)已成為世界潮流。編程安裝使用簡便、低價格長壽命。 PLC 的下端（輸入端）為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。 PLC 具有很多的優(yōu)點。由于 PLC 所具有的靈活性、模塊化、易于擴展等特點，可以根據(jù)現(xiàn)場要求實現(xiàn)機械 手的不同工作要求。同時，用 PLC 控制系統(tǒng)可方便地更改生產(chǎn)流程，增強控制功能。 且要求能方便地更改工作流程，完成復(fù)雜的運動控制。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 （二） PLC 簡介 PLC 和一般的微型計算機基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。各部分通過總線 (電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線 )連接而成。系統(tǒng)程序是每一個 PLC 成品必須包括的部分，由 PLC 廠家提供，用于控制 PLC 本身的運 行，系統(tǒng)程序固化在 EPROM 中。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個完整的 PLC 系統(tǒng)，他們是相輔相成，缺一不可的。國內(nèi)外現(xiàn)有的機械手系統(tǒng)，它們的控制形式大都采用可編程序控制器控制，特別是在智能化要求程度高容量大的現(xiàn)代化工業(yè)機械手系統(tǒng)中應(yīng)用更為普遍。 靈活、通用 操作方便、維修容易 體積小、重量輕和易于實現(xiàn)機電一體化 同樣，可編程序控制器控制也有其不足的地方，在性價比上要高于繼電器控制和單片機控制，其開發(fā)潛力要差于單片機，并且通用性不好，不同廠家的可編程序控制器以及其附屬單元都是固定專用等等。 PLC 系統(tǒng)主要有以下功能： 數(shù)據(jù)采集、 存儲與處理功能； 輸入、輸出接口調(diào)理功能； 編程、調(diào)試功能。另外，采用 PLC 還可以大大縮短設(shè)計、編程和投產(chǎn)周期，使總價格進(jìn)一步降低。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 4. PLC 的經(jīng)濟 性 分析 綜上所述，在各種環(huán)境中，使用 PLC 控制機構(gòu)設(shè)備，生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過程的自動化控制將越來越廣泛。價格僅是選擇 PLC 品牌的一個因素，而可靠性是選擇控制裝置時需要考慮的又一個重要因素。使用情況主要分為如下幾類： 工 業(yè)過程控制 數(shù)據(jù)處理 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 （ 三 ） 組態(tài)王簡介 組態(tài)王 是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件 ， 它具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。本設(shè)計通過組態(tài) 王 軟件對機械手進(jìn)行 監(jiān)控，將機械手的動作過程進(jìn)行了動畫顯示，使機械手的動作過程更加形象化。 使用組態(tài)王實現(xiàn)控制系統(tǒng)實驗仿真的基本方法： (1)圖形界面的設(shè)計 (2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 (3)建立動畫連接 (4)運行和調(diào)試 使用組態(tài)王軟件開發(fā)具有以下幾個特點 : (1)實驗全部用軟件來實現(xiàn) ,只需利用現(xiàn)有的計算機就可完成自動控制系統(tǒng)課程的實驗 ,從而大大減少購置儀器的經(jīng)費。對用戶而言 ,操作簡單易學(xué)且編程簡單 ,參數(shù)輸入與修改靈活 ,具有多次或重復(fù)仿真運行的控制能力 ,可以實時地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線 ,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實時趨勢曲線 ,這些很強的交互能力使其在自動控制系統(tǒng)的實驗中可以發(fā)揮理想的效果。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 (2)數(shù)據(jù) ,就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫 ,并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對象的各種屬性 ,比如水位、流量等。 圖 2 組態(tài)王 軟件操作 界面 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 （四） 機械手系統(tǒng)介紹 本次畢業(yè) 設(shè)計使用的是 QSPLCJXS 機械手模型 裝置。該模型是 PLC 技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)有機結(jié)合成一體的教學(xué)儀器。 圖 該系統(tǒng)由機械手本體、 PLC 控制單元、電源單元、接口單元，其部件的實物結(jié)構(gòu)如下圖所示 ： **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 4. 立體機械手結(jié)構(gòu)實物示意圖 機械手本體按功能分為由二軸平移機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)底盤、 旋轉(zhuǎn)手臂機構(gòu)、氣動夾手、支架、限位開關(guān)等部件組成； 按活動關(guān)節(jié)分為 S 軸、 L 軸、 U 軸、 T 軸、 B 軸等機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如下所示： **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 5. 機械手結(jié)構(gòu)示意圖 機械手本體的活動范圍： （ 1）底盤的旋轉(zhuǎn)角度：大于 270176。 （ 3）水平移動的范圍：小于 21cm （ 4）垂直移動的范圍：小于 15cm （ 1） 步進(jìn)電機 采用 Syntron 42BYG250C 兩相混合式步進(jìn)電機來控制機械手的動作，相比直流電機有更好的制動效果，又加上滾珠絲桿和滑桿配合，使機械手的運動更加穩(wěn)定。本模型中采用串聯(lián)型接法，其電氣接線圖如圖 6 所示： 圖 6. 步進(jìn)電機電氣接線圖 A + ( 紅 )A ( 藍(lán) )( 綠 )B +( 黑 )B **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 步進(jìn)電機的參數(shù)如下： 電機固有步距角 ， 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。/ 176。、整步工作時為 176。 步進(jìn)電機的相數(shù) 是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機。/ 176。/ 176。/ 176。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則 ‘相數(shù) ’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角 。它是步進(jìn)電機最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。比如，當(dāng)人們說 的步進(jìn)電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進(jìn)電機。 DETENT ORQUE在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易 使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有 DETENT TORQUE。步進(jìn)電機驅(qū)動器主要有電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分等。 PLC 控制器與步進(jìn)電機驅(qū)動器連接及工作原理，如圖 9 所示。驅(qū)動器電源由面板上電源模塊提供，驅(qū)動器信號端采用 +24V供電，需加 限流電阻（見圖 9 中 電阻）。 PLC 通過控制其輸出點來控制驅(qū)動器光耦的開合，當(dāng) PLC 輸出線圈得電 時，晶體管導(dǎo)通。另外若不采用驅(qū)動器，而采用 PLC 輸出觸點直接驅(qū)動步進(jìn)電機，會占用很多的輸出觸點，同時給編 程帶來不便。 相電流及細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)定： 12!34 型細(xì)分驅(qū)動器采用撥位開關(guān)設(shè)定相電流 及細(xì) 分?jǐn)?shù)，其中 ’ 、 !、 $、 3 位用于對相電流的設(shè)定， 具體設(shè) 定如表 ’ 所示。、 ’ 位用于對細(xì)分?jǐn)?shù)的設(shè)定，具 體設(shè)定如表 ! 所示。例如：細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)定為 !， 驅(qū)動步距角是 ’0amp。7 8 !9 067。9， :))9’ ， 細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)定好后驅(qū)動器須 斷電復(fù)位方可有效。 GND 直流電源地 +V 直流 電源正極，典型值 +24V A+ 電機 A 相 A 電機 A 相 B+ 電機 B 相 B 電機 B 相