【正文】 ..................................................... 21 控制流程圖 ......................................................................................................................... 21 PLC程 序塊 ................................................................................................................. 22 ................................................................................................................................... 22 ........................................................................................................................ 23 PLC程序 ..................................................................................................................... 24 ........................................................................................................................ 28 PLC的狀態(tài) ................................................................................................................. 29 PLC程序 ..................................................................................................................... 29 5 機(jī)械手臂監(jiān)控上位機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................................................... 30 組態(tài)軟件的簡(jiǎn)單介紹 ........................................................................................................... 30 各個(gè)主要監(jiān)視畫面 ............................................................................................................... 30 6 總結(jié) ............................................................................................................................................. 32 機(jī)械手臂設(shè)計(jì)系統(tǒng)總結(jié) ....................................................................................................... 32 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................... 33 附錄 ................................................................................................................................................ 34 翻譯部分 ......................................................................................................................................... 45 致 謝 ............................................................................................................................................. 55 中國(guó)礦業(yè)大 學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 1 緒論 本課題的意義 每一項(xiàng)性技術(shù)的出現(xiàn)總會(huì)帶來(lái)巨大的產(chǎn)業(yè)變革，機(jī)械手臂的出現(xiàn)也不例外 。 機(jī)械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí) 。 靈活性非常強(qiáng)，在產(chǎn)品更新時(shí)，在可行的范圍內(nèi)幾乎不需要做任何硬件的改動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)再生產(chǎn)再利用 。 因此，受到各先進(jìn)單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用 。 在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視 [1]。 機(jī)械手臂 的國(guó)內(nèi)外狀況 及其發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)的工業(yè) 機(jī)械手臂 從 80年代 “ 七五 ” 科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下通過(guò)“ 七五 ” 、 “ 八五 ” 科技攻關(guān)，目前己基本掌握了 機(jī)械臂 操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù) 、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分 機(jī)械手臂 關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人 。 但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè) 機(jī)械手 技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如 :可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品 :機(jī)器 手 應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距 。 以上原因 主要是沒(méi)有形成機(jī)器 手 產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器 手 生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求， “ 一客戶，一次重新設(shè)計(jì) ” ，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定 。 我國(guó)的智能機(jī)器 手 和特種機(jī)器人在 “863” 計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果 。 但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在 “ 十五 ” 后期立于中國(guó)礦業(yè)大 學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 世界先進(jìn)行列之中 。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展 。國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)械臂 產(chǎn)品問(wèn)市 。器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu) :大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性 。多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用 。 (6)機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起 。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 機(jī)械手臂 控制系統(tǒng)是由 PLC 與系統(tǒng)輸入 、輸出設(shè)備連接而成 。 技術(shù)條件一般以設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的形式來(lái)確定，它是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù) 。 PLC 可構(gòu)成各種各樣的控制系統(tǒng)，如單機(jī)控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)等 。 ③ 選擇系統(tǒng)輸入設(shè)備（按鈕、限位開(kāi)關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器等）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)） 。 PLC 是控制系統(tǒng)的核心，正確選擇 PLC 對(duì)保證整個(gè)控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)起著重要 的作用 。 ⑤ 編制 PLC 的輸入輸出分配表，繪制輸入輸出端子接線圖 。 ⑦ 設(shè)計(jì)控制程序 。 因此控制工序應(yīng)反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止 [3]。 帶動(dòng)腕部分別沿 X、 Y、 Z 三 個(gè)坐標(biāo)軸的方向做直線移動(dòng) 。 但所占空間范圍較大，工作范圍相對(duì)較小 。 中國(guó)礦業(yè)大 學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 圖 圓柱坐標(biāo)系 關(guān)節(jié)型 由動(dòng)力型旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和前、下兩臂組成 。 動(dòng)作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內(nèi)饒過(guò)各種障礙物 。 因此，抓握物體的位置和方向（即關(guān)節(jié)間的角度）能從理論上求得 。 這樣就需要安裝 27 根重量輕、小型和高輸出力的“人造肌肉” 。 而且把機(jī)械手的功能搞得那么復(fù)雜，動(dòng)作 彼此嚴(yán)重重疊也是完全不必要的 。 這在實(shí)際上也是不必要的，這樣會(huì)使機(jī)械手結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費(fèi)用增多 。 所以一般專用的機(jī)械手（不包括握緊動(dòng)作）通常具有二到三個(gè)自由度 。 本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的機(jī)械手，它共有五個(gè)自由度 。 軀干和傳動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械手的傳動(dòng)分為液壓、氣壓、電氣和機(jī)械四種，本設(shè)計(jì)采用綜合傳動(dòng)方式，即手臂采用電氣傳動(dòng)，而手爪則采用氣壓傳動(dòng) 。 手爪抓取工件是要滿足迅速、靈活、準(zhǔn)確和可靠的要求 。 其加緊力的大小則根據(jù)夾持物體的重量、慣性和沖擊力的大小來(lái)計(jì)算 。 為防止損壞被夾的物體，夾緊力應(yīng)限制一定的范圍內(nèi)，并鑲有軟質(zhì)墊片、彈性襯墊或自動(dòng)定心結(jié)構(gòu) 。 夾緊機(jī)構(gòu)本身則應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、動(dòng)作靈活和動(dòng)作可靠 。 有的夾緊機(jī)構(gòu)還帶有傳感裝置和攜帶工具進(jìn)行操作的裝置 。 機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類繁多 。 本設(shè)計(jì)采用二指式氣動(dòng)手爪 。 手爪的回轉(zhuǎn)則用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)完成，同時(shí)通過(guò)兩個(gè)限位磁頭完成回轉(zhuǎn)角度的限位，一般可設(shè)置在 180 度 。 底盤是支撐機(jī)械手全部重量并能帶動(dòng)手臂旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu) 。 由 PLC 給出脈沖數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)控制，同時(shí)，在底盤上裝有限位磁 頭，最大旋轉(zhuǎn)角度可達(dá) 270 度 [10]。 本設(shè)計(jì)中手臂由橫軸和豎軸組成，可完成伸縮、升降的運(yùn)動(dòng) 。 同時(shí)在兩軸的兩端分別加限位開(kāi)關(guān)限位 。 中國(guó)礦業(yè)大 學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 3 PLC 系統(tǒng) 硬件 構(gòu)成及傳感器選型設(shè)計(jì) 的構(gòu)成、特點(diǎn)及其工作原理 構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種 。 模塊式 PLC 包括 CPU 模塊 、 I/O 模塊、 內(nèi)存 、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置 。 如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視 。 同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源 。 CPU： 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞，是 PLC 的核心起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC至少有一個(gè) CPU。 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)， 并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi) 。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng) 。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模 。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器 。 I/O 模塊集成了 PLC的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài) 。 I/O 分為開(kāi)關(guān)量輸入（ DI），開(kāi)關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊 。 2．現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用 PLC中國(guó)礦業(yè)大 學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào) 。 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等 。 按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制 。 功能模塊： 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊 通信模塊： 如以太網(wǎng)、 RS48 ProfibusDP 通訊模塊等 編程設(shè)備： 編程器是 PLC 開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行 、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行 。 人機(jī)界面： 最簡(jiǎn)單的人機(jī)