1、 上螺絲機械手控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣信息類 姓名：陳紅臻 學(xué)號：110408815 指導(dǎo)教師：周勁摘要： 為了提高流水線上的生產(chǎn)效率，研制了機械手自動加螺絲裝置。本文詳細分析了X-Y螺釘裝配機械手裝置的原理和構(gòu)成，并設(shè)計了機械手自動加螺絲裝置的硬件部分。關(guān)鍵詞：機械手；PLC；步進電機；變壓器；觸摸屏 1 概述1.1 上螺絲機械手的設(shè)計背景機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)

2、，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有23個自由度。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一

3、般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。1.2 上螺絲機械手控制系統(tǒng)介紹X-Y螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)包括三菱的FX（1N）-24MT PLC，西門Smart700觸摸屏，變壓器，步進電機，絲杠及機械手等硬件設(shè)施。該系統(tǒng)設(shè)計先在筆記本中設(shè)計好觸摸畫面，在將畫面?zhèn)鬏數(shù)接|摸屏中，然后將編譯好的程序下載至PLC中，再將觸摸屏與PLC進行通信。在該系統(tǒng)中通過Smart700的觸摸屏畫面中的24個位置來控制雙絲杠的動作位置，當(dāng)?shù)桨聪聯(lián)Q面的啟動按鈕后系統(tǒng)處于待運行狀態(tài)，在選取24個位置的任意位置。系統(tǒng)開始運行，當(dāng)運行完一個過程后，回到起始

4、位置。畫面的停止按鈕和急停按鈕，停止按鈕按下是完成整個動作后停止，而急停按鈕按下是動作立馬停止。2 X-Y螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)的工作原理2.1 硬件布置圖X-Y螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)在硬件接線上由2個變壓器分別為步進電機和吸盤供電，由觸摸屏給一個信號然后傳輸?shù)絇LC上，通過程序，然后反應(yīng)到步進電機上，步進電機按照程序給的步數(shù)作出反應(yīng)控制雙絲杠的位置到達指定的工作點，吸盤吸取模擬機械手動作。最終返回原點，動作結(jié)束。2.2 電氣接線原理圖 X-Y螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)主要采用PLC、觸摸屏，按鈕控制，其中PLC是三菱的FX（1N）-24MT PLC、觸摸屏采用的西門子的Smart700，步進電機

5、的型號為HB-4020M，來實現(xiàn)半自動流程的控制。 2.3 系統(tǒng)配置圖下圖所示為該系統(tǒng)配置圖，其中有觸摸屏，控制器PLC，外部設(shè)備包含了2根絲杠，2個步進電機。連接方式是觸摸屏與控制器進行通信然后在通過PLC編程來控制外部設(shè)備。3 X-Y螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)的硬件配置3.2 系統(tǒng)控制器配置（1）簡單介紹FX1N系列是功能很強大的微PLC，可擴展到多達128 I/O點，并且能增加特殊功能模塊或擴展板。通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項使得FX1N在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應(yīng)用方面非常完美。（2）定位和脈沖輸出功能一個PLC單元能同時輸出2點100KHz脈沖，PLC配備有7條特殊的定位指令，包括零返

6、回、絕對位置讀出、絕對或相對驅(qū)動以及特殊脈沖輸出控制。（3） 其它功能如表所示。內(nèi)置式24V直流電源24V、400mA直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感器或其它元件。時鐘功能和小時表功能在所有的FX1N PLC中都有實時時鐘標(biāo)準(zhǔn)。時間設(shè)置和比較指令易于操作。小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供了有價值的信息。持續(xù)掃描功能為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時間定義操作周期。輸入濾波器調(diào)節(jié)功能可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中x000到x017）。元件注解記錄功能元件注解可以記錄在程序寄存器中。在線程序編輯在線改變程序不會損失工作時間或停止生產(chǎn)運轉(zhuǎn)。RUN/STOP 開關(guān)面板上運行/停止開關(guān)易于操作。遠程維

7、護遠處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù)密碼保護使用一個八位數(shù)字密碼保護您的程序。（4）該系統(tǒng)采用了三菱的FX(1N)-24MT的PLC。4 X-Y螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)4.1 X-Y螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)變量根據(jù)X-Y螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)的控制要求，現(xiàn)列出X-Y螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)的輸出與輸入的資源配置，見表所示。PLC輸出變量變量初值說明Y00縱向電機正轉(zhuǎn)Y10橫向電機正轉(zhuǎn)Y20縱向電機反轉(zhuǎn)Y30橫向電機反轉(zhuǎn)Y40吸盤QP變量M000位置M101位置M202位置M303位置M404位置M505位置M606位置M707位置M808位置M909位置M10010位置

8、M11011位置M12012位置M13013位置M14014位置M15015位置M16016位置M17017位置M18018位置M19019位置M20020位置M21021位置M22022位置M23023位置M24024位置M250Y軸調(diào)零M260X軸調(diào)零4.2 X-Y螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)介紹（1）FNC12 DMOV傳送指令如圖所示。（2）高速脈沖輸出指令(FNC57 PLSY),帶加減速脈沖輸出指令（FNC59 PLSR)如圖所示。從Y000或Y001輸出的脈沖數(shù)將保存以下特殊數(shù)據(jù)寄存器中：D8140（低位） 輸出至Y000的脈沖總數(shù)。D8141（高位）（FNC59（PISR）

9、，F(xiàn)NC57（PLSY）指令的輸出脈沖總數(shù)）。D8142（低位） 輸出至Y001的脈沖總數(shù)。D8143（高位）（FNC59（PISR），F(xiàn)NC57（PLSY）指令的輸出脈沖總數(shù)）。D8136 (低位)  輸出至Y000和Y001的脈沖總數(shù)。D8137 (高位) 各個數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容可以利用“D MOV K0 D81”執(zhí)行清除。 （3）FMOV比較與傳送指令如圖所示。5 X-Y螺釘裝配機械手控制系統(tǒng)的人機界面5.1 主畫面該系統(tǒng)用WinCC flexible來進行畫面的布置，下圖為系統(tǒng)控住的主畫面。包含了24個可以選取的位置，以及原點的復(fù)位，單X軸，Y軸的調(diào)零。功能介紹:（1）主畫面即選點位置畫面；（2）當(dāng)選擇畫面中啟動按鈕后，系統(tǒng)進入待運行狀態(tài)； （3）當(dāng)選擇了手動時，可以手動控制雙絲杠的X或Y軸的位置調(diào)整；（4）主畫面的0-24點代表電機要運行到的位置；（5）停止按鈕功能，當(dāng)按下停止按鈕后，系統(tǒng)完成整個的工件動作之后，在按下任何按鍵無效；（6）急停按鈕，按下急停后，電機立馬停止動作，再次按下急停按鈕，電機繼續(xù)動作；（7）返回原點按鈕按下后，X,Y軸電機都復(fù)位到原點。5.2 畫面創(chuàng)建畫面的創(chuàng)建使用的是WinCC fle