機械手控制系統設計當今的主動化技巧成長靈敏，正處于一個快速變革的時代。從半導體到花費類電子產品、再到汽車和航空制造業、以及輕工業和物風行業等多種不合的工業范疇都面對著日益猛烈的全球競爭壓力，他們須要進一步降低成本、縮短產品臨盆周期，并能夠或許靈敏完成產品的更新換代。而采取最新的主動化技巧恰是解決這一系列問題的有效手段。跟著機械人技巧的賡續成長，機械人在工業臨盆上的應用越來越廣泛。應用工業機械人進步主動化程度、下出世產成本是十分須要和有效的。恰是在這種背景下，該課題試圖研發的確實是應用機械人技巧的分支工業機械手解決臨盆過程中的主動搬運物件問題。該文經由過程對臨盆全然概況的分析，明白了機械手的功能需乞降動作流程，提出了機械手的整體設計籌劃。采取CAD軟件完成機械手部分零部件的設計，經由過程查找了大年夜量材料，明白得并完成了步進電機和其驅動器的選型。經由過程對本機械手操縱流程的分析，確信本機械手采取以PLC為核心的操縱體系。再對機械手功能的分析，設計出操縱部分梯形圖以及操縱法度榜樣，并完成PLC的I/O點分派和硬件接線圖。關鍵詞：機械手，可編程操縱器，步進電機，氣動裝配 AbstractToday’srapiddevelopmentofautomationtechnologyisnowinarapidchangeofthetimes.Fromthesemiconductorandconsumerelectronicsproducts,totheautomotiveandaerospacemanufacturingandlightindustryandlogisticsindustry,andsoonawiderangeofindustrialsectorsarefacingincreasinglyintenseglobalcompetitivepressures,theyneedtofurtherreducecostsandshortentheproductioncycle,andTothespeedycompletionoftheupgradingofproducts.Theapplicationofthelatestautomationtechnologyisthesolutiontothisseriesofeffectivemeasures.Withthecontinuousdevelopmentofrobottechnology,industrialrobotproductionintheapplicationofmoreandmoreextensive.Useofindustrialrobotsincreaseddegreeofautomation,reduceproductioncostsitisextremelynecessaryandeffective.Itisagainstthisbackground,thesubjectistryingtodeveloptheuseofrobottechnologybranchindustrialmachineryhandintheproductionprocesstoresolvetheproblemofautomaticallymovingobject.Basedontheproductionofbasicprofilesofanalysis,clearlythefunctionofthemechanicalhandanddemandactionprocess,amechanicalhandtotheoveralldesignoftheprogramme.CADsoftwareusedtocompletemanipulatorsomepartsofthedesign,throughtofindagreatdealofinformation,understandingandcompletedthesteppermotoranditsdriveoftheselection.ThroughthismechanicalhandcontroloftheprocessofdeterminingthemechanicalhandtoadoptPLCasthecoreofthecontrolsystem.There-analysismanipulatorfunction,tocontrolthedesignoftheladderandcontrolprocedures,andcompletedthePLCI/Ohardware,distributionandaccess.Keywords：manipulator，PLC，steppermotor，pneumaticdevice目次摘要 IAbstract II1緒論 11.1工業機械手的概況 11.1.1工業機械手的構成 11.1.2機械手的分類 31.1.3工業機械手的應用狀況 41.2設計義務 52機械手總體設計 62.1體系操縱器的選擇 62.2機械手的功能分析與動作流程 73體系硬件設計 103.1機械手操縱體系設計硬件選型 103.2機械手操縱體系硬件的連接 194體系軟件設計 204.1機械手操縱體系狀況流程圖 204.2機械手操縱體系法度榜樣的編寫 254.3機械手操縱體系仿真 29總結 34參考文獻 35申謝 36附錄 37附錄A機械手操縱體系梯形圖 37附錄B機械手操縱體系硬件連接圖 481緒論1.1工業機械手的概況機械人學是一門綜合性的新興學科，它設計機械工程學、電氣工程學、微電子工程學、運算機工程學、操縱工程學、信息傳感工程學、聲學工程學、仿生學以及人工智能學等多門尖端學科。工業機械手是機械人學的一個分支，它代表了機電一體化的最高成就。跟著科學技巧的賡續成長，工業機械手已成為柔性制造體系、主動化工廠、運算機集成制造體系的主動化對象。廣泛采取工業機械手，不僅能夠進步產品的質量和數量，同時對保證人身安穩，改良勞動情形，減輕勞動強度，進步勞動臨盆率，節約原材料消費以及下出世產成本，促進我國制造業的崛起，有著十分重要的意義。所謂工業機械手確實是一種能按給定的法度榜樣或要求主動完成物件（如材料、工件、零件或對象等）傳送或操作功課的機械裝配，它能部分地代替身的手工勞動。較高等型式的機械手，還能仿照人的手臂動作，完成較復雜的功課。因為機械手科學的成長十分靈敏，世界上對機械手還沒有一個了了，同一的定義。國際標準化組織（ISO）對機械手做了如下定義：機械手是一種能夠反復編程和多功能的用來搬運材料、零件、對象的操作機或是為了履行不合義務而具有可改變和可編程的動作的專門體系（Areprogrammableandmultifunctionalmanipulator,devisedforthetransportsofmasteries,parts,toolsorspecializedSystems,withvariedandprogrammedmovements,withtheaimofcarryingoutvariedtasks）。跟著我國工業機械手技巧的賡續成長，專門多專家也建議建立本身的機械手定義，我國國度標準GB/T12643-90也將工業機械手定義為“一種能主動定位操縱，可反復編程的、多功能的、多自由度的操作機。它能搬運材料、零件或籌劃對象，用于完成各類義務功課”。1.1.1工業機械手的構成一個完全的工業機械手平日由履行機構、驅動——傳動裝配、操縱體系和智能系四部分構成(如圖1.1所示)：圖SEQ圖表\*ARABIC1.1工業機械手的構成履行機構(也稱操作機)是機械手賴以完成義務的實體，平日由桿件構成。驅動——傳動裝配包含驅動器和傳念頭構兩個部分，他們平日與履行機構連成一體，驅念頭構平日有電機(直流伺服電機、步進電機、交換伺服電機)、液動或氣動裝配；傳念頭構常用的有滾珠絲杠、諧波減速器、鏈、帶以及各類齒輪輪系。操縱系同一樣由運算機和伺服操縱器構成，前者發出指令調和各關節驅動器之間的活動，同時要完成編程和其他情形狀況(傳感器信息)、工藝要求、外部相干設備(電焊機、噴槍)之間的信息傳遞和調和工作，后者操縱各個關節驅動器，使各桿件按照必定的速度、加快度和地位要求進交活動。智能體系是今朝機械手體系中一個不敷完美但成長專門快的子體系，它分為兩個部分:感知體系和分析——決定打算智能體系，前者主假如靠硬件(各類傳感器)實現，后者重要靠軟件(如專家體系)實現。1.1.2機械手的分類機械手從應用范疇、活動坐標情勢、驅動方法以及臂力大年夜小四個方面的分類分別為：1.按機械手的應用范疇分類：(1)專用機械手：一樣只有固定的法度榜樣，而無零丁的操縱體系。它從屬于某種機械或臨盆線用以主動傳送物件或操作某一對象，例如“毛坯高低料機械手”、“曲拐主動車床機械手”、“油泵凸輪軸主動線機械手”等等。這種機械手構造較簡單，成本較低，有用于動作比較簡單的大年夜批量臨盆的場合。(2)通用機械手（也稱工業機械人）：指具有可變法度榜樣和零丁驅動的操縱體系，不從屬于某種機械，同時能主動完成傳送物件或操作某些對象的機械裝配。通用機械手按其定位和操縱方法的不合，可分為簡略單純型和伺服型兩種。簡略單純型只是點——位操縱，故屬于法度榜樣操縱類型，伺服型可因此點——位操縱，也可因此連續軌跡操縱，一樣屬于數字操縱類型。這種機械手因為手指可改換(或可調劑)，法度榜樣可變，故有用于中、小批臨盆。但因其活動較多，構造較復雜，技巧前提要求較高，故制造成本一樣也較高。2.按機械手臂部的活動坐標型式分類：(1)直角坐標式機械手臂部能夠沿直角坐標軸X、Y、Z三個偏向移動，亦即臂部能夠前后伸縮(定為沿X偏向的移動)、閣下移動(定為沿Y偏向的移動)和高低起落(定為沿Z偏向的移動)；(2)圓柱坐標式機械手手臂能夠沿直角坐標軸的X和Z偏向移動，又可繞Z軸遷移轉變(定為繞Z軸遷移轉變)，亦即臂部能夠前后伸縮、高低起落和閣下遷移轉變；(3)球坐標式機械手臂部能夠沿直角坐標軸X偏向移動，還能夠繞Y軸和Z軸遷移轉變，亦即手臂能夠前后伸縮(沿X偏向移動)、高低擺動(定為繞Y軸擺動)和閣下遷移轉變(仍定為繞Z軸遷移轉變)；(4)多關節式機械手這種機械手的臂部可分為小臂和大年夜臂。其小臂和大年夜臂的連接(肘部)以及大年夜臂和機體的連接(肩部)均為關節(搭鈕)式連接，亦即小臂對大年夜臂可繞肘部高低擺動，大年夜臂可繞肩部擺動多角，手臂還能夠閣下遷移轉變。3.按機械手的驅動方法分類：(1)液壓驅念頭械手，即以壓力油進行驅動；(2)氣壓驅念頭械手，即以緊縮空氣進行驅動；(3)電力驅念頭械手，即直截了當用電念頭進行驅動；(4)機械驅念頭械手，等于將主機的動力經由過程凸輪、連桿、齒輪、間歇機構等傳給機械手的一種驅動方法。4.按機械手的臂力大年夜小分類：(1)微型機械手，其臂力小于1kg；(2)小型機械手，其臂力為1~10kg；(3)中型機械手，其臂力為10~30kg；(4)大年夜型機械手，其臂力大年夜于30kg。1.1.3工業機械手的應用狀況工業機械手最早應用在汽車制造工業，常用于焊接、噴漆、高低料和搬運。工業機械手延長和擴大年夜了人的手足和大年夜腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低平和高熱等惡劣情形中的工作;代替身完成繁重、單調反復勞動，進步勞動臨盆率，包管產品德量。機械手今朝重要應用于制造業中，專門是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業。工業機械手與數控加工中間，主動搬運小車與主動檢測體系可構成柔性制造體系和運算機集成制造體系，實現臨盆主動化。跟著臨盆的成長，功能和機能的賡續改良和進步，機械的應用范疇日益擴大年夜。我國工業機械手的研究與開創始于20世紀70年代。1972年我國第一臺機械手開創于上海，隨之全國各省都開端研制和應用機械手。從第七個五年籌劃(19861990)開端，我國當局將工業機械人的成長列入個中，同時為此項目投入的大年夜量的資金，研究開創同時制造了一系列的工業機械人，有由北京機械主動化研究所設計制造的噴涂機械人，廣州機床研究所和北京機床研究所合作設計制造的點焊機械人，大年夜連機床研究所設計制造的氫弧焊機械人，沈陽工業大年夜學設計制造的裝卸載機械人等等。這些機械人的操縱器，差不多上由中國科學院沈陽主動化研究所(SIA)和北京科技大年夜學機械人研究所開創的，同時一系列的機械人關鍵部件也被開創出來，如機械人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機，編碼器，DC——PWM等等。我國的工業機械手(或第一代機械手)成長主假如慢慢擴大年夜其應用范疇:在應用專用機械手的同時，響應地成長通用機械手，研制出示教式機械手、運算機操縱機械手和組合式機械手等。能夠將機械手各活動構件，如伸縮、擺動、起落、橫移、俯仰等機構，設計成典范的通用機構，以便依照不合的功課要求，選用不合的典范機構，組裝成各類用處的機械手，即便于設計制造，又便于改換工件，擴大年夜了應用范疇。1.2設計義務1.體系類型切實事實上定本體系機械手屬于簡略單純型通用直角坐標式微型機械手，即指具有可變法度榜樣和零丁驅動的操縱體系，不從屬于某種機械，同時能主動完成傳送物件或操作某些對象的機械裝配。其臂部能夠前后伸縮、閣下移動和高低起落。驅動方法為氣壓驅動和電力驅動兩種方法相結合，且臂力小于1kg。2.操縱器的選擇（見第二章第一節）。3.機械手操縱體系硬件的選型，主假如對機械手各類重要部件的選型。4.機械手操縱體系軟件部分的設計和仿真。2機械手總體設計2.1體系操縱器的選擇工業機械人的活動操縱器是操縱技巧與活動體系相結合的產品。在現代電子技巧的支撐下，它平日以微處理器為核心，綜合編程軟件、活動軌跡操縱、操縱算法分析、各活動部件的及時驅動等功能，達到總體活動操縱后果。在活動過程中，活動操縱器還須要對具體的活動速度、加快度、地位誤差等進行及時監控，并對相干情形做出及時反響。今朝先輩的活動操縱器主假如以微機(PC)為差不多的數字化操縱體系、以高速的數字旌旗燈號處理器(DSP)為核心的全數字化操縱體系和以PLC為核心的全數字化操縱體系。(1)基于PC技巧的活動操縱器運算機技巧的成長在工業操縱范疇也同樣導致技巧面孔的靈敏改變。工業操縱機，專門是采取PC技巧的工業PC的顯現，大年夜大年夜推動和促進了開放式活動操縱的成長。基于工業PC的活動操縱器能夠應用PC強大年夜的軟件情形和技巧支撐，擺脫專用封閉式操縱體系的束縛和不便。從軟件上看，其重要感化是應用其高效運算功能、治理與監控才能以及豐富的軟件資本，實現更高的操縱算法、軌跡插補算法和補償算法，從而豐富活動操縱軟件，并大年夜大年夜進步伺服掃描速度，進步體系的辨論率，以實現最小的移動單位和最大年夜的進給速度，便于用微小法度榜樣段以高速度、高精度實現軌跡外形復雜的曲線或曲面。(2)基于DSP活動操縱器-20世紀90年代以來，數字旌旗燈號處理（簡稱DSP)在活動操縱器中獲得越來越廣泛的應用，這主假如因為它的高速運算使得專門多復雜的操縱算法和功能得以實現，同時集成度高，它應用操縱器本身專門的硬件構造能夠實現快速的硬件地位捕捉功能。DSP體系具有接口便利、穩固性好、精度高、可反復性好、集成便利等長處，今朝市場上已顯現了多種DSP型的高等活動器，這些芯片能同時操縱多軸，有的己包含了活動軌跡插補運算及包含有前饋補償功能的算法，這為多軸伺服電機的操縱帶來了極大年夜的便利。但因為DSP技巧更新的速度快、數學常識要求多，開創和調試對象還不完美，軌跡操縱，多軸聯動參數匹配等需經由過程編制法度榜樣來實現，操縱對機械手的操縱比較困難。(3)基于PLC的活動操縱PLC具有通用性強、應用便利、適應面廣、靠得住性高、抗干擾才能強、編程簡單等特點。跟著PLC的成長，顯現了更多的功能強大年夜的指令，這些指令本身在單操作的意義上供給了更強的運算才能，專門是活動操縱指令和在收集通信方面功能加倍強大年夜，敕令支撐各類活動功能，實現多軸調和操縱、高度的集成操作及地位環和速度環的閉環操縱，能夠或許知足高機能工業機械人地位和活動精度要求。因此采取基于PC的活動操縱器和基于DSP活動操縱器也能夠或許實現機械手的活動操縱，然則采取PLC的操縱接線簡單，只需經由過程活動操縱指令便可實現對機械手的活動操縱，由PLC構成機械手操縱器，硬件設備的工作量較小，無需作復雜的電路板，只需在端子之間接線。是以本設計選用PLC為機械手活動操縱器。2.2機械手的功能分析與動作流程1.機械手的功能分析機械手是機械人的一個分支，在現在化臨盆中，機械手廣泛應用于各類臨盆流程中作為代替身類的繁重勞動以實現臨盆的機械化和主動化，能在有害情形下操作以愛護人身安穩，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部分。本設計機械手的功能假如用來完成在臨盆過程中的工件的轉移，它具有手動/主動兩種工作模式，還具有在斷電情形下回到初始地位的功能，在改變其底座使其具有移動功能時，還能夠用來搬運物體。2.機械手的動作流程分析本設計機械手有三種運行狀況：主動運行、手動運行和回原位處理。在主動運行狀況時，機械手按照既定的法度榜樣依次完成降低、抓取工件、抓取工件后上升、上升到位后右轉。右轉到位后降低、降低，降低到位后放松工件，放松工件后再次上升、上升到位后左轉回到初始地位等待下一個工作周期的到來以及完成傳送帶A和B的處理。在手動運行時，按動響應的開關完陳規定的動作。回原位處理主假如用于當須要體系手動運行或主動運行時體系不在原點狀況，假如在啟動體系時體系不在原點，則須先按下回原點開關使體系回到原點狀況。機械手在主動運行的狀況下，在初始地位，由Q0.0輸出操縱的傳送帶A開端遷移轉變，傳送帶A上的檢測元件光電開關對傳送帶上的共工件進行檢測，當有工件時，Q0.0輸出為0，傳送帶A停止遷移轉變，同時操縱機械手降低的輸出Q0.3置位，觸發機械手臂降低，直到下限位行程開關SQ1被觸發，Q0.3復位，降低動作停止，同時Q0.4置位，準時器C0計時2秒鐘，C0計不時刻到機械手上升操縱輸出Q0.2置位，機械手上升，工件被移走，傳送帶A復原遷移轉變直到下一個工件的到來，機械手上升直到上限位行程開關SQ0被觸發，Q0.2復位，機械手停止上升，同時體系操縱步進電機，使機械手進行右轉，直到觸發右限位行程開關SQ3，使右轉停止，同時再次使降低操縱輸出Q0.3置位，履行機械手降低動作，當下限位行程開關SQ1被觸發時，降低到位，Q0.3復位，降低停止，復位Q0.4，準時計數器C1計時2秒，機械手將工件放于傳送帶B上，準時器C1計不時刻到，機械手上升操縱輸出Q0.2置位，機械手上升，機械手上升直到上限位行程開關SQ0被觸發，Q0.2復位，機械手停止上升，同時體系操縱步進電機，使機械手進行左轉，直到觸發右限位行程開關SQ3，使左轉停止，機械手回到初始地位，完成一個工作周期。機械手停止工作直到下一個工件到來旌旗燈號的觸發才會進入下一個動作周期。其工作過程圖如下圖2.1所示：圖2.1機械手工作流程圖體系還設置了停止和急停的體系停止方法，當按下停止按鈕時，體系可不能立時停止，只有在機械手回到初始地位時停止按鈕的敕令才有效，這時體系就會停止在初始地位；當按下急停按鈕時，機械手不管出于什么地位都邑急速停止，那個按鈕重要用于碰到緊急情形時體系的緊急泊車。3體系硬件設計3.1機械手操縱體系設計硬件選型1.可編法度榜樣操縱器的選型本設計是基于PLC的機械手操縱體系設計，PLC即可編法度榜樣操縱器，在PLC成長之初可編法度榜樣操縱器名字為可編法度榜樣邏輯操縱器（ProgrammableLogicalController），1980年，美國電氣制造商協會（NEMA）將可編法度榜樣邏輯操縱器正式定名為可編法度榜樣操縱器。NEMA對可編程操縱器的定義是：可編法度榜樣操縱器是一種數字式電子儀器，能夠儲備某些實現邏輯、定序、準時、計數和四則運算等專門功能的指令、用于操縱機械和臨盆過程。在可編法度榜樣邏輯操縱器改名為可編法度榜樣操縱器（ProgrammableController）之后，可編法度榜樣操縱器能夠簡稱為PC或PLC，因為小我電腦（PersonalComputer）也簡稱為PC，因此大年夜家還適應沿用可編法度榜樣操縱器的老簡稱，即PLC，并與小我電腦的簡稱做以差別。西門子公司是西門子是世界上最大年夜的電氣和電子公司之一，它的產品有小型可編程操縱器西門子S7-200，大年夜中型PLC西門子S7-300/S7-400/S7-1200等，因為其模塊化和有用性，受到業界和市場的廣泛好評。而S7-200是一種深受市場迎接的小型模塊化PLC，該系列PLC重要由CPU模塊和豐富的擴大模塊構成。能夠依照實際的須要，靈活設備，，再加上其強大年夜的指令體系能夠近乎完美地知足小范疇體系的操縱要求。PLC的選型中個中有一條確實是必須知足所設計體系的I/O需求，先將本設計體系的I/O需乞降I/O分派圖歸納如下，以用來選擇合適的PLC。機械手操縱體系的I/O分派圖如表3.1，表3.2表3.1輸進口分派表名稱符號地址符號符號地址啟動（按鈕）SB0I0.0手動左轉（按鈕）SB8I1.0復位（按鈕）SB1I0.1手動抓緊放松（按鈕）SB9I1.1停止（按鈕）SB2I0.2上限位行程開關SQ1I1.2急停（按鈕）SB3I0.3下限位行程開關SQ2I1.3手動/主動切換（開關）SB4I0.4左限位行程開關SQ3I1.4手動降低（按鈕）SB5I0.5右限位行程開關SQ4I1.5手動上升（按鈕）SB6I0.6工件檢測光電開關SPI1.6手動右轉（按鈕）SB7I0.7表3.2輸出口分派表名稱地址名稱地址A傳送帶Q0.0步進脈沖旌旗燈號輸入端Q0.5B傳送帶Q0.1PLS-正向脈沖輸入負端Q0.6上升Q0.2DIR-反向脈沖輸入負端Q0.7降低Q0.3ENA+脫機使能復位旌旗燈號Q1.0抓緊放松Q0.4由上表可知，本體系至少須要輸進口15個，輸出口9個，由此能夠估算體系所需的內存字數為240B，在選擇PLC時我們可有兩個籌劃，一是選擇輸入輸出口比所需的口數少的CPU，比如CPU224。CPU224XP等，然后在其外圍再增長1到數個輸入輸出擴大模塊，如EM223；二是直截了當選擇輸入輸出口數能夠或許知足需求的CPU，如CPU226。關于本體系依照其輸入輸出口要求，并綜合其價格和功能的應用，選擇籌劃二。在本設計中，我們選擇西門子S7-226CN，它集成了24輸入/16輸出公40個數字量I/O點，可連接7個擴大模塊，最大年夜擴大至248路數字量I/O點或35路仿照量I/O點。26kb法度榜樣和數據儲備空間，6個自力的30kHZ高速計數器2路自力的20kHZ高速脈沖輸出，具有PID操縱，2個R5485通信/編輯口，具有PPI通信協定，MPI通信協定和自由方法通信才能，I/O端子排可專門輕易的整體拆卸，是具有較強操縱才能的操縱器，完全能夠知足本體系的要求。2.步進電機的選型本體系中機械手的閣下扭轉選擇步進電機作為履行機構，步進電機是一種將電脈沖旌旗燈號轉換成角位移(或線位移)的機電元件。對這種電機施加一個電脈沖后，其轉軸就轉過一個角度，稱為一步；脈沖數增長，角位移(或線位移)就隨之增長，脈沖頻率高，則步進電機扭轉速度就高，反之就低;分派脈沖的相序改變后，步進電機的轉向則隨之而變。步進電機的活動狀況和平日勻速扭轉的電念頭有必定的差別，它是步進情勢的活動，故也稱其為步進電念頭。步進電機有其專門的長處，歸納起來重要有：（1）步距值不受各類干擾身分的阻礙。簡而言之，轉子活動的速度重要取決于脈沖旌旗燈號的頻率，而轉子活動的總位移量取決于總的脈沖個數。（2）位移與輸入脈沖旌旗燈號相對應，步距誤差不經久積聚。是以能夠構成構造較為簡單而又具有必定精度的開環操縱體系，也能夠在要求更高精度時構成閉環操縱體系。（3）能夠用數字旌旗燈號直截了當進行開環操縱，全部構造簡單廉價。（4）無刷，電念頭本體部件少，靠得住性高。（5）操縱機能好。起動、泊車、反轉及其它運行方法的改變，都在少數脈沖內完成，在必定的頻率范疇內運行時，任何運行方法都可不能丟步。（6）停止時有自鎖才能。（7）步距角選擇范疇大年夜，可在幾角幾分至180度大年夜范疇內選擇。在小步矩情形下，平日能夠實現超低速下高轉矩穩固的運行。本體系選擇由PLC操縱步進電機的遷移轉變實現的，步進電機選用混淆型的二相步進電機2HB57，2HB57系列步進電機輸出力矩0.39N.M-1.5N.M,步距角能夠經由過程步進驅動器上的撥碼開關進行設置，2HB57廣泛應用于數控機床、激光雕刻、電腦繡花、紡織、印刷、包裝機械、標記機、雕刻機、繞線機械、坐標測量儀器、三維工作臺、機械人、醫療設備、陶瓷機械等行業中。2HB57系列技巧數據參考如表3.3所示：表3.3技巧數據(Specifications)型號步距角保持轉距（Nm）額定電流(A)相電阻（歐）相電感(mH)電機重量(kg)2HB57-410.9°0.392.01.41.40.452HB57-510.723.01.650.90.652HB57-560.93.00.751.10.72HB57-761.353.01.01.61.03.步進驅動器的選擇（1）步進驅動器選擇MB450兩項混淆是步進電機驅動器，MB450采取直流18~50V供電，合適驅動電壓24~50V，電流小于4.2A的兩相混淆式步進電機，此驅動器采取交換伺服驅動器的電流環進行細分操縱，電機的轉矩波動專門小，低速運行專門安穩，幾乎沒有振動和噪音。其重要特點如下：1）平均電流操縱，兩項正弦電流驅動輸出。2）直流24~~50V供電。3）光電隔離旌旗燈號輸入/輸出。4）有過壓、欠壓。過流、相間短路愛護功能。5）十六檔細分和主動半流功能。6）八檔輸出相電流設置。7）具有脫機敕令輸入端子。8）電機的扭轉矩與它的轉速有關，而與電機每轉的步數無關。9）高啟動轉速。10)高速力矩大年夜。（2）操縱方法的選擇步進驅動器MB450上的撥碼開關SW4位可設置成兩種操縱方法：當設置成“OFF”時，為有半流功能。當設置成“ON”時，為無半流功能。（3）設置輸出相電流，為了驅動不合扭矩的步進電機，用戶能夠經由過程驅動器面板上的撥碼開關SW1、SW2、SW3為來設置驅動器的輸出相電流（有效值），單位A。具體如表3.4所示：表3.4MB450出相電流的設置輸出電流（A）SW1SW2SW3PEAKRMSONONON1.000.71OFFONON1.461.04ONOFFON1.911.36OFFOFFON2.371.69ONONOFF2.842.03OFFONOFF3.312.36ONOFFOFF3.762.69OFFOFFOFF4.203.00（4）設置電機每轉步數驅動器MB450A可將電機每轉的步數分別設置為400、800、1600、2000、3200、4000、5000、64000、8000、10000、12800、20000、25000、25600步，用戶能夠經由過程驅動器正面板上的撥碼開關的SW5、SW6、SW7、SW8為來設置驅動器的步數（如下表3.5所示）：表3.5步進驅動器步數設置SW5狀況OFFONOFFONOFFONOFFONSW6狀況ONOFFOFFONONOFFOFFONSW7狀況ONONONOFFOFFOFFOFFONSW8狀況ONONONONONONONOFF步數40080016003200640012800256001000SW5狀況ONOFFONOFFONOFFOFFSW6狀況OFFOFFONONOFFOFFONSW7狀況ONONOFFOFFOFFOFFONSW8狀況OFFOFFOFFOFFOFFOFFOFF步數40005000800010000200002500002000那個地點我們選用每轉400步，即設置SW5—SW8為0111,步距角為0.9°。步進驅動器的操縱方法選擇SW4為OFF，設置輸出相電流為SW1-SW3為110，輸出相電流為2.84A。4.氣缸的選擇引導活塞在個中進行直線來去活動的圓筒形金屬機件。工質在發念頭氣缸中經由過程膨脹將熱能轉化為機械能；氣體在緊縮機氣缸中接收活塞緊縮而進步壓力。渦輪機、扭轉活塞式發念優等的殼體平日也稱“氣缸”。氣缸的應用范疇：印刷（張力操縱）、半導體（點焊機、芯片研磨）、主動化操縱、機械人等等。英文名：Cylinder將緊縮空氣的壓力能轉換為機械能，驅念頭構作直線來去活動、擺動和扭轉活動。氣壓傳動中將緊縮氣體的壓力能轉換為機械能的氣動履行元件。氣缸有做來去直線活動的和做來去擺動的兩類。做來去直線活動的氣缸又可分為單感化、雙感化、膜片式和沖擊氣缸4種。②雙感化氣缸：從活塞兩側瓜代供氣，在一個或兩個偏向輸出力。③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個偏向輸出力，用彈簧復位。它的密封機能好，但行程短。在本體系頂用到氣缸的處所分別為機械手臂的上升和降低、機械手爪的抓緊放松，前者選擇的類型為雙感化氣缸，即從活塞的兩側瓜代供氣，在一個偏向上輸出力；后者主假如氣爪，它屬于但感化氣缸，立即氣缸的來去活動經連桿轉換為機械手爪的沿軸活動，以用來抓取工件，當通電停止時，重要靠彈簧來恢答復復興位。機械手上升和降低我們選擇TMAL-U25*500--FB，即金泰氣動液壓公司的復動型氣缸，后蓋情勢為平尾式，內徑為25mm，標準行程為500mm，不附帶磁石，固定情勢為后蓋固定，其內徑和行程比較表如下表3.6所示：表3.6內徑和行程比較內徑（mm）標準行程（mm）最大年夜行程（mm）許可行程（mm）16255075100125150175200250300500800202550751001251501752002503005008002525507510012515017520025030035040050080012003225507510012515017520025030035040050080012004025507510012515017520025030035040050012001500機械手抓取放松工件，我們選擇MTI-12*75—U，即單動引入型迷你氣缸，缸徑為12mm，行程為75mm，進氣情勢為徑向進氣型。5.電磁閥的選型因為在本體系中，氣缸的類型有兩種，第一種主假如為了知足機械手上升降低的操縱需求，即一個線圈通電，氣缸向一個偏向活動，當換另一個線圈通電時，氣缸相反偏向活動。第二種是電磁閥直截了當操縱氣缸活動，機械手抓緊工件，當線圈通電停止時，氣缸主動復位，機械手放下工件。因此，電磁閥的類型也有兩種。一種是兩位三通電磁閥，確實是一個進氣口，兩個出氣口，依照不合的電磁閥狀況將不合的出口開啟和封閉。關于這種我們選擇3V-22008DC24V，3V代表三方口電磁閥，2代表系列號為200系列，20代表雙線圈雙地位型式。08代表其接收口徑為PT1/4，DC24V表示其標準電壓為直流24V。它主假如用來操縱機械手的上升和降低。另一種是選擇單線圈雙地位電磁閥，3V-21008DC24，與上面的型號有部分差別，10代表此型號的電磁閥情勢為單線圈雙位電磁閥。依照它的功能不難看出，它主假如用來操縱機械手的抓緊放松工件的氣缸的。6.光電開關的選擇光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是應用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發射器上轉換為光旌旗燈號射出，接收器再依照接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。安防體系中常見的光電開關煙霧報警器，工業中經常用它來記數機械臂的活動次數。光電開關可分為對射型；漫反射型；鏡面反射型；槽式光電開關；光纖式光電開關。（1）對射型：由發射器和接收器構成，構造上是兩者互相分別的，在光束被中斷的情形下會產生一個開關旌旗燈號變更，典范的方法是位于同一軸線上的光電開關能夠互相分開達50米。特點：辨別不透亮的反光物體；有效距離大年夜，因為光束跨過感應距離的時刻僅一次；不易受干擾，能夠靠得住合適的應用在野外或者有塵土的情形中；裝配的消費高，兩個單位都必須敷設電纜。（2）漫反射型：是當開關發射光束時，目標產生漫反射，發射器和接收器構成單個的標準部件，當光電開關有足夠的組合光返回接收器時，開關狀況產生變更，感化距離的典范值一向到3米。特點：有效感化距離是由目標的反射才能決定，由目標別處性質和和色彩決定；較小的裝配開支，當開關由單個元件構成時，平日是能夠達到粗定位；采取背景克制功能調劑測量距離；對目標上的塵土敏銳和對目標變更了的反射機能敏銳。（3）鏡面反射型：由發射器和接收器構成的情形是一種標準設備，從發射器發出的光束在對面的反射鏡被反射，即返回接收器，當光束被中斷時會產生一個開關旌旗燈號的變更。光的經由過程時刻是兩倍的旌旗燈號連續時刻，有效感化距離從0.1米至20米。特點：辨別不透亮的物體；借助反射鏡部件，形成高的有效距離范疇；不易受干擾，能夠靠得住合適的應用在野外或者有塵土的情形中。（4）槽式：槽式光電開關平日是標準的U字型構造，其發射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成光電開關光軸，當被檢測物體經由U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產生了檢測到的開關量旌旗燈號。槽式光電開關比較安穩靠得住的合適檢測高速變更，辨論透亮與半透亮物體。（5）光纖式：光纖式光電開關采取塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，以實現被檢測物體不在鄰近區域的檢測。平日光纖傳感器分為對射式和漫反射式。本體系選擇對射型光電開關，分別將發射器和接收器安裝在A傳送帶的兩側，型號選擇為EE-SX772。其各類參數如下：操作模式：LIGHT-ON/DARK-ON（可用開關選擇）指導燈：輸出及電源：紅色LED，穩固操作：綠色LED輸出操縱：NPN或PNP:最高100mA（40V），殘剩電壓：最大年夜1V愛護電路：逆電流愛護，過電流愛護，過電壓電源：12至24VDC±10%消費電流：最大年夜35Ma防護等級：IP67情形光度：白熾燈：最大年夜5，000lux,日光：最大年夜20,000lux情形溫度：-20至+55℃，無凍結相對濕度：35至85%，無凝集外殼：玻璃纖維強化樹脂重量（含2m連接器電纜）：約50g7.行程開關的選擇行程開關，地位開關（又稱限位開關）的一種，是一種常用的小電流主令電器。應用臨盆機械活動部件的碰撞使其觸頭動作來實現接通或分斷操縱電路，達到必定的操縱目標。平日，這類開關被用來限制機械活動的地位或行程，使運念頭械按必定地位或行程主動停止、反向活動、變速活動或主動往返活動等。在電氣操縱體系中，地位開關的感化是實現次序操縱、定位操縱和地位狀況的檢測。用于操縱機械設備的行程及限位愛護。構造：由操作頭、觸點體系和外殼構成。本體系選擇行程開關的型號為LX23-322S，其額定電流為5A，動作行程為1～2.5mm3.2機械手操縱體系硬件的連接機械手操縱體系的硬件連接重要包含：PLC的外部硬件與PLCI/O的連接，各類履行機構的連接方法等。機械手操縱體系的硬件連接圖如下圖3.1所示：圖SEQ圖表\*ARABIC3.1機械手操縱體系硬件連接圖本體系由交換220V頻率50HZ電壓經開關電源進行24V供電，輸出分別驅動傳送帶A和B的直流電機，氣動電磁閥的線圈KV1、KV2和KV3，步進電機輸出占用四個數字量輸出口。4體系軟件設計4.1機械手操縱體系狀況流程圖1.本設計機械手操縱體系中關心繼電器的選擇及功能表如下表所示：表4.1關心繼電器的選擇及功能存放器地址功能注釋M0.0機械手在左邊標記機械手在左邊時該位一向為高電平內部斷電保持M0.1機械手有工件經歷機械手抓取工件后該地位位內部斷電保持M0.2機械手在右邊標記機械手在右邊時該位一向為高電平內部斷電保持M0.3機械手在扭轉經歷內部斷電保持M2.0啟動經歷按一下啟動按鈕，該地位位M2.1回原點啟動經歷按一下回原點按鈕，該地位位M2.2B傳送帶遷移轉變敕令經歷前提知足，該地位位M2.3上升敕令經歷前提知足，該地位位M2.4啟動計時敕令經歷前提知足，該地位位M2.5降低敕令經歷前提知足，該地位位M2.6機械手停止經歷前提知足，該地位位設置斷電保持位主假如對機械手的地位進行經歷，在斷電或非正常停止體系的情形下，體系再次啟動，斷電保持位數據不損掉，便利體系進行回原點操作。而西門子PLC許可客戶設置其斷電保持儲備區。2.機械手操縱體系運行狀況選擇流程圖如圖4.1所示：圖SEQ圖表\*ARABIC4.1機械手運行狀況選擇流程圖如圖所示，機械手在啟動前有兩種運行狀況，正常啟動狀況和回原點運行狀況。當機械手在啟動前在初始原位時，直截了當按動啟動按鈕I0.0，體系正常啟動；當體系啟動前不在初始原位，先按動回到初始原位按鈕I0.1，體系進入回到初始原位操作，當體系回到初始原位后，由上限位開關和左限位開關及CPU內部用于經歷抓取放松工件狀況的位存放器M0.1,合營觸發這種運行狀況停止，并回到初始原位狀況等待下一個敕令的到來。在正常狀況下，則體系也有兩種運行模式，主動運行狀況模式和手動運行狀況模式。在體系按下啟動按鈕I0.0后若開關I0.4處于ON狀況，則體系進入主動運行狀況；當開關I0.4處于OFF狀況，體系進入手動運行模式，在手動運行模式下，體系的運行對應的按鈕進行操縱。I0.2是體系停止按鈕，當I0.2按下時體系經歷其敕令狀況，在體系回到初始原位時，體系停止運行并回到初始狀況。3.回原點法度榜樣次序功能圖如下圖表4.2所示：圖4.2回原點法度榜樣狀況轉移圖在體系初始狀況時，體系可能因為某些緣故使得機械手不在初始原位，在這種情形下，須要先對體系進行回原位操作，然后才能正常啟動體系。在本體系設計中，將I0.1設置為回原位按鈕，按下回原位按鈕時，體系禁止啟著手動或主動運行模式，轉而履行回原位法度榜樣，如上圖所示，個中M0.0。M0.1、M0.2、M0.3設置具有斷電保持（1）當M0.1為高電日常平凡有三種情形：1）M0.0為高電日常平凡，確信機械手是抓取工件后左邊上升過程中，那個時刻，機械手要依次完成上升、右轉、降低、放松工件、上升、左轉這一個周期的工作并退出回原位的子法度榜樣。2）當M0.3狀況為1時，則說明機械手停在了體系抓取工件后向B帶轉移工件過程的右轉時期，機械手就會接踵的完成右轉、降低、放下工件、上升、左轉這一系列的過程，然后停在初始原位并退出法度榜樣。3）當M0.2狀況為高電日常平凡，說明機械手在右邊降低放取工件的過程中，那個時刻機械手連續依次完成降低。下班件于B傳送帶上、上升、左轉回到原點這一系列的過程然撤退撤退出回原點法度榜樣。（2）當M0.1為低電日常平凡也有三種情形：1）M0.0為高電日常平凡，體系在由原點降低去抓取工件的過程中，機械手只要履行一個上升敕令就能夠回到初始原位，然后主動退出回原點法度榜樣狀況。2)當M0.2為高電日常平凡，體系在右位放下工件后上升的動作過程中，這機會械手依次履行上升、左轉就可回到初始原位然撤退撤退出回原點法度榜樣的履行。3）當M0.3為高電日常平凡，機械手在放下工件后回原點過程的左轉時期，機械手履行左遷移轉變作后直截了當能夠回到初始原位，然后主動退出回原點子法度榜樣的履行。在上述過程中，B傳送帶會依照響應的過程來確信是否履行扭遷移轉變作。回原點法度榜樣以子法度榜樣的情勢履行，M2.1在I0.1按下一次后就置位，同時引導體系調用回原點子法度榜樣，當體系回到初始原位后，體系依照內部關心繼電器和外部行程開關的狀況來確信是否退出回原點子法度榜樣。本體系中是當M0.1為低電平、I1.2和I1.4為高電日常平凡體系由子法度榜樣返回主法度榜樣。4.主動運行法度榜樣次序功能圖如下圖4.3所示：主動運行法度榜樣的履行起首是體系在初始原位的情形下按動啟動按鈕，然后是將手動/主動切換開關I0.4閉合，體系進入主動運行模式。在主動運行模式啟動后，體系在初始原位等待直到A傳送帶上有工件的到來，光電開關檢測到工件的到來，將輸入映像存放器I1.6置位高電平，體系降低動作觸發，機械手降低，直到下限位行程開關被觸發，降低停止，同時置位抓取工件經歷M0.1并履行抓取動作，那個時刻內部計時器T32使能端置1，計時開端，2s后計不時刻到機械手上升觸發，當上升直到上限位行程開關被觸發時，上升停止，同時復位M0.0，置位M0.3，體系履行右遷移轉變作，右轉到位，右限位行程開關被觸發，體系將M0.3復位，置位M0.2，同時履行降低動作，下限位行程開關被觸發，降低停止，機械手復位M0.1并放松工件，準時器T32再次工作，計時2s時刻到，機械手上升，直到上限位行程開關被觸發，上升停止，體系復位M0.2，置位M0.3，體系履行左遷移轉變作，同時B傳送帶開端遷移轉變將工件移走，機械手左轉到位，完成一個動作周期，停在初始原位，等待下一個工件的到來。圖4.3主動運行次序功能圖5.手動運行法度榜樣次序功能圖如下圖4.4所示：體系正常啟動后會主動進入手動運行模式，即在開關I0.4未閉合體系是默認的手動運行模式，這時分別按住I0.5、I1.1、I0.6、I0.7、I0.5、I1.1、I0.6、I1.0履行機械手降低、抓取工件、上升、右轉、降低、放下工件、放下工件后上升和左遷移轉變作。A傳送帶和B傳送帶的遷移轉變和停止同主動運行法度榜樣雷同，即B傳送帶是在放下工件后機械手上升到右邊上限位后開端扭轉，回到初始地位后停止，A傳送帶的啟動在體系啟動后便一向開端，停止是在光電開關檢測到有工件位于指定地位后履行，直到工件被移走之后答復遷移轉變。圖4.3手動運行次序功能圖在上述各次序功能圖中沒有涉及急停按鈕，急停按鈕是在當體系產生故障時對體系的緊急泊車，當按一下急停按鈕I0.3時，所有正在履行的敕令都被禁止，體系停止運行，機械手停在當前狀況。上圖第一個M0.1是它被置位，第二個M0.1是復位前提。4.2機械手操縱體系法度榜樣的編寫開創S7-200系列PLC用戶法度榜樣須要一臺編程器，并將其和CPU模塊連接起來，編程器可因此專用編程器，也可因此裝有編程軟件的PC，后者更廣泛一些。，在輸入法度榜樣時，平日PC與CPU模塊是經由過程PC/PPI通信電纜連接起來的。西門子S7-200系列PLC應用的是STEP7-Micro/WIN系列的編程軟件。本次編程應用的編程軟件是STEP7-Micro/WIN系列V4.0版本，如下圖4.5所示：圖4.5STEP7-Micro/WIN系列V4.0版本其操作界面如圖4.6所示，各部分的重要功能簡介如下：（1）掃瞄條，掃瞄條顯示編輯特點的按鈕操縱群組。“視圖”按鈕操縱群中重要有法度榜樣塊、符號表、狀況圖、數據塊、體系塊、交叉引用及通信顯示等按鈕操縱。“對象”按鈕操縱群中重要有顯示指令領導。TD200領導、EM253操縱面板和調制解調器擴充領導等按鈕操縱。（2）指令樹，指令樹以樹形視圖的情勢為用戶列出所有項目對象和當前法度榜樣編輯器（LAD、FBD、或STU）所需的全部指令。經由過程用鼠標右鍵單擊指令樹中響應的文件夾能夠進行插入附加法度榜樣組織單位（POU）、設置暗碼愛護、打開/刪除/編輯POU屬性表，以及從新定名子法度榜樣及終端法度榜樣操作。（3）菜單欄，菜單欄許可應用鼠標或快捷履行操作。能夠定制“對象”菜單，在該菜單中增長本身的對象。（4）對象條，對象條為最常用的STEP7-Micro/WIN操作供給便利的鼠標存取，能夠定制每個對象條的內容和外不雅。（5）數據塊，數據塊許可用戶顯示和編輯數據塊內容。（6）狀況表，狀況圖窗口許可用戶將法度榜樣輸入、輸出或變量置入圖表中，以便追蹤其狀況。能夠建立多個狀況表，以便從法度榜樣的不合部分檢視組件。每個狀況圖在狀況表窗口中有本身的標記。（7）交叉引用，交叉引用許可用戶檢視法度榜樣的檢查引用和組件應用信息。（8）符號表，符號表窗口許可用戶分派和編輯全局符號（即能夠在任何POU中應用的符號值，不只是建立符號的POU）。能夠建立多個符號表，能夠在項目中增長一個S7-200體系符號定義表。（9）法度榜樣編輯窗口，法度榜樣編輯窗口包含用于該項目標編輯器（LAD、FBD或DTL）局部變量表、法度榜樣和視圖。假如須要，用戶能夠拖動瓜分條，擴充法度榜樣視圖，并覆蓋局部變量表。當用戶在主法度榜樣一節（OBI）之外建立子例行法度榜樣或終端例行法度榜樣時，標記涌現在法度榜樣編輯窗口的底部。可單擊該標記，在子法度榜樣，中斷和OBI之間移動。（10）狀況欄，當STEP7-Micro/WIN中操作時，狀況欄會供給操作狀況信息。（11）輸出窗口，當編輯法度榜樣或指令庫時，輸出窗口會供給信息，當輸出窗口列出法度榜樣缺點信息時，雙擊缺點信息，會在法度榜樣編輯窗口中顯示恰當的收集。（12）局部變量，局部變量表包含對局部變量所進行的賦值（即子例行法度榜樣和中斷例行法度榜樣應用的變量）。在局部變量表中建立的變量應用臨時內存。地址賦值由體系處理，變量的應用僅限于建立此變量的POU。STEP7-Micro/WIN的操作界面如圖4.6所示，其觸點、線圈和指令盒的指令如圖4.7所示：圖4.6STEP7-Micro/WIN-V4.0操作界面圖4.7STEP7-Micro/WIN操作指令在STEP7-Micro/WIN-V4.0上編寫法度榜樣之前，要起首設置PLC的CPU類型，STEP7-Micro/WIN-V4.0中有多種CPU類型可選，選擇方法為，打開STEP7-Micro/WIN-V4.0，在操作面板上的“PLC”下拉菜單中“類型”，來選擇本身所須要的CPU類型。完成法度榜樣今后，將編寫的法度榜樣儲存為“.mwp”格局，以備今后的查看，然后在操作面板上的“PLC”的下