自動(dòng)送料機(jī)械手設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要在工業(yè)化的機(jī)器手使用中特別是在制造機(jī)械制造行業(yè)中機(jī)器手的更新?lián)Q代，還有技術(shù)發(fā)展是很快的，而且人們也逐步的開(kāi)始頻繁的使用機(jī)械手之類(lèi)的輔助工具。在現(xiàn)階段人們運(yùn)用機(jī)械手，在一些碼頭的裝卸機(jī)床的裝卸，焊接和噴漆還有落錘壓力機(jī)比較多。這是一項(xiàng)能夠大幅度提高生產(chǎn)效率和降低人工成本，并且施工也發(fā)展到機(jī)械化自動(dòng)化程度的一個(gè)方法。機(jī)械手里面內(nèi)置的程序，然后人們?cè)谑褂玫倪^(guò)程中，他就會(huì)根據(jù)他的一些程序的反饋，并且是從外面接收到的一些數(shù)據(jù)，能夠按照既定目標(biāo)去實(shí)現(xiàn)他的一個(gè)操作。在本次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了自動(dòng)上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先對(duì)機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，包括機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析；其次對(duì)機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要包括PLC的選型、外部接線以及電氣控制原理；最后對(duì)系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)說(shuō)明，包括有自動(dòng)操作、手動(dòng)操作以及回原點(diǎn)操作。本機(jī)械手控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制器，實(shí)現(xiàn)了既定的功能，對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了控制，達(dá)到了本課題的設(shè)計(jì)目的。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC；I/O分配；系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u9699第1章引言 118621第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2202842.1總體方案分析 2292562.1.1機(jī)械手的組成 267782.1.2機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 238582.1.3機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù) 2179722.2機(jī)械手結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及軌跡分析 332632.2.1機(jī)械手結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 3136312.2.2機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡分析 4183102.3機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式 5114632.3.1鏈條傳動(dòng) 5108722.3.2各類(lèi)帶傳動(dòng) 5255992.3.3齒輪傳動(dòng) 6119792.3.4絲杠傳動(dòng) 6314102.4機(jī)械手方案設(shè)計(jì) 668622.4.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6217512.4.2傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 695212.5總體控制方案設(shè)計(jì) 73536第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 919823.1PLC的簡(jiǎn)介 9326423.2輸入/輸出信號(hào) 994073.3PLC的選型 1161133.4I/O地址分配 11155163.5PLC外部接線 1381803.6電氣控制原理 1323938第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 1565394.1公用程序設(shè)計(jì) 15176704.2自動(dòng)操作程序設(shè)計(jì) 16109494.3手動(dòng)單步操作程序設(shè)計(jì) 25276854.4回原位程序設(shè)計(jì) 293742第5章系統(tǒng)調(diào)試 34307435.1工程的建立與變量的定義 34314745.1.1工程的建立 34242585.1.2變量的分配 34121885.1.3變量定義的步驟 35173725.2機(jī)械手的動(dòng)畫(huà)連接 36162885.3系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果 3931736第6章設(shè)計(jì)總結(jié) 4027769參考文獻(xiàn) 41第1章引言在現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中焊接用機(jī)械手臂得到了廣泛的運(yùn)用，機(jī)械手臂是工業(yè)發(fā)展積累的成果。是目前市場(chǎng)上被廣大企業(yè)所認(rèn)可并使用的先進(jìn)技術(shù)。在發(fā)展過(guò)程中不斷積累，前進(jìn)，隨著時(shí)間的累計(jì)工業(yè)上的積極使用自動(dòng)化已經(jīng)是各行各業(yè)必不可少的重要部分，變成了工廠流水線上很重要的一部分。機(jī)械手在實(shí)際工作中大部體現(xiàn)在焊接，組裝，搬運(yùn)，加工和其他地方。因?yàn)楣I(yè)發(fā)展自然而成的惡劣環(huán)境，高低溫，空氣中彌漫的刺激有毒氣體，工作中產(chǎn)生的高度輻射，這些都對(duì)工人身體帶來(lái)嚴(yán)重的損傷。而機(jī)械手臂自動(dòng)化的出現(xiàn)代替了工人近距離接觸這些惡劣因素，展現(xiàn)出來(lái)了其強(qiáng)大的用途。對(duì)于企業(yè)，減少了工人數(shù)量，從某些方面減輕了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，對(duì)于工人，不用親身接觸只需要通過(guò)終端控制機(jī)械手臂代替自己完成一系列操作，保護(hù)了自身身體健康，也防止了現(xiàn)場(chǎng)工作因?yàn)橥话l(fā)情況導(dǎo)致自身面臨生命安全的問(wèn)題[1]。機(jī)械手臂在各個(gè)方面的優(yōu)異表現(xiàn)在發(fā)展中被認(rèn)同，積極地推動(dòng)了工業(yè)化的發(fā)展，因此不管是在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外都得到了大力發(fā)展。PLC（可編程序控制器）曾今人們常常叫它可以編程的邏輯控制器，它邏輯運(yùn)動(dòng)的完成是依靠繼電器來(lái)完成的，隨著不斷發(fā)展技術(shù)，該設(shè)備的作用已經(jīng)比邏輯控制的能力更加完善了，因此，到今天為止該設(shè)備叫可編程控制器[2]。可編程控制器是工作中通過(guò)數(shù)字運(yùn)算完成工作要求的高科技產(chǎn)品。依靠存儲(chǔ)器完成程序的編寫(xiě)，可以進(jìn)行可執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)算和算術(shù)等一系列的操作，將產(chǎn)生的信號(hào)指令進(jìn)行記憶，方式有數(shù)字輸入和輸出或模擬輸入，來(lái)精準(zhǔn)控制機(jī)械動(dòng)作過(guò)程。PLC和它系統(tǒng)工作的其他設(shè)備都能夠和控制系統(tǒng)組成一個(gè)整體進(jìn)行工作，為了更方便的發(fā)揮其功能設(shè)計(jì)出來(lái)的。在如今的現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展中機(jī)械手臂得到了很好的發(fā)展使生產(chǎn)資本在很多方面有了很好的優(yōu)化，而且機(jī)械手臂在發(fā)展過(guò)程中展現(xiàn)出來(lái)很多特有的有點(diǎn)：有很好的兼容性、比較廣泛的實(shí)用性、硬件的配套齊全、有可能在較短時(shí)間內(nèi)掌握的編程方法，因此PLC在現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用得到了普及，從而機(jī)械手臂在很多重復(fù)運(yùn)動(dòng)的流水線上被廣泛使用。所以我的本次設(shè)計(jì)主要是從控制方面分析機(jī)械手臂的運(yùn)用。第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1總體方案分析2.1.1機(jī)械手的組成圖2-1組成框架圖機(jī)械手通常由控制系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)（操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）和檢測(cè)系統(tǒng)組成。（1）執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是在運(yùn)營(yíng)商中工作的要素。（2）傳輸系統(tǒng)：系統(tǒng)傳輸，規(guī)則，機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳輸。（3）控制系統(tǒng)：控制和啟動(dòng)管理計(jì)劃和推出預(yù)期和執(zhí)行方案。（4）檢測(cè)系統(tǒng)：用于檢測(cè)系統(tǒng)或反饋的系統(tǒng)狀態(tài)，例如系統(tǒng)反饋，警告反饋等。2.1.2機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析機(jī)械手的設(shè)計(jì)限于結(jié)構(gòu)部分，即機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。機(jī)械部分主要分為驅(qū)動(dòng)部分和執(zhí)行系統(tǒng)。（1）執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)是機(jī)器人執(zhí)行動(dòng)作所需的一組元素，包括框架、手臂、手腕等。（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)這是一種用于驅(qū)動(dòng)振蕩器實(shí)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的輸出系統(tǒng)，包括機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。2.1.3機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)通用自動(dòng)裝卸機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，首先揭示了以下參數(shù)，并根據(jù)該表進(jìn)行了后續(xù)設(shè)計(jì)。表2-1機(jī)械手設(shè)計(jì)參數(shù)表下臂回轉(zhuǎn)（°）腰座升降（mm）上臂伸縮（mm）手旋轉(zhuǎn)（°）夾持重量（kg）90/-902007003603整機(jī)重量（kg）重復(fù)精度（mm）整機(jī)尺寸（mm）150±0.21500*1500*300表中的參數(shù)基于初始狀態(tài)，值為正順時(shí)針和負(fù)逆時(shí)針。2.2機(jī)械手結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及軌跡分析2.2.1機(jī)械手結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析機(jī)械手的機(jī)構(gòu)由五個(gè)連接和五個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成。所有的連桿包含腰部、手臂、手腕和爪子。假設(shè)腰是一個(gè)環(huán)節(jié)，大臂和小臂連接兩個(gè)和三個(gè)，手腕連接四個(gè)，手爪連接五個(gè)環(huán)節(jié)并不重要。假設(shè)為0連桿，關(guān)節(jié)2、關(guān)節(jié)3和關(guān)節(jié)4可以使機(jī)器人的工作空間變得靈活。將一個(gè)環(huán)連接到支架0上，將兩個(gè)環(huán)連接到連桿3上，將兩個(gè)連桿連接到兩個(gè)環(huán)上，將四環(huán)連接到三環(huán)上，將五環(huán)連接到四環(huán)上。機(jī)械手的初始位置如圖2-2所示。圖2-2機(jī)械手的初位圖如圖2-3所示：每個(gè)坐標(biāo)都安裝在機(jī)械手上。如圖2-3所示，用各連桿固定。圖2-3與各連桿連接空間坐標(biāo)系圖2-3中，θ為繞Zi旋轉(zhuǎn)時(shí)從Xi到Xi-1測(cè)量的角度，d2、a2、a3為旋轉(zhuǎn)中心。2、3連桿的長(zhǎng)度、關(guān)節(jié)變量及參數(shù)如表2-2所示。表2-2機(jī)械手連桿參數(shù)和關(guān)節(jié)變量表2-2：ai-1沿xi-1方向測(cè)量zi-1到zi的距離單位為mm；ai-1繞xi-1軸旋轉(zhuǎn)zi-1到zi角度單位為度；Di-1沿zi方向測(cè)量xi-1到xi距離單位為mm；θi圍繞軸線旋轉(zhuǎn)xi-1到xi的角度的單位是度。關(guān)節(jié)1、2、3主要用于確定末端執(zhí)行器在房間內(nèi)的位置。關(guān)節(jié)4和5形成腕部機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)末端執(zhí)行器的確定。2.2.2機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡分析在完成操作前，機(jī)械手應(yīng)了解設(shè)備的實(shí)際操作情況，如避開(kāi)障礙物。根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)械手的操作過(guò)程和軌跡進(jìn)行了評(píng)價(jià)。根據(jù)工業(yè)機(jī)械手的操作方式，可以分為虛線機(jī)械手、路徑機(jī)械手和5R聯(lián)合機(jī)械手[6]。由于運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2小時(shí)，有必要描述機(jī)械手在根執(zhí)行時(shí)的起始位置、目標(biāo)位置和姿態(tài)。本設(shè)計(jì)采用笛卡爾坐標(biāo)系確定機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡，將直角坐標(biāo)系由通常的空間變換為各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)序列，并以此曲線繪制出空間內(nèi)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)曲線。這個(gè)過(guò)程中需要保證機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，其工作路徑如圖2-4所示。圖2-4搬運(yùn)空間作業(yè)路徑圖2.3機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式常見(jiàn)的傳動(dòng)方式有鏈條傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、齒輪箱齒輪傳動(dòng)和螺桿傳動(dòng)。2.3.1鏈條傳動(dòng)鏈條長(zhǎng)度可自行選擇，軸距不準(zhǔn)確。由于鏈與鏈之間的差距，傳輸過(guò)程是非常不準(zhǔn)確的，尤其是在傳播方向的變化，將會(huì)有一定的延遲，但成本較低，安裝精度低，這是一個(gè)非常快速的解決方案。跳轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器不需要很高的精度，在高性能的加卸載環(huán)境和振動(dòng)環(huán)境中，鏈傳動(dòng)也是最連續(xù)穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)方式。圖2-5鏈傳動(dòng)2.3.2各類(lèi)帶傳動(dòng)皮帶傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于高速、高直徑、低噪音等領(lǐng)域。它通常用于大型發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)不同的機(jī)械機(jī)構(gòu)。它需要帶摩擦來(lái)移動(dòng)，平帶將能量從一個(gè)輪子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)輪子上，因?yàn)樾枰淮蜷_(kāi)，需要有張力裝置。這種附著過(guò)程對(duì)軸承有很大的負(fù)荷。雖然轉(zhuǎn)速不能同時(shí)使用，但也可以在短時(shí)間、常載情況下使用。圖2-6帶傳動(dòng)2.3.3齒輪傳動(dòng)齒輪箱具有齒輪、軸、軸承、潤(rùn)滑油等固體零件，齒輪箱必須由精確的設(shè)計(jì)元件組成。一般的方法是組合齒輪、流星齒輪，渦輪蝸桿。變速箱的擴(kuò)展包括支持和裂縫的傳輸，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng)，如渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)。2.3.4絲杠傳動(dòng)絲杠傳動(dòng)可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)廣泛應(yīng)用于伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)正確的固定運(yùn)動(dòng)，缺點(diǎn)是長(zhǎng)距離傳動(dòng)時(shí)不變形，難以配合。2.4機(jī)械手方案設(shè)計(jì)2.4.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械手的實(shí)際移動(dòng)要求，為了自動(dòng)上料，必須設(shè)計(jì)四自由度，保證所有動(dòng)作。經(jīng)實(shí)踐觀察，根據(jù)自己的調(diào)查結(jié)果，初步設(shè)計(jì)圖如下。1—底座；2—腰座；3—旋轉(zhuǎn)體；4—上臂；5—滑臺(tái)；6—上臂；7-手圖2-7機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.4.2傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)完成機(jī)械安裝的方式有多種，包括液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但空間緊湊，所以使用小型機(jī)械結(jié)構(gòu)非常方便，使動(dòng)力由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供。（1）腰座升降運(yùn)動(dòng)腰座的提升運(yùn)動(dòng)應(yīng)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。本文通過(guò)螺母的結(jié)構(gòu)分析了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的形狀。（2）下臂的旋轉(zhuǎn)上臂的旋轉(zhuǎn)可由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。為了節(jié)省空間，對(duì)齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)齒輪部件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。（3）上臂的伸縮上臂伸距離長(zhǎng)，不適合螺桿結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)采用同步帶和線性滑動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)，保證傳動(dòng)程度。（4）手結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)沖壓用于吸收沖壓件時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而不是預(yù)期角度的位置。由于上臂較長(zhǎng)，不能齒輪傳動(dòng)，手結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)采用同步帶完成。2.5總體控制方案設(shè)計(jì)如圖2-8所示，該系統(tǒng)使用PLC作為主要控制單元，是系統(tǒng)的核心。可編程序控制器的可擴(kuò)展I/O端口模塊可以接收來(lái)自各種檢測(cè)開(kāi)關(guān)的信號(hào)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控某些開(kāi)關(guān)和某些傳感器的狀態(tài)。觸摸屏可以為上位機(jī)設(shè)置、修改和記錄整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。各部分的傳感器獲取機(jī)械手的內(nèi)部和外部信息。例如，位置傳感器可以檢測(cè)機(jī)械手的實(shí)時(shí)狀態(tài)，檢測(cè)某些位置開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)，即監(jiān)測(cè)機(jī)械手的所有動(dòng)作是否都在正確的位置，如圖2-9所示[7]。圖2-8機(jī)械手控制系統(tǒng)整體架構(gòu)圖圖2-9機(jī)械手控制系統(tǒng)示意圖其工作流程：觸摸屏“啟動(dòng)”按鈕，組合關(guān)閉紅燈，組合閃爍綠燈，系統(tǒng)檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否在原點(diǎn)位置，原點(diǎn)位置是否滿足執(zhí)行步驟[8]。傳送帶正在運(yùn)轉(zhuǎn)，觸摸屏顯示傳送帶的速度。將托盤(pán)上的物料推至料倉(cāng)出口處的物料測(cè)試位置。所述材料檢測(cè)傳感器檢測(cè)是否有材料，是否有材料檢測(cè)實(shí)施步驟，所述機(jī)械手移動(dòng)材料。該機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)順序如下：伸縮機(jī)械手伸向前限，垂直機(jī)械手下降到下限，手指抓取物料，垂直機(jī)械手上升到上限，伸縮機(jī)械手收回到后限，旋轉(zhuǎn)機(jī)械手右轉(zhuǎn)到右限，伸縮機(jī)械手伸向前限，垂直機(jī)械手下降到下限，氣動(dòng)機(jī)械手釋放物料。執(zhí)行步驟。氣動(dòng)手指釋放物料后，物料出料口處的物料檢測(cè)傳感器檢測(cè)是否有物料，機(jī)械手回到原位，等待物料被抓取。返回順序?yàn)椋捍怪睓C(jī)械手上升到上限，伸縮機(jī)械手回到后限，旋轉(zhuǎn)機(jī)械手左轉(zhuǎn)到左限。如果處理中的物料沒(méi)有分類(lèi)，即使在筒倉(cāng)出口處檢測(cè)到物料，機(jī)械手也不會(huì)移動(dòng)。若落料口檢測(cè)傳感器檢測(cè)有料，則執(zhí)行步驟；若落料口檢測(cè)傳感器檢測(cè)無(wú)料，機(jī)械手處于原點(diǎn)位置等待，傳送帶停止運(yùn)行。此時(shí)若傳感器檢測(cè)有料，則皮帶運(yùn)行，將物料送入分揀。執(zhí)行步驟E。材料分選。當(dāng)輸送帶運(yùn)行時(shí)，傳感器可以根據(jù)物料的顏色和性質(zhì)來(lái)識(shí)別物料。PLC控制的電磁閥使氣缸移動(dòng)分揀物料。如果所述金屬傳感器檢測(cè)到所述材料為金屬，則所述1棒圓柱移動(dòng)以將所述材料推入所述存儲(chǔ)裝置。如果光傳感器檢測(cè)到的材料i是一個(gè)白色塑料工件，則桿2滾筒移動(dòng)；如果光傳感器檢測(cè)到的材料ii是一個(gè)黑色塑料工件，則桿3滾筒移動(dòng)。觸摸屏顯示工藝品的總數(shù)和每種工藝品的數(shù)量。將不同的工件推入相應(yīng)的材料存儲(chǔ)裝置后，系統(tǒng)回到步驟。第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1PLC的簡(jiǎn)介上世紀(jì)60年代，可編程邏輯控制器橫空出世，開(kāi)始逐步替代傳統(tǒng)體系下的繼電器控制器。步入二十一世紀(jì)之后，PLC更是得到持續(xù)進(jìn)步，SPS范圍亦是逐步拓寬。現(xiàn)如今正式進(jìn)入數(shù)字時(shí)代，不同行業(yè)均開(kāi)始尋求自動(dòng)化發(fā)展的契機(jī)與可能。PLC憑借其在開(kāi)關(guān)控制以及邏輯控制領(lǐng)域的突出優(yōu)勢(shì)，開(kāi)始展現(xiàn)出其在現(xiàn)代工業(yè)范疇的重要影響力。汽車(chē)行業(yè)拓展過(guò)程中，PLC隨之生產(chǎn)。縱觀汽車(chē)行業(yè)發(fā)展初期，其嘗試自動(dòng)化之時(shí)，往往會(huì)借助繼電器滿足控制需求。然而繼電器其亦會(huì)存在諸多不足，最顯著地缺陷重要包括兩類(lèi)[9]：其一，繼電器控制具備繁冗性與復(fù)雜性，一旦發(fā)生故障，無(wú)論是檢測(cè)還是修理均會(huì)牽涉大量精力，后續(xù)維護(hù)同樣不容樂(lè)觀。其二，其效率同樣難堪理想，現(xiàn)如今汽車(chē)制造業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化發(fā)展，然而面對(duì)汽車(chē)技術(shù)持續(xù)增進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)，關(guān)鍵的控制器技術(shù)發(fā)展卻是有所遲滯，難以契合汽車(chē)行業(yè)實(shí)際需求，這些都使得PLC技術(shù)的持續(xù)發(fā)展成為歷史必然。迄今為止，我國(guó)在工業(yè)化自動(dòng)化進(jìn)程方面砥礪奮進(jìn)，歷經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間的研究與努力，亦是取得了深受褒獎(jiǎng)的系列成就。其中控制系統(tǒng)逐步滲透至生活范疇，應(yīng)用范圍亦是得到顯著拓展。控制系統(tǒng)之所以深受各行業(yè)認(rèn)可，其關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于計(jì)算速率極其超前，同時(shí)體積優(yōu)勢(shì)性顯著，相較于初期控制器，PLC在功能方面亦是頗具豐富性與健全性，其中借助網(wǎng)絡(luò)基體展開(kāi)相應(yīng)交互更是效果拔群。我國(guó)在PLC研究方面雖然在起步時(shí)間方面落于西方國(guó)家之后，然而其追趕速度極其迅捷，發(fā)函成效亦是可喜可賀。可以說(shuō)PLC憑借其功能的豐富性與有效性，已然成為我國(guó)智能化發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)，同時(shí)其亦是該領(lǐng)域主流技術(shù)所在。PLC在諸多控制系統(tǒng)中具備著非常突出的可靠性，同時(shí)其在誕生之后一直基于實(shí)踐進(jìn)行自我優(yōu)化與改進(jìn)，因此其普適性亦是得到長(zhǎng)足進(jìn)步。現(xiàn)如今PLC編程其在設(shè)計(jì)周期方面具備顯著優(yōu)勢(shì)，再者后續(xù)檢測(cè)與維護(hù)亦是更具簡(jiǎn)潔性。除此之外，各類(lèi)功能模塊接連出現(xiàn)，均使得PLC控制面板得到明顯豐富，應(yīng)對(duì)各類(lèi)控制要求時(shí)能夠取得優(yōu)質(zhì)表現(xiàn)。3.2輸入/輸出信號(hào)本控制系統(tǒng)有13個(gè)輸入開(kāi)關(guān)量，分別為：系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕1個(gè)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)；系統(tǒng)停止按鈕1個(gè)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的停止；選擇按鈕1個(gè)負(fù)責(zé)機(jī)械手自動(dòng)控制和檢測(cè)的切換；機(jī)械手的啟動(dòng)按鈕1個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)時(shí)機(jī)械手的啟動(dòng)；機(jī)械手的停止按鈕1個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)時(shí)機(jī)械手的停止；物品檢測(cè)開(kāi)關(guān)1個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)工作臺(tái)上是否有物品；下降限位開(kāi)關(guān)1個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)械手到達(dá)最低位置；夾放檢測(cè)開(kāi)關(guān)1個(gè)負(fù)責(zé)機(jī)械手夾放物品的檢測(cè)；上升限位開(kāi)關(guān)1個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)械手到達(dá)最高位置；右旋限位開(kāi)關(guān)1個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)械手是否右旋轉(zhuǎn)180°；左旋限位開(kāi)關(guān)1個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)械手是否左旋轉(zhuǎn)180°；建立輸入信號(hào)名稱(chēng)與電氣符號(hào)表3-1。表3-1輸入信號(hào)名稱(chēng)與電氣符號(hào)表序號(hào)名稱(chēng)電氣符號(hào)1總啟動(dòng)按鈕SB12總停止按鈕SB23自動(dòng)/手動(dòng)選擇按鈕SB34機(jī)械手啟動(dòng)按鈕SB45機(jī)械手停止按鈕SB56工作臺(tái)A物品檢測(cè)開(kāi)關(guān)SQ17工作臺(tái)B物品檢測(cè)開(kāi)關(guān)SQ28工作臺(tái)C物品檢測(cè)開(kāi)關(guān)SQ39機(jī)械手下降限位開(kāi)關(guān)SQ410機(jī)械手夾緊檢測(cè)開(kāi)關(guān)SQ511機(jī)械手上升限位開(kāi)關(guān)SQ612機(jī)械手左旋限位開(kāi)關(guān)SQ713機(jī)械手右旋限位開(kāi)關(guān)SQ8本控制系統(tǒng)由5個(gè)輸出電磁閥，分別為：機(jī)械手下降電磁閥負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的下降；機(jī)械手夾放電磁閥負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手夾放物品；機(jī)械手上升電磁閥負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的上升；機(jī)械手右旋電磁閥負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的右旋；機(jī)械手左旋電磁閥負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的左旋。建立輸出信號(hào)名稱(chēng)與電氣符號(hào)表3-2。表3-2輸出信號(hào)名稱(chēng)與電氣符號(hào)表序號(hào)名稱(chēng)電氣符號(hào)1機(jī)械手下降電磁閥YV12機(jī)械手夾放電磁閥YV23機(jī)械手上升電磁閥YV34機(jī)械手左旋電磁閥YV45機(jī)械手右旋電磁閥YV53.3PLC的選型PLC型號(hào)具備顯著地多樣性特征，針對(duì)其展開(kāi)相應(yīng)設(shè)計(jì)，并將其落實(shí)于實(shí)踐之中時(shí)，如何找到最具契合度的任務(wù)，完成相對(duì)應(yīng)的選擇，往往具備著極其關(guān)鍵的重要意義。想要保障PLC選型更具科學(xué)性，可以嘗試基于如下角度展開(kāi)：首先，對(duì)于進(jìn)入點(diǎn)以及退出點(diǎn)各自數(shù)量加以明確，再次以三菱FX系列PLC為代表加以闡釋?zhuān)狠斎胍约拜敵鳇c(diǎn)包括10點(diǎn)，14點(diǎn)，20點(diǎn)，30點(diǎn)，32點(diǎn)，64點(diǎn)等。對(duì)于PLC進(jìn)行天挑選時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)于輸入點(diǎn)控制器以及輸出點(diǎn)控制器進(jìn)行明確，確認(rèn)點(diǎn)數(shù)情況，再者必須預(yù)留10%接觸總數(shù)，將其視為準(zhǔn)備點(diǎn)。其次，確保電源類(lèi)型具備契合性與有效性，保障其契合設(shè)計(jì)具體需求。再次，對(duì)于輸出信號(hào)性質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)明確。當(dāng)前PLC輸出類(lèi)型又可涵蓋三類(lèi)，分別為繼電器、晶體管以及晶閘管。繼電器輸出模式特點(diǎn)在于輸出頻率往往保持較高態(tài)勢(shì)，同樣其亦是具備一定的普遍性。縱觀常見(jiàn)系統(tǒng)范疇，其往往在給定輸出信號(hào)有著良好應(yīng)用效果。晶閘管輸出模式相較于信號(hào)輸出而言，往往在快速信號(hào)變化方面更具突出性，不過(guò)其輸出功率以及支撐功率則是往往處于較低范疇。整體而言，針對(duì)PLC種類(lèi)加以選擇時(shí)，必須立足于實(shí)際需求，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行更具整體性與豐富性的層層對(duì)比與精心挑選，找到最具契合度的PLC。基于此本文選擇三菱FX1N-60MRPLC。其具有以下特點(diǎn)：價(jià)格成本低，性能指數(shù)高，運(yùn)行速度快，整體體積小等。用戶(hù)可以根據(jù)自身需求在基本單元增加拓展模板，再進(jìn)行靈活組合輸入和輸出。其中程序所包含的數(shù)據(jù)庫(kù)容量為一個(gè)內(nèi)置8000步ram可以供使用的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)箱,其中最大容量可以擴(kuò)展到16k步，在各種應(yīng)用命令中包含多個(gè)類(lèi)型的簡(jiǎn)易命令。3.4I/O地址分配機(jī)械手的設(shè)計(jì)，需要始終圍繞個(gè)體需求與自我表達(dá)展開(kāi)，能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)控制與自動(dòng)控制的有序展開(kāi)，同時(shí)亦可能清晰明了的闡釋系統(tǒng)當(dāng)前行動(dòng)情況。系統(tǒng)控制面板具體情況可以參見(jiàn)圖3-1。利用旋鈕，能夠有效操控機(jī)械手手動(dòng)或自動(dòng)。若設(shè)置為手動(dòng)，此時(shí)機(jī)械手各步驟需要通過(guò)不同按鈕完成，若設(shè)置為自動(dòng)，則無(wú)需人工操作即可完成連續(xù)循環(huán)，確保各步驟順利完成。若將其調(diào)至原點(diǎn)，此時(shí)機(jī)械手則會(huì)自動(dòng)回歸待機(jī)狀態(tài)。上升回原位停止啟動(dòng)底盤(pán)順轉(zhuǎn)手順轉(zhuǎn)夾緊下降前進(jìn)后退放松底盤(pán)反轉(zhuǎn)手反轉(zhuǎn)手動(dòng)自動(dòng)回原位上升回原位停止啟動(dòng)底盤(pán)順轉(zhuǎn)手順轉(zhuǎn)夾緊下降前進(jìn)后退放松底盤(pán)反轉(zhuǎn)手反轉(zhuǎn)手動(dòng)自動(dòng)回原位圖3-1控制面板圖據(jù)此設(shè)計(jì)的機(jī)械手PLC輸入、輸出分配如表3-3所示。表3-3I/O分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)手動(dòng)SAX0上升/下降步進(jìn)電機(jī)YA0Y0回原位SAX1YA1Y1連續(xù)SAX2YA2Y2回原位SB1X3前進(jìn)/后退步進(jìn)電機(jī)YA3Y3啟動(dòng)SB2X4YA4Y4停止SB3X5YA5Y5下降SB4X6夾緊YA6Y6上升SB5X7手順轉(zhuǎn)YA7Y7夾緊SB6X10手逆轉(zhuǎn)YA8Y10松開(kāi)SB7X11底盤(pán)順轉(zhuǎn)YA9Y11手順轉(zhuǎn)SB8X12底盤(pán)逆轉(zhuǎn)YA10Y12手逆轉(zhuǎn)SB9X13底盤(pán)順轉(zhuǎn)SB10X14底盤(pán)逆轉(zhuǎn)SB11X15下限位SQ1X16上限位SQ2X17前限位SQ3X20后限位SQ4X21底盤(pán)順限位SQ5X22底盤(pán)逆限位SQ6X23手順限位SQ7X24手逆限位SQ8X25底旋轉(zhuǎn)脈沖X26前行SB12X30后退SB13X313.5PLC外部接線PLC外部接線示意圖如圖3-2所示圖3-2PLC外部電氣接線3.6電氣控制原理機(jī)械手下降電磁閥連接KA1；機(jī)械手夾放電磁閥連接KA2；機(jī)械手上升電磁閥連接KA3；機(jī)械手左旋電磁閥連接KA4；機(jī)械手右旋電磁閥連接KA5。電氣連接圖如圖3-3所示。整個(gè)電氣原理圖如3-4所示。圖3-3電氣連接圖圖3-4電氣原理圖第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)機(jī)械手涵蓋四大構(gòu)成，依次為公用程序、手動(dòng)程序、自動(dòng)程序以及回原位程序，其具體架構(gòu)配置參見(jiàn)圖4-1。其中自動(dòng)程序即依據(jù)相對(duì)一致的順序，進(jìn)而組織一步運(yùn)動(dòng)程序以及無(wú)限運(yùn)動(dòng)程序。設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要利用條件分支指令CJ，進(jìn)而跳轉(zhuǎn)程序，同時(shí)基于指針標(biāo)簽PX進(jìn)行后續(xù)程序的執(zhí)行，其能夠有效解決執(zhí)行時(shí)間臃腫等問(wèn)題。PLC接收“手動(dòng)”模式，PLC執(zhí)行公用程序，可以有效激活跳轉(zhuǎn)指令，隨后跳至“手動(dòng)程序”并予以執(zhí)行[10]。PLC進(jìn)行“自動(dòng)”操作模式操作過(guò)程中。PLC則會(huì)基于公用程序進(jìn)行相應(yīng)執(zhí)行。圖4-1程序結(jié)構(gòu)圖4.1公用程序設(shè)計(jì)公用程序參見(jiàn)圖4-2。ZRST屬于具備完整性的復(fù)位命令，其能夠完成對(duì)于全體繼電器的復(fù)位。圖4-2公用程序梯形圖4.2自動(dòng)操作程序設(shè)計(jì)運(yùn)行狀態(tài)S1的時(shí)候，我們可以先將在初始位置的機(jī)械手按一下他的X4鍵啟動(dòng)。然后他的狀態(tài)就會(huì)變成S2在這個(gè)時(shí)間S1就會(huì)達(dá)到一個(gè)復(fù)位的狀態(tài)，然后我們可以旋轉(zhuǎn)Y7和X24這個(gè)時(shí)候狀態(tài)就會(huì)變成S3然后我們可以發(fā)現(xiàn)他們就完成了一個(gè)叫做Y2和X16的動(dòng)作。然后我們可以發(fā)現(xiàn)狀態(tài)會(huì)從S4發(fā)生變化，這樣的話，Y6將會(huì)有1秒鐘的時(shí)間來(lái)去提升，然后我們將T0接通動(dòng)作會(huì)上升到為零，然后跳轉(zhuǎn)到S5，使終止動(dòng)作上升到Y(jié)0并上升到極限并打開(kāi)X17；在這個(gè)時(shí)候，就跳到S6，便于退出至Y4動(dòng)作；撤退至極限階段，狀態(tài)至S9，進(jìn)而便于執(zhí)行關(guān)閉操作。在此之后，限制下降至極限時(shí)X16打開(kāi)，電磁關(guān)閉，共享中止。電磁力消失需要充沛的延遲時(shí)間。后1秒延遲打開(kāi)T1，狀態(tài)進(jìn)入S13，并開(kāi)始所述回縮動(dòng)作結(jié)束。退回到極限后，X21打開(kāi)然后跳到S14。打開(kāi)X21以完成底盤(pán)順轉(zhuǎn)并返回初始狀態(tài)以準(zhǔn)備第二個(gè)循環(huán)。圖4-3自動(dòng)的功能流程圖針對(duì)自動(dòng)操作程序進(jìn)行的相應(yīng)解釋?zhuān)梢詤⒁?jiàn)圖4-4。圖4-4自動(dòng)操作程序梯形圖4.3手動(dòng)單步操作程序設(shè)計(jì)執(zhí)行手動(dòng)操作過(guò)程中，下鍵動(dòng)作進(jìn)行之后，機(jī)械手則會(huì)依舊按鍵執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。具體流程圖情況可以參見(jiàn)圖4-5。圖4-5手動(dòng)操作程序梯形圖4.4回原位程序設(shè)計(jì)返回主要位置：系統(tǒng)即將返回主頁(yè)時(shí)，按X3進(jìn)而打開(kāi)M3。機(jī)械手獲得釋放進(jìn)而逐步上升。X17至極限時(shí)打開(kāi)，機(jī)械手執(zhí)行步驟。執(zhí)行向后操作起到反向限制效果。X21打開(kāi)，此時(shí)機(jī)械手操作停止，同時(shí)對(duì)于M3進(jìn)行重置。主過(guò)程可以參考圖4-6。圖4-6回原位操作程序第5章系統(tǒng)調(diào)試第5章系統(tǒng)調(diào)試5.1工程的建立與變量的定義5.1.1工程的建立首先雙擊桌面MCGS組態(tài)環(huán)境圖標(biāo)，進(jìn)入組態(tài)環(huán)境，屏幕中間窗口為工作臺(tái)。單擊文件菜單中“新建工程”選項(xiàng)，自動(dòng)生成新建工程，默認(rèn)的工程名為：“新建工程0.MCG”。選擇文件菜單中的“工程另存為”菜單項(xiàng)，彈出文件保存窗口。在文件名一欄內(nèi)輸入“畢業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械手”，點(diǎn)擊“保存”按鈕，工程創(chuàng)建完畢。如圖5.1所示。圖5-1MCGS工作臺(tái)窗口5.1.2變量的分配在變量定義之前，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定需要的變量。具體變量見(jiàn)表5-1。表5-1機(jī)械手控制系統(tǒng)變量分配表變量名類(lèi)型初值變量名類(lèi)型初值單步開(kāi)關(guān)型0單周期開(kāi)關(guān)型0手動(dòng)開(kāi)關(guān)型0回原點(diǎn)開(kāi)關(guān)型0自動(dòng)循環(huán)開(kāi)關(guān)型0回原點(diǎn)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)型0下移開(kāi)關(guān)型0下移1開(kāi)關(guān)型0下移2開(kāi)關(guān)型0下移12開(kāi)關(guān)型0上移開(kāi)關(guān)型0上移1開(kāi)關(guān)型0上移2開(kāi)關(guān)型0上移12開(kāi)關(guān)型0左移開(kāi)關(guān)型0左移2開(kāi)關(guān)型0右移開(kāi)關(guān)型0右移2開(kāi)關(guān)型0夾緊開(kāi)關(guān)型0夾緊2開(kāi)關(guān)型0放松開(kāi)關(guān)型0放松2開(kāi)關(guān)型0啟動(dòng)開(kāi)關(guān)型0啟動(dòng)2開(kāi)關(guān)型0停止開(kāi)關(guān)型0停止1開(kāi)關(guān)型0機(jī)械手垂直移動(dòng)數(shù)值型0機(jī)械手水平移動(dòng)數(shù)值型0機(jī)械手可見(jiàn)狀態(tài)開(kāi)關(guān)型0基座水平移動(dòng)數(shù)值型0手臂伸縮數(shù)值型0手臂水平移動(dòng)數(shù)值型0物體垂直移動(dòng)數(shù)值型0物體垂直移動(dòng)2數(shù)值型0物體水平移動(dòng)數(shù)值型0物體水平移動(dòng)2數(shù)值型0左限位開(kāi)關(guān)型0右限位開(kāi)關(guān)型0上限位開(kāi)關(guān)型0下限位開(kāi)關(guān)型05.1.3變量定義的步驟單擊工作臺(tái)中的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”選項(xiàng)卡，進(jìn)入“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”窗口頁(yè)。窗口中列出了系統(tǒng)已有變量“數(shù)據(jù)對(duì)象”的名稱(chēng)。其中一部分為系統(tǒng)內(nèi)部建立的數(shù)據(jù)對(duì)象。現(xiàn)在要將表中定義的數(shù)據(jù)對(duì)象添加進(jìn)去。將“對(duì)象名稱(chēng)”改為：?jiǎn)?dòng)；“對(duì)象初值”改為：0；“對(duì)象類(lèi)型”選擇：開(kāi)關(guān)型；單擊“確定”。如圖5-2所示。按照步驟2~5，根據(jù)上面列表，設(shè)置其他數(shù)據(jù)對(duì)象。如圖5-3所示。單擊“保存”按鈕。圖5-2數(shù)據(jù)對(duì)象屬性設(shè)置窗口圖5-3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口5.2機(jī)械手的動(dòng)畫(huà)連接根據(jù)圖5-4的組態(tài)畫(huà)面，需要讓機(jī)械手及物體在畫(huà)面上動(dòng)起來(lái)。為體現(xiàn)機(jī)械手上移、下移、左移、右移、夾緊、放松等動(dòng)作，圖中機(jī)械手、基座、物體、手臂需要水平移動(dòng)，機(jī)械手和物體還需要垂直移動(dòng)，手臂還需要大小變化。“水平移動(dòng)連接”處的最小移動(dòng)偏移量值為“0”，表達(dá)式值為“0”，最大偏移量值為“5”，表達(dá)式值為“5”。如圖5-5所示。圖5-4動(dòng)畫(huà)組態(tài)屬性設(shè)置窗口依次對(duì)2個(gè)狀態(tài)機(jī)械手，物體和手臂進(jìn)行水平移動(dòng)變量的動(dòng)畫(huà)連接。依照步驟1~3。“變化方向”為，“變化方式”為縮放。如圖5-5所示。雙擊物體，彈出“動(dòng)畫(huà)組態(tài)屬性設(shè)置”，進(jìn)入“垂直移動(dòng)”頁(yè)面。“垂直移動(dòng)連接”處的最小移動(dòng)偏移量值為“2”，表達(dá)式值為“2”，最大偏移量值為“7”，表達(dá)式值為“7”。如圖5-6所示。圖5-5動(dòng)畫(huà)組態(tài)屬性設(shè)置窗口2圖5-6動(dòng)畫(huà)組態(tài)屬性設(shè)置窗口3依次對(duì)2個(gè)狀態(tài)機(jī)械手進(jìn)行垂直移動(dòng)變量的動(dòng)畫(huà)連接。依照步驟9~11。雙擊放松狀態(tài)機(jī)械手，彈出“動(dòng)畫(huà)組態(tài)屬性設(shè)置”，進(jìn)入“可見(jiàn)度”頁(yè)面。在“表達(dá)式”處選取相應(yīng)變量“機(jī)械手可見(jiàn)狀態(tài)”。在“當(dāng)表達(dá)式非零時(shí)”處選擇“對(duì)應(yīng)圖符可見(jiàn)”。雙擊夾緊狀態(tài)機(jī)械手，彈出“動(dòng)畫(huà)組態(tài)屬性設(shè)置”，進(jìn)入“可見(jiàn)度”頁(yè)面。在“表達(dá)式”處選取相應(yīng)變量“機(jī)械手可見(jiàn)狀態(tài)”。在“當(dāng)表達(dá)式非零時(shí)”處選擇“對(duì)應(yīng)圖符不可見(jiàn)”。如圖5-7。圖5-7動(dòng)畫(huà)組態(tài)屬性設(shè)置窗口4至此，對(duì)機(jī)械手等各部件的動(dòng)畫(huà)連接設(shè)置成功。將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫(xiě)入出現(xiàn)錯(cuò)誤。用戶(hù)程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，實(shí)際的輸入信號(hào)可以用鈕子開(kāi)關(guān)和按鈕來(lái)模擬，各輸出量的通/斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的法官二極管來(lái)顯示，一般不用接PLC實(shí)際的負(fù)載。本設(shè)計(jì)理論上能按照PLC程序控制要求在MCGS模擬運(yùn)行界面運(yùn)行，雖然通訊成功，但由于