本科毕业设计---基于qd75四自由度搬运机械手的设计.doc

青岛农业大学 毕 业 论 文（设计） 题 目： 基于QD75四自由度搬运机械手的设计 姓 名： 王平盛 学 院： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 2010.02 学 号： 20102583 指导教师： 李胜多 2014年 06 月 16 日毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日目 录摘要IAbstractII1 绪 论11.1 设计的目的和意义11.2 设计项目发展状况21.3 研究内容及目标31.4 本章小结32 硬件部分设计及选型42.1机械手的设计42.2威纶触摸屏52.3可编程控制器（PLC）62.4 QD75定位模块102.5 Q00JCPU模块122.6 伺服控制系统152.7 本章小结183 下位机程序的设计193.1 PLC的I/O分配193.2 PLC的外部接线213.3程序的编辑223.4参数的设置及监视253.5本章小结294人机界面的设计304.1人机界面304.2人机界面的创建314.3操作面板的设计324.3本章小结335 总结34参考文献35致谢36附录37附录一 PLC外部伺服系统接线图37附录二 程序梯形图38附录三 元器件清单46基于QD75四自由度搬运机械手的设计摘要近年来，随着科技的快速发展，PLC运动控制的产品得到了快速的发展。在一些高危险的领域中，为了减少工人劳动量，避免事故的发生，机械手得到了广泛的应用。用PLC控制的机械手具有操作简单、价格便宜等一些特点，因此，由PLC控制的机械手也就应运而生了。本设计描述了机械手的国内外现状、发展趋势和研究的意义等。同时本次设计做了硬件部分的选型，包括威纶触摸屏、三菱QD75定位模块、Q00JCPU及其输入输出的选择和伺服控制系统等一些内容。通过对三菱Q系列语言的学习，用GX Developer实现了语言的编程，并且用GX Configurator-QP进行参数设置、监视和测试。另外，为了能够更加直观的对机械手进行监视与调整，在本次设计中完成了对人机界面的设计。关键词：机械手；QD75；伺服系统；人机界面IThe Design of Four DOF Handling Robot Based on QD75 Abstract In recent years, with the rapid development of science and technology, the products of motion control used in PLC have been rapidly developed. In some high-risk areas, in order to reduce the amount of labor and avoid accidents, robots have been widely used. The robots controlled by PLC have some advantages, such as simple operation , cheap price and so on .Therefore, the robots controlled by PLC appeared successfully. The design described the current situation of domestic and foreign and the trend of development and the significant of research, etc. Meanwhile, the design selected hardware part, including Weinview, Mitsubishi QD75 and Q00JCPU and its options of input and output as well as the servo system .Through the learn of language of the series of Mitsubishi Q, I achieved the program with GX Developer and I also set the parameter of GX Configurator-QP and achieved real-time monitoring. In addition, in order to monitor and adjust the robots more intuitive , the task designed a man-machine interface .Key words: Robot; QD75; servo system; human-machine interfaceII青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）1 绪 论1.1 设计的目的和意义机械手在现代工业领域中是一种重要的控制对象，它能够按照一定的程序、轨迹，模拟人手的动作，完成一系列的抓取、搬运或者对工具进行操作等动作。另外，机械手在搬运、切割、喷漆等各方面都得到了广泛的应用，使人们的生产和生活得到了很大的提高。特别是在高危险、有毒、有放射性等恶劣的条件下，避免了大量的事故的发生，机械手在此方面具有明显的优势1。总之，机械手能够更好的提高生产生活效率，改善人们的生活，释放出大量的劳动生产力，减轻人们的工作量，便于有节奏的生产，机械手易于维护，便于安装和使用。这些优势使其在国内外都受到了大量的关注。随着在当今社会中科技的发展，各种生产对于精度的要求也随之提高，在很大程度上，使机械手在精度方面无法更好的满足工业生产发展的现状。另一方面，为了更好的节省劳动生产力，提高生产效率，自动化的要求也随着社会的发展有了更高的要求。可编程控制器（PLC）在现代中是一种专业的工业控制装置，在当代工业中PLC得到了广泛的应用。随着现代化的发展，各种科技都得到了高速的发展，可编程控制器自然也不例外，它在各个方面都取得了很大的发展与进步，这使得可编程控制器不断的向各个领域发展，在各个中小型企业中它逐渐成为了自动化的标志。在当代工业中，PLC控制系统向着简易化、可靠性好以及简单的操作等方面前进，逐渐成为了现代化工业发展的重点。另外，在现代化的工业环境下，PLC为实现现代化的制作生产做出了巨大的贡献，特别是在硬件配置和软件编程以及与网络实现交流互换信息等方面具有不可磨灭的贡献2。近些年来，我国工业水平得到了很大的提高，社会竞争也变得更加激烈。在我国的各种中小型企业中，为了更好的节约成本，提高自己的竞争力，获得更好的收益，各种自动化也成为了发展的主要方向。在此方面，三菱系列的PLC利用本身的优势取得了很大的市场，通过对CPU的组合，实现了对各种特定应用的需求。三菱Q系列PLC能够对各种CPU进行组合，能够更加自由的连接，这使其在现代化生产中占据着不可替代的地位。1.2 设计项目发展状况国内方面：目前在一些机种方面，像搬运机械手、装配安装等各方面机械手，已经基本掌握了现代化的技术，能够很好的进行各种设计和专业的制造。另外对于各种特殊的机械手来说，它们要在一些特殊的地方进行工作，像水中、管道和各种高危险高辐射的环境等，我国已经基本解决了机械手在驱动系统方面的有关问题，能够更好的对机械手的内部系统进行系统的配置。而且我国的机械手在软件方面也有了突破性的进展，掌握了软件设置的关键性技术（设计和编程方面的技术）3。另外，在我国机械手还更好的与现代化技术进行了结合，能够实现设备之间的自动通信，也能够实现各个系统之间的协调与配合。我国在各种基础元件方面也有了突破性的进展，能够更好的服务于我国的各行各业。我国对于机械手的发展主要是以下几点：不断提高机械手的运动速度、抓取物品的精确度和机械手的可靠性。机械手能够进行精确的组合与重装，形成了一个个的模块。在现代化的机械手更加趋向于网络化、标准化：多个器件集合成为一个或几个小的个体。在机械手方面，我国也将传感器广泛的应用于各行各业中，使得传感器成为了机械手工业的一个发展重点。虚拟现实技术用于过程控制。国外方面：在60年代末期美国已经开始出现PLC控制系统，经过了几十年的发展，其技术已经相当成熟，并且在各行各业的领域中得到了广泛的应用，机械手更是已经趋向于智能化4。在这些智能化的机械手中，获得了一定的传感能力，通过对外界各种条件的不断变化，不断的根据其做出相应的变化，重点是不断研究提高机械手的视觉功能和触觉功能，能够更好的感应外界条件的变化并作出动作。随着科技的发展，机械手不断的向着小型化和微型化发展，突破传统的机械领域，向着各种高端产业发起了挑战。另外，国外的机械手已经研究采用将摄像头和各种传感装置与计算机进行连接，组成各种机床，达到了更高的目的要求。总之，我国的PLC在机械手方面的设计明显趋于比较落后的地位，这就使我国自主开发的PLC不能在我国得到更好的发展与应用。作为一名大学生，我们应该更好的掌握PLC，学习更多的知识，适应现代社会高速发展的要求。1.3 研究内容及目标用三菱Q系列语言实现编程，用QD75作为控制系统，实现对四自由度机械手的设计。对各个输入输出接口进行合理的分配以及整体的流程有一个清晰的布局，另外，掌握它们的结构等。主要是实现以下几个目标：（1）机械手的定位。（2）机械手的动作，其中包括旋转、抓取等。（3）机械手的复位功能。另外，为了实现对机械手的控制系统的远程监控，还要利用威纶触摸屏设计一个完善的人机界面。1.4 本章小结本章主要内容是介绍选题的依据，并且指出了国内外的发展状况，说明了其中的不足，这就督促我们掌握各方面的知识，更好的应用于生产生活中。并且针对其做了研究内容和研究目的规划。2 硬件部分设计及选型2.1机械手的设计下图2-1是本次设计中机械手的设计模型。图2-1 机械手设计图本次设计的是四自由度搬运机械手，也就是这个机械手有四个轴，包括机械手的前后伸缩、上下升降、底盘的旋转和机械手夹持器的旋转抓取。另外，为了实现对机械手的监视和控制，需要一个触摸屏，建立一个人机界面完成管理。2.2威纶触摸屏2.2.1 产品系列介绍WEINVIEW是新一代嵌入式工业人机界面，它可以分为MT8000和MT6000两种系列，根据采用的CPU不同 ，WEINVIEW人机界面分为T 系列、i 系列和X 系列。i系列和X 系列具有更快的CPU 和更大的内存，从而具有更快的速度运行，在这三个系列中，根据接口配置的不同，又可以分为MT6000系列通用型产品、MT8000系列网络型产品和MT8000系列专业型产品5。WEINVIEW人机界面的命名规则如图2-2所示。T表示T系列，i表示i系列，X表示X系列该数值表示LCD尺寸，070表示7寸LCD，100表示10寸LCD以此类推6表示6000系列8表示8000系列表示WEINVIEWHMI名称的前缀MTXXXXX图2-2 WEINVIEW 人机界面的命名规则例如，在本次设计中我所使用的威纶触摸屏的型号是MT6070iH，表明该威纶触摸屏是6000系列，具有7寸LCD的触摸屏，属于i系列。2.2.2 MT6070iH威纶触摸屏u产品介绍MT6070iH是威纶通公司新开发的一代产品，采用16：9的宽屏设计，具有400MHz CPU和128MB的内存配置。与目前市场上的200MHz CPU相比较，该产品在反应速度、通讯速度和下载速度等方面都有大幅度提高。u产品特点IP65 面板防护等级LED 背光灯USB主接口及USB从接口各一组内建电源隔离防护器COM1 RS485或COM3 RS485支持MPI 187.5K，但同时间只能选择其一使用。u规格说明外壳材料：工业塑料，显示器：7寸 800×480 65536色 TFT LCDCPU:32Bit RISC 400MHz内存（DRAM）：64MB DDR2 on board存储空间：128MB flash memory on board通讯界面：三组异步串行通讯端口：COM1:RS-232/RS-485 2W/4W,COM2:RS-232,COM3:RS-232/RS-485 2WUSB1.0 hostUSB2.0 high speed device电源输入：24±20%VDC ,250mA24VDCu端口功能简介触摸屏采用24V直流电源对其进行供电，内建电源隔离保护器。在与PLC的连接上，COM端口提供了RS-232 /RS-485多种连接标准，从而能够实现触摸屏对PLC的控制，USB1.0或USB2.0端口、以太网（有的设备只有两者之一，并且使用以太网还需要设置威纶触摸屏的IP地址）端口用于连接PC机，PC机上的编程软件EasyBuider8000可以通过USB或以太网网线将事先编辑好的程序下载到威纶触摸屏中6。2.3可编程控制器（PLC） 2.3.1 PLC的分类PLC产品可根据结构形式和控制规模等进行分类：按结构形式可分为整体式和模块式。整体式是将各个组成部分集成在一起，组合成一个盒子。模块式是将各个组成部分作为独立的模块，然后再将各个模块进行组合而形成。按照PLC控制规模可分为小型、中型和大型三种PLC。小型PLC I/O点数在256点一下；中型PLC I/O点数在2562048之间；大型PLC I/O点数在2048以上7。2.3.2 PLC的组成PLC的种类繁多，但是其组成都是相同的，其基本单元都是以CPU作为核心的计算机。PLC的硬件基本结构如图2-3所示：PLC基本单元电源CPU输出单元输出单元通信接口存储器扩展接口扩展单元输入设备输出设备编辑器写入器打印机人机界面上位机计算机PLC 图2-3 PLC的硬件基本结构根据上面的硬件结构图来看，PLC是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源、通讯接口、扩展接口及总线部分组成。（1）中央处理器（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误8。（2）存储器PLC的存储器根据软件不同可分为两种：系统程序存储器和用户程序存储器。PLC的常用存储器分类：RAM：读/写存储器，又称为随机存储器EPROM：只读存储器EEPROM：只读存储器，用编程器可以对储存的内容进行修改（3）I/O接口PLC中输入接口可分为三类：直流输入、交流输入和交直流输入。在本次设计中用到的是24V直流输入，如下图2-4所示。图2-4 24V直流输入 输出接口电路的作用是将CPU的程序运行结果经过电平转换、隔离和功率放大，转换成能带一定负载的具体的输出状态，输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等9。 （4）通信接口PLC通过各种通信接口实现“人机”或“机机”之间的连接通信。（5）扩展接口用于实现功能的扩展。例如，用于主机和运动控制单元、通讯单元、D/A单元等部分的连接。（6）电源一般用市电供电，也可以用24V直流电。（7）编程器编程器一般可分为两类：手持编程器和图形编程器。（8）总线总线分为地址总线、数据总线和控制总线，用于连接主机内的各个功能模块，实现它们间的通讯10。2.3.3 可编程控制器的工作方式可编程控制器的工作方式是不断循环扫描。如下图2-5所示：NY运行停止YN上电初始化自诊断有故障否设置故障标志，并显示与外设通信通信输入采样执行用户程序输出刷新图2-5 PLC工作方式根据上图可看出，PLC的工作过程可明确的分为五个阶段，分别是：内部处理阶段、通信处理阶段、输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。2.4 QD75定位模块2.4.1 Q系列PLC基本概况Q系列PLC能够把顺序、运动、过程、信息四种自动化控制集成在同一个系统中。如果遇到问题，冗余CPU系统可以确保系统的操作。其关系如下图2-6：冗余系统顺序控制（顺序CPU）过程控制（过程CPU）信息控制（计算机CPU）运动控制（运动CPU）控制系统备用系统图2-6 Q系列PLC内部关系（1）冗余CPU系统功能：即使在控制系统中出现故障，备用系统也可以取代控制系统使系统继续运行。Q系列产品均不需进行任何修改即可使用（有些模块除外）。远程I/O降低了分散控制的风险。（2）Q系列PLC优势：控制简单，适合用于轴数多的系统。.小体积、高性能、灵活性。有范围广泛的特定应用智能模块。2.4.2 QD75概述（1）QD75型号说明：下面举例来说明，如QD75P2，P是QD75定位模块当中的一种系统开集极式系统，另外还有D差动式系统，MSSCNET网路系统和MHSSCNET光线系统。这四种系统就是在QD75定位模块中具有的系统，在简单的设计当中一般会用开集极式系统或者是差动式系统，两者相对来说差动式系统更加准确。在QD75P2中的数字“2”控制轴的个数，“1”表示单轴控制，“2”表示两轴控制，“4”表示四轴控制。（2）QD75具有的特性：具有三种模块，分别是单轴两轴和四轴模块，有多种用途。具有多种定位控制功能。能够实现快速起动。相对于其它模块来说，它的脉冲输出速度更加快速并且允许与驱动模块之间的距离更远。本身容易维护。支持智能功能模块专用指令。通过GX Configurator-QP进行数据设置以及监控。（3）QD75的功能分为主要、辅助和控制三类。其中主要功能又有四种，分别是OPR控制，这是为了实现定位控制快速向起动点定位，能够对定位数据进行编号；主要的定位控制，根据定位数据执行控制，像位置控制和速度控制；高级定位控制，是指将多个定位数据结合成一个“块”，对指定的数据可以重复执行等；手动控制，顾名思义就是给予QD75外部信号，像是对QD75输入脉冲等进行控制，这样能够实现精确的控制。（4）定位控制的机理如下图2-7所示：GX Developer PLCCPUQD75定位模块外部信号手动脉冲发生器伺服驱动器电机工件GX Configurator-QP图2-7定位控制机理图在QD75定位模块控制的系统中，首先要有GX Developer按顺控程序创建控制的条件和过程，并且输送给CPU，用GX Configurator-QP进行参数的设置和定位数据的设置，监视定位的运行；然后再有PLC和CPU进行输出各种信号，并且要检测定位模块所反馈回来的信号是否出错等；由外部发送一些启动、停止、限位等信号给QD75定位模块，或者是用脉冲发生器发送脉冲给QD75定位模块；之后QD75定位模块要对来自PLC和CPU、外部信号或者脉冲进行处理，让后将这些信号整理后输送给伺服驱动器；在伺服驱动器接受这些信号后，一方面给予电机指令并做出动作，另一方面发送REDAY信号和零信号发送给QD75；电机会在接收到伺服驱动器的信号时做出动作，对工件作出处理，完成一定的任务。2.5 Q00JCPU模块随着科技的发展，三菱电机在我国占据着PLC系列产品的主要地位，为了更好的满足我国的用户，三菱对Q系列PLC进行了改造，不断提高PLC的性能，同时降低成本，推出了Q00JCPU。Q00JCPU具有32入及32出的5/8槽型CPU单元：Q00JCPU-SET（5槽）和Q00JCPU-S8-SET（8槽）。在本次设计中由于用到的输入输出口有限，因此只需要5槽的CPU单元就能满足设计的要求。Q00JCPU具有的产品特点：价格相对于其它的CPU来说更加低廉，而且它的兼容性更加的优良。（1）输入模块QX40-S1如下图2-8所示：图2-8 QX40-S1输入QX40-S1为DC输入模块是一种正极公共端型。规格：额定输入电压：24VDC额定输入电流：约6mA输入点数：16点隔离方法：光电耦合器ON电压/ON电流：19V或更高4.0mA或更高OFF电压/OFF电流：11V或更低1.7mA或更低公共端子排列：16点/公共端外部连接：18点端子排 （2）输出模块QY40P如下图2-9所示：图2-9 QY40P输出QY40P是一种晶体管输出模块（漏型）。规格：额定负载电压：12-24VDC最大负载电流：0.1A/点，1.6A/公共端最大起动电流：0.7A，10ms或更短输入点数：16点隔离方法：光电耦合器公共端子排列：16点/公共端外部连接：18点端子排2.6 伺服控制系统2.6.1 驱动器概要伺服驱动器又可以称为伺服放大器或者是伺服控制器，是为了用来控制伺服电机的，主要是用在比较高精度的定位系统中11。一般伺服驱动器的控制模式有三种：位置控制模式、速度控制模式、转矩控制模式。伺服控制系统的优势：调速范围宽。定位精度高。有高的传动刚性和速度稳定性。快速响应，无超调。低速大转矩，过载能力强。可靠性高。伺服驱动器凭借着这些优势广泛的应用于各种领域。如机械纺织领域、各种机床领域、装卸包装领域等。2.6.2 MR-J2S-SUPER系列伺服系统MR-J2S-SUPER系列伺服系统除了具有一般控制模式的3种模式以外，还有位置/速度、速度/转矩、转矩/位置这三种控制方式可以切换。另外，还有RS-232C、RS-422串行通讯功能。MR-J2S_SUPER系列伺服系统的型号配置如下。如MR-J2S-10A1-，在这个型号中MR-J2S是说明这属于三菱系列通用交流伺服放大器MR-J2S系列；“10”是一种记号，它代表了该型号产品的额定输出功率，具体的字符和额定功率的对应如下表2-1所示；“A”这个字符是表示通用接口，另外还有“B”表示SSCNET,“CP”表示内置定位功能，“CL”表示程序运行功能内置；在接下来是符号“1”，它是用来说明该型号产品所用的电源，“1”是指单相100VAC，如果这里不存在符号，也就是说该系列产品所用的电源是3相200VAC或者是单相230VAC；最后，还有一个“”，这是表示该产品是一种特价产品。表2-1 额定输出的标识记号额定输出（W）1010020200404006060070700100100020020003503500在本次设计当中，所选用的是MR-J2S-40A伺服驱动器，它的外观及各部分功能如下图2-10所示。图2-10 MR-J2S-40A外观及各部分功能图2.6.3 伺服系统的构成伺服系统又称随动系统，能够精确的实现机械的位移、速度和加速度，完成一个完整的反馈环节，实现完整的动作12。伺服控制系统在自动控制中，完成一个完整的动作用到的过程可分为五部分：控制器、被控对象、执行环节、检测环节和比较环节。在下图2-11中，为伺服系统的构成，主要是伺服驱动器和伺服电机，用编码器实现了对系统的反馈环节。控制器：一般是指计算机或者是控制电路。被控对象：为机械参量（位移、速度、加速度等）。执行环节：也就是执行元件，一般是各种伺服电机。比较环节：主要是对系统进行反馈比较，可用编码器进行反馈。检测环节：一般情况下都是用传感器来实现的。编码器反馈线ABZ三相动力线定位控制单元伺服驱动器伺服电机图2-11伺服系统的构成图2.6.4 编码器为了使伺服控制系统能够完成完整的反馈环节，本次设计要在伺服电机上安装一个编码器。根据工作原理的不同，编码器可以分为两种，分别是增量式编码器和绝对式编码器。在本次设计中用到的编码器为增量式编码器，其工作原理如下图2-12所示：图2-12增量式编码器工作原理图在图中，A,B两个点是两个光敏接收器。在编码器上有一个能随着电机的轴转动的圆盘，在这个圆盘上有一个小孔，一侧的光源通过小孔能够照射到另一侧的光敏接收器，那么在电机旋转的时候，光敏接收器接收到一个脉冲量的信号就会产生一个频率，根据频率就可以改变电机的旋转。增量式编码器是利用了光电之间的转换来实现输出三组反馈信号脉冲（A相、B相和Z相），Z相在每转一个脉冲中用于基准点定位，A相与B相之间的相位差是90°，对每一组脉冲信号进行分解就会形成a,b两个前缘和c,d两个后缘微分脉冲，也就是说，合计为4倍的单项脉冲，如下图2-13所示：图2-13 编码器反馈的信号2.7 本章小结在本章中主要是对本次设计中的一些硬件进行解释说明，对硬件系统有一个比较全面的了解，对PLC组成、Q系列PLC输入输出端口和CPU有一个详细的说明，另一个重点是对伺服控制系统进行介绍，能够对本次设计的各种硬件设施组成和工作原理有一个清晰的认识。3 下位机程序的设计在本次设计当中，程序的设计是实现本次设计的难点，也是重点。程序的设计，首先要对输入输出口点数进行确认，并且要对其进行合理的分配；其次，要绘制PLC的外部接线，特别是对于伺服控制系统，这方面的语言编写需要经过分析进行配置；最后，本次设计用到的是QD75模块，因此要对三菱Q系列的语言进行学习，才能用GX Developer进行编辑，还要用GX configurator-QP进行数据设置和监控。3.1 PLC的I/O分配在本次设计中，用到的是QD75模块和Q00JCPU进行组合的模块，作为运动控制的核心，有是四自由度的搬运机械手，因此用到了比较多的输入接口，为了使得程序的编辑更加清楚，首先对本次设计中的CPU模块进行合理分配，再对各个输入输出接口进行具体的分配。下表3-1为本次设计中对CPU模块进行的简单的分配。表3-1 CPU模块分配Q00JCPU00CH和01CHQD75D4(4轴)02CHQX40-S1（16点）03CHQX40-S1（16点）04CHQY40P（16点）根据上表中的分配，可以明显的看出在本次设计中用到了两个输入模块和一个输出模块：QX40-S1（02CH）、QX40-S1（03CH）和QY40P（04CH）。因此，在本次I/O的分配当中分为三个部分。首先由于在本次设计中是四自由度的搬运机械手，所以用到了四个伺服电机，也就是要先对这四个电机进行输入输出接口的连接分配，四个电机都有其自己的通断，这就需要八个输入口，另外，需要有一个总的启动和急停来保证整个系统的运行以及安全的停止。其次，在本次设计中每个电机都有其各自的正反转以及加减速，也就是需要16个输入接口，具体分配见下表3-2。表3-2输入模块列表QX40-S1(02CH)QX40-S1(03CH)TB1X201号电机接通X301号电机正转TB2X211号电机断开X311号电机反转TB3X222号电机接通X322号电机正转TB4X232号电机断开X332号电机反转TB5X243号电机接通X343号电机正转TB6X253号电机断开X353号电机反转TB7X264号电机接通X364号电机正转TB8X274号电机断开X374号电机反转TB9X28急停X381号电机加速TB10X29启动X391号电机减速TB11X2AX3A2号电机加速TB12X2BX3B2号电机减速TB13X2CX3C3号电机加速TB14X2DX3D3号电机减速TB15X2EX3E4号电机加速TB16X2FX3F4号电机减速TB17+24V+24VTB18COMCOM表3-3输出模块列表Y40P(04CH)Y40TB1X轴接触器Y41TB2Y轴接触器Y42TB3Z轴接触器Y43TB4末端夹持器接触器备用+24VTB17COMTB18上表3-3为该次设计的输出接口列表，从中可以明显的看出在本设计中只用到了四个输出接口，这四个接口也就是通过对伺服电机的控制完成了对机械手四个自由度的控制，也就是对机械手四个轴的控制。3.2 PLC的外部接线在程序的编辑中，首先要了解用到的指令单元的外部接线结构，只有明确了它的外部接线才能进行正确的编程。首先是QD75定位模块+Q00JCPU以及开关电源S-201-24的外部接线图和CPU的分配，这块内容是本次设计能否成功运行的基础，如下图3-1所示：图3-1 电源模块+CPU外部接线图在设计中，伺服系统的接线是非常重要的，要想实现本次设计预想的结果，必须对每一个伺服系统进行正确的接线，确保机械手的正常运行。图3-2是四台伺服驱动器中的第一台MR1的接线。图3-2 MR1接线图由上图可知，在这次设计中伺服系统的运行用到的是AC220V的电压，为了系统的安全需要安装一个断路器。总的外部接线图见附录一。3.3程序的编辑在本次设计中，控制核心是QD75+Q00JCPU，因此要特别对三菱Q系列语言中的一些专用指令进行学习。例如，下面的这个程序，这是QD75控制伺服电机时，有一个BUSY（忙轴），需要对这个忙轴进行处理，才能正常的运行。在程序的编辑中，首先要了解要编辑程序的基本框架，对该程序的过程有一个基本的了解，这样才能对程序进行合理有序的编辑，图3-3是在本次设计中的程序编辑的流程图。轴一、二、三和四接通1号电机正反转，速度变更以及启动脉冲输入2号电机正反转，速度变更以及启动脉冲输入3号电机正反转，速度变更以及启动脉冲输入4号电机正反转，速度变更以及启动脉冲输入对各种信号进行复位并且读取各轴的当前速度以及错误信号的检测轴一轴二轴三轴四图3-3 编程流程根据流程图可以看出，在本次设计中首先要使的四个轴实现接通，能够得到信号并实现运行，下面的程序为轴一的接通程序。下面程序要实现工程的复位以及对当前各个机械手臂位置和速度的读取。只有清楚了机械手的当前位置，才能让其做出正确的反映动作，完成接下来的目标。下面的程序是复位和轴一（X轴）的速度读取，其中用SM400完成实时读取功能，“Un”是表示QD75中I/O的起位置，在此种写法中属于“智能功能软元件”法。在每一次的机械手的启动中，每一个轴都有可能出现错误，这就需要我们对错误的信号进行检测，防止其错误的发生；如果发现错误的信号，要对其位置作出调整。下面程序是对轴一（X轴）根据错误信号做出相应的调整。再接下来是各个轴的启动运行，在运行之后，还有各个轴的速度变更，只有速度变换成为正确的速度之后机械手臂才能运行。下面程序也是以轴一（X轴）为例，对其进行加速的调整。相对于加速调整来说，减速调整基本是相同的，只要将加减速的标志D+和D-进行相应的变换，然后还要有相应的数据寄存器以及各个脉冲的变化，这样就可以实现加减速的变化，下面这个程序就是机械手臂的减速程序。最后，要想使机械手臂能够正常的运行，就要输入相应的脉冲信号，通过输入的脉冲来控制机械手臂的速度和位置，达到希望的结果。下面是在启动时对轴一（X轴）输入5000脉冲，让轴一（X轴）达到相应的速度和位置。以上就是我所完成的用QD75为核心的机械手所用到的轴一（X轴）运行的程序，另外三个轴的程序的编写也是基本相同的，只是各种寄存器的代号有所区别，这就完成了本次设计的机械手有关程序的编写。总程序见附录二。3.4参数的设置及监视在本次设计中，用QD75定位模块，也就需要用GX Configurator-QP进行数据的设置和监控。在使用GX Configurator-QP时，可以不用缓冲存储器就能完成对QD75的参数设定和对定位数据的设定。另外，也可以利用GX Configurator-QP的测试功能在参数设定和运行QD75之前检查接线的完整性。下图3-4是我所设计的GX Configurator-QP的初始界面。图3-4 G