2022年2022年机械手动作控制系统设计 .pdf

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1、目录1 引言,2 2 系统总体方案设计 ,3 2.1 系统硬件配置及组成原理 ,3 2.2 系统变量定义及分配表 ,4 2.3 系统接线图设计 ,5 3 控制系统设计 ,5 3.1 控制程序流程图设计 ,5 3.2 控制程序梯形图设计 ,8 3.3 控制程序设计思路 ,14 4 系统调试及结果分析 ,16 结束语 ,17 参考文献 ,18 附录：带功能注释的源程序,19 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 1

2、- 引言随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。 由于微电子技术和计算软、 硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展， 其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、 维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。机械手主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中， 使零件搬运、货物运输更快捷便利。例如：机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍、在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组

3、装零部件、 可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动、 可在危险场合下工作，如军工品的装卸、 危险品及有害物的搬运等、宇宙及海洋的开发、军事工程及生物医学方面的研究和试验等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 2 - 2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理机械手主要由执行机构、 驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量

4、、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23 个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp 等微控制芯片构成， 通过对其编程实现所要功能。机械手控制

5、要求：（1） 系统工作受开关控制， 起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF 则系统停止工作。（2）机械手实现原位下降夹紧上升右移下降放松上名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 3 - 升左移原位的工作顺序周而复始的工作，实现将物体从 A点搬运到 B点的工序。（3）系统启动后，若机械手不在原位，能先回原位状态。机械手的动作流程如下图：2.2 系统变量定义及分配表输入启动、停止按钮I0.0 下限位I0.1 上限

6、位I0.2 右限位I0.3 左限位I0.4 输出下降阀Q0.0 夹紧阀Q0.1 上升阀Q0.2 右行阀Q0.3 左行阀Q0.4 原位灯 HL Q0.5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 4 - 2.3 系统接线图设计3 控制系统设计3.1 控制程序流程图设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

7、 第 5 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 5 - 1当开启启动按钮，机械手在原位时：M0.5 ?(SM0.1+I0.0)初始I0.0 ?M0.5 原点启动A 点降I0.1 下限位夹紧 2S T37 A 点升I0.2 上限位右行I0.3 右限位B 点降I0.1 下限位松开 2S T38 B 点升I0.2 上限位左行I0.4 左限位M0.0 M2.0 M2.2 M2.1 M2.3 M2.7 T38 M2.6 M2.5 M2.4Q0.0 S Q0.1 T37 Q0.2 Q0.3 Q0.0 RQ0.1Q0.2 Q0.4 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

8、 - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 6 - 2 当开启启动按钮，机械手不在原位时：I0.0?Q0.1?I0.3 I0.0?Q0.1?R I0.3 A 点升I0.2 上限位右行I0.3 右限位B 点降I0.1 下限位松开2s I0.0?I0.3?R Q0.1 T39 B 点升I0.0?I0.4?R Q0.1 I0.2 上限位A 点升左行I0.2 上限位I0.4 左限位复位成功，原点条件满足，原位灯Q0.5 亮。M1.0 M1.1 M1.2 M1.4 M1.3 Q0.3

9、 M1.5 Q0.2 Q0.0 RQ0.1 Q0.2 Q0.4 T39 Q0.2 M1.6 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 7 - 3.2 控制程序梯形图设计1 公用程序：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 8 - 2 当开

10、启启动按钮，机械手在原位时：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 9 - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 10 - 3 当开启启动按钮，机械手不在原位时：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

11、- - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 11 - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 12 - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 23 页 - - - - -

12、 - - - - - 13 - 3.3 控制程序设计思路1. 公用程序设计机械手在最上面和最左边的位置、夹紧装置松开时，系统处于规定的初始条件，称为“原点条件”，此时左限位开关I0.4 、上限位开关 I0.2 的常开触点和表示夹紧装置松开的Q0.1 的常闭触点组成的串联电路接通，原点条件标志M0.5 为 ON 。在开始执行用户程序 （SM0.1为 ON ） 、 启动按钮 I0.0为 ON时，如果机械手处于原点状态（M0.5 为 ON ） ，初始步对应的M0.0 将被置位，为单周期连续工作方式做好准备。如果 M0.5 为 OFF ，M0.0 将被复位，初始步为不活动步，按下启动按钮也不能进入步M

13、2.0。机械手在工作时，如果想紧急停车，将I0.0变为 OFF即可，此时所以步 2.0 和 M1.0 全将复位。2. 自动程序设计PLC上电后，如果满足原点条件，原点灯Q0.5 会亮。此时按下启动按钮I0.0 ，即 I0.0为 ON时，M0.0 被置位，进入连续工作方式。 机械手将完成 “下降抓取上升右行下降松手上升左行回到原位” 。如果此时I0.0还是 ON ，则继续自动工作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 23 页 - - - - - - - - -

14、 - 14 - 3. 自动返回原点程序当启动按钮 I0.0 后，原位灯 Q0.5 没亮，说明机械手不在原点位置并可能处于任意状态，根据机械手当时所处的位置和夹紧装置的状态，可以分为3 种情况，采用不同的处理方法。（1） 夹紧装置松开如果 Q0.1 为 OFF ，表示夹紧装置松开，没有夹持工件，此时有两种情况。当 I0.4为 ON时， 表示机械手在下降到A点时停止，只需要上升回原点即可。 当 I0.3 为 ON时， 机械手应上升和左行，直接返回原点位置。（2） 夹紧装置处于夹紧状态，机械手在最右边此时夹紧电磁阀Q0.1 和右限位开关I0.3均为 ON ，应将工件放到 B 点后再返回原点位置。按下

15、起动按钮I0.0 ，机械手应进入“ B 点降”步M1.2，转换条件为I0.0 ?Q0.1?I0.3 ，首先执行下降和松开操作，释放工件后，机械手再上升、左行，返回原点位置。（3） 夹紧装置处于夹紧状态，机械手不在最右边此时夹紧电磁阀Q0.1 为 ON ，右限位开关 I0.3为 OFF 。按下起动按钮 I0.0 ， 应进入“A点升”步 M1.0, 转换条件为 I0.0 ?Q0.1 ?R I0.3 ，机械手首先应上升，然后右行、下降和松开工件，将工件放到 B点后再上升、左行，返回原点位置。如果机械手已经在最上面，上限位开关I0.2为 ON ，进入“ A 点升”步后，因为转换条件已经满足，将马上转换

16、到“右行步”。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 15 - 4 系统调试及结果分析在这次实验过程中，我遇到了很多的问题。一开始我根据实验要求就开始编译程序，导致程序有很多的漏洞，经常遗漏某些步骤。后来我根据实验要求先做出机械手的实验流程图，先将流程图补充完整将实验要求都能实现到为止。再根据流程图做出机械手的梯形图，这样编的程序就条例清楚，顺序明了了。在编译过程中要先将I/O 分配表列出来， 这样做流程图和梯形

17、图是就方便很多。程序编好后，就是上机检测。先要将PLC和机械手模拟机连接好，其中 PLC外部接线时关键。 我一开始因为接线出现问题导致既没输入又没输出， 所有实验灯都不亮。 后来在老师指导下明白了 AC/DC/RLY型 PLC的电源外部接线，即1M-ML+-V+, M 1L2LCOM 。当外部接线没问题后，在运行过程中又遇到一个电磁阀不会得电。在用 PLC编程软件中的“程序状态监控”按键，通过一条一条的检查程序， 发现有程序出现矛盾的地方，最后将问题处修改后，整个程序正常运行了。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名

18、师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 16 - 结束语四天的PLC 课程设计结束了，从中我学到很多新知识，课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题 , 锻炼实践能力的重要环节，同时提高了我的实践操作和动手能力。在完成这个设计的时候，我总是被一些小的，细的问题挡住前进的步伐，让我总是为了解决一个小问题而花费很长的时间。最后还要查阅其他的书籍才能找出解决的办法。并且我在做设计的过程中发现有很多东西，我都还不知道。 其实在做设计的时候，基础是一个不可缺少的知识，但是往往一些核心的高层次的东西更是不可缺少。

19、这次课程设计巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过实训使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论， 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中发现了自己的不足之处，没有彻底熟悉一些重要的概念， 它锻炼了我做项目的能力，提高了自己独立思考问题、自己动手操作的能力，也使我们对人生和社会有了更清楚的认识， 任何的成功都有艰辛和汗水铺出来的，没有那么多的意外收获。在此我要感谢老师的悉心指导和同学们的帮助。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

20、 - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 17 - 参考文献1 廖常初 .PLC 编程及应用 M.4 版. 北京：机械工业出版社，2013 2 王阿根 . 西门子 S7-200PLC编程实例精解 M. 北京：电子工业出版社， 2011 3 王冬青 . 可编程序控制器原理及应用.M. 北京：人民邮电出版社， 2002 4 姚伯威、吕强 . 机电一体化原理及应用. M北京 : 国防工业出版社 ,2004 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

21、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 18 - 附录ORGANIZATION_BLOCK 主程序 :OB1 TITLE=程序注释BEGIN Network 1 / 网络标题/ 网络注释LD I0.4 原点满足条件A I0.2 AN Q0.1 = M0.5 Network 2 开机进入初始状态LD SM0.1 O I0.0 LPS A M0.5 S M0.0, 1 LPP AN M0.5 R M0.0, 1 Network 3 原点灯亮条件LD M0.5 = Q0.5 Network 4 关闭起动

22、按钮，所有步复位LDN I0.0 R M2.0, 8 R M1.0, 7 Network 5 初始并满足原点条件 ? LD M0.0 A I0.0 A M0.5 S M2.0, 1 R M0.0, 1 Network 6 A点降LD M2.0 A I0.1 S M2.1, 1 R M2.0, 1 Network 7 夹紧并停 2s LD M2.1 A T37 S M2.2, 1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 23 页 - - - - - - - - -

23、 - 19 - R M2.1, 1 Network 8 A点升LD M2.2 A I0.2 S M2.3, 1 R M2.2, 1 Network 9 右行LD M2.3 A I0.3 S M2.4, 1 R M2.3, 1 Network 10 B点降LD M2.4 A I0.1 S M2.5, 1 R M2.4, 1 Network 11 松开并停 2s LD M2.5 A T38 S M2.6, 1 R M2.5, 1 Network 12 B点升LD M2.6 A I0.2 S M2.7, 1 R M2.6, 1 Network 13 左行LD M2.7 A I0.4 S M2.0,

24、1 R M2.7, 1 Network 14 夹紧 2s LD M2.1 S Q0.1, 1 TON T37, 20 Network 15 松开 2s LD M2.5 R Q0.1, 1 TON T38, 20 Network 16 下降条件LD M2.0 O M2.4 AN I0.1 = Q0.0 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 20 - Network 17 上升条件LD M2.2 O M2.6 AN

25、 I0.2 = Q0.2 Network 18 右行条件LD M2.3 AN I0.3 = Q0.3 Network 19 左行条件LD M2.7 AN I0.4 = Q0.4 Network 20 机械手夹紧不在右限位LD I0.0 A Q0.1 AN I0.3 S M1.0, 1 Network 21 A点升LD M1.0 A I0.2 S M1.1, 1 R M1.0, 1 Network 22 机械手夹紧在右限位LD I0.0 A Q0.1 A I0.3 LD M1.1 右行A I0.3 OLD S M1.2, 1 R M1.1, 1 Network 23 B点降LD M1.2 A I

26、0.1 S M1.3, 1 R M1.2, 1 Network 24 机械手松开在右限位LD I0.0 A I0.3 AN Q0.1 LD M1.3 松开 2s A T39 OLD 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 21 - S M1.4, 1 R M1.3, 1 Network 25 机械手松开在左限位LD I0.0 A I0.4 AN Q0.1 S M1.6, 1 Network 26 到上限位时 M1

27、.6复位LD I0.2 R M1.6, 1 Network 27 B点升LD M1.4 A I0.2 S M1.5, 1 R M1.4, 1 Network 28 到左限位时 M1.5复位LD I0.4 R M1.5, 1 Network 29 B点降条件LD M1.2 = Q0.0 Network 30 松开 2s LD M1.3 R Q0.1, 1 TON T39, 20 Network 31 A点升条件LD M1.0 O M1.4 = Q0.2 Network 32 右行条件LD M1.1 = Q0.3 Network 33 左行条件LD M1.5 = Q0.4 Network 34 上

28、升条件LD M1.6 = Q0.2 END_ORGANIZATION_BLOCK SUBROUTINE_BLOCK SBR_0:SBR0 TITLE=子程序注释BEGIN Network 1 / 网络标题/ 网络注释名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 23 页 - - - - - - - - - - 22 - END_SUBROUTINE_BLOCK INTERRUPT_BLOCK INT_0:INT0 TITLE=中断程序注释BEGIN Network 1 / 网络标题/ 网络注释END_INTERRUPT_BLOCK 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 23 页 - - - - - - - - -