机械手臂搬运加工流程控制.docx

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机械手臂搬运加工流程控制

第1章机械手臂搬运加工流程控制

1.1机械手臂搬运加工流程控制过程描述

如下图，有两部机械对工作物进展加工，对象由输送带A送到加工位置，然后由机械手臂将加工物送至工作台1的位置进展第一步骤加工。

当第一步骤加工完成后，机械手臂将工作物夹起再送至工作台2进展第二步骤加工；当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带B送走，然后由7段数码管显示加工完成的数量。

图1-1机械手臂搬运加工流程控制过程示意图

1.2机械手臂搬运加工流程控制工艺分析

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身平安，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

目前机械手的主要开展经历可以分为三代：

第一代机械手主要是靠人工进展控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改良的方向主要是将低本钱和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。

研究安装各种传感器，把接收到的信息反应，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。

它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步开展成为柔性系统FMS和柔性制造单元FMC中重要的环节。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大局部组成。

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、材料和作业要求而有多种构造形式，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。

机械手的运动机构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的准确定位；其动作过程包括：

下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：

回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

本次设计使用气压机械手臂，一开场手臂先下降，碰到下限开关开场做夹起动作，然后开场上升碰到上限开关后，手臂开场往右，当碰到第一工作站的极限开关时，机械手臂下降将工作物放置工作台l然后上升等待机械对工作物加工；当工作物第一加工步骤完成时，机械手臂再依进展下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置工作台2上进展第二加工步骤。

当第二加工步骤完成时，机械手臂再依进展下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置输送带B送出，并由7段数码管显示出加工完成的数次。

动作示意图如图1-2所示。

图1-2机械手控制动作示意图

第2章机械手臂搬运加工流程控制系统总体方案设计

2.1机械手臂搬运加工流程控制系统硬件组成

本设计制信号的传感器选择位移传感器和压力传感器。

及A/D转换器等。

机械臂的上升下降和左右移动用位移传感器，夹紧释放用压力传感器。

执行机构由手,手臂等组成。

手是抓取机构，手臂是传动机构。

由传动系统进展机械手的移动，手臂也起到了支撑的作用。

常用传动机构有液动,气动等，本设计选择的是气动。

控制系统的主要作用是机械手按一定的方向位置进展移动。

简单的机械手不采用专用的控制系统，只是采用形成开关,继电器,控制阀等机型控制，使得机械手按照一定方向机型运动。

2.2机械手臂搬运加工流程控制方法分析

本次的设计使用的是THWJX-1型机械手实物教学实验装置。

本装置需采用晶体管输出型可编程控制器，可同时输出两路脉冲到步进电机驱动器，控制步进电机运行。

由于机械手系统的输入/输出点少，要求电气控制局部体积小，本钱低，并能够用计算机对PLC进展监控和管理，该机械手的控制为纯开关量控制，且I/O点数不多，考虑留有一定的裕量，应选用日本三菱公司生产的多功能小型FX1N-24MT-D主机。

2.3机械手臂搬运加工流程控制系统的I/O分配

根据机械手动作的要求及机械手实物教学实验装置说明指导，输入、输出点分配情况如表2-1所示。

表2-1PLC的I/O分配表

名称

输入

名称

输出

启动

00001

下降

10003

停顿

00002

夹紧

10004

下限开关

00003

上升

10005

上限开关

00004

释放

10006

选择开关

00005

返回初始位置

10007

A位置触碰开关

00006

右移

10008

B位置触碰开关

00007

选择计数

20000

初始位置触碰开关

00008

2.4机械手臂搬运加工流程控制系统接线图设计

本模型的接线设计如图2-1所示如下。

图2-1PLC控制系统接线图

第3章机械手臂搬运加工流程控制系统梯形图程序设计

3.1机械手臂搬运加工流程控制程序流程图设计

见附录1。

3.2机械手臂搬运加工流程控制程序梯形图设计

见附录2。

3.3机械手臂搬运加工流程控制程序设计思路

1．假设使用气压机械手臂，一开场手臂先下降，碰到下限开关开场做夹起动作，然后开场上升碰到上限开关后，手臂开场往右，当碰到第一工作站的极限开关时，机械手臂下降将工作物放置工作台l然后上升等待机械对工作物加工；当工作物第一加工步骤完成时，机械手臂再依进展下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置工作台2上进展第二加工步骤。

2．当第二加工步骤完成时，机械手臂再依进展下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置输送带B送出，并由7段数码管显示出加工完成的次数。

第4章机械手臂搬运加工流程控制监控系统设计

4.1PLC与上位监控软件通讯

机械手的全部动作由步进电机和直流电机进展驱动控制。

步进电机的运动需要驱动器，有脉冲输入时步进电机才会动作，且每当脉冲由低变高时步进电机走一步；改变电机转向时，需要加方向信号。

机械手的上升/下降、前伸/后缩动作就是通过控制这两个步进电机的正反转来实现的。

基座正转/反转和气夹正转/反转是通过两个继电器的吸合与断开来控制直流电机的转动方向来实现的。

机械手的放松/夹紧由一个单线圈两位置电磁阀控制。

当该线圈通电时，机械手放松；该线圈断电时，机械手夹紧。

4.2上位监控系统组态设计

根据控制和生产工艺的要求，控制操作包括手动和自动，手动又包括手动步进、回原位操作，自动控制包括单步、单周期、连续的操作。

故操作方式选择开关设置有五个档位。

手开工作方式下，手动动作包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退、慢退和复位，故设置六个动作看官按钮。

各个动作进展的同时均设有动作指示灯。

另外设有启动停顿按钮。

其操作面板如图4-1所示。

图4-1机械手操作面板示意图

4.3实现的效果

翻开电源，按下起动按钮时，开机复位。

机械手假设不在原点那么PLC向驱动器一同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机一反转，横轴后缩。

当后缩到位时碰到后限位开关，然后主机向驱动器二输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。

上升到底时碰到上限位开关，上升停顿，回到原点。

主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。

降到底时碰到下限位开关，下降停顿，气夹电磁阀断电，机械手夹紧。

夹紧后，主机向驱动器二只输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。

上升到顶时，碰到上限位开关，上升停顿。

PLC向驱动器一只输入脉冲信号，步进电机一正转，机械手前伸，前伸到位时，碰到前限位开关前伸停顿。

主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。

降到底时碰到下限位开关下降停顿，同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。

放松后，主机向驱动器二只输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。

上升到顶时，碰到上限位开关上升停顿。

上升到顶时，碰到上限位开关，上升停顿。

PLC向驱动器一同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机一反转，横轴后缩。

机械手后缩，当后缩到底时碰到后限位开关，然后主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。

下降到底时碰到下限位开关，下降停顿，回到原点。

至此，机械手经过八步动作完成一个循环。

第5章机械手臂搬运加工流程控制监控系统调试及结果分析

5.1机械手臂搬运加工流程控制系统调试及解决的问题

使用起保停电路的编程方式。

用辅助继电器代表步，仅仅使用与触电和线圈有关的指令。

编出程序规，具有易于阅读和容易查错的优点。

5.2结果分析

经过试验连线证明奔方案设计可以满足实验设计的要求，并且机械手臂可以很完整的完成要求动作，但是在实际验证中发现。

机械手具体需要在AB操作台停留多长时间是个问题，可以用2种方式改变。

第一种，通过计时器完成，第二种通过是否有物体的压力传感器完成。

课程设计心得

这次的课程设计让我学会了很多，在教师和同学的指导学习下，终于完成了这一份课程设计。

本来以为自己对可编程序控制器原理的知识掌握的还比拟好，但是到做课程设计的时候才发现自己存在着诸多缺乏，其中就有很多根底知识都不是很完善，很多知识都掌握的不是很扎实。

设计过程中，通过针对性地查找资料，了解有关电子方面的资料，既增长了自己的知识面，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力和实践能力。

对学过的课本理论知识起到了很好的温习作用。

机械手臂搬运加工采用PLC为控制核心构造合理、测试方法可靠，它具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性。

通过对机械手臂搬运加工PLC控制系统设计的设计，让我很好的运用了PLC的知识，对课本的知识进一步的消化和稳固。

这次课程设计终于顺利完成了，这个设计让我获益良多，只要用心去学习，不怕困难，不管多么困难，我们都能取得成功。

参考文献

[1]王炳实.机床电气控制[M].:

机械工业,2004.

[2]才开.一种工业机械手的PLC控制[Z].:

微计算机信息,2006.

[3]王丽伟.机械手的PLC控制[Z].:

机床电器,2006.

[4]建明.电气控制与PLC应用,电子工业,2007.

[5]邓那么名.电器与可编程控制器应用技术,机械工业,2005.

附录

附录1程序流程图

附录2程序梯形图