机械手动作控制系统设计

1、目 录1 引言22 系统总体方案设计32.1 系统硬件配置及组成原理32.2 系统变量定义及分配表42.3 系统接线图设计53 控制系统设计53.1 控制程序流程图设计53.2 控制程序梯形图设计83.3 控制程序设计思路144 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

2、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。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

3、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

4、微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。机械手控制要求：（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所示：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HLQ0.52.2 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上限位I0.2右限位I0.3左限位I0.42.3 系统接线图设计3 控制系统设计3.1 控制程序流

5、程图设计当开启启动按钮，机械手在原位时：M0.5 (SM0.1+I0.0)M0.0T38Q0.4Q0.2RQ0.1Q0.1Q0.0Q0.3Q0.2T37S Q0.1M2.7M2.6M2.5M2.4MM2.3M2.2M2.1M2.0初始I0.0 M0.5原点启动Q0.0A点降I0.1 下限位夹紧2ST37 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2ST38B点升I0.2 上限位左行I0.4 左限位当开启启动按钮，机械手不在原位时：I0.0Q0.1I0.3M1.6T39Q0.4Q0.2RQ0.1Q0.0Q0.3Q0.2M1.5M1.4M1.3M1.2M1.1M1.0I0

6、.0Q0.1R I0.3A点升I0.2 上限位右行I0.3 右限位B点降I0.1 下限位松开 2sI0.0I0.3R Q0.1T39B点升I0.0I0.4R Q0.1I0.2 上限位Q0.2A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。3.2 控制程序梯形图设计1公用程序：2当开启启动按钮，机械手在原位时：3当开启启动按钮，机械手不在原位时：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

7、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M2.0。 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

8、左行回到原位”。如果此时I0.0还是ON，则继续自动工作。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

9、起动按钮I0.0，机械手应进入“B点降”步M1.2，转换条件为I0.0Q0.1I0.3，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，将马上转换到“右行步”。4 系统调试及结果分析 在这次实验过程中

10、，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+,M1L2LCOM。 当外部接线没问题

11、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。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

12、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。 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。参考文献1廖常初.P

13、LC编程及应用M.4版. 北京：机械工业出版社，20132王阿根.西门子S7-200PLC编程实例精解M. 北京：电子工业出版社，20113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，20024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附录ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1TITLE=程序注释BEGINNetwork 1 / 网络标题/ 网络注释LD I0.4 原点满足条件A I0.2AN Q0.1= M0.5Network 2 开机进入初始状态LD SM0.1O I0.0LPSA M0.5S M0.0, 1LPPAN M0.5R

14、 M0.0, 1Network 3 原点灯亮条件LD M0.5= Q0.5Network 4 关闭起动按钮，所有步复位LDN I0.0R M2.0, 8R M1.0, 7Network 5 初始并满足原点条件LD M0.0A I0.0A M0.5S M2.0, 1R M0.0, 1Network 6 A点降LD M2.0A I0.1S M2.1, 1R M2.0, 1Network 7 夹紧并停2sLD M2.1A T37S M2.2, 1R M2.1, 1Network 8 A点升LD M2.2A I0.2S M2.3, 1R M2.2, 1Network 9 右行LD M2.3A I0.3

15、S M2.4, 1R M2.3, 1Network 10 B点降LD M2.4A I0.1S M2.5, 1R M2.4, 1Network 11 松开并停2sLD M2.5A T38S M2.6, 1R M2.5, 1Network 12 B点升LD M2.6A I0.2S M2.7, 1R M2.6, 1Network 13 左行LD M2.7A I0.4S M2.0, 1R M2.7, 1Network 14 夹紧2sLD M2.1S Q0.1, 1TON T37, 20Network 15 松开2sLD M2.5R Q0.1, 1TON T38, 20Network 16 下降条件LD

16、 M2.0O M2.4AN I0.1= Q0.0Network 17 上升条件LD M2.2O M2.6AN I0.2= Q0.2Network 18 右行条件LD M2.3AN I0.3= Q0.3Network 19 左行条件LD M2.7AN I0.4= Q0.4Network 20 机械手夹紧不在右限位LD I0.0A Q0.1AN I0.3S M1.0, 1Network 21 A点升LD M1.0A I0.2S M1.1, 1R M1.0, 1Network 22 机械手夹紧在右限位LD I0.0A Q0.1A I0.3LD M1.1 右行A I0.3OLDS M1.2, 1R M

17、1.1, 1Network 23 B点降LD M1.2A I0.1S M1.3, 1R M1.2, 1Network 24 机械手松开在右限位LD I0.0A I0.3AN Q0.1LD M1.3 松开2sA T39OLDS M1.4, 1R M1.3, 1Network 25 机械手松开在左限位LD I0.0A I0.4AN Q0.1S M1.6, 1Network 26 到上限位时M1.6复位LD I0.2R M1.6, 1Network 27 B点升LD M1.4A I0.2S M1.5, 1R M1.4, 1Network 28 到左限位时M1.5复位LD I0.4R M1.5, 1Network 29 B点降条件LD M1.2= Q0.0Network 30 松开2sLD M1.3R Q0.1, 1TON T39, 20Network 31 A点升条件LD M1.0O M1.4= Q0.2Network