机械手臂搬运加工流程控制

1、目录第 1 章机械手臂搬运加工流程控制工艺流程分析 21.1 机械手臂搬运加工流程控制过程描述 21.2 机械手臂搬运加工流程控制工艺分析 2第 2 章机械手臂搬运加工流程控制系统总体方案设计52.1 机械手臂搬运加工流程控制系统硬件组成 52.2 机械手臂搬运加工流程控制方法分析 52.3 机械手臂搬运加工流程控制系统的I/O 分配 52.4 机械手臂搬运加工流程控制系统接线图设计 6第 3 章机械手臂搬运加工流程控制系统梯形图程序设计83.1 机械手臂搬运加工流程控制程序流程图设计 83.2 机械手臂搬运加工流程控制程序梯形图设计 8第 4 章机械手臂搬运加工流程控制监控系统设计 104.

2、1 PLC 与上位监控软件通讯104.2 上位监控系统组态设计104.3 实现的效果11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135.1 机械手臂搬运加工流程控制系统调试及解决的问题135.2 结果分析13错误!未定义书签课程设计心得参考文献15附录16资料.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图所示，有两部机械对工作物进行加工，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的位置进行第一步骤加工。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进行第二步骤加工；当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带

3、B送走，然后由7段数码管显示加 工完成的数量。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安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、资料.轻工和原子能等部门。目前机械手的主要发展经历可以分为三代：第一代机械手主要是靠人工进行 控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精 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，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉

4、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，并逐步发展成为柔性系统 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、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。机械手的运动机构主要包

5、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内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，可实现机械手的精确定位；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，一开始手臂先下降，碰到下限开关开始做

6、火起动作，然后开始上升碰到上限开关后，手臂开始往右，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，机械手臂再依进行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上进行第二加工步骤。当第二加工步骤完成 时，机械手臂再依进行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。原位 f 下降 >夹紧 *上升右移,放松下降图1-2机械手控制动作示意图资料.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

7、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。由传动系统进行机械手的移动， 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行移动。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

8、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，要求电气控制部分体积小，成本低， 并能够用计算机对PLC进行监控和管理，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，故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2-1 PLC的I/O 分配表资料.名称输入名称输出启动00001下降10003停止00002夹紧10004下限开关00003±#10005上限开

9、关00004释放10006选择开关00005返回初始位置10007A位置触碰开关00006右移10008B位置触碰开00007选择计数20000关初始位置触碰00008开关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所示如下资料.，畀IZH能行基座正转曜政. ifl基座址柱时冲c=cr_.-'安科zdX轴西展加X轴若限位Ytt LHI1SE Y鞘下限姮启动施械1口 ： 124VL-LJ气央氏转»眄圣座反臂落独，xoXICOMdCOM 1COM2COM3COM4 Y。X2YlX3Y2X4Y3X5Y4X6X7Y6XIUY7XI31YIOXI2¥

10、;5COMV+FVL 4.进出 HL CFTC口 1R杂功器V+PUL山川电机OPKDR 算动;SV4血，灾*24”UK +24V叫机即第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，一开始手臂先下降，碰到下限开关开始做火起动 作，然后开始上升碰到上限开关后，手臂开始往右，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，机械手臂再依进行下

11、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上进行第二加工步骤。2 .当第二加工步骤完成时，机械手臂再依进行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。资料.资料.第4章机械手臂搬运加工流程控制监控系统设计4.1 PLC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行驱动控制。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

12、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。手动工作方式下，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。各个动作进行的同时均设有动作指示灯。另外设有启动停止按钮。具操作面板如图4-1所示。资料.图4-1机械手操作面板示意图4.3 实现的效果

13、打开电源，按下起动按钮时，开机复位。机械手若不在原点则PLC向驱动器 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，上升停止，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， 下降停止，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，上升停止。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止

14、。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止，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止。上升到顶时，碰到 上限位开关，上升停止。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，下降停止，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

15、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。编出程序规范，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，在老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较好，

16、 但是到做课程设计的时候才发现自己存在着诸多不足，其中就有很多基础知识都 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为控制核心结构合理、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巩固。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，不管多么艰难，我们都能取得成 功。参考文献1王炳实.机床电气控制M.北京:机械工业出版社，2004.2曹才开.一种工业机械手的PLC控制Z.北京:微计算机信息，2006.3王丽伟.机械手的PLC控制Z.武汉:机床电器,2006