机械手模型控制系统的设计

机械手模型控制系统的设计

机械与电子工程学院专业：自动化

姓

名：指导教师：1绪论课题背景

随着工业自动化的发展，生产效率的提高，劳动强度的增加，劳动密集型产业和工作量的日益发展很可能会造成伤害的工人，而在一些危险，未知的环境需要一定的精确控制，所以多关节机器人逐渐发展起来。国内外研究现状智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂机电控制系统1专用工业机器人,采用工业控制器，市场化、模块化的元件2欧洲FMS和FMC中国人工美国FMS和FMC

本课题讲述的是利用多关节机械手在一个轴承装配线上，通过PLC控制机械手的动作，完成取轴承、加盖及转移工件，最后控制压盖机完成压盖的整个过程。本课题主要研究的是基于西门子S7-200系列PLC的机械手模型控制系统的设计，包括PLC的选型、系统硬件的设计和系统软件的设计。2课题设计的功能要求

该机械手在生产线上的主要任务是，将轴承从传送带1转移到传送带2上，然后将盖放置于轴承之上，最后经过压盖机加工，完成呢个轴承装配的一部分加工。整个工作过程机械手包括以下动作：

手臂上升→手臂下降→手爪抓紧→手爪放松→手臂左旋→手臂右旋。图1多关节机械手简单工作过程示意图3系统总体设计系统控制方案比较机械手的控制系统主要有三种：单片机为控制模块的核心，通过键盘和状态指示灯来完成机械手的功能设置和动态编辑，用LCD显示机械手的工作状态、菜单。继电器的控制形式是固定接线，整个系统设计比较复杂，通用性和灵活性差，可靠性差、故障多、维修困难等问题已逐步淘汰。PLC是为工业机械控制系统设计的专用计算机，其结构紧凑，抗干扰能力强，很容易装入到工业机械的内部。PLC的选型

考虑到控制系统的要求，并在经济性和可靠性方面的选择，选择西门子S7-200系列PLC作为该多关节机械手的控制系统。本设计所用多关节机械手控制系统共有18/个数字量输入，9个数字量输出，共27点I/O点数，以及程序容量，选择了CPU224作为其主机。系统总体结构PLC由于较强的抗干扰能力，为了使该设备便于安装、调试，以及从经济角度来看，设计出如图2所示的多关节机械手控制系统的功能框图。

在电气柜中主要是一些仪器、仪表，这样既减少外部影响，又便于测试和维护。电气控制柜结构如图3所示，电气柜中的部分线路与机械结构连接，通过继电器，电磁阀等装置为电动机、气缸等进行控制，还有部分与控制台的按钮连接。

图2控制系统的功能框图图3电气柜结构图4系统硬件设计

硬件系统设计由PLC主机控制模块和I/O接口模块两部分组成，设计系统的硬件框架如图4所示图4控制系统硬件框图

PLC的输入输出资源配置

根据系统的控制要求、硬件框图和输入输出的分配情况，多关节机械手控制系统PLC的部分硬件接线图如图5所示。

图5多关节机械手控制系统PLC控制部分硬件接线图5系统软件设计

程序编写的时候采用顺序控制指令，机械手控制系统流程图如图6图6控制系统流程图系统程序设计

控制系统采用的是西门子公司专门为S7—200系列设计开发的STEP7-Micro/WIN32。其编程界面如图7所示图7梯形编程界面将编译后程序导出，利用西门子S7—200仿真软件进行仿真,图8所示为系统手动下的运行仿真。图8所示为系统手动下的运行仿真结论

本文详细讲解了多关节机械手的控制系统设计过程。该系统采用西门子S7-200系列的