基于PLC控制的机械手设计终稿

论文题目：基于PLC控制的机械手设计摘要机械手在工业科技中的应用时间较长，随着工业生产的不断发展进步，机械手的控制技术也得到了较为快速的发展。人们在很早以前就希望能够借助其他的工具替代人类自身的手去从事重复性的工作，或者具有一定危险性的工作，从而提高工业的生产效率，同时也能规避人们在生产实际生产中碰到的危险情况。此外，在一些特殊的场合中，必须要依靠机械手才能加以完成。未来机械手在工业生产中将发挥更大的作用，本文主要对机械手的控制方式及控制系统设计方法进行了较为详细的分析。关键词：机械手；控制方式；控制系统论文类型：理论研究目录TOC\o"1-3"\h\u第1章绪论 11.1研究背景及意义 11.2研究现状 1第2章相关概述 32.1机械手 32.2机械手工作原理 42.3机械手的整体结构 52.4PLC技术简介 5第3章机械手PLC控制系统设计 73.1机械手各部件的设计 73.1.1机械手手爪结构设计 73.1.2机械手手腕结构设计 73.1.3机械手手臂结构设计 83.1.4机械手的机械传动机构设计 93.1.5机械手手臂的平衡机构设计 93.2机械手控制程序设计 103.2.1PLC的应用设计步骤 103.2.2控制系统PLC选型 103.2.3PLC控制器程序设计 11第4章机械手监控系统设计 154.1组态软件简介 154.1.1组态软件 154.1.2组态王 164.2监控系统设计 164.2.1监控界面 164.2.2监控设计 17第5章总结 23致谢 25参考文献 25网络学院毕业论文独创性声明 28毕业论文知识产权权属声明 28第1章绪论 1.1研究背景及意义机械手是模仿人手部分动作的一种拟人电子机械装置，是通过PLC控制，按给定程序、轨迹和要求，实现识别、自动抓取、搬运或者操作的自动机械装置。通过配置特定功能传感器，实现机械对环境状态及作用对象的快速反应、分析判断能力。机械手还具有可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说，它是工业机械进化过程的产物，同时，是工业及非产业界的重要生产、服务性设备，是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。工业机械手应用在生产中，可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度，保证产品质量，实现安全生产。尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣环境中，工业机械手可代替人们进行正常工作。目前，PLC程控机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配、轻工业以及交通运输业等方面得到广泛应用。尽管当前机械手并没有人类的手一般灵巧、多变，但是它可以代替人类的手进行劳动，并且有不怕危险、不怕辛苦的优点，另外，机械手抓取东西的时候力量比较大，并可以长时间的进行劳动，劳动力度比较大。所以机械手的发展会为人类带来福音，并且其已经获得了很多部门的关注，也越来越多地被应用到了实际工作中。在很多流水线方面的工作上，机械手便可以代替人类，进行零部件加工等，不仅为企业节约了人力成本，并且也减少了员工培训等方面的烦恼。因此，对控制机械手进行设计。对现代工业的发展具有很重要的意义。同时在理论方面对于PLC控制的机械手设计提供一定的理论上的借鉴的意义。1.2研究现状 国内外有关的学者对于PLC控制的机械手设计进行了相关的研究，并且取得了一定的研究的成果，具体的研究的成果如下所示：1.2.1国内研究现状胡炜（2018）认为：工业生产过程中，常需要根据工件材料、形状、颜色以及重量等进行分类，而传统采用的人工方法生产效率低、生产成本高。随着自动化技术的不断发展，工业自动化竞争越来越激烈。人们希望改进生产技术，提高生产效率，特别在需要进行产品分检的相关领域，迫切需要一种高效、稳定、可靠的设备，代替以往人们采用的人工分拣方法，彻底改变生产效率低、生产成本高的现状。因此，机械手物料分拣系统几乎成为所有生产企业的不二选择[1]。安军（2018）认为：PLC可编机械手的应用规模逐渐扩大，覆盖领域也逐渐扩大。随着传感器技术与接口技术的发展，PLC的扩展能力与兼容性不断提高，机械手将发展为一种拟人的电子机械装置。它是先进制造领域自动化设备的主力军之一，同时，机械手也大规模应用于航空航天领域，用于空间实验与在轨飞行器的维修、回收。可编程机械手对提高生产效率和科研开发具有重要意义[2]。张继红（2018）认为：图像采集部分接收模拟视频信号，并通过A/D进行数字化，或者直接接收摄像机数字化后的数字视频数据。图像采集部分将数字图像存放于处理器或计算机内存。处理器处理、分析、识别图像，获得测量结果或逻辑控制值。处理结果控制流水线的动作，定位、纠正运动误差等，将识别信息反馈到机械手臂端，驱动机械手精准抓取并放置指定物料仓库，实现物料的分类处理[3]。魏丽梅（2018）认为：机械手在工业生产领域中占有重要的地位，性能优越的机械手控制系统将可提高机械手的作业效率，为此本文主要对机械手的控制方式及控制系统进行了较为详细的分析。在对机械手的控制系统进行设计时，除了上述需要考虑的方面之外，还需要考虑到操作面板的布置、根据机械手控制系统的控制要求进行系统的I/O地址分配等[4]。秦治伟（2018）认为：随着我国科技的发展，人类对机械手使用的安全性、稳定性及准确性有了新的认识，而且还对其提出了很高的要求。利用PLC对机械手进行控制已成为一种必然趋势[5]。1.2.2国外研究现状J.Zrnik（2016）认为：PLC在应用中主要是突出微处理器应用作用，所以其运行中有部分环节与微机具有相似指出，但是其运行方式与微机差异性较大。微机大多都是保持等待命令状态。MarekSniezek（2017）认为：在刷新输入阶段时，在端口中接入CPU，对其状态进行读取，然后写入到寄存器中。对输入端有效刷新之后，要及时关闭端口，转入到程序应用执行阶段，输入状态寄存器应用性能变化不明显，各项变化需要经过完整的刷新周期之后才会改变。SasakiT（2018）认为：当前输入输出信号是由不同部分组成，分别有数字量、开关量、模拟量等，在我们日常实践研究中，传递的信号源主要是开关量，此类信号传递也是受到实验环境条件限制。从可编程序控制器应用优势中能看出，此类控制器抗击外部干扰能力较强，也是I/O设计的重要优势。在电气隔离处理操作中，信号进入CPU执行操作，避免操作现场强电等要素干扰。国内外对于PLC控制的机械手设计虽然有了一定的研究传成果，虽然已经有了一定的研究的成果，但是研究的成果比较匮乏，针对于此对于该课题进行了相关的研究是至关重要的。第2章相关概述 2.1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。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，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、轻工和原子能等部门。随着网络技巧的发展，机械手的联网操作问题也是以后发展的方向。工业机器人是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术领域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。我国塑料机械已成为机械制造业发展最快的行业之一，年需求量在不断的加大。我国塑料机械产业的高速发展主要有以下两个大因素：一是对高技术含量装备的需求所带来的设备更新及陈旧设备的淘汰;二是海内塑料加工产业的高速发展，对塑料机械的需求旺盛。2.2机械手工作原理机械手是一种通过一定的编程软件来对其进行自动定位和以多变的动作形式来实现预期的功能。它拥有多个自由度，在空间中能够灵活地自由运动。执行元件、驱动元件和控制系统这三个部分组成了机械手。其中执行元件由手部、手臂和身躯构成。手部装在手臂的上端可以夹紧。机械手的手部可以模仿人的手指，因此非常的灵活。在本设计中主要是用到夹紧气缸，来完成对零件的夹紧和搬运功能。在设计中我们可根据被夹工件的大小和形状来装备各种各样的夹头，以便适应不同的操作需要。手臂是用来引导气爪能够准确地抓住工件，并把工件搬送到另一个工位上。一般机械手的运动有两种，一种是直线运动，另一种是旋转运动。身躯主要是用来安装手臂、动力源和各执行元件，而且它可以起到连接的作用。驱动元件是用来驱动气爪来抓取工件也可以吸取工件，以达到预定的功能。可以随时转变受抓获工件的部位。驱动器件可以完成升降、转动、前后左右移动的这些动作，叫做机械手的自由度。其为机械手的一项十分核心的参变量，其自由度越高，则机械手的灵活性就会越高，它的结构就会越复杂，通用性就会越广，反之则越小。本次设计对机械手整体机构进行控制，来完成特定的工作内容。通过一定的硬件控制系统对其编程来实现所有的功能，在此基础上加上传感器系统，进行运动的反馈工作，使其更加地稳定和精确。通过上面的有关知识，我们设计出了一套机械手，他总共有4个自由度，包括:手臂上下运动、手臂前后伸缩、气爪的夹紧、底座的旋转。其中，底座的旋转采用的是摆动气缸，手臂前后和上下运动选择的是带导向的气缸，保证气爪在抓取工件时的稳定性和可靠性，能够有效地抓取到工件，然后在每个极限位置加上传感器进行反馈，以实现机械手运动的精确性和平稳性。 2.3机械手的整体结构 机械手主要由机体、手臂、腕部、手部等主要部分构成。机体采用圆形结构，满足强度和平衡性要求，通过在其联接支撑板，承载整个机械手的运动和受力，是主要受力部件。为满足其强度要求，在设计中通过有限元分析的手段，对其进行受力分析，进行结构优化设计。手臂的伸缩运动由液压驱动，通过内壁、外壁的相互配合运动在满足伸缩长度技术要求的前提下，力求结构尺寸的最小化原则。手臂的升降运动则通过丝杠、螺母间啮合的相互运动，将转动变为移动。在结构设计中为保证整机的效率，在合理设计螺纹结构参数的基础上，增加双导向平衡装置，力求运动过程的稳定性，避免在运动中由于偏置力矩的存在，导致运动不连续或卡死现象。腕部采用凸缘式结构，在执行回转动作时，凸缘结构外伸，液压驱动在00-1800范围内回转。手部是动作的执行部分，通过手指的开合运动完成工件的夹持功能。将两个手指在手腕处，利用铰链式销轴连接，形成转动副，通过小臂的伸缩运动带动手指绕其回转销轴，实现开合运动。本设计手指采用V型块结构，也可以采用引导式楔角结构、圆弧外抱式结构、直行防滑垫式结构，可以根据工件的形状和夹持力的大小进行更换，降低使用成本，增加其通用性。2.4PLC技术简介可编程序控制器控制性能发挥过程中，就是相关技术人员通过规定算法对输入与输出量进行调控，然后将变换过程以物理方式正式。输入与输出变换以及物理实现是现阶段PLC在控制过程中的基本构成要素。其次，在物理实现过程中也能突出PLC应用特征。相关技术人员要结合具体控制要求，对各类干扰性因素进行分析，提升工业化控制效率，便于控制系统灵活应用。在PLC中选用常用的计算机结构，其是由储存器、微处理器、各类接口电路、开关电源、通信接口等。 第3章机械手PLC控制系统设计 320673.1机械手各部件的设计64123.1.1机械手手爪结构设计手爪是用来进行操作及作业的装置，其种类很多，根据操作及作业方式的不同，分为搬运用、加工用、测量用手爪等。机械手手爪是根据机械手作业要求来设计的，在满足作业要求的前提下，机械手手爪还要具有体积小、重量轻、结构紧凑、通用性强等特点，同时要便于安装和维修，易于实现计算机控制。结合具体的工作情况，本设计采用连杆杠杆式手爪。连杆杠杆式手爪在活塞的推力作用下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧(放松)运动。由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力，其通常与弹簧联合使用。手爪的具体结构形式如图3.1所示。图3.1机械手末端执行手爪结构图149023.1.2机械手手腕结构设计机械手手腕是机械手操作机的最末端，与手爪相连接，它与机械手手臂配合，使手爪作空间运动，完成所需要的作业动作。因此要求手腕设计应尽量小巧轻盈，结构紧凑。根据作业需要，设计机械手手腕的自由度。一般情况下，自由度数目愈多，腕部的灵活性愈高，对作业的适应能力也愈强。但自由度的增加，必然会使腕部结构更复杂，控制更困难，成本也会相应增加。因此，手腕的自由度数应根据实际作业要求来确定。为保证工作时力的传递和运动的连贯，腕部结构要有足够的强度和刚度.要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。通过对数控机床上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全性和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制难度，本设计手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机床的上下料完全足够。具体的手腕(手臂、手爪连接梁)结构如图3.2所示。图3.2手臂、手爪连接结构164093.1.3机械手手臂结构设计机械手手臂在工作时要承受一定的载荷，且其运动本身具有一定的速度，其工作空间的形状和大小与机械手手臂的长度、手臂关节的转动范围有密切的关系，因此手臂尺寸设计应满足其工作空间要求。同时，为了提高机械手的运动速度与控制精度，应在保证机械手手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量;为提高机械手手臂运动的响应速度、减小电机负载，机械手手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡;还要尽可能使机械手手臂各关节轴相互平行，相互垂直的轴则要尽可能相交于一点，这样可以使机械手运动学正逆运算简化，有利于机械手的控制。由于机械手手臂运动为直线运动，且考虑到搬运工件重量、机械手动态性能及运动的稳定性、安全性和较高的刚度要求，因此选择液压驱动方式。液压驱动方式是利用液压系统进行控制，传动刚度大、可实现连续位置控制。其通过液压缸直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件，因此不用再额外设计执行件。液压缸可实现直线运动，控制简单，易于实现计算机的控制。因控制和具体工作的要求，机械手手臂的结构不能太大，若仅仅通过增大液压缸的直径来提高刚度，是不能满足系统刚度要求的。所以，在设计时另外增设了导杆机构，小臂增设了2个导杆，与活塞杆一起构成等边三角形的截面形式，尽量提高其刚度;大臂增设了4个导杆，呈正四边形布置，为减小质量，各个导杆均采用空心结构。增设导杆能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，较好地解决了结构稳定性的问题。239323.1.4机械手的机械传动机构设计由于传动部件直接影响着机械手的精度、稳定性和快速响应能力，因此，在设计机械手的传动机构时要力求结构紧凑、重量轻、体积小，以提高机械手的运动速度及控制精度。同时在传动链及运动副中采用间隙调整机构，以减小反向空回所造成的运动误差，还要考虑尽量消除爬行现象，增加系统寿命;尽量缩短传动链，提高传动与支承刚度;选用最佳传动比、适当的阻尼比。常用的机械传动机构主要有螺旋传动、齿轮传动、链传动、同步带传动等。因为选用了液压缸作为机械手的手臂，它既是关节结构，又是动力单元，因此不需要中间传动机构，既简化了结构.又提高了精度。其腰座的回转采用步进电动机驱动，而电动机不能作为直接驱动元件，因此为取得较大的转矩，经分析比较，选择圆柱齿轮传动。为了保证比较高的精度，尽量减小因齿轮传动造成的误差，同时大大增大扭矩，以大幅降低电机转速，使机械手的运动平稳，动态性能好，这里只使用一级齿轮传动，采用大的传动比，齿轮采用高强度、高硬度的材料，高精度加工制造。303643.1.5机械手手臂的平衡机构设计 关节机械手手臂一般都需要平衡装置，以减小驱动器的负荷，缩短启动时间。弹簧平衡机构简单、造价低、工作可靠、平衡效果好、易维修，应用广泛。本机械手采用圆柱坐标式结构，而且在手臂的结构设计以及整个机械手的设计和布局中都重点考虑了机械手手臂的平衡问题，通过合理布局，优化设计结构，使得手臂本身尽可能达到平衡。若实际工作中平衡结果不满意，则设置弹簧平衡机构进行平衡。3.2机械手控制程序设计3.2.1PLC的应用设计步骤PLC控制系统是以程序形式来体现其控制功能的，大量的工作时间将用在软件设计，也就是程序设计上。由于PLC内部继电器数量大，其接点在内存允许的情况下可重复使用，具有存储数量大、执行速度快等特点，所以采用此设计方法可缩短设计周期。PLC程序设计可遵循以下六步进行。(1)确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序:(2)分配输入输出设备，即确定IS些外围设备是传送信号到PLC,哪些信号是接收来自PLC信号的。并将PLC的输入、输出口与之对应进行分配;(3)设计PLC程序画出梯形图。梯形图体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系:(4)实现用计算机对PLC的梯形图直接编程;(5)对程序进行调试(模拟和现场):(6)保存己经完成的程序。在建立一个PLC控制系统时，必须首先把系统需要的输入、输出数量确定下来。然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的相互关系。确定控制上的相互关系之后，就可进行编程的第二步—分配输入输出设备，在分配了PLC的输入输出点、内部辅助继电器、定时器、计数器之后，就可以设计PLC程序画出梯形图。之后便可以使用相应PLC的编程工具写入PLC程序进行调试，直到符合控制要求。这便是程序设计的整个过程。3.2.2控制系统PLC选型可编程控制器(PLC)按输入输出点数以及CPU功能分为大、中、小3种类型，按其结构又可分为整体式和模块式PLC.PLC的种类很多，日本OMRON公司生产的CPM1A是该公司推出的高性能整体式小型可编程控制器，该机种性能价格比高，适合小型系统的控制。本研究项目中机械手的控制器选用的是CPMIA系列中的CPM1A-4000R-A-VI型PLC。该型号PLC集成的数字量输入/输出为24入16出。有模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、位置控制模块、数据输入/输出模块、通信模块等可选模块，可以实现模拟量控制、位置控制和联网功能。3.2.3PLC控制器程序设计根据以上所述的PLC型号，综合对机械手控制系统功能的分析编写PLC控制程序。1.控制系统功能分析根据机械手运动仿真方案，机械手的循环动作依次为:下降-夹紧-上升-正转-伸出-放松-缩回-反转-下一循环。为了根据实际工作环境确定机械手工作时磁性限位开关的位置并调试机械手，对机械手的每一动作设定一个手动控制按钮。同时，为了保证机械手同时只能执行一个动作，需要在程序上设计互锁功能。为了控制机械手的启停，需要设置对应按钮，但是为了节约PLC控制器的输入输出点数，可以将启动按钮和停止按钮合并，实现单按钮启停控制。同时，为了区分机械手是处在手动调试还是连续运行工作模式，需要设置一个连续运行按钮。当处在连续运行模式时，机械手进行正常工作的循环动作:当处在手动调试模式时，如上文所述，可以通过各个动作的按钮对机械手各个自由度进行手动控制，而且可以根据实际情况调整限位开关位置来调试机械手。并且，为了区分机械手是正常退出工作还是因为发生故障急停，应该进行不同的设计，此设计中将退出连续运行模式(按一下“连续运行按钮”)设定为正常停止工作，而将退出启动方式(按一下“启动停止按钮”)视为急停。二者的区别在于:正常停止工作时，机械手将继续运行至所在顺序动作周期结束之后再停止，其停止时机械手将处在预先设定的初始位置;急停时，机械手将马上停止工作，其停止时机械手保持在当前位置，而且在再次启动时不会继续刚才的工作。为了保证机械手的正常顺序工作循环，机械手在每一个工作周期初始时都要检验是否处在预先设定的初始位置(设定为:机械手处在上升限位、反转限位、缩回限位和放松状态)，若否，则需要首先回到初始位置，即“回原点”。回原点有两种方案:自动回原点和手动回原点。由于自动回原点需要检测机械手当前位置，造成硬件复杂化，而且当机械手运动超出允许的范围时将不能正确动作，所以采用手动回原点。手动回原点可以利用手动调试阶段的各个动作的控制按钮对气缸进行手动控制，而且在到达原点限位时需要停止并保持当前位置。另外，需要一个PLC输出点作为“回原点”指示。根据以上分析及所使用PLC的型号，可以对PLC的输入输出触点进行I/O分配，并绘制出控制系统流程图。I/O分配结果如表3.1所示。表3.1机械手控制器I/O分配表2.PLC梯形图程序设计根据I/O分配表以及控制系统流程图，结合所使用的PLC具体型号，可以设计出适合该控制器的控制系统程序。本研究项目中为求控制程序可读性好.采用梯形图设计方法，所涉及的指令有定时器TIM指令、保持指令KEEP、上微分指令DIF、跳转指令JMP和跳转结束指令JME等一系列PLC编程当中常见的指令。根据以上方法设计的PLC程序的部分程序段如下文所述。图3-3所示为操作按钮输入信号的微分处理程序，编写该程序是因为:第一由于实际按钮的性能各不相同，而且操作者的实际操作习惯不一，按一次按钮持续的时间未知，这样可能造成PLC响应按钮输入时出现各种未知的状况，这对于PLC控制而言是非常不利的，所以需要使用微分语句DIFU对按钮动作响应信号进行调整:第二，将所有的输入按钮并列集中在程序中的一段可以方便在控制系统外部接线，省去到程序中到处找各个按钮对应的端口，同时程序的可读性也较好。图3.3操作按钮输入微分程序段同理，为方便控制器外部接线及提高程序可读性，将各限位开关输入及动作线圈输出集中在程序中的一段，如图3.4至3.5所示图3.4限位开关输入程序段图3.5动作线圈愉出程序段在动作线圈输出程序中，通过PLC内部辅助寄存器实现了气缸动作的互锁，即正转动作和反转动作互锁、上升动作和下降动作互锁、伸出动作和缩回动作互锁、夹紧动作和放松动作互锁。当系统处于启动方式时冲压机械手可以进行正常工作，当系统处于停止方式时系统停机(即进入“停止工作步”)，除按“启动/停止按钮”启动系统之外系统不能响应其他操作。和启动停止方式切换程序一样，系统的工作方式切换(即“手动调试”方式和“连续运行”方式的切换)也是通过单按钮启保停程序实现的。“手动调试”方式中，可以通过操作按钮对机械手的各个动作进行手动控制，并对气缸上安装的磁性限位开关的位置进行调整，以适应实际的生产状况。为保证手动调整的精确性，要求对各个动作线圈实现点动控制，即按一下操作按钮，对应的动作气缸运行一段较小的时间段然后停止，这个时间段可以通过编程软件设置参数来进行手动调整，可以设此时间段参数为“手动调试脉冲时间”，由于机械手开合气缸的行程较小，需要单独设置一个参数为“开合调试脉冲时间”。具体的手动调试程序段如图3.5所示。图3.5手动调试控制程序段在“连续运行”方式下，机械手按照流程图所示进行顺序动作循环，为了保证机械手的动作到位，必须在每一个顺序动作循环开始之前检查机诫手是否处于预先设定的原点(初始位置)。若系统在动作循环开始之前没有处在原点，则进入“手动回原点步”。此时可以通过各个操作按钮控制各气缸对应的运动，在到达该气缸初始位置时对木气缸对应的两个操作按钮输入进行屏蔽.使气缸活塞其保持在原点位界.具体的程序实现如图3.6所示。当系统处于“连续工作”方式时，若系统到达原点，则自动进入预定的顺序动作循环，顺序动作循环程序如图3.7所示。图3.6手动回原点程序段图3.7循环动作程序段由于手爪气缸的行程小.不便于安装限位开关，并且本机械手的手爪开合精度要求较低，所以考虑用PLC内部辅助寄存器对开合限位进行模拟。具体模拟方案如下:(1)夹紧限位当夹紧线圈置位时，一个定时器开始定时，同时夹紧线圈保持。经过一个时间段(编程软件设置为参数“夹紧运行时间”)后，定时器置位使夹紧限位置位且保持，直到放松线圈置位后夹紧限位才复位。(2)放松限位当放松线圈置位时，一个定时器开始定时，同时放松线圈保持置位.经过一个时间段(编程软件设置为参数“放松运行时间”)后，定时器置位使放松限位置位且保持，直到夹紧线圈置位后才放松限位复位。第4章机械手监控系统设计 4.1组态软件简介 4.1.1组态软件组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。 4.1.2组态王 （1)功能强大、性能稳定且易于使用组态王6.53保持了组态王早期版本运行稳定、使用方便的特点。并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。该款产品的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。（2）组态王6.53的主要功能特性。1）可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接。2）无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。3）变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间。4）强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存。5）强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理。6）全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布。7）方便的配方处理功能。8）丰富的设备支持库，支持常见的PLC设备、智能仪表、智能模块。9）提供硬加密及软授权两种授权方式。4.2监控系统设计 4.2.1监控界面 监控系统的画面如图4.1所示。图4.1机械手监控系统主界面4.2.2监控设计（1）建立新工程。在亚控中建立新工程时，首先通过亚控的“工程管理器”指定工程的名称和工作路径，不同的工程一定要放在不同的路径下。指定工程的名称和路径，启动亚控的“工程管理器”(图4.2）图4.2力控工程管理器界面单击菜单栏“文件/新建工程”命令或工具条“新建”按钮或快捷菜单“新建工程”命令后，弹出“新建工程向导一”对话框，如图4.3所示。图4.3新建工程向导一单击“下一步”按钮，弹出“新建工程向导二”对话框，如图4.4所示。图4.4新建工程向导在对话框的文本框中输入新建工程的路径，如果输入的路径不存在，系统会自动提示用户。也可以单击“浏览”按钮，在弹出的路径选择对话框中选择工程路径，也可以在弹出路径选择对话框中直接输入路径。单击“下一步”按钮，进入“新建工程向导三”对话框，如图4.5所示。图4.5新建工程向导三在“工程名称”文本框中输入新建工程的名字，在“工程描述”中输入对新建工程的描述文本。单击“完成”按钮，确认新建的工程。创建组态界面进入亚控的开发系统后，可以为每个工程建立无限数目的画面，在每个画面上可以组态相互关联的静态或动态图形。这些画面是由亚控开发系统提供的丰富的图形对象组成的。开发系统提供了文本、直线、矩形、圆角矩形、圆形、多边形等基本图形对象，同时还提供了增强型按钮、实时\历史趋势曲线、实时\历史报警、实时\历史报表等组件。开发系统还提供了在工程窗口中复制、删除、对齐、打成组等编辑操作，提供对图形对象的颜色、线型、填充属性等操作工具。亚控开发系统提供的上述多种工具和图形，方便用户在组态工程时建立丰富的图形界面。单击左侧目录中的“画面”，在右侧单击“新建”，弹出“新建画面”对话框，如图4.6所示。图4.6新画面在“新画面”对话框中，可以给画面命名，在注释中，可以选择画面位置及其画面风格。3．定义I/O设备在亚控中，把需要与亚控组态软件之间交换数据的设备或者程序都作为IO设备，IO设备包括：DDE、OPC、PLC、UPS、变频器、智能仪表、智能模块、板卡等，这些设备一般通过串口和以太网等方式与上位机交换数据;只有在定义了IO设备后，亚控才能通过数据库变量和这些IO设备。选择“设备”，单击“新建”，弹出“设备配置向导”，图4.7所示。图4.