多关节工业机械手plc控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)

多关节工业机械手plc控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

存器的多少，直接关系到程序的编制，该存储器的容量越大 ，就可以编制出更复杂的程序。 在现代工业生产中 PLC 的可扩展性也显的非常重要。 主要包括： （ 1） 输入输出点数的扩展； （ 2） 存储容量的扩展； （ 3） 联网功能的扩展； （ 4） 可扩展的模块数； 另外，可编程序控制器的可靠性、易操作性及经济性等功能指示也受用户的关注。 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 6 第 2 章 机 械手 简介 多关节机械手指的是利用关节连接两个相邻的刚体，即连杆，关节提供连杆之间的相对运动，在这个机构中，关节多是以其中一个特点，正是由于关节多，所以它的抓握功能远远强于传统的夹钳式等机械手。 它可以完成对 不同形状、不规则工件的抓握。 多关节机械手有多种结构，其中最理想的也是应用最多的就是类似于人手的结构，这样的结构能模拟人手抓物体时的情况。 与传统的机械手相比，多关节机械手具有动作灵活，运动惯性小、通用性强、能抓取靠近基座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作等优点。 控制系统的功能要求 传统的机械手采用继电气控制，由于其线路复杂、维护困难、可靠性差等缺点，无法满足机械手控制的需求。 可编程控制器（ PLC）的出现使得这类问题得到解决， PLC 控制，具有结构简单、控制方便、可靠性高、编程简单、 功耗低和改造方便的特点，能够完成动作要求精度高的工作。 机械手结构 以轴承装配为例：轴承装配是轴承生产过程中的最后且极为重要的环节，而轴承压盖机则是装配先上较为复杂的部分。 本节讲述的是利用机械手在轴承装配线上，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。 图 21 是某以生产线上机械手的工作示意图。 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 7 图 21 机械手的工作示意图 该机械手在生产线上的主要任务是，将轴承从传送带 1转移至 传送带 2上，然后将盖放置于轴承之上，最后经压盖机加工，完成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 多关节机械手完成以上动作主要是通过机械控制来实现的，即利用 PLC 控制电动机的转动和电磁阀的通断，电动机的转动来驱动机械手臂的左右旋转，电磁阀驱动气缸的升降控制机械手臂的上升和下降。 多关节机械手的工作过程如图22所 示： 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 8 图 22 多关节机械手简单工作过程示意图 ：使机械手相对于工作台向上移动，提高它的高度，以满足抓取工件的高度要求。 ：使机械手相对于工作台向下移动，降低它的高度，以满足放置工件的高度要求。 ：使机械手抓紧工件，以便完成工件抓起的要求。 ：使机械手放松工件，以便完成工件放松的要求。 ：使机械手在不改变高度的情况下，相对于工作台向左旋转，以便完成工件移动的要求。 ：使机械手在不改变高度的情况下，相对于工作台向右旋转，以便完成再次抓取工件的要求。 由于 PLC 的抗干扰能力强，所以能在 恶劣的工作环境中，可靠地完成控制任务，为了使设备便于安装、调试，以及从经济角度考 虑，设计出如图 23所示的机械手控制系统的功能框图。 图 23 多关节工业机械手控制系统的功能框图 手爪放松 传送带 2 手臂下降 启动 手臂上升 手臂抓紧 手臂下降 传送带 1 手爪抓紧 手臂右旋 手臂上升 电气控制柜 多关节工业机械手 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 9 第 3 章 硬件系统设计 前面介绍了机械手的机械结构，本节主要根据上节所述的功能要求配置需要的控制系统的硬件系统，按照控制系统的控制要求，设计出如图 31所示的控制系统的硬件框图。 在此系统中仅靠 PLC 主机是无法完成控制要求的，因此扩展了一个 I/O 和两个模拟量输入 /输出模块，以及两个光电开关和一 个可控电动机， 阀是指气流只能向一个方向流动而不能反向流动通过的阀，是最简单的单向型方向阀。 在气动系统中，单向阀除单独使用之外，经常与流量阀、换向阀和压力阀组合成只能单向控制的阀。 单向调速阀就是单向阀与节流阀并联而成。 单向调速阀是把节流阀芯分成了上阀芯和下阀芯两部分。 当流体正向流动时，其节流过程与调速阀是一样的，节流缝隙的大小可通过手柄进行调节；当流体反向流动时，靠流体的压力把阀芯压下，下阀芯起单向阀作用，单向阀打开，可实现流体反向自由流动。 当正向流动时，经过节流阀节流。 当反向流动时，单向阀打开，不节流。 以下 是控制系统的硬件框图 31。 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 10 图 31 控制系统的硬件框图 PLC 的选型 根据系统控制要求并从经济性和可靠性等方面考虑，选择西门子 S7200 系列PLC作为此机械手控制系统的控制主机。 在西门子 S7200系列 PLC中又有 CPU22CPU22 CPU22 CPU226 等之分。 三自由度工业机械手 PLC 控制系统总共有 15 控制按钮 传感器 传送带 B 电磁阀 右旋限位开关 左旋限位开关 下降限位开关 右旋限位开关 光电开关 抓紧电磁阀 上升电磁阀 下降电磁阀 左旋限位开关 松开电磁阀 上升限位开关 PLC 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 11 个数字量输入， 8个数字量输出，供需 23 点 I/O 口，根据 I/O 点数，选用了 CPU224作为主机。 同时扩展一个 I/O 模块，选用 EM223 输入 /输出混合扩展模块。 EM223 共 6种模块，根据系统的控制要求和资源需求，采用 EM223 模块中的 4点输入 /4 出 输出模块。 由于需要测量每个手指的压力值，需要将传感器的值输入到 PLC 中进行判断，所以扩展两个模拟量模块，全部选用 EM235 模块。 模拟量输入 /输出扩展模块EM235 具有 4路模拟量输入 /1 路模拟量输出。 EM223 和 EM235 与 PLC 的连接不需要其他设置，只需要将排线插到主机及扩展模块的插槽上。 PLC 的 I/O资源配置 根据 控制系统的功能要求，对 PLC 进行 I/O 及其他资源的分配，具体分配如下。 表 31 数字量输入地址分 配 输入地址 输入设备 输入地址 输入设备 高速脉冲输入 自动启动 急停按钮 上升限位开关 手动 /自动 下降限位开关 手臂上升 左旋限位开关 手臂下降 右旋限位开关 手臂左旋 传送带 1 光开关 手臂右旋 传送带 2 光开关 手爪抓紧 传送带 2 启动 手爪放松 压盖机启动 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 12 表 32 模拟量输入地址分配 输入地址 输入设备 输入地址 输入设备 ATW0 传感器 1 ATW0 传感器 4 ATW0 传感器 2 ATW0 传感器 5 ATW0 传感器 3 表 33 数字量输出地址分配 输出地址 输出设备 输出地址 输出设备 高速脉冲输出 抓紧电磁阀 上升电磁阀 松开电磁阀 下降电磁阀 传送带 2 继电器 左旋电磁阀 压盖机继电器 右旋电磁阀 根据系统的控制要求，硬件框图及 I/O 分配情况，三自由度工业机械手控制系统 PLC 控制部分的硬件接线如图 32 所示。 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） 13 传感器 2 传感器 3 图 32 多关节机械手控制系统 PLC 控制部分硬件连接图 高速脉冲输出 上升电磁阀 下降电磁阀 左旋电磁阀 右旋电磁阀 抓紧电磁阀 松开电磁阀 传送带 2 继电器 压盖机电磁阀 S7200 CPU224 + EM223。