機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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IAI開發(fā)的流體手2. 機(jī)器人手的一般結(jié)構(gòu)一個(gè)機(jī)器人手可以分成兩大主要子系統(tǒng)：機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)又可分為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)，我們將在第三部分作進(jìn)一步介紹。在第四部分介紹的控制系統(tǒng)至少由控制硬件和控制軟件組成。我們將對(duì)這兩大子系統(tǒng)的問題作一番基本介紹，然后用卡爾斯魯厄靈巧手演示一下。3. 機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)將描述這個(gè)手看起來如何以及由什么元件組成。它決定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、手指的數(shù)量及使用的材料。此外，還確定驅(qū)動(dòng)器（如電動(dòng)機(jī)）、傳感器（如位置編碼器）的位置。3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將對(duì)機(jī)械手的靈活度起很大的作用，即它能抓取何種類型的物體以及能對(duì)被抓物體進(jìn)行何種操作。設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人手的時(shí)候，必須確定三個(gè)基本要素：手指的數(shù)量、手指的關(guān)節(jié)數(shù)量以及手指的尺寸和安置位置。 為了能夠在機(jī)械手的工作范圍內(nèi)安全的抓取和操作物件，至少需要三根手指。為了能夠?qū)Ρ蛔ノ矬w的操作獲得6個(gè)自由度（3個(gè)平移和3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度），每個(gè)手指必須具備3個(gè)獨(dú)立的關(guān)節(jié)。這種方法在第一代卡爾斯魯厄靈巧手上被采用過。但是，為了能夠重抓一個(gè)物件而無需將它先釋放再拾取的話，至少需要4根手指。 要確定手指的尺寸和安置位置，可以采用兩種方法：擬人化和非擬人化。然后將取決與被操作的物體以及選擇何種期望的操作類型。擬人化的安置方式很容易從人手到機(jī)器人手轉(zhuǎn)移抓取意圖。但是每個(gè)手指不同的尺寸和不對(duì)稱的安置位置將增加加工費(fèi)用，并且是其控制系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，因?yàn)槊總€(gè)手指都必須分別加以控制。對(duì)于相同手指的對(duì)稱布置，常采用非擬人化方法。因?yàn)橹恍杓庸ず蜆?gòu)建單一的“手指模塊”，因此可減少加工費(fèi)用，同時(shí)也可是控制系統(tǒng)簡化。3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 指關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器對(duì)手的靈活度也有很大的影響，因?yàn)樗鼪Q定潛在的力量、精度及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的速度。機(jī)械運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)方面需加以考慮：運(yùn)動(dòng)來源和運(yùn)動(dòng)方向。在這方面，文獻(xiàn)里描述了有幾種不同的方法，如文獻(xiàn)3中說可由液壓缸或氣壓缸產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，或者，正如大部分情況一樣使用電動(dòng)機(jī)。在多數(shù)情況下，運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器（如電機(jī)）太大而不能直接與相應(yīng)的指關(guān)節(jié)結(jié)合在一起，因此，這個(gè)運(yùn)動(dòng)必須由驅(qū)動(dòng)器（一般位于機(jī)器臂最后的連接點(diǎn)處）轉(zhuǎn)移過來。有幾種不同的方法可實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)方式，如使用鍵、傳動(dòng)帶以及活動(dòng)軸。使用這種間接驅(qū)動(dòng)指關(guān)節(jié)的方法，或多或少地降低了整個(gè)系統(tǒng)的強(qiáng)度和精度，同時(shí)也使控制系統(tǒng)復(fù)雜化，因?yàn)槊扛种傅牟煌P(guān)節(jié)常常是機(jī)械地連在一起，但是在控制系統(tǒng)的軟件里卻要將它們分別獨(dú)立控制。由于具有這些缺點(diǎn)，因此小型化的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器與指關(guān)節(jié)的直接融合就顯得相當(dāng)必要。3.3 傳感系統(tǒng)機(jī)器手的傳感系統(tǒng)可將反饋信息從硬件傳給控制軟件。對(duì)手指或被抓物體建立一個(gè)閉環(huán)控制是很必要的。在機(jī)器手中使用了3種類型的傳感器： 1. 手爪狀態(tài)傳感器確定指關(guān)節(jié)和指尖的位置以及手指上的作用力情況。知道了指尖的精確位置將使精確控制變得可能。另外，知道手指作用在被抓物體上的力，就可以抓取易碎物件而不會(huì)打破它。 2. 抓取狀態(tài)傳感器提供手指與被抓物體之間的接觸狀態(tài)信息。這種觸覺信息可在抓取過程中及時(shí)確定與物體第一次接觸的位置點(diǎn)，同時(shí)也可避免不正確的抓取，如抓到物體的邊緣和尖端。另外還能察覺到已抓物體是否滑落，從而避免物體因跌落而損壞。3. 物體狀態(tài)或姿態(tài)傳感器用于確定手指內(nèi)物體的形狀、位置和方向。如果在抓取物體之前并不清楚這些信息的情況下，這種傳感器是非常必要的。如果此傳感器還能作用于已抓物體上的話，它也能控制物體的姿態(tài)（位置和方向），從而監(jiān)測(cè)是否滑落。根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有關(guān)指關(guān)節(jié)位置的幾何信息可以在運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器或直接在關(guān)節(jié)處出測(cè)量。例如，如在電動(dòng)機(jī)和指關(guān)節(jié)之間有一剛性聯(lián)軸器，那么就可以用電機(jī)軸上的一個(gè)角度編碼器（在齒輪前或齒輪后）來測(cè)量關(guān)節(jié)的位置。但是如果此聯(lián)軸器剛度不夠或著要獲得很高的精度的話，就不能用這種方法。3.4卡爾斯魯厄靈巧手的機(jī)械系統(tǒng)為了能夠獲得如重抓等更加復(fù)雜的操作，卡爾斯魯厄靈巧手（KDH）由4根手指組成，且每根手指由3個(gè)相互獨(dú)立的關(guān)節(jié)組成。設(shè)計(jì)該手是為了能夠在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用（圖3所示）和操縱箱、缸及螺釘螺帽等物體。因此，我們選用四個(gè)相同手指，將它們作對(duì)稱、非擬人化配置，且每個(gè)手指都能旋轉(zhuǎn)90（圖4所示）。鑒于從第一代卡爾斯魯厄靈巧手設(shè)計(jì)中得到的經(jīng)驗(yàn)，比如因傳動(dòng)帶而導(dǎo)致的機(jī)械問題以及較大摩擦因數(shù)導(dǎo)致的控制問題，卡爾斯魯厄靈巧手采用了一些不同的設(shè)計(jì)決策。每根手指的關(guān)節(jié)2和關(guān)節(jié)3之間的直流電機(jī)被整合到手指前部肢體中（圖5所示）。這種布置可使用很硬的球軸齒輪將運(yùn)動(dòng)傳遞到手指的關(guān)節(jié)處。處在電機(jī)軸上的角度編碼器（在齒輪前）此時(shí)可作為一個(gè)精度很高的位置狀態(tài)傳感器。 圖3.工業(yè)機(jī)器人上的KDH 為了感知作用在物體上的手指力量，我們發(fā)明了一個(gè)六維力扭矩傳感器（圖6所示）。這個(gè)傳感器可當(dāng)作手指末端肢體使用，且配有一個(gè)球形指尖。它可以抓取較輕的物體，同時(shí)也能抓取3-5kg相近的較重物體。此傳感器能測(cè)量X、Y和Z方向的力及繞相關(guān)軸的力矩。另外，3個(gè)共線的激光三角測(cè)量傳感器被安置在KDH的手掌上（圖5所示）。因?yàn)橛?個(gè)這樣的傳感器，因此不僅可以測(cè)量3單點(diǎn)之間的距離，如果知道物體的形狀，還能測(cè)出被抓物體表面之間的距離和方向。物體狀態(tài)傳感器的工作頻率為1kHz，它能檢測(cè)和避免物體的滑落。 圖5. KDH的側(cè)視圖 圖6. 帶應(yīng)變計(jì)量傳感器的六自由度扭轉(zhuǎn)傳感器4. 控制系統(tǒng)機(jī)器人手的控制系統(tǒng)決定哪些潛在的靈巧技能能夠被實(shí)際利用，這些技能都是由機(jī)械系統(tǒng)所提供的。如前所述，控制系統(tǒng)可分為控制計(jì)算機(jī)即硬件和控制算法即軟件?？刂葡到y(tǒng)必須滿足以下幾個(gè)的條件：1. 必須要有足夠的輸入輸出端口。例如，一具有9個(gè)自由度的低級(jí)手，其驅(qū)動(dòng)器至少需要9路模擬輸出端口，且要有9路從角度編碼器的輸入端口。如再加上每個(gè)手指上的力傳感器、觸覺傳感器及物體狀態(tài)傳感器的話，則端口數(shù)量將增加號(hào)幾倍。2. 需具備對(duì)外部事件快速實(shí)時(shí)反應(yīng)的能力。例如，當(dāng)檢測(cè)到物體滑落時(shí)，能立即采取相應(yīng)的措施。3. 需具備較高的計(jì)算能力以應(yīng)對(duì)一些不同的任務(wù)。如可以對(duì)多指及物體并行執(zhí)行路徑規(guī)劃、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及閉環(huán)控制等任務(wù)。4. 控制系統(tǒng)的體積要小，以便能夠?qū)⑵渲苯蛹傻讲僮飨到y(tǒng)當(dāng)中。5. 在控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器及傳感器之間必須要電氣短接。特別是對(duì)傳感器來說，若沒有的話，很多的干擾信號(hào)將會(huì)干擾傳感器信號(hào)。4.1 控制硬件為了應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的要求，控制硬件一般分布在幾個(gè)專門的處理器中。如可通過一個(gè)簡單的微控制器處理很低端的輸入輸出接口（馬達(dá)和傳感器），因此控制器尺寸很小，能輕易地集成到操縱系統(tǒng)中。但是較高水平的控制端口則需要較高的計(jì)算能力，且需要一個(gè)靈活實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持。這可以通過PC機(jī)輕易地解決。因此，控制硬件常由一個(gè)非均勻的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，它的一端是微控制器，而另一端則是一個(gè)功能強(qiáng)大的處理器。不同的計(jì)算單元?jiǎng)t通過一個(gè)通信系統(tǒng)連接起來，比如總線系統(tǒng)。4.2 控制軟件機(jī)器人手的控制軟件是相當(dāng)復(fù)雜的。必須對(duì)要對(duì)手指進(jìn)行實(shí)時(shí)及平行控制，同時(shí)還要計(jì)劃手指和物體的新的軌跡。因此，為了減少問題的復(fù)雜性，就有必要將此問題分成幾個(gè)子問題來處理。另一方面涉及軟件的開發(fā)。機(jī)器人手其實(shí)是一個(gè)研究項(xiàng)目，它的編程環(huán)境如用戶界面，編程工具和調(diào)試設(shè)施都必須十分強(qiáng)大和靈活。這些只能使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)才能得到滿足。在機(jī)械人中普遍使用的分層控制系統(tǒng)方法都經(jīng)過了修剪，以滿足機(jī)械手的特殊控制要求。4.3卡爾斯魯厄靈巧手的控制系統(tǒng)如在4.1節(jié)中所說，對(duì)于卡爾斯魯厄靈巧手的控制硬件，采用了一種分布式方法（圖7所示）。一個(gè)微控制器分別控制一個(gè)手指的驅(qū)動(dòng)器和傳感器，另外一個(gè)微控制器用于控制物體狀態(tài)傳感器（激光三角傳感器）。這些微控制器（圖7左側(cè)和右側(cè)的外箱）直接安裝在手上，所以可以保證和驅(qū)動(dòng)器及傳感器之間較短的電氣連接。這些微控制器都是使用串行總線系統(tǒng)和主控計(jì)算機(jī)連在一起的。這個(gè)主控計(jì)算機(jī)（圖7、圖8中的灰色方塊）是由六臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)組成的一個(gè)并行計(jì)算機(jī)。這些電腦都被排列在一個(gè)二維平面。相鄰電腦模塊（一臺(tái)電腦最多有8個(gè)相鄰模塊）使用雙端口RAM進(jìn)行快速通信（圖7中暗灰色方塊所示）。一臺(tái)電腦用于控制一個(gè)手指。另一臺(tái)用于控制物體狀態(tài)傳感器及計(jì)算物體之間的位置。其余的電腦被安在前面提到的電腦的周圍。這些電腦用于協(xié)調(diào)整個(gè)控制系統(tǒng)。控制軟件的結(jié)構(gòu)反映了控制硬件的架構(gòu)。如圖9所示。 圖7. KDH II的控制硬件構(gòu)架 圖8.控制KDH II的平行主計(jì)算機(jī) 一個(gè)關(guān)于此手控制系統(tǒng)的三個(gè)最高層次的網(wǎng)上計(jì)劃正在規(guī)劃。理想的物體位移命令可由優(yōu)越的機(jī)器人控制系統(tǒng)得到，并可用作物體路徑的精確規(guī)劃。根據(jù)已產(chǎn)生的目標(biāo)路徑就可規(guī)劃可行的抓取行為（手指作用在物體上的可行抓取位置點(diǎn)）?，F(xiàn)在知道了物體的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，就可以由手指路徑規(guī)劃得出每個(gè)手指的運(yùn)動(dòng)軌跡，并傳遞給系統(tǒng)的實(shí)時(shí)能力部分。如果一個(gè)物體被抓取了，那么其手指的運(yùn)動(dòng)路徑就傳遞給了物體的狀態(tài)控制器。這個(gè)控制器控制物體的姿態(tài)，它由手指和物體狀態(tài)傳感器所決定，用以獲得所需的物體姿態(tài)。如果一個(gè)手指沒有跟物體接觸，那么它的移動(dòng)路徑將會(huì)直接傳遞給手控制器。這個(gè)手控制器將相關(guān)的預(yù)期手指位置傳遞給所有的手指控制器，以協(xié)調(diào)所有手指的運(yùn)動(dòng)。這些在手指傳感器的幫助下又反過來驅(qū)動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)器。圖9. KDH的手部控制系統(tǒng)5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果為了驗(yàn)證卡爾斯魯厄靈巧手的能力，我們選擇了兩個(gè)要求操作問題。一個(gè)問題是在網(wǎng)上對(duì)處于外部影響下的被抓物體姿態(tài)（位置和方向）的控制。另一個(gè)問題是被抓物體必須能夠繞任意角度旋轉(zhuǎn)，這只能通過重抓才能實(shí)現(xiàn)。這可以反映卡爾斯魯厄靈巧手對(duì)復(fù)雜任務(wù)的操作能力。5.1 物體姿態(tài)控制這個(gè)物體姿態(tài)控制器的目的是為了確定好被抓物體的位置和方向以適合給定的軌跡。此任務(wù)必須在實(shí)時(shí)條件通過在線獲得，盡管有內(nèi)部變化及外部干擾的存在。內(nèi)部變化比如在物體移動(dòng)過程中，球形指尖在被抓物體上的滾動(dòng)。這種狀況如圖10、圖11所示。這將導(dǎo)致物體的不必要的額外移動(dòng)和傾斜。這些錯(cuò)誤的物體姿勢(shì)很難預(yù)先估計(jì)。因此，物體狀態(tài)傳感器的輸入必須要修改這些錯(cuò)誤。對(duì)于卡爾斯魯厄靈巧手來說，其上的三個(gè)激光三角傳感器就是用來糾正此種錯(cuò)誤的。圖12定量地說明了圖9中物體在沒有姿態(tài)控制情況下的傾斜情況。下圖顯示了在X方向上隨時(shí)間推移的預(yù)期軌跡，而上圖顯示了物體實(shí)際的旋轉(zhuǎn)（傾斜）結(jié)果情況。因?yàn)閱⒂昧宋矬w狀態(tài)控制，圖13中的物體傾斜得到了很大的減少。上圖物體的旋轉(zhuǎn)保持基本恒定，這和期望的一樣。 圖10.因滾動(dòng)產(chǎn)生的額外位移 圖12.沒有狀態(tài)控制的物體傾斜圖11.因球形指尖在物體上的滾動(dòng)而產(chǎn)生 圖13.物體狀態(tài)控制下減少的物體 額外的不期望傾斜情況 傾斜情況物體狀態(tài)控制器對(duì)補(bǔ)償外界干擾也是十分必要的。比如，機(jī)器人（手臂、手或手指）或被抓物體與外界的碰撞可能導(dǎo)致物體的滑落。這更有可能導(dǎo)致被抓物體的損耗，這是不能出現(xiàn)的情況。為了能夠避免物體在這種情況下的損失，就必須檢測(cè)出物體的滑落并迅速采取行動(dòng)以穩(wěn)定物體的狀態(tài)。為了驗(yàn)證卡爾斯魯厄靈巧手控制系統(tǒng)對(duì)這種干擾情況的處理能力，我們做了以下的實(shí)驗(yàn)：物件被抓后，將手指的接觸力恒定減少直至物體開始滑落。在激光三角傳感器檢測(cè)滑落后，物體狀態(tài)控制器采取措施將物體重新調(diào)控到所期望的位置。圖14和圖15展示了此種實(shí)驗(yàn)的一個(gè)例子。尤其是圖14，它顯示出物體滑落啟動(dòng)的相當(dāng)突然且相當(dāng)快。但是物體狀態(tài)控制器也能夠足夠快地檢測(cè)和補(bǔ)償滑落，這樣物體的位置（這里：特別是X方向，就是滑落的方向）和物體的方向能夠與最開始的期望值很快地相符。 圖14.滑落實(shí)驗(yàn)：X方向的實(shí)際物體 圖15.滑落實(shí)驗(yàn)：關(guān)于Z軸的實(shí)際 位置 物體方向5.2 重抓雖然卡爾斯魯厄靈巧手非常的靈活，但是它不能在第一次操作中就能得到每一個(gè)理想的對(duì)象操縱。這源于這樣一個(gè)事實(shí)：手指相對(duì)于正常的工業(yè)機(jī)器人來說是十分小的，因此所具備的工作范圍也是很有限的。如果物體被手指抓住，那么它第一次只能在所有手指的剩余空間內(nèi)被操縱?？尚胁僮鞯臈l件是所有的接觸點(diǎn)必須長期地處在相聯(lián)手指的工作范圍內(nèi)。這很大地限制了操作的可行性。為了能夠克服此種限制，一個(gè)叫做重抓的操作就必須執(zhí)行。即當(dāng)一個(gè)接觸點(diǎn)到達(dá)了相聯(lián)手指的限制區(qū)域時(shí)，這個(gè)手指就必須從物體上脫離，并移到一個(gè)新的接觸位置。這必須是多于3個(gè)手指的手才能使操作可靠。周期性的移動(dòng)這些手指，就能使任意的操作變得可行。關(guān)于此種操作有一個(gè)例子，就是在大角度旋轉(zhuǎn)被抓物體時(shí)，此時(shí)重抓動(dòng)作很有必要。圖16顯示了卡爾斯魯厄靈巧手在旋轉(zhuǎn)一個(gè)螺帽狀物體時(shí)的一系列圖片。這個(gè)物體是繞它的垂直軸旋轉(zhuǎn)的。在a到c圖中所有的手指都跟物體接觸，并且四個(gè)手指相互協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)才使物體旋轉(zhuǎn)。圖d到圖f顯示了一個(gè)手指的的重抓動(dòng)作。在d圖中這個(gè)手指已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到其工作范圍的極限位置，這時(shí)所有手指的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)也被終止。左前方的手指脫離物體并單獨(dú)移動(dòng)到另一個(gè)接觸點(diǎn)。在圖f中這個(gè)手指重新跟物體接觸，另一個(gè)手指此時(shí)可以重新定位（沒有顯示）。所有的手指重新定位之后，協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行。視具體情況而定，卡爾斯魯厄靈巧手也可以同時(shí)進(jìn)行幾個(gè)手指的重抓動(dòng)作。這可以加速重抓過程，但是只能是被抓物體與外界接觸的條件下才有可能。比如說螺絲釘上的螺帽或孔里的一掛鉤。圖17顯示了卡爾斯魯厄靈巧手將一個(gè)木柱從一個(gè)平方的基座孔內(nèi)拉出來的一系列圖片。圖a到圖b顯示木柱被拉出一半，然后左手指和右手指在同一時(shí)刻脫離物體并重新定位（圖c到圖e）。那之后，前面與后面的手指也重新定位（圖f）。那之后，整個(gè)木柱被拉出，從而可進(jìn)行進(jìn)一步的操作（沒有顯示）。 圖16.利用重抓旋轉(zhuǎn)螺帽狀物體 圖17.利用重抓從孔中拉出木柱6.結(jié)論為了使機(jī)械手能夠完成靈活精確的操作，一合適的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是必需的。這些介紹的標(biāo)準(zhǔn)是必需加以考慮的，正如文中所說?？査刽敹蜢`巧手表現(xiàn)的非常成功。這種機(jī)械手能夠抓取很大范圍的不同形狀、尺寸和重量的物體。被抓物體的姿態(tài)也能可靠地加以控制，即使在外部干擾的情況下。此外，由于此系統(tǒng)，復(fù)雜的精細(xì)操作（如重抓）也能實(shí)現(xiàn)。在人行機(jī)器人的特殊研究領(lǐng)域，基于一個(gè)不同的概念叫做流體化（圖2所示）的基礎(chǔ)上，小型機(jī)械手也具有擬人化和機(jī)械化。這概念是由卡爾斯魯厄研究中心的IAI所提出的。但是，這個(gè)控制軟件的主要結(jié)構(gòu)可經(jīng)過相應(yīng)修改而為此種小型機(jī)械手所用。10 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯題目 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 078105107學(xué) 生 姓 名 季壯壯指 導(dǎo) 教 師 許瑛填 表 日 期 2011 年 3 月 1 日湘 潭 大 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書論文（設(shè)計(jì)）題目： 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2010963125 姓名： 王彬 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 機(jī)械手在專用機(jī)床及自動(dòng)線上應(yīng)用十分廣泛，主要用于搬運(yùn)或裝卸零件的重復(fù)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。 1、對(duì)機(jī)械手及控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位的動(dòng)作；搬運(yùn)過程平穩(wěn)可靠。 2、繪制一張總裝配圖。 3、獨(dú)立完成程序控制設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)符合控制要求的程序。 4、論文字?jǐn)?shù)要求：8000字以上。 二、重點(diǎn)研究的問題 1、選用常見的搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)其功能。 2、上升、下降、夾緊等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)手段。 3、電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。 4、運(yùn)用PLC控制動(dòng)作的轉(zhuǎn)換。 三、進(jìn)度安排序號(hào)各階段完成的內(nèi)容完成時(shí)間1查閱資料、熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容2013.12.21-2014.1.222開題報(bào)告、制訂設(shè)計(jì)方案2014.1.232014.3.103機(jī)械手結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2014.3.112014.4.204寫出初稿2014.4.212014.5.105修改，寫出第二稿2014.5.112014.5.206寫出正式稿2014.5.212014.5.317答辯2014.68四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1 王本軼. 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005: 283-288. 2 熊幸明. 一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2006, 22(11): 120-122. 3 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制M. 第三版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004: 146-162. 4 蔣少茵. PLC控制的機(jī)械手J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2002, 18(2): 20-22. 5 劉軒, 王麗偉. 機(jī)械手的PLC控制J. 機(jī)床電器. 2006, (3): 34-49. 6 郭劍暉. 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D. 南昌: 南昌大學(xué). 2012. 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名王彬?qū)W號(hào)2010963125 專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)機(jī)械四班指導(dǎo)教師徐志遠(yuǎn)職稱講師填寫時(shí)間2014年 03 月 19 日2014年3月說 明1根據(jù)湘潭大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作管理規(guī)定，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告，由指導(dǎo)教師簽署意見，系主任批準(zhǔn)后實(shí)施。2開題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報(bào)告不合格者不得參加答辯。3畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4本報(bào)告中，由學(xué)生本人撰寫的對(duì)課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于2000字。5開題報(bào)告檢查原則上在第24周完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開題檢查后，應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報(bào)告。6. 填寫說明：(1) 課題性質(zhì)：可填寫A工程設(shè)計(jì)；B論文；C. 工程技術(shù)研究；E.其它。(2) 課題來源：可填寫A自然科學(xué)基金與部、省、市級(jí)以上科研課題；B企、事業(yè)單位委托課題；C校級(jí)基金課題；D自擬課題。(3) 除自擬課題外，其它課題必須要填寫課題的名稱。(4) 參考文獻(xiàn)不能少于10篇。(5) 填寫內(nèi)容的字體大小為小四，表格所留空不夠可增頁。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告學(xué)生姓名王彬?qū)W 號(hào)2010963125專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師徐志遠(yuǎn)職 稱講師所在系機(jī)電系課題來源自擬課題課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題名稱機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、選題的依據(jù)、課題的意義及國內(nèi)外基本研究情況選題依據(jù)隨著社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的操作方式也發(fā)生著革命性的變化。從手工作坊式的勞動(dòng)，逐步演變成自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)方式，人類也逐漸無法完成某些生產(chǎn)過程，所以為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要出現(xiàn)了特殊的生產(chǎn)工具-機(jī)械手。 機(jī)械手也被稱為自動(dòng)手，能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。研究和使用機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化和自動(dòng)化生產(chǎn)，從而減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和避免傷害。課題的意義機(jī)械手的應(yīng)用可以代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。研究和使用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動(dòng)成本，符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，同時(shí)還可以避免勞動(dòng)者在生產(chǎn)中受到傷害。國內(nèi)外基本研究情況目前，在國內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢(shì)如下：A機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。B工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。C機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。D關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開發(fā)；E焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真?？偟膩碚f，大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對(duì)具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價(jià)比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場(chǎng)化、模塊化的元件。二、研究內(nèi)容、預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標(biāo)、完成課題的方案和主要措施研究內(nèi)容本課題主要研究的是基于PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件的選擇和軟件的設(shè)計(jì)。本課題所研究的是常見的搬運(yùn)機(jī)械手，我們對(duì)其動(dòng)作的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包括硬件的選擇和軟件的設(shè)計(jì)，硬件的選擇主要有電機(jī)的選型，傳動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，傳感器的選擇等等，而軟件的設(shè)計(jì)其主要內(nèi)容就是軟件的選擇，選用哪一種軟件來進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和編寫程序，以及最后的調(diào)試等。預(yù)計(jì)達(dá)到目的1. 上升，下降，夾緊等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)手段。2. 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。3. 運(yùn)用PLC控制動(dòng)作的轉(zhuǎn)換4. 完成基本設(shè)計(jì)后要達(dá)到以下要求：實(shí)現(xiàn)原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位的動(dòng)作；搬運(yùn)過程平穩(wěn)可靠，斷電情況下不會(huì)出現(xiàn)工件的脫落。關(guān)鍵理論和技術(shù)機(jī)械手的工作原理：機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用機(jī)械傳動(dòng)方式，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。位置檢測(cè)裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。在這里雖然不對(duì)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但仍需對(duì)其有一定的了解，這里做簡要介紹。(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。1、手部即與物件接觸的部件由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪) 和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是由夾持部件和傳力機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。2、手臂(包括大臂和小臂) 是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì)) 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位臵。工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。 3、機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。 (二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的。它由動(dòng)力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。在這里選擇采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)方式。 (三)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。該機(jī)械手采用的是PLC程序控制系統(tǒng)，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 (四)位置檢測(cè)裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置.技術(shù)指標(biāo)1在傳輸帶A端部，安裝了光電開關(guān)PS，用以檢測(cè)物品的到來。當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè)到物品時(shí)為ON狀態(tài)。2.機(jī)械手在原位時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)起動(dòng)，傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè)到物品后，傳送帶A停。3傳輸帶A停止后，機(jī)械手進(jìn)行一次循環(huán)動(dòng)作，把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B(連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)）上。4.機(jī)械手返回原位后，自動(dòng)再起動(dòng)傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。5按下停止按鈕后，應(yīng)等到整個(gè)循環(huán)完成后，才能使機(jī)械手返回原位，停止工作。6.機(jī)械手的上升下降和左移右移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)均采用雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置實(shí)現(xiàn)，每個(gè)線圈完成一個(gè)動(dòng)作。7.抓緊放松由單線圈二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置完成，線圈通電時(shí)執(zhí)行抓緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。8.機(jī)械手的上升、下降、左移、右移動(dòng)作均由極限開關(guān)控制。9.抓緊動(dòng)作由壓力繼電器控制，當(dāng)抓緊時(shí)，壓力繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。放松動(dòng)作為時(shí)間控制（設(shè)為1s）。完成課題的方案和措施研究步驟、方法：（1）了解執(zhí)行機(jī)構(gòu)：1）多關(guān)節(jié)機(jī)械手；2）多關(guān)節(jié)機(jī)械手的工作原理。 （2）硬件選擇：1）PLC選型；2）光電開關(guān)；3）傳感器；4）各種電磁閥；5）繼電器；6）編碼盤；7）按鈕。（3）軟件編程：1）總體流程設(shè)計(jì)；2）各模塊梯形圖設(shè)計(jì)；3）系統(tǒng)調(diào)試。三、主要特色及工作進(jìn)度主要特色機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分組成。手部是用來抓持弓箭（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀，尺寸，重量，材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，本設(shè)計(jì)中主要采用夾持型。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使手部能完成實(shí)現(xiàn)原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位的動(dòng)作，完成搬運(yùn)過程，計(jì)劃設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)有三個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完成原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位的動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋來的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)的核心是由PLC構(gòu)成，通過對(duì)PLC編程實(shí)現(xiàn)所要的功能。工作進(jìn)度（1）2014年01月23日到2014年03月10日 查閱資料，熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容（2）2014年03月11日到2014年03月20日完成開題報(bào)告，制定設(shè)計(jì)方案（3）2014年03月21日到2014年04月20日機(jī)械手結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（4）2014年04月21日到2014年05月10日寫出初稿（5）2014年05月11日到2014年05月20日修改，寫出第二稿（6）2014年05月21日到2014年05月31日寫出正式稿（7）2014年06月答辯四、主要參考文獻(xiàn)（按作者、文章名、刊物名、刊期及頁碼列出）1 王本軼. 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005: 283-288. 2 熊幸明. 一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2006, 22(11): 120-122. 3 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制M. 第三版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004: 146-162. 4 蔣少茵. PLC控制的機(jī)械手J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2002, 18(2): 20-22.5 劉軒, 王麗偉. 機(jī)械手的PLC控制J. 機(jī)床電器. 2006, (3): 34-49.6 郭劍暉. 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D. 南昌: 南昌大學(xué). 2012. 7 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京航天航空出版社.20098 郭艷萍.基于PLC的工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)J.儀表技術(shù)與傳感器,2007,9(9):31-329 蔡自興.機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001,76(4):11-16.10 王勤.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M南京:東南大學(xué)出版社, 2003.11 http:/epub.cnki.net/kns/brief/default_result.aspx指導(dǎo)教師意 見指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系意見系主任簽名： 年 月 日院意見 教學(xué)院長簽名： 年 月 日湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目：機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)： 2010963125 姓 名： 王 彬 指導(dǎo)教師： 徐志遠(yuǎn) 完成日期： 2014年05月20日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書論文（設(shè)計(jì)）題目： 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2010963125 姓名： 王彬 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 徐志遠(yuǎn) 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 機(jī)械手在專用機(jī)床及自動(dòng)線上應(yīng)用十分廣泛，主要用于搬運(yùn)或裝卸零件的重復(fù)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。 1、對(duì)機(jī)械手及控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位的動(dòng)作；搬運(yùn)過程平穩(wěn)可靠。 2、繪制一張總裝配圖。 3、獨(dú)立完成程序控制設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)符合控制要求的程序。 4、論文字?jǐn)?shù)要求：8000字以上。 二、重點(diǎn)研究的問題 1、選用常見的搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)其功能。 2、上升、下降、夾緊等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)手段。 3、電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。 4、運(yùn)用PLC控制動(dòng)作的轉(zhuǎn)換。 三、進(jìn)度安排序號(hào)各階段完成的內(nèi)容完成時(shí)間1查閱資料、熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容2013.12.21-2014.1.222開題報(bào)告、制訂設(shè)計(jì)方案2014.1.232014.3.103機(jī)械手結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2014.3.112014.4.204寫出初稿2014.4.212014.5.105修改，寫出第二稿2014.5.112014.5.206寫出正式稿2014.5.212014.5.317答辯2014.68四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1 王本軼. 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005: 283-288. 2 熊幸明. 一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2006, 22(11): 120-122. 3 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制M. 第三版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004: 146-162. 4 蔣少茵. PLC控制的機(jī)械手J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2002, 18(2): 20-22. 5 劉軒, 王麗偉. 機(jī)械手的PLC控制J. 機(jī)床電器. 2006, (3): 34-49. 6 郭劍暉. 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D. 南昌: 南昌大學(xué). 2012. 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表學(xué)號(hào) 2010963125 姓名 王彬 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化四班 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當(dāng)；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無創(chuàng)新之處。綜合評(píng) 價(jià)評(píng)閱人： 2014年 月 日湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見 學(xué)號(hào)： 2010963125 姓名： 王彬 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 28 頁 圖 表 1 張論文（設(shè)計(jì)）題目： 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 內(nèi)容提要： 機(jī)械手在現(xiàn)代化自動(dòng)化生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛，它的應(yīng)用和普及為自動(dòng)化生產(chǎn)，安全生產(chǎn)提供了有力的條件，其中在機(jī)械手的應(yīng)用和普及中最為核心的就是機(jī)械手的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)是機(jī)械手的大腦和靈魂，它指揮著機(jī)械手完成特定的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能，在本次設(shè)計(jì)中，機(jī)械手的主要作用是進(jìn)行搬運(yùn)，因此其實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作有原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位，這些動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)使得機(jī)械手能過完整地完成一次物件的搬運(yùn)，從而節(jié)約物力和人力，有利于提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。該機(jī)械手的形狀和構(gòu)成如附件1中圖所示，而其控制功能的實(shí)現(xiàn)，這里選用的是西門子公司的S7-200軟件，通過編寫的程序（如附件2，3），控制系統(tǒng)指揮各電子元件來完成其功能。指導(dǎo)教師評(píng)語指導(dǎo)教師： 年 月 日答辯簡要情況及評(píng)語答辯小組組長： 年 月 日答辯委員會(huì)意見答辯委員會(huì)主任： 年 月 日目 錄第1章 緒論 11.1 課題研究目的及意義 11.2 國內(nèi)外機(jī)械手研究概況 11.3 課題研究的內(nèi)容和預(yù)計(jì)達(dá)到目的 2第2章 機(jī)械手介紹 32.1 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型 32.2 機(jī)械手控制系統(tǒng)選型 5第3章 S7-200系統(tǒng)的基本介紹 83.1 S7-200硬件系統(tǒng)基本構(gòu)成 83.2 S7-200PLC內(nèi)部資源 9第4章 電機(jī)和傳感器選擇 11 4.1 電機(jī)選擇 11 4.2 傳感器選擇 12第5章 控制部分設(shè)計(jì)14 5.1 電機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn) 14 5.2 PLC程序編寫 15 5.3 PLC程序調(diào)試 24第6章 總結(jié) 26致謝 27主要參考文獻(xiàn) 28第1章緒論1.1課題研究的目的和意義機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。近年來隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視?？傊瑱C(jī)械手是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段。國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。可編程序控制器(PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。由于自動(dòng)化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。機(jī)械手在美國、加拿大等國家應(yīng)用較多，如用果實(shí)采摘機(jī)械手來摘果實(shí)、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機(jī)器人等。我國自動(dòng)化水平本身比較低，因此用PLC來控制的機(jī)械手還比較少。本次課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手就是通過PLC來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的。通過此次設(shè)計(jì)可以更進(jìn)一步學(xué)習(xí)PLC的相關(guān)知識(shí)，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐。1.2 國內(nèi)外機(jī)械手研究概況機(jī)械手自二十世紀(jì)六十年代初問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中重要的機(jī)電設(shè)備。目前，正式投入使用的絕大部分機(jī)械手屬于第一代機(jī)械手，即程序控制機(jī)械手。這代機(jī)械手基本上采用點(diǎn)位控制系統(tǒng)，沒有感覺外界環(huán)境信息的感覺器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。第二代機(jī)械手具有感覺器官，仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對(duì)控制程序進(jìn)行校正。這代機(jī)械手通常采用接觸傳感器一類的簡單傳感裝置和相應(yīng)的適應(yīng)性算法?，F(xiàn)在，第三代機(jī)械手正在第一、第二代機(jī)械手的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來，它是能感知外界環(huán)境與對(duì)象物，并具有對(duì)復(fù)雜信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，對(duì)自己行為做出自主決策能力的智能化機(jī)械手。它能識(shí)別景物，具有觸覺、視覺、力覺、聽覺、味覺等多種感覺，能實(shí)現(xiàn)搜索、追蹤、辨色識(shí)圖等多種仿生動(dòng)作，具有專家知識(shí)、語音功能和自學(xué)能力等人工智能。目前機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手（不僅可以進(jìn)行事先設(shè)定的動(dòng)作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進(jìn)行動(dòng)作，如回避障礙物的移動(dòng)，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)等）。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴(kuò)展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機(jī)械手也將越來越多地裝備部隊(duì)。國外方面：近幾年國外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械手性能不斷提高，而單機(jī)價(jià)格不斷下降；機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制。國內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來說，我國已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)。1.3課題研究的內(nèi)容和預(yù)計(jì)達(dá)到目的本課題主要研究的是基于PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)編制PLC程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制。利用組態(tài)軟件MCGS設(shè)計(jì)出人機(jī)界面，進(jìn)行設(shè)備和數(shù)據(jù)對(duì)象的連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的監(jiān)控。通過MCGS將機(jī)械手的動(dòng)作過程進(jìn)行動(dòng)畫演示，使機(jī)械手的動(dòng)作形象化。提供較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)，為維修和故障診斷提供多方面的可能性，充分提高系統(tǒng)的工作效率。本課題要達(dá)到的目的有：1.機(jī)械手的機(jī)構(gòu)能滿足其動(dòng)作要求，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。2.上升，下降，夾緊等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)手段。3.電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。4.運(yùn)用PLC控制動(dòng)作的轉(zhuǎn)換4.完成基本設(shè)計(jì)后要達(dá)到以下要求：實(shí)現(xiàn)原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位的動(dòng)作；搬運(yùn)過程平穩(wěn)可靠，斷電情況下不會(huì)出現(xiàn)工件的脫落。第2章機(jī)械手介紹在本課題中機(jī)械手主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三部分所構(gòu)成。其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)械手的機(jī)械部分，由于此課題主要研究的是通用機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以在這里不需要再另外進(jìn)行機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，所以這里只做簡要的介紹。顧名思義在本課題中執(zhí)行機(jī)構(gòu)即是指機(jī)械手，而機(jī)械手又由手指，關(guān)節(jié)，大臂，小臂，支座等幾部分構(gòu)成，通過這幾部分來模擬人手臂，以期完成需要的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)其功能。與此同時(shí)在該裝置中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過電機(jī)來給予整個(gè)裝置提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)支持，它的選擇是經(jīng)過與其他驅(qū)動(dòng)方式相互比較后得來的，這一點(diǎn)在后面的論文中會(huì)有詳細(xì)的介紹。最后關(guān)于機(jī)械手的控制系統(tǒng)的選擇及其控制功能的實(shí)現(xiàn)，由于PLC軟件具有簡單易學(xué)，使用和維護(hù)方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，設(shè)計(jì)施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，因此這里選擇的是PLC（可編程邏輯控制器）控制系統(tǒng)。2.1機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型 該機(jī)械手一共具有三個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，一共需要三個(gè)動(dòng)力源。機(jī)械手常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種類型。這三種方法各有所長，各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見表1表2-1三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照內(nèi)容驅(qū)動(dòng)方式液壓驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出功率 很大，壓力范圍為50140Pa大，壓力范圍為4860Pa，最大可達(dá)Pa 較大控制性能利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜響應(yīng)速度 很高較高 很高結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小伺服電動(dòng)機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動(dòng)機(jī)外，難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題安全性防爆性能較好，用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn)防爆性能好，高于1000kPa(10個(gè)大氣壓)時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差對(duì)環(huán)境的影響液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染排氣時(shí)有噪聲無在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用范圍適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手和托運(yùn)機(jī)械手適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)械手，如沖壓機(jī)械手本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)械手氣動(dòng)夾具適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)械手，如AC伺服噴涂機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、裝配機(jī)械手等成本液壓元件成本較高成本低成本高維修及使用方便，但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求方便較復(fù)雜機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有：1）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高；2）反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁地起、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)切換；3）驅(qū)動(dòng)盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??；4）安全可靠；5）操作和維護(hù)方便；6）對(duì)環(huán)境無污染，噪聲要小；7）經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積。基于上述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本文選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)機(jī)械手進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。2.2機(jī)械手控制系統(tǒng)選型傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動(dòng)控制主要由繼電器或分立的電子線路來實(shí)現(xiàn)，這種控制方式投資相對(duì)少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場(chǎng)，但該控制方式卻有以下致命缺陷：（1）僅適合于簡單的邏輯控制；（2）僅適合特殊的工程項(xiàng)目，而沒有通用性；（3）沒有改動(dòng)和優(yōu)化的可能性。伴隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，我國工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了從繼電器控制到計(jì)算機(jī)控制的轉(zhuǎn)變，計(jì)算機(jī)控制方式具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）硬件上至少有一個(gè)微處理器；（2）通過軟件實(shí)現(xiàn)控制思想。目前，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：（1）可編程序邏輯控制器（PLC）；（2）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）；（3）集散控制系統(tǒng)（DCS）。下面對(duì)著三種控制方式做簡要的介紹和對(duì)比： 計(jì)算機(jī)是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，故對(duì)要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜和計(jì)算工作量大的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)。集散系統(tǒng)從工業(yè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì)，初期主要用在連續(xù)過程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。PLC是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來，主要應(yīng)用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，側(cè)重于開關(guān)量順序控制方面。近年來隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等的發(fā)展，PLC在技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍。在初期邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能，增加了模擬量和PID調(diào)節(jié)等功能模塊；運(yùn)算速度提高，CPU的能力趕上了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；通信能力的提高發(fā)展了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò)(LAN)，因而也可構(gòu)成為一個(gè)集散系統(tǒng)。特別是個(gè)人計(jì)算機(jī)也被吸收到PLC系統(tǒng)中。PLC在過程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn)場(chǎng)總線，暨向下拓展功能，開放總線。在微電子技術(shù)發(fā)展的背景下，從硬件的角度來看，PLC、工業(yè)計(jì)算機(jī)、集散系統(tǒng)(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點(diǎn)。由于PLC和計(jì)算機(jī)屬于兩類產(chǎn)品，經(jīng)過幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點(diǎn)和軟件工具，實(shí)際上它們的區(qū)別仍然存在。PLC用編程器或計(jì)算機(jī)編程，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統(tǒng)自身或用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)形成組態(tài)構(gòu)成開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。特別需要提出的是，PLC與STD總線工控機(jī)的區(qū)別，無論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運(yùn)行，但在線運(yùn)行時(shí)若要進(jìn)行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機(jī)，但是從開關(guān)量控制而言，PLC的性能優(yōu)于STD工控機(jī)?？偟膩碚f，在選擇控制器時(shí)，首先要從工程要求、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮。沒有哪種控制器是絕對(duì)完善的，也沒有哪種產(chǎn)品絕對(duì)差，只能說根據(jù)不同的環(huán)境選擇更適用的產(chǎn)品。PLC實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其控制功能基本都是通過設(shè)計(jì)軟件來實(shí)現(xiàn)的，這種軟件是利用PLC廠商提供的指令系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械設(shè)備的工藝流程來設(shè)計(jì)。PLC自問世以來，經(jīng)過20多年的發(fā)展，在美國、歐洲、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已成為重要產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前，PLC在國際市場(chǎng)上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品，用PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)已成為世界潮流。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力。編程安裝使用簡便、低價(jià)格長壽命。比之單片機(jī)，它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時(shí)間和成本。PLC的下端（輸入端）為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。人們?cè)趹?yīng)用它時(shí)，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對(duì)可編程控制器進(jìn)行操作及編程，用來完成各種各樣的復(fù)雜程度不同的工業(yè)控制任務(wù)。 PLC具有很多的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械手控制系統(tǒng)若采用PLC控制，體積小、重量輕、控制方式靈活、可靠性高、操作簡單、維修容易。由于PLC所具有的靈活性、模塊化、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的不同工作要求。機(jī)械手采用PLC控制技術(shù)，可以大大提高該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，用PLC控制系統(tǒng)可方便地更改生產(chǎn)流程，增強(qiáng)控制功能。綜上所述，機(jī)械手的控制方式選擇PLC控制(這里采用最新版的S7-200系列PLC).第3章S7-200系統(tǒng)的基本介紹S7-200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能達(dá)到大、中型PLC的水平，而價(jià)格卻和小型PLC一樣，因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。在2000年以前，西門子在中國市場(chǎng)的PLC產(chǎn)品主要是大中型的PLC，日本的小型PLC占據(jù)了中國的大部分市場(chǎng)份額。在S7-200推出后，這種情況得到了明顯的改變，最近幾年以來的小型PLC市場(chǎng)上S7-200成為了主流產(chǎn)品。西門子最早的小型PLC產(chǎn)品是在上世紀(jì)末推出的S7-200CPU21*系列的PLC，但很快就被CPU22*系列的產(chǎn)品所取代了。由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。現(xiàn)在最新版的S7-200系列PLC是在2004年推出的，它的主要特點(diǎn)是：較高的可靠性，豐富的指令集，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性強(qiáng)和強(qiáng)大的通信能力。3.1 S7-200硬件系統(tǒng)基本構(gòu)成S7-200PLC屬于小型PLC，其主機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是整體式，主機(jī)上有一定數(shù)量的輸入/輸出（I/O）點(diǎn)，一個(gè)主機(jī)單元就是一個(gè)系統(tǒng)。它還可以進(jìn)行靈活的擴(kuò)展，如果I/O點(diǎn)數(shù)量不夠，則可以增加I/O擴(kuò)展模塊；如果需要其他特殊的功能，則可以增加相應(yīng)的功能模塊。一個(gè)完整的系統(tǒng)組成由主機(jī)單元，擴(kuò)展單元，特殊功能模塊，相關(guān)設(shè)備，軟件五部分構(gòu)成，其構(gòu)成如圖3-1所示。圖3-1主機(jī)單元：又叫基本單元或CPU模塊。它是由CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入/輸出點(diǎn)和電源等組成，是PLC的主要部分。實(shí)際上它就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。擴(kuò)展單元：也稱擴(kuò)展模塊。當(dāng)主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的數(shù)量不同（如4點(diǎn)，8點(diǎn)，16點(diǎn)等），性質(zhì)不同（如DI,DO,AI,AO等），供電電壓不同（如DC24V,AC220V等），I/O擴(kuò)展模塊有多種類型。每個(gè)CPU所能鏈接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能用的I/O點(diǎn)數(shù)是由多種因素共同決定的。S7-200的I/O擴(kuò)展模塊有EM221，EM222，EM223，EM231,EM232，EM235等。在此次的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中由于其主程序的網(wǎng)絡(luò)有三十多條但PLC只提供了25條輸入網(wǎng)絡(luò)因此需要用到一個(gè)輸入擴(kuò)展模塊EM221，這里選擇使用一個(gè)16點(diǎn)的DC。特殊功能模塊：當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，需要擴(kuò)展功能模塊。它們是完成某種特殊控制任務(wù)的一些裝置，如運(yùn)動(dòng)控制模塊，特殊通信模塊等。相關(guān)設(shè)備：相關(guān)設(shè)備是為充分利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)，使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備，人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。軟件：軟件是為管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序，對(duì)S7-200PLC來說，與其配套的軟件主要有編程軟件STEP7-Micro/WIN和HMI人機(jī)界面的組態(tài)編程軟件ProTool，WinCC fexible。在這里選用的是STEP7-Micro/WIN軟件。3.2 S7-200PLC內(nèi)部資源軟元件：用戶使用的PLC中的每一個(gè)輸入/輸出，內(nèi)部存儲(chǔ)單元，定時(shí)器等都稱作軟元件。軟元件有其不同的功能，有固定的地址。軟元件的數(shù)量決定了可編程控制器的規(guī)模和數(shù)據(jù)處理能力，每一種PLC的軟元件數(shù)量是有限的。在該設(shè)計(jì)方案中，需要用到的軟元件有輸入繼電器，輸出繼電器，通用輔助繼電器，變量存儲(chǔ)器，定時(shí)器等。1.輸入繼電器位于PLC存儲(chǔ)器額的輸入過程映像寄存器（Process-Image Input Register）區(qū)，其外部有一對(duì)物理的輸入端子與之對(duì)應(yīng)，該觸點(diǎn)用于接收外部的開關(guān)信號(hào)，比如按鈕，行程開關(guān)，光電開關(guān)等傳感器的信號(hào)都是通過輸入繼電器的物理端子接入到PLC的。當(dāng)外部的開關(guān)信號(hào)閉合，則輸入繼電器的線圈得電，在程序中其常開觸電閉合，常閉觸電斷開。這些觸點(diǎn)可以在編程時(shí)任意使用，使用次數(shù)不受限制。每個(gè)輸入繼電器都對(duì)應(yīng)有一個(gè)映像寄存器，在每個(gè)掃描周期的開始，PLC對(duì)個(gè)輸入點(diǎn)進(jìn)行采樣，并把采樣值通過輸入繼電器送到映像寄存器。PLC在接下來的本周期各階段不在改變輸入映像寄存器中的值，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段。實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)不能超過PLC所提供的具有外部接線端子的輸入繼電器的數(shù)量，具有地址而未用的輸入映像區(qū)可能有剩余，它們可以做其他編程元件使用，但為了程序的清晰和規(guī)范，建議不報(bào)這些未用的輸入繼電器作為它用。2.輸出繼電器位于PLC存儲(chǔ)器的輸出過程映像寄存器（Process-Image Outout Register）區(qū)，都有一個(gè)PLC上的物理輸出端子與之對(duì)應(yīng)。當(dāng)通過程序使得輸出繼電器線圈得電時(shí)，PLC上的輸出端開關(guān)閉合，可以作為控制外部負(fù)載的開關(guān)信號(hào)。同時(shí)在程序中其常開觸電閉合，常閉觸電斷開。這些內(nèi)部的觸點(diǎn)可以在編程時(shí)任意使用，使用次數(shù)不受限制。在每個(gè)掃描周期的輸入采樣、程序執(zhí)行等階段，并不把輸出結(jié)果信號(hào)直接送到輸出繼電器，而只是輸出映像寄存器；只有在每個(gè)掃描周期的最后階段才將輸出映像寄存器中的結(jié)果同時(shí)送到輸出鎖存器，對(duì)輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新。實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù)不能超過PLC所提供的具有外部接線端子的輸入繼電器的數(shù)量，未用的輸出映像寄存器可做它用；但為了程序的清晰和規(guī)范，建議不使用這些未用的輸出繼電器。3.通用輔助繼電器（或中間繼電器）位PLC存儲(chǔ)器的位存儲(chǔ)器（Bit Memory Area）區(qū)，其作用和繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相同，它在PLC中沒有外部的輸入端子或輸出端子與之對(duì)應(yīng)，因此它不能受外部信號(hào)的直接控制，其觸點(diǎn)也不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。這是它與輸入繼電器和輸出繼電器的主要區(qū)別。它主要用來在程序設(shè)計(jì)中處理邏輯控制任務(wù)。4.變量存儲(chǔ)器（Variable Memory）用來存儲(chǔ)變量的值，他可以存放程序執(zhí)行過程中的控制邏輯操作的中間結(jié)果，也可以使用變量存儲(chǔ)器來保存與工序或任務(wù)相關(guān)的其他數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)或值可以是數(shù)值，也可以是“1”或“0”這樣的位邏輯值。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)或使用大量的存儲(chǔ)單元邏輯時(shí)，變量存儲(chǔ)器會(huì)經(jīng)常使用。5.定時(shí)器(Timer)是可編程序控制器中重要的編程元件，是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。電氣自動(dòng)控制的大部分領(lǐng)域都需要用定時(shí)器進(jìn)行時(shí)間控制，靈活地使用定時(shí)器可以編制出復(fù)雜動(dòng)作的控制程序。定時(shí)器的工作過程與繼電接觸控制系統(tǒng)的時(shí)間繼電器基本相同，但他沒有瞬動(dòng)觸點(diǎn)。使用時(shí)要提前輸入時(shí)間預(yù)設(shè)值，當(dāng)定時(shí)器的輸入條件滿足時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值從0開始按一定的時(shí)間單位增加；當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，定時(shí)器觸點(diǎn)動(dòng)作。利用定時(shí)器的觸點(diǎn)就可以完成所需要的定時(shí)控制任務(wù)。第4章電機(jī)和傳感器選擇4.1電機(jī)選擇 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要有電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分等。驅(qū)動(dòng)器參數(shù)如下表4-1、表4-2、表4-3、表4-4所示。PLC控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接及工作原理，如圖4-2所示。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、信號(hào)輸出部分等，利用驅(qū)動(dòng)器可以很方便的對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向進(jìn)行控制。驅(qū)動(dòng)器電源由面板上電源模塊提供，驅(qū)動(dòng)器信號(hào)端采用+24V供電，需加1.5K限流電阻（見圖4-2中1.5K電阻）。驅(qū)動(dòng)器輸入端為低電平有效。PLC通過控制其輸出點(diǎn)來控制驅(qū)動(dòng)器光耦的開合，當(dāng)PLC輸出線圈得電表4-1 電氣規(guī)格說明最小值典型值最大值單位供電電壓182440V均值輸出電流0.2111.50A邏輯輸入電流61530mA步進(jìn)脈沖響應(yīng)頻率100kHz脈沖低電平時(shí)間51s表4-2 電流設(shè)定電流值SW1SW2SW30.21AOFFONON0.42AONOFFON0.63AOFFOFFON0.84AONONOFF1.05A0FFONOFF1.26AONOFFOFF1.50AOFFOFFOFF表4-3 細(xì)分設(shè)定細(xì)分倍數(shù)步數(shù)/圈（1.8整步）SW4SW5SW61200ONONON2400OFFONON4800ONOFFON81600OFFOFFON163200ONONOFF326400OFFONOFF6412800OFFONOFF由外部確定動(dòng)態(tài)改細(xì)分/禁止工作OFFOFFOFF表4-4 接線信號(hào)描述信 號(hào)功 能PUL脈沖信號(hào)：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)電機(jī)走一步DIR方向信號(hào)：用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，TTL平驅(qū)動(dòng)OPTO光耦驅(qū)動(dòng)電源ENA使能信號(hào)：禁止或允許驅(qū)動(dòng)器工作，低電平禁止GND直流電源地+V直流電源正極，典型值+24VA+電機(jī)A相A-電機(jī)A相B+電機(jī)B相B-電機(jī)B相時(shí)，晶體管導(dǎo)通，相應(yīng)的觸電輸出低電平，使驅(qū)動(dòng)器光耦導(dǎo)通，當(dāng)PLC輸出線圈失電時(shí)，晶體管關(guān)斷，使驅(qū)動(dòng)器光耦截止。另外若不采用驅(qū)動(dòng)器，而采用PLC輸出觸點(diǎn)直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，會(huì)占用很多的輸出觸點(diǎn)，同時(shí)給編程帶來不便。圖4-1 PLC控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接及工作原理4.2傳感器選擇 本裝置中使用的傳感器有接近開關(guān)和行程開關(guān)?；蜌鈯A的正反轉(zhuǎn)限位采用接近開關(guān)（金屬傳感器），通過調(diào)整基座和氣夾上的金屬塊的位置，可以在一定范圍內(nèi)改變基座圖4-2 傳感器工作原理圖和氣夾的旋轉(zhuǎn)角度。機(jī)械手的伸縮、升降均采用行程開關(guān)來限位，并通過改變行程開關(guān)的位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運(yùn)動(dòng)范圍。1、接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍(lán)色接電源的負(fù)極、黑色為輸出信號(hào)，當(dāng)與檔塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。與PLC之間的接線圖如下，當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí)，輸出端對(duì)地接通。PLC內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成回路，PLC信號(hào)輸入有效，工作原理如上圖所示。2、行程開關(guān)：當(dāng)檔塊碰到開關(guān)時(shí)，常開點(diǎn)閉合。第5章控制部分設(shè)計(jì)機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度、加減速度等。機(jī)械手的控制分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩種?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作程序的存儲(chǔ)方式有分離存儲(chǔ)和集中存儲(chǔ)兩種。 分離存儲(chǔ)是將各種控制因素的信息分別存儲(chǔ)于兩種以上的存儲(chǔ)裝置中，如順序信息存儲(chǔ)于插銷板、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔帶內(nèi)；位置信息存儲(chǔ)于時(shí)間繼電器、定速回轉(zhuǎn)鼓等；集中存儲(chǔ)是將各種控制因素的信息全部存儲(chǔ)于一種存儲(chǔ)裝置內(nèi)，如磁帶、磁鼓等。這種方式使用于順序、位置、時(shí)間、速度等必須同時(shí)控制的場(chǎng)合，即連續(xù)控制的情況下使用。其中插銷板使用于需要迅速改變程序的場(chǎng)合。換一種程序只需抽換一種插銷板限可，而同一插件又可以反復(fù)使用；穿孔帶容納的程序長度可不受限制，但如果發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)就要全部更換；穿孔卡的信息容量有限，但便于更換、保存，可重復(fù)使用；磁蕊和磁鼓僅適用于存儲(chǔ)容量較大的場(chǎng)合。至于選擇哪一種控制元件，則根據(jù)動(dòng)作的復(fù)雜程序和精確程序來確定。對(duì)動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手，采用求教再現(xiàn)型控制系統(tǒng)。更復(fù)雜的機(jī)械手采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)控制的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)以插銷板用的最多，其次是凸輪轉(zhuǎn)鼓。它裝有許多凸輪，每一個(gè)凸輪分配給一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)鼓運(yùn)動(dòng)一周便完成一個(gè)循環(huán)。5.1電機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn) 由于搬運(yùn)機(jī)械手的工作是一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)，就要求電動(dòng)機(jī)能可逆運(yùn)行。由電動(dòng)機(jī)原理可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的三相電源進(jìn)線中任意兩相對(duì)調(diào)，電動(dòng)機(jī)即可反向運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，可借助接觸器改變定子繞組相序來實(shí)現(xiàn)正反向的切換工作，其線路如圖5-1所示。當(dāng)出現(xiàn)誤操作，即同時(shí)按正反向啟動(dòng)按鈕SF2和SF3時(shí)，若采用5-1（a）所示線路，將造成短路故障，如圖中虛線所示因此正反相間需要有一種連鎖關(guān)系。通常采用圖5-1（b）所示的電路，將其中的一個(gè)接觸器的常閉觸點(diǎn)串入另一個(gè)接觸器線圈電路，則任一接觸器線圈先帶電后，即使按下相反方向按鈕，另一接觸器也無法得電。這種連鎖通常稱作互鎖，即兩者存在相互制約的關(guān)系。工程上通常還使用帶有機(jī)械互鎖的可逆接觸器，進(jìn)一步保證兩者不能同時(shí)通電，提高可靠性。圖5-1（b）所示的電路要實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，必須先停止正轉(zhuǎn)運(yùn)行，再按反向啟動(dòng)按鈕才行，反之亦然。所以這個(gè)電路稱作“正-停-反”控制。圖5-1（c）所示的電路可以實(shí)現(xiàn)不按停止按鈕，直接按方向按鈕就能使電動(dòng)機(jī)反向工作。這個(gè)電路稱作“正-反-停”控制。在這里我們選擇圖5-1（c）所示的電路圖。圖5-1正反向工作的控制線路5.2 PLC程序編寫（1）輸入/輸出點(diǎn)地址分配輸入點(diǎn)： 輸出點(diǎn)：啟動(dòng)按鈕SF1 I0.0 原始位置指示燈PG Q0.0停止按鈕SF2 I0.1 抓放物體手指MB Q0.1上限位開關(guān)BG1 I0.2 下行接觸器QA1 Q0.2下限位開關(guān)BG2 I0.3 上行接觸器QA2 Q0.3左限位開關(guān)BG3 I0.4 右行接觸器QA3 Q0.4右限位開關(guān)BG4 I0.6 左行接觸器QA4 Q0.5（2）系統(tǒng)功能如圖5-2所示，梯形圖如圖5-3所示，語句表如圖5-4所示。（3）簡要說明a在機(jī)械臂上、下、左、右行走的控制中，使用了一個(gè)軟件連鎖粗點(diǎn)，替代了SM0.0. b.S7-200PLC的順控指令不支持直接輸出（=）的雙線圈操作。如果在圖5-2中的狀態(tài)S0.1的SCR段有Q0.2（下行）輸出，在狀態(tài)S1.0的SCR段也有Q0.2輸出，則不管在什么情況下，在前面的Q0.2永遠(yuǎn)不會(huì)有效。這是S7-200PLC順控指令設(shè)計(jì)方面的缺陷，給用戶的使用帶來了極大的不便。所以在使用S7-200PLCD的順控指令時(shí)一定不要有雙線圈輸出。為解決這個(gè)問題，可采用中間繼電器邏輯過渡一下。凡是有重復(fù)使用的相同輸出驅(qū)動(dòng)，在SCR段中先用中間繼電器表示其分段的輸出邏輯，在程序的最后再進(jìn)行合并輸出處理。但左行時(shí)只有在狀態(tài)S1.3中用到了Q0.5，所以就不用中間過渡處理了。圖5-2 機(jī)械臂裝置功能圖圖5-3機(jī)械臂裝置梯形圖圖5-4 機(jī)械臂裝置語句表5.3 PLC程序調(diào)試由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但環(huán)境過于惡劣、電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，都將不能保證PLC正常、安全、可靠的運(yùn)行。因此，討論P(yáng)LC設(shè)計(jì)調(diào)試就具有十分重要的意義。1、 輸入接線（1）輸入接線一般不要超過30m。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長些。 （2）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。 （3）利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉赑LC輸入回路中，防止信號(hào)干擾，使PLC輸入信號(hào)大大增強(qiáng)。2、電源接線電源是PLC引入干擾的主要途徑之一，PLC應(yīng)盡可能取用電壓波動(dòng)較小、波形畸變較小的電源，這對(duì)提高PLC的可靠性有很大幫助。PLC的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強(qiáng)干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機(jī)等）分開。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，可編程序控制器供電回路一般可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開關(guān)電源等。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾。隔離變壓器是初級(jí)和次級(jí)之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或同等非導(dǎo)磁材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引出一個(gè)接地抽頭。初級(jí)與次級(jí)之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點(diǎn)位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點(diǎn)。在選用交流穩(wěn)壓器時(shí)，一般可按照實(shí)際最大需求容量的130%計(jì)算。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠。PLC供電電源為50Hz、220V10%的交流電。由于本設(shè)計(jì)使用的是STEP7系列可編程控制器，所以有直流24V輸出接線端。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開關(guān)或接近開關(guān)）提供直流24V電源。3、接地正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對(duì)PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。在程序調(diào)試過程中出現(xiàn)了一系列的問題，但最終都一一解決了。在使用STL指令編程時(shí)，剛開始由于對(duì)STL指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯(cuò)誤，加上機(jī)械手模型裝置本身存在的一些問題，所以在調(diào)試程序時(shí)，機(jī)械手動(dòng)作不符合控制要求。經(jīng)過不斷查閱資料，研究、改進(jìn)，最終程序調(diào)試成功。機(jī)械手運(yùn)行良好，動(dòng)作正確、符合控制要求。第6章 總 結(jié)在本次課題設(shè)計(jì)中，機(jī)械手模型控制系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制，大大提高了該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，使用PLC進(jìn)行控制可方便更改生產(chǎn)流程，增強(qiáng)控制功能。通過本次設(shè)計(jì)，可以根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的不同工作需求，機(jī)械手控制系統(tǒng)具有了很大的靈活性和可操作性?？删幊炭刂破鱌LC以其豐富的I/O接口模塊、高可靠性，在機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起了非常重要的作用，但在PLC控制的過程中還有許多的問題需要解決，本人在設(shè)計(jì)的過程中遇到了許多的問題，但經(jīng)過努力和查找個(gè)方面的資料最終都解決了。該搬運(yùn)機(jī)械手充分利用了自動(dòng)化技術(shù)，根據(jù)應(yīng)用工況的情況，選擇相應(yīng)功能和參數(shù)的模塊，像搭積木一樣進(jìn)行組合。這是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，反映了自動(dòng)化技術(shù)未來的發(fā)展方向，也將始終貫穿于機(jī)械手的開發(fā)及應(yīng)用中。該機(jī)械手既可以用于專用的場(chǎng)合，又可以作為通用機(jī)械手用于其它的工業(yè)場(chǎng)合，手部可以按需要配置其它機(jī)構(gòu)，適用范圍較廣 主要參考文獻(xiàn)1王本軼. 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005: 283-288. 1 熊幸明. 一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2006, 22(11): 120-122. 2 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制M. 第三版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004: 146-162. 3 蔣少茵. PLC控制的機(jī)械手J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2002, 18(2): 20-22.4 劉軒, 王麗偉. 機(jī)械手的PLC控制J. 機(jī)床電器. 2006, (3): 34-49.5 郭劍暉. 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D. 南昌: 南昌大學(xué). 2012. 6 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京航天航空出版社.20097 郭艷萍.基于PLC的工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)J.儀表技術(shù)與傳感器,2007,9(9):31-328 蔡自興.機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001,76(4):11-16.9 王勤.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M南京:東南大學(xué)出版社, 2003.10 http:/epub.cnki.net/kns/brief/default_result.aspx致 謝 時(shí)光的流逝也許是客觀的，然而流逝的快慢卻純是一種主觀的感受。當(dāng)自己 終于可以從考研、找工作、畢業(yè)論文的壓力下解脫出來，長長地吁出一口氣時(shí)， 我忽然間才意識(shí)到，原來四年已經(jīng)過去，到了該告別的時(shí)候了。一念至此，竟有些恍惚，所謂白駒過隙、百代過客云云，想來便是這般惆悵了?？墒菒澣恢?總要說些什么。大學(xué)四年，生活其實(shí)很簡單，只是一些讀書、寫字和考試的周而復(fù)始。如果把這種單調(diào)的生活看作一場(chǎng)場(chǎng)循環(huán)的演出，那么我只是一個(gè)安靜的演員。這篇畢業(yè)論文也稱不上什么精彩的臺(tái)詞，只不過是這種循環(huán)演出即將告一段落時(shí)的謝幕詞。但是無論多么蹩腳的演員，無論臺(tái)下有多少觀眾，即使是只說給自己聽，在他謝幕時(shí)也總要感激一些人，是這些人幫助他走上舞臺(tái)，成功或者不那么成功地“演出”。我在這里首先要感謝的是我的學(xué)位論文指導(dǎo)老師徐志遠(yuǎn)老師。這篇畢業(yè)論文從開題、資料查找、修改到最后定稿，如果沒有他的幫助，尚不知以何等糟糕的面目出現(xiàn)。我很自豪有這樣一位老師，他值得我感激和尊敬。 感謝和我共度四年美好大學(xué)生活的2010級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化四班的全體同學(xué)。感謝興湘學(xué)院所有授課老師，你們使我終身受益。感謝所有關(guān)心、鼓勵(lì)、支持我的家人、親戚和朋友。37