机械手臂搬运加工作业流程控制.docx

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机械手臂搬运加工作业流程控制

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位置进行第一环节加工。

当第一环节加工完毕后，机械手臂将工作物夹起再送至工作台2进行第二环节加工；当第二环节加工完毕后，机械手臂将工作物放到输送带B送走，然后由7段数码管显示加工完毕数量。

图1-1机械手臂搬运加工流程控制过程示意图

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某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具自动操作装置。

它可代替人繁重劳动以实现生产机械化和自动化，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。

当前机械手重要发展经历可以分为三代：

第一代机械手重要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有辨认能力；改进方向重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，具备视觉、触觉能力，甚至听、想能力。

研究安装各种传感器，把接受到信息反馈，使机械手具备感觉机能；第三代机械手能独立完毕工作过程中任务。

它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐渐发展成为柔性系统FMS和柔性制造单元FMC中重要环节。

机械手重要由手部、运动机构和控制系统三大某些构成。

手部是用来抓持工件（或工具）部件，依照被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业规定而有各种构造形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

运动机构，使手部完毕各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定动作，变化被抓持物件位置和姿势。

运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手自由度。

为了抓取空间中任意位置和方位物体，需有6个自由度。

自由度是机械手设计核心参数。

机械手运动机构重要涉及由两个电磁阀控制液压钢来实现机械手上升下降运动及夹紧工件动作，两个转速不同电动机分别通过两线圈控制电动机正反转，从而实现小车快进、慢进、快退、慢退运动运动；其动作转换靠设立在各个不同部位行程开关产生通断信号传播到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同动作，可实现机械手精准定位；其动作过程涉及：

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；其操作方式涉及：

回原位、手动、单步、单周期、持续；来满足生产中各种操作规定。

本次设计使用气压机械手臂，一开始手臂先下降，遇到下限开关开始做夹起动作，然后开始上升遇到上限开关后，手臂开始往右，当遇到第一工作站极限开关时，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；当工作物第一加工环节完毕时，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上进行第二加工环节。

当第二加工环节完毕时，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毕多次。

动作示意图如图1-2所示。

图1-2机械手控制动作示意图

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制系统硬件构成

本设计制信号传感器选取位移传感器和压力传感器。

及A/D转换器等。

机械臂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,手臂等构成。

手是抓取机构，手臂是传动机构。

由传动系统进行机械手移动，手臂也起到了支撑作用。

惯用传动机构有液动,气动等，本设计选取是气动。

控制系统重要作用是机械手按一定方向位置进行移动。

简朴机械手不采用专用控制系统，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办法分析

本次设计使用是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制器，可同步输出两路脉冲到步进电机驱动器，控制步进电机运营。

由于机械手系统输入/输出点少，规定电气控制某些体积小，成本低，并可以用计算机对PLC进行监控和管理，该机械手控制为纯开关量控制，且I/O点数不多，考虑留有一定裕量，故选用日本三菱公司生产多功能小型FX1N-24MT-D主机。

2.3机械手臂搬运加工流程控制系统I/O分派

依照机械手动作规定及机械手实物教学实验装置阐明指引，输入、输出点分派状况如表2-1所示。

表2-1PLCI/O分派表

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

上升

10005

上限开关

00004

释放

10006

选取开关

00005

返回初始位置

10007

A位置触碰开关

00006

右移

10008

B位置触碰开关

00007

选取计数

0

初始位置触碰开关

00008

2.4机械手臂搬运加工流程控制系统接线图设计

本模型接线设计如图2-1所示如下。

图2-1PLC控制系统接线图

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，遇到下限开关开始做夹起动作，然后开始上升遇到上限开关后，手臂开始往右，当遇到第一工作站极限开关时，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；当工作物第一加工环节完毕时，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上进行第二加工环节。

2．当第二加工环节完毕时，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毕次数。

第4章机械手臂搬运加工流程控制监控系统设计

4.1PLC与上位监控软件通讯

机械手所有动作由步进电机和直流电机进行驱动控制。

步进电机运动需要驱动器，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；变化电机转向时，需要加方向信号。

机械手上升/下降、前伸/后缩动作就是通过控制这两个步进电机正反转来实现。

基座正转/反转和气夹正转/反转是通过两个继电器吸合与断开来控制直流电机转动方向来实现。

机械手放松/夹紧由一种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

依照控制和生产工艺规定，控制操作涉及手动和自动，手动又涉及手动步进、回原位操作，自动控制涉及单步、单周期、持续操作。

故操作方式选取开关设立有五个档位。

手动工作方式下，手动动作涉及上升、下降、放松、快进、慢进、快退、慢退和复位，故设立六个动作看官按钮。

各个动作进行同步均设有动作批示灯。

此外设有启动停止按钮。

其操作面板如图4-1所示。

图4-1机械手操作面板示意图

4.3实现效果

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向驱动器一同步输入脉冲信号和电平信号，步进电机一反转，横轴后缩。

当后缩到位时遇到后限位开关，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。

上升究竟时遇到上限位开关，上升停止，回到原点。

主机向驱动器二同步输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。

降究竟时遇到下限位开关，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，遇到上限位开关，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，遇到前限位开关前伸停止。

主机向驱动器二同步输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。

降究竟时遇到下限位开关下降停止，同步夹紧电磁阀断电，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，遇到上限位开关上升停止。

上升到顶时，遇到上限位开关，上升停止。

PLC向驱动器一同步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，当后缩究竟时遇到后限位开关，然后主机向驱动器二同步输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。

下降究竟时遇到下限位开关，下降停止，回到原点。

至此，机械手通过八步动作完毕一种循环。

第5章机械手臂搬运加工流程控制监控系统调试及成果分析

5.1机械手臂搬运加工流程控制系统调试及解决问题

使用起保停电路编程方式。

用辅助继电器代表步，仅仅使用与触电和线圈关于指令。

编出程序规范，具备易于阅读和容易查错长处。

5.2成果分析

通过实验连线证明奔方案设计可以满足实验设计规定，并且机械手臂可以很完整完毕规定动作，但是在实际验证中发现。

机械手详细需要在AB操作台停留多长时间是个问题，可以用2种方式变化。

第一种，通过计时器完毕，第二种通过与否有物体压力传感器完毕。

课程设计心得

这次课程设计让我学会了诸多，在教师和同窗指引学习下，终于完毕了这一份课程设计。

本来觉得自己对可编程序控制器原理知识掌握还比较好，但是到做课程设计时候才发现自己存在着诸多局限性，其中就有诸多基本知识都不是很完善，诸多知识都掌握不是很夯实。

设计过程中，通过针对性地查找资料，理解关于电子方面资料，既增长了自己知识面，补充最新专业知识，又提高了自己应用能力和实践能力。

对学过课本理论知识起到了较好温习作用。

机械手臂搬运加工采用PLC为控制核心构造合理、测试办法可靠，它具备较强灵活性，提高了设备运营可靠性。

通过对机械手臂搬运加工PLC控制系统设计设计，让我较好运用了PLC知识，对课本知识进一步消化和巩固。

这次课程设计终于顺利完毕了，这个设计让我获益良多，只要专心去学习，不怕困难，不论多么艰难，咱们都能获得成功。

参照文献

[1]王炳实.机床电气控制[M].北京:

机械工业出版社,.

[2]曹才开.一种工业机械手PLC控制[Z].北京:

微计算机信息,.

[3]王丽伟.机械手PLC控制[Z].武汉:

机床电器,.

[4]陈建明.电气控制与PLC应用,电子工业出版社,.

[5]邓则名.电器与可编程控制器应用技术,机械工业出版社,.

附录

附录1程序流程图

附录2程序梯形图