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1、摘要随着微处理器、计算机、数字通信技术的迅速发展，计算机控制 已广泛的应用在各种工业控制领域，为了满足生产设备和自动化的必 须有高度可靠性和灵活性的要求，可编程控制器的出现满足了这一要 求，它是以微处理器为基础的通用工业装置。可编程控制器，简称PLC,它的应用广泛，功能强大，使用方便, 已成为当今工业自动化的重要支柱之一，在工业生产的所有领域中得 到充分的利用。PLC 已广泛的应用在各种生产设备和生产过程自动控制过程中， PLC 在其他领域，例如在民用或家用的自动化设备中的到迅速的发 展。关键词：PLC机械臂旋转传感器梯形图目录摘 要11. 多关节机械手简介 22. 多功能机械手控制系统的功能
2、要求 23. 硬件系统配置 43.1. PLC 选型 43.2. PLC 的 I/O 资源配置54. 软件系统设计 64.1. 总体流程设计 64.2. 梯形图设计 64.3. 主程序初始化梯形图 64.4. 机械手运转过程梯形图 84.5. 步进电机脉冲程序梯形图 115. 总结136. 致谢147. 参考文献 14多关节机械手控制系统1. 多关节机械手简介在工业生产和其他领域的木屑工作中，人们经常那个处于高温或有毒等对人 体有伤害的环境中从事重复的劳动，这样生产成本不但高，而且会危及人们的生 命安全。随着工业自动化的发展、生产效率的提高和劳动强度的增大，机械手的 出现使得这些问题得到很好的
3、解决，把人们从繁重的劳动中解放出来，处理更加 复杂的生产过程，既能提高产品质量，又可以使人们受到跟小的伤害。机械手一 般由耐高温、耐腐蚀的材料制成，多用于恶劣的生产环境，以及要求精度较高的 工作场合。机械手的出现和发展已经使传统工业发生了根本的变化，从手工。机械式的 生产跨越到自动化、智能化的生产。一般的工业机器人指的就是一个机械臂带动 一个简单的夹紧机构组成，此类机器人用来完成大范围的工件转移或者加工，且 不能实现精细操作的功能，同时由于传统机器人的各个不见的尺寸通常较大，其 运动定位的精度就不高，所以无法进行装备及微小操作。普通机械手手抓结构多 为夹钳式、托持式、吸附式等，只能用来抓握形状
4、规则而且固定的工件，其抓握 能用性非常有限。而多关节机械手则利用关节连接两个相连的杆体，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其中一个特点，正是由于关 节多，所以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2. 多功能机械手控制系统的功能要求传统的机械手用继电器控制，由于其线路复杂、维护困难、可靠性差等缺点，无法免租机械手的控制需求。可编程控制器（PLC）的出现使得这一问题得到解 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。传统的机械手无法完成精确的操作工作，所以PLC控制的多关节机 械手的应用逐渐
5、广泛起来，并且能够完成动作要求精度高的工作。在机械行业中，大部分产品的装备不是采用工人装备的形式就是采用传统的 继电器控制系统，工人劳动强度大，产品质量得不到保证，同时继电器经过长期 使用后，容易发生故障，维修工作量大，而且生产控制灵活性差、控制过程复杂、 控制过程不易改变。在装备线上采用PLC控制可以完成精确定位的要求，提高产 品质量、降低工人工作量。此外由于PLC编程简单、组合灵活、可靠性高、控制 灵活度高，可根据控制流程的不同，方便的改变控制顺序来满足工艺要求。其动作过程为：手臂上升f 手臂下降f 手爪抓紧f手爪放松f 手臂左旋f手臂右旋 多关节机械手完成以上动作主要是通过机器写控制来实
6、现的，即利用PLC来 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的左右旋转，电 磁阀来驱动汽缸的升降，从而控制手臂的上升和下降。其工作如图所示。1) 手臂上升：使机械手相对于工作台向上移，以满足抓取工件的高度要求。2) 手臂下降：使机械手相对于工作台向下移，以满足放置工件的高度要 求。3) 手爪抓紧：使机械手抓紧工件，以完成工件抓起要求。4) 手爪松开：使机械手放松工件，以完成工件松开要求。5) 手臂左旋：在不改变工件高度的情况下，完成工件移动任务6) 手臂右旋：在不改变工件高度的情况下，完成工件移动任务，以便再 次抓取工件3. 硬件系统配置完成了对功能要求的描述设计出如图所示的
7、系统硬件图，在次系统中仅靠PLC主机是无法完成工作的，因此拓展了一个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机。（3）1 个可插入的存储器子模块（4）14 个数字量输入，有四个可以做硬件中断， 10 个用于高速中断功能（5）10 个数字量输出，其中两个可用作本机集成功能。（6）2 个 8 位分辨率的模拟电位器（7）数字量输入/输出，最多可扩展成94个数字量输入， 74个数字量输出（8）数字量输入/输出，最多可以扩展成28个模拟量输入和7个模拟量输 出，或者 14 个模拟量输出（9）256 个计数器，计数范围 032767（10）256 个内部标识位（11）256 个定时器
8、（12）4 个中断输入根据此系统的控制要求和资源要求，采用EM223模块中的4点输入/4点输出 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/I路模拟量输出。EM223和EM235以及PLC之间用排 线相连。3.2. PLC的I/O资源配置1 数字输入部分在此系统中，要求数字输入有急停按钮、手动/自动按钮，以及上下左右限 位开关、光电开关等共15个输入点。输层地址输滋设备输入地址输？L设备10. 0高速脉冲输入11. 1自动启动10. 1急停按钮11. 2上升
9、限位开关10.2手动/自动11. 3下降限位开关10. 3-手臂上升.11. 4右能限位开关10. 4手臂下降11. 5.左靛限位开关10.：5手臂左旋12. 0传送帝1光电开关IO； 6手臂右錠12. 1传送带2光电开关10. 7手臂抓紧12. 2 传送带2启动拟量输入部分手臂松开12.3压盖机启动在这个系统中要采集手指上传感器的信息，所以扩展了两个模拟量输入模块具体分配。输入地址输凡设备输入地址输入设备AIWO传感器1AIWOJ传感器4：Aiwd-传感器2AIWO传感器5AIWO数字量输出部分传感器3此系统外部设备主要有上升和下降电磁阀、左旋/右旋继电器、抓紧/松开电磁阀以及控制传送带2启
10、停的继电器，工7个数字量输出点，具体分配。输层地址输甕设备;输入地址;输入设备Q0. 0高速脉冲输出 SO. .5-抓紧电磁阀Qia. 1上升电磁阀Q0. 6松开电磁阀Q0.2；下降电磁阀Q0； 7传送带2継电器qcM左施继电器Q1. 0压盖机继电器Q0 -. 4右靛継电器4. 软件系统设计4.1. 总体流程设计根据控制要求，此机械手有一下几个动作步骤（1）旋钮置于自动，按下启动按钮，工作台开始运作（2）机械手在汽缸的驱动下上升至设定位置，同时传送带 1 开始运行（3）机械手在到达设定高度后，手臂开始左旋至设定位置，同时传送带1 上的光电开关检测工件是否到位（4）若传送带 1 上的工件到位，则
11、机械化手在汽缸的驱动下下降到设定位 置；如果工件未到位，机械手则在上限等待工件到位（5）工件到位后机械手下降至设定位置，机械手开始抓取工件（6）手爪抓紧工件后，机械手上升到设定位置（7）上升到位后，机械手开始右旋至设定位置（8）右臂右旋到位后，开始下降到预定位置（9）下降到位后，手爪松开，放下工件，同时开始计时，时间为 5s（10）放下工件后机械手再次上升至设定位置（11）上升到位后机械手抓紧端盖（12）下降至设定位置，手爪松开端盖置于工件上（13）定时时间到，传送带 2 启动，将工件送到压盖机处（14）工件到位传送带 2 停止，压盖机工作 若没有收到停止信号，则机械手上升，继续重复步骤（2）
12、至（14）;若收到 停止信号，则停止所有 PLC 设备，使动作停止。4.2. 梯形图设计流程图设计完成后，需要对各个过程进行分解细化，这样在程序编写时就会 简洁明了。最后连接起来也便于发现问题，当控制过程太过于复杂时，采用模块 化设计显得尤为种要。采用模块化设计可以使调试变得简单方便 ,出现问题便于 解决。4.3. 主程序初始化梯形图在此系统的控制过程是按顺序执行的，所以选择采用顺序控制指令。多关节 机械手控制主程序初始化梯形图上升到菽恤住工怦YY左握到Y右战到菽下降到菽YY工件到菽下隆到菽YY到达压孟Y下隆到也Y上升到菽YY上升到矿、4机榭手下隆机械手下隆机撼爭上卄机械爭下隆谭止禾统机械手手
13、柿工件 *结廡桃械爭上升机械爭手醫右嵐机械手丰爪机臨孟*机慑爭爭压蔽开件送带1传送工慝趴停止进厅启幼传送曙24机檢爭上升机檢爭爭困左倉4.4.机械手运转过程梯形图主要是对高速计数器和高速脉冲输出指令进行初始化。对于高速计数器，选 用高速计数器HSCO,工作方式为模式0,输入口为10.0。设置HSC0的功能为： 复位与启动输入信号都是高电位有效、4 倍计数频率、计数方向为增计数、预置 脉冲数为10000个、允许更新双字和执行HSC指令。手臂的左右旋转采用步进电机进行控制是为了提高定位的精度,所以需要用 到高速计数和告诉脉冲输出,对发出的脉冲数和接收到的脉冲数进行比较,如果 相等,则定位准确,如果
14、两者有偏差,则补发脉冲,最后达到设定的位置上。梯 形图如图4.5.步进电机脉冲程序梯形图对步进电机脉冲输出控制，由于步进电机本身特性，启动频率不宜太高， 所以在启动阶段输出脉冲周期为500ms,而且周期逐步减少，缓慢提高脉冲输出 频率；在第二阶段脉冲输出周期为50ms，在这个阶段手臂的移动速度最快，当达 到设定位置的时候，也需要缓慢降低频率值，第三阶段的脉冲周期为200ms，达 到设定位置后能可靠停止。针对传感器采集到的值传到 PLC 处理的子程序，由于机械手在每次加工过程 中都要移动两个工件，对于不同的工件，手爪的力度是不同的，为了防止抓力过 大，对工件造成损坏，设置两个不同的压力对比值。SMO.OvwoM6.CVW2I0moM6. 1M6.2在软件程序设计中 和告诉计数器进行初始主要采用了顺序控中,I W6,程序主要包括：控制系统的主程序、对告诉脉冲的输出 化设置的子程序的处理传感器返回值的子程 制指令。在行的，采用顺序控制指令，下一个动作 复位到初始状态
