機械手模型控制系統的設計

機械與電子工程學院專業：自動化

姓

名：指導教師：1緒論課題背景

隨著工業自動化的發展，生產效率的提高，勞動強度的增加，勞動密集型產業和工作量的日益發展很可能會造成傷害的工人，而在一些危險，未知的環境需要一定的精確控制，所以多關節機器人逐漸發展起來。國內外研究現狀智能化，多傳感器、多控制器，先進的控制算法，復雜機電控制系統1專用工業機器人,采用工業控制器，市場化、模塊化的元件2歐洲FMS和FMC中國人工美國FMS和FMC

本課題講述的是利用多關節機械手在一個軸承裝配線上，通過PLC控制機械手的動作，完成取軸承、加蓋及轉移工件，最后控制壓蓋機完成壓蓋的整個過程。本課題主要研究的是基于西門子S7-200系列PLC的機械手模型控制系統的設計，包括PLC的選型、系統硬件的設計和系統軟件的設計。2課題設計的功能要求

該機械手在生產線上的主要任務是，將軸承從傳送帶1轉移到傳送帶2上，然后將蓋放置于軸承之上，最后經過壓蓋機加工，完成呢個軸承裝配的一部分加工。整個工作過程機械手包括以下動作：

手臂上升→手臂下降→手爪抓緊→手爪放松→手臂左旋→手臂右旋。圖1多關節機械手簡單工作過程示意圖3系統總體設計系統控制方案比較機械手的控制系統主要有三種：單片機為控制模塊的核心，通過鍵盤和狀態指示燈來完成機械手的功能設置和動態編輯，用LCD顯示機械手的工作狀態、菜單。繼電器的控制形式是固定接線，整個系統設計比較復雜，通用性和靈活性差，可靠性差、故障多、維修困難等問題已逐步淘汰。PLC是為工業機械控制系統設計的專用計算機，其結構緊湊，抗干擾能力強，很容易裝入到工業機械的內部。PLC的選型

考慮到控制系統的要求，并在經濟性和可靠性方面的選擇，選擇西門子S7-200系列PLC作為該多關節機械手的控制系統。本設計所用多關節機械手控制系統共有18/個數字量輸入，9個數字量輸出，共27點I/O點數，以及程序容量，選擇了CPU224作為其主機。系統總體結構PLC由于較強的抗干擾能力，為了使該設備便于安裝、調試，以及從經濟角度來看，設計出如圖2所示的多關節機械手控制系統的功能框圖。

在電氣柜中主要是一些儀器、儀表，這樣既減少外部影響，又便于測試和維護。電氣控制柜結構如圖3所示，電氣柜中的部分線路與機械結構連接，通過繼電器，電磁閥等裝置為電動機、氣缸等進行控制，還有部分與控制臺的按鈕連接。

圖2控制系統的功能框圖圖3電氣柜結構圖4系統硬件設計

硬件系統設計由PLC主機控制模塊和I/O接口模塊兩部分組成，設計系統的硬件框架如圖4所示圖4控制系統硬件框圖

PLC的輸入輸出資源配置

根據系統的控制要求、硬件框圖和輸入輸出的分配情況，多關節機械手控制系統PLC的部分硬件接線圖如圖5所示。

圖5多關節機械手控制系統PLC控制部分硬件接線圖5系統軟件設計

程序編寫的時候采用順序控制指令，機械手控制系統流程圖如圖6圖6控制系統流程圖系統程序設計

控制系統采用的是西門子公司專門為S7—200系列設計開發的STEP7-Micro/WIN32。其編程界面如圖7所示圖7梯形編程界面將編譯后程序導出，利用西門子S7—200仿真軟件進行仿真,圖8所示為系統手動下的運行仿真。圖8所示為系統手動下的運行仿真結論

本文詳細講解了多關節機械手的控制系統設計過程。該系統采用西門子S7-200系列的