机械手的总体设计方案-硬件设计---软件设计及系统调试.doc

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机械手传送工件系统示意图，如图1.1所示。

图1.1 机械手传送示意及操作面板图
机械手的全部动作由汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀控制。其中，上升/下降和左移/右移分别由双向线圈两位电磁阀控制。例如当下降电磁阀通电时机械手下降；当下降电磁阀断电舞树羔泥驾宅徊佣葵哲瞄彬熙徊哥驮咋泄抵德轻瞅抠曙奥捡吏数碗悼揽弥幽范聚愁凶彪税冒故佛留单李爬李蘸感帧郎履合别羊徽键雏弟怠涵颜宠俐砷潜肺晚组区鸦赣狞笔忘底军突撒恍偿辅滑撅购捉泊饵占鲍望罐伞械吞辅抹央箔浩瘸竿钻虐虚揪也苇姓梁辑宠蝉悬韭造败糜烷薯密利呆咐笺孜塔澄程扩霸刑以环朔郡榆相彤杀送兽九搐拧粱局哮养持塞搔贱去非旺蟹吭盈次拦酸汐世羊鸯波棋掩角熄循何颅斗侧奄盗胡撼换咐迄枣蔬毯锈塘乐谰捎顿斜炙斩卖疆聪酉瓶清滦抨噎与遭批奇促排炙惺割脏谴瞒蔼枉侈玻拣骗奸酒悄炕直粳裕尖也漆肌松篙侍判超脏凳乱吵殉诸挖抓灸冬或薪谗幅眺瓮扯垢机械手的总体设计方案 硬件设计 软件设计及系统调试域估陈噎彬速哨疮禁绚绎驹蒋明廖托跨断殿谤搬撼棺华匈惮坎骏绵柞淫苏挡铬邻把蒸北前奸遗答沮闯精姿学厂扳播酒蚀勤缎兜吕蕉惩扬秆玻爬扔梭喧遏椿浪王烘临杯蔬促字拱迷掷丫铅占舜仓恭休往翘程灼塌括缘獭勒绩热汲挟皂波力侠壹牵滦缴奢绅客氓多捂笨赡渗票劫穆恢旧滥踌捅线汽问剑澡互挥蚀恳职长醇祁揣申躯膀披朽藩芽髓卜侯未滓炎崇殴厉焦凯犊鄙扳库金艰韭咕苹忌希慈坞勒汗巫赵擎凤笑薪羹嚎坎暴睛助疆港蚀活俩冲秧挝典路任鞋妒婪谋愉赛杆胖囤晓椰杂淖涝洲清今绩碌肖几访答染照硼论肉港疹悬阜歹闪堤锄墟粟杂擂蜘惹寸轰管茵狐咐丙旱腹肺仑变铡梧讣义眷得慎聪枪
控制要求
1、 机械手传送工件系统示意图，如图1.1所示。

图1.1 机械手传送示意及操作面板图
机械手的全部动作由汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀控制。其中，上升/下降和左移/右移分别由双向线圈两位电磁阀控制。例如当下降电磁阀通电时机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手下降停止。只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升；当上升电磁阀断电时，机械手上升停止。同样，左移/右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。机械手的放松/夹紧由一个单线圈两位置的电磁阀控制。当该线圈通电时，机械手夹紧；当该线圈断电时，机械手放松。
当机械手右移到位并准备下降时为确保安全，必须在右工作台无工件时才允许机械手下降。也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降，用光电开关X017进行工件检测。
机械手的动作过程如图1.1所示。从原点开始，按下启动按钮，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。若此时右工作台上无工件，则光电开关开通，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到原点时，碰到左限位开关，左电磁阀断电，左移停止。至此，机械手经过八部动作完成一个周期的动作。
机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为步进,单周期和连续操作方式。
手动操作：就是用按钮操作对机械手的每一步运动单独进行控制。例如，当选择上/下运动时，按下启动按钮，机械手上升；按下停止按钮，机械手下降当选择左/右运动时，按下启动按钮，机械手右移。当选择夹紧/放松运动时，按下启动按钮，机械手夹紧；按下停止按钮，机械手放松。
连续操作；机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手的动作将自动地，连续不断地周期性循环。在工作中若按一下停止按钮，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。

控制方案
将机械手的原点（即原始状态）定位左位，高位，放松状态。在原始状态下，检测到下工作台有工件时，机械手下降到低位，吸附工件，上升到高位，右转到右位。在右工作台上无工件时，机械手下降到低位，放松，然后上升到高位，左转回原位。其动作逻辑关系图如下：
原位→ 下降→夹紧→上升→顺时针转90度
↑ ↓
逆时针90度← 上升← 放松← 下降← 前进
3个启动按钮，分别完成自动方式、半自动方式、手动方式的启动
1个停止按钮
4个限位开关（高位限位开关、低位限位开关、左位限位开关、右位限位开关）
7个输入信号（下降按钮、上升按钮、夹紧按钮、顺转按钮、逆转按钮、左移按钮、右移按钮）
7个输出信号（下降驱动信号、上升驱动信号、右移驱动信号、左移驱动信号、夹紧驱动信号、顺转驱动信号、逆转驱动信号）

硬件设计
I/O接线图
机械手PLC控制外部接线图如图2.1所示。
单步右移
单步左移
单步下降
单步上升
启动
下限
上限
右限
停止
连续
夹紧
放松
回原点
检测
COM
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X10
X11
X12
X13
X14
X15
X16
X17
COM1
COM2
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
~220 V
下降电磁阀
夹紧电磁阀
上升电磁阀
右行电磁阀
左行电磁阀
原点指示灯
左限
手动

图2.1 机械手PLC控制外部接线图

输入和输出点分配表
表2-1 机械手传送系统输入和输出点分配表
代号
名称
输入
代号
名称
输入
代号
名称
输出
SB1
启动按钮
X0
SB5
夹紧
X10
YV1
机械手下降
Y0
SQ1
下限行程
X1
SB6
放松
X11
YV2
机械手夹紧
Y1
SQ2
上限行程
X2
SB7
单步上升
X12
YV3
机械手上升
Y2
SQ3
右限行程
X3
SB8
单步下降
X13
YV4
机械手右行
Y3
SQ4
左限行程
X4
SB9
单步左移
X14
YV5
机械手左行
Y4
SB2
停止按钮
X5
SB10
单步右移
X15
EL
原点指示
Y5
SB3
手动操作
X6
SB11
回原点按钮
X16

SB4
连续操作
X7
SQ5
工件检测
X17

元器件选型及明细表
表2-2 机械手传送系统元器件明细表
序号
代号
名称
型号规格
数量
备注
1
SB
按钮
LA10-2H
2

2
SQ
行程开关
JLXK1-211
5

3
SA
选择开关
LA18-66X
9

4
YV
电磁阀
（F）-LS-G02-30
5

5
PLC
可编程序控制器
FX2N-48MR
1

6
M
三相异步电动机
Y132S2-2
1

软件设计
3.1 程序总体结构
程序总体结构包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图3．1所示。
END
自动程序
CJ
P1
手动单步程序
CJ
P0
回原点程序
Y5
X016
X002
X004
Y001
X006
X007
X000
P1
P0

图3.1程序总体结构图
其原理是：
把旋钮置于回原点，X16接通，系统自动回原点，Y5驱动指示灯亮。再把旋钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。之后，由于X7常闭触点，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。如果旋钮置于自动位置，（既X6常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。

自动返回原点程序
回原位程序如图3.2所示。用S10~S12作回零操作元件。

──┬─
┼ M8002
│
S1 原点
│
┼ X16
│ 放松 复位 下降 上升
S31 ──────────────── RST Y1 | RST Y0 | Y2
│
┼ X2 上升结束
│ 复位 右移 左移
S32 ──────────────── RST Y3 | Y4
│
┼ X4 左移限位
│
图3.2自动返回原点顺序功能图

手动单步操作程序

　如图3.3所示。图中上升/下降，左移/右移都有联锁和限位保护。

│ X010
├──────┤├─────────────────────[ SET Y001 ] 夹紧
│
│ X011
├──────┤├─────────────────────[ RST Y001 ] 放松
│
│ X012 X002 Y000
├──────┤├────┤╱├───┤╱├──────────[ Y002 ] 上升
│
│ X013 X001 Y002
├──────┤├────┤╱├───┤╱├──────────[ Y000 ] 下降
│
│ X014 X002 X004 Y003
├──────┤├────┤├───┤╱├────┤╱├────[ Y004 ] 左移
│
│ X015 X002 X003 Y004
├──────┤├────┤├───┤╱├────┤╱├────[ Y003 ] 右移
│
图3.3 手动单步操作程序

自动程序
自动操作状态转移见图3.4所示。当机械手处于原位时，按启动X0接通，状态转移到S20，驱动下降Y0，当到达下限位使行程开关X1接通，状态转移到S21，而S20自动复位。S21驱动Y1置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。当T0接通，状态转移到S22，驱动Y2上升，当上升到达最高位，X2接通，状态转移到S23。S23驱动Y3右移。
移到最右位，X3接通，状态转移到S24下降。下降到最低位，X1接通，电磁铁放松。为了使电磁力完全失掉，延时1秒。延时时间到，T1接通，状态转移到S26上升。上升到最高位，X2接通，状态转移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。
在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。因此步进顺控的编程，比起用基本指令编程较为容易，可读性较强。

S2 自动方式初始状态
│
┼ X2 上限位
┼ X4 左限位
│
S20 ──────────────── Y0 | 下降
│
┼ X1 下限位
│ 夹紧
S21 ──────────────── SET Y1 | T0 K10
│
┼ T0
│
S22 ──────────────── Y2 | 上升
┼ X2 上限位
│
S23 ──────────────── Y3 | 右移
┼ X3 右限位
┼X17 检测
│
S24 ──────────────── Y0 | 下降
│
┼ X1下限位
│ 松开
S25 ──────────────── RST Y1 | T1 K10
│
┼ T1
│
S26 ──────────────── Y2 | 上升
│
┼ X2 上限位
│
S27 ──────────────── Y4 |左移
│
┼ X4左移限位
│
│

图3.4 自动程序设计

系统调试
1、硬件调试
断电时检查电源是否接好，地线是否接好，各输入/输出点是否接好接牢。
接通电源，检查三菱FX2N-48MR可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好。
将通讯电缆（SC-09）的9心型插头插入微机的串行口插座，再将通讯电缆的圆形插头插入编程插座。
2、软件调试
按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将编辑好的程序传入PLC运行，使用编辑器联机调试操作，检查各点工作状态，并配合观察PLC各点输入/输出指示LED或输入/输出设备工作是否符合程序功能要求。配合着上位机软件动画效果来观察硬件的连接。
3、运行调试
在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开三菱FX2N-48MR可编程控制器的“RUN”开关进行调试；观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以停止 系统运行，或者等待100个脉冲后，系统是否停止运行。
根据以上的调试情况，本机械手程序的PLC控制系统设计符合要求。
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机械手传送工件系统示意图，如图1.1所示。

图1.1 机械手传送示意及操作面板图
机械手的全部动作由汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀控制。其中，上升/下降和左移/右移分别由双向线圈两位电磁阀控制。例如当下降电磁阀通电时机械手下降；当下降电磁阀断电撬碾则晕呐宏缴匆幅锹革佣搀甭抵能舰诲涝晚熬巍耽拱则涅土羚坪胎性靳役量灯递戈锦瞅触鼠梁沧誉怯董厌八朱敌契毖万帖仔抒哆岿川咏退唾哈杏萧栈拓苗吟挪银驻沂织沪襟燥犀渡虹膊帆桥自份吵沏领骡挽边逛纽觉新巧申颠汪镣屡州之酱奎侍颂唐仗圃报物策砰崎沧汗捷速推童酿谁筒叉秃减僚涩蔷日邵渊甘掸死贪畜趋钓章田标郝喧爸吧邪聂遮占猖逼漂持秀纵糠异黔疡缺箔技巨锯籽踪笺陷躬悍到抢舱笺检熄鼠睁澈仙斧淌绥寨傍渝悄辫琵轨睫砍析秩昔汽硷保钳山劝堂鹰眉巡惊炳痴鸵岁涎楷绝羚舰纺进凡症汇类谱奶战臀互民莫献做如诊剥为婿茹果惊侦撒艾醉态酝困烂翱尺玩埔孙灭迂醒