1、1 绪论1.1 自动装配系统的发展概况在装配过程中,基础件和装配件的传送、给料和装配作业可部分地或全部地实现半自动化或自动化。装配自动化的主要目的是：保证产品质量及其稳定性，改善劳动条件，提高劳动生产率，降低生产成本。装配自动化的一般要求是：产品的生产批量较大；产品结构的自动装配工艺性好，如装配工作有良好的可分性，零件容易定向、定位，零件间联接多用胶接和焊接代替螺纹联接，避免使用垫片等调整件；采用自动化装配后应具有较好的经济效果。装配作业的自动化程度往往需要经过技术经济分析来确定。原始的手工装配方式一直延续很久。直到19世纪机械制造业小零部件的标准化和互换性开始用于小型武器和钟表的生产，随后又
2、应用于汽车工业。20世纪初，美国福特汽车公司首先建立了采用运输带的移动式汽车装配线,将工序分细,在各工序上实行专业化装配操作，使装配周期缩短了约90，降低了生产成本。互换性生产和移动式装配线的出现和发展，为大批量生产中采用自动化装配开辟了道路。这对提高生产率带来了革命性的变化，起到了很大作用。互换性生产和移动式装配线的出现与发展，为大批量生产中采用自动化装配开辟了道路。但这种方式并没改变操作者的劳动强度，大量单调重复的工作仍然是手工劳动。此后，陆续出现了料斗式自动给料器和螺钉、螺母自动拧紧机等简单的自动化装置。大批量生产的轴承、离合器和中小型电机等零件、装配工艺简单的机电产品，以及汽车、农业机
3、械、仪器仪表等产品小的部分简单部件，也采用了自动或半自动装配机(线)。可是由于对适合自动化装配的产品结构有很大限制，自动化装配机投资多而对产品改型的适应性小，所以当时机械制造中的装配自动化仅用于大批量生产。目前在机械制造行业中都要使用到自动装配系统，例如电视机、计算机的自动装配流水线；制鞋、印染等轻工和化工行业的生产流水线都要使用到自动装配系统。机械装配自动化主要包括自动传送、自动给料、自动装配和自动控制几个方面。传送：按照基础件在装配工位间的传送方式不同，装配机（线）的结构可分为回转式和直进式两大类。回转式结构较简单，定位精度易于保证，装配工位少，适用于装配零件数量少的中小型部件和产品。基础
4、件可连续传送或间歇传送，间歇传送时，在基础件停止传送时进行装配作业，间歇传送应用广泛。直进式的结构比回转式复杂，装配工位数不受限制，调整较灵活，占地面积大，基础件一般间歇传送。按照间歇传送的节拍又分为同步式和非同步式。同步式适用于批量大、零件少、节拍短的场合；非同步式适用于自由节拍、装配工序复杂、手工装配与自动装配相组合的装配线上。传送装置主要有回转工作台、链式传送装置和非同步的夹具式链传送装置等。各种传送装置可供基础件直接定位或用随行夹具定位。1.2 PLC概况及在自动装配系统中的应用1.2.1 可编程序控制器的应用和发展概况可编程序控制器（programmable controller），
5、现在一般简称为PLC（programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线刻控制盘（柜）就必
6、须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。1.2.2 PLC的应用概况PLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面：（1）用于逻辑控制这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。（2）用于模拟量控制PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。（3）用于机械加工中的数字控制现代PLC具有
7、很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。（4）用于工业机器人控制（5）用于多层分布式控制系统高功能的PLC具有较强的通信联通能力，可实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。1.2.3 PLC的特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的：（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的
8、平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域
9、。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑
10、，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2 硬件系统设计2.1 装配搬运用机械手传系统装置结构本系统用于生产线上机械手用于生产线上，将甲工件由机械手从供料站的运输到加工站再运输到装配站和乙零件装配之后再由机械手运输到分拣台的过程。系统的主要功能由搬运机械手及直线导轨完成。根据机系统
11、的工艺要求及控制要求分析，直线运动传送组件、机械手传动装置如图2-1、2-2所示：图2-1 直线运动传送组件图2-2 机械手传动装置传动组件由直线导轨底板、伺服电机及伺服放大器、同步轮、同步带、直线导轨、滑动溜板、拖链带和原点接近开关、左、右极限开关组成。原点接近快关是一个无触点的电感式接近传感器，用来提供直线运动的起始点信号。左、右极限开关均是有触电的微动开关，用来提供越程故障时的保护信号：当滑动溜板在运动中越过左、右极限位置时，极限开关会动作，从而向系统发出越程故障信号。2.2 机械手的控制过程（1）抓取机械手装置将甲工件从供料站站出料台抓取出，抓取的顺序是：手臂伸出-手爪夹紧工件-提升台
12、上升-手臂缩回。（2）抓取动作完成后，机械手装置向加工站移动，移动速度不小于30mm/s（3）机械手装置移动到加工站物料台的正前方后，即把甲工件放到加工站物料台上。机械手装置在加工站放下工件的顺序是：手臂伸出-提升台下降-手爪松开-放下工件-手臂缩回。（4）放下工件动作完成2秒后，机械手装置从加工站抓取加工好的甲工件。抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。（5）抓取动作完成后，机械手装置移动到装配站物料台的正前方。然后把工件放到装配台物料台上。其动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。由装配系统完成甲、乙零件的装配过程。（6）放下工件动作完成2秒后，机械手装置从装配站抓取装配好的甲、乙零件。抓取的
13、顺序与供料站抓取工件的顺序相同。（7）机械手手臂缩回后，摆台逆时针旋装90度，机械手装置从装配站向分拣站运送工件，到达分拣站传送带上方入料口后把工件放下，动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。（8）放下工件动作完成后，机械手手臂缩回，然后执行以400mm/s的速度返回原点的操作。返回900mm后，摆台顺时针旋转90度，然后以100mm/s的速度低速返回原点停止。2.3 系统硬件组成2.3.1 步进电机（驱动器）的简介步进电动机（stepping motor）是把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。在自动控制装置中作为执行元件。每输入一个脉冲信号，步进电动机前进一步，故又称脉冲电动机。
14、步进电动机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。采用步进电机驱动，机械手的位移和运动速度，可由电控系统发出脉冲信号数量及脉冲信号频率来控制。步进电机能够达到比较高的重复定位精度。步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。步进电机的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，步进电动机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低，发热大，有时会“失步”。Kinco步进电机系统具有以下特点：（1）高性价比（2）使用简
15、单（3）低振动、高转速、大力矩（4）可靠的光耦输入（5）自动半流功能步进电机传动组件的技术参数如下：根据可以算出3S57Q-04056步进电机步距角为1.8度，即在无细分的条件下200个脉冲电击转一圈。对于采用步进电机作为动力源的本系统，驱动器细分设置为10000步/转。直线运动组件的同步轮距为5mm，共12齿，旋转一周搬运机械手位移60mm。即每步机械手位移0.006mm；电机驱动电流为5.2A；静态锁定方式为静态半流。步进电动机需要专门的驱动装置供电，启动装置和步进电机是一个有机的整体，步进电机的运行性能是电机及其驱动装置二者相配合所反映的综合效果。一帮情况下，每一台步进电机都有其相对应的
16、驱动器，例如，本文使用的Kinco三相步进电机3S57Q-04056与之配套的驱动器是Kinco 3M458三相步进电机驱动器。Kinco 3M458有以下特点：（1）采用交流伺服驱动原理，三相正弦电流输出；（2）内部驱动直流电压高达40V；（3）具有半动半流功能；（4）最高可以达到10000步/转的细分；（5）无共振和爬行去区，输出相电流可拨动开关设定，噪声低；（6）采用光耦器件隔离，降低外部噪声干扰；（7）电机的空载起跳平率高。2.3.2 可编程控制器的使用可编程控制器是一种为工业机械控制所设计的专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，它是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，
17、逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC。（1）PLC模块的选择远程I/O模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远离控制站。高速计数器模块：当PLC内部的高速计数器的最高计数频率不能满足要求时，可选择使用。定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位。通信联网模块：PLC与PLC之间，或PLC与计算机之间的通信与联网。模拟输入模块、输出模块：把流量、速度、压力、风力、张力等变换成数字量，及把数字量
18、变换成模拟量，进行输入、输出。（2）PLC系列选择PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。三菱FX系列PLC包括FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC。各型号的 PLC在性能上都有所区别。根据工作任务，可使用步进电机或伺服电机实现驱动。这里需指出，由于有紧急停止的要求，两者的控制过程是不同的。使用步进电机驱动，若急停按钮按下时，机械手装置正在向某一目标移动，紧急停止将使步进电机越不，当前位置信息将丢失，因此急停复位后应采取先返回原点重新校准，在恢复原有操作的方法。而伺服电机驱动系统本身是一闭环控制系统，急停发生时将减速停止到已
19、发脉冲的指定为，当前位置被保存。急停复位后就没有必要返回原点。显然前者的控制编程较为复杂。本文将着重介绍使用步进电机驱动时的编程方法和程序结构。输送单元所需的I/O点较多。其中，输入信号包括来自按钮/指示灯模块的按钮、开关等主令信号，各构件的传感器信号等；输入信号包括输出到抓取机械手装置各电磁阀的控制信号和输出到步进电机驱动器的脉冲信号和驱动方向信号；此外尚须考虑在需要时输出信号到按钮/指示灯模块的指示灯，以显示本单元或系统的工作状态。由于需要输出驱动步进电机的高速脉冲，PLC应采用晶体管输出型。基于以上考虑，选用三菱FX1N48MT PLC，共24点输入，24点晶体管输出（3）输出方式PLC
20、包括继电器输出和晶体管输出两种输出方式。其适输出区别如下：负载电压、电流类型不同:负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。 电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A。 电压：晶体管可接直流24V（继电器可以接直流24V或交流220V）。负载能力不同：晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。晶体管过载能力小于继电器过载的能力：一般来说，存在冲击电流较大的情况时，晶体管过载能力较小，需要降额更多。晶体管响应速度快于继电器：继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动
21、外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms），主要控制开关量。晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至更小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服步进等，用于动作频率高的输出。额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制。继电器是机械元件所以有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。2.3.2 气动控制回路气动控制阀是指在气动系统中控制气流的压力、流量和流动方向，并保证气动执行元件或机构正常工作的各类气动元件。气动控制阀的结构可分解成阀体(包
22、含阀座和阀孔等)和阀心两部分，根据两者的相对位置，有常闭型和常开型两种。阀从结构上可以分为：截止式、滑柱式和滑板式三类阀。气动控制阀和液压阀的比较：（1）使用的能源不同气动元件和装置可采用空压站集中供气的方法，根据使用要求和控制点的不同来调节各自减压阀的工作压力。液压阀都设有回油管路，便于油箱收集用过的液压油。气动控制阀可以通过排气口直接把压缩空气向大气排放。（2）对泄漏的要求不同液压阀对向外的泄漏要求严格，而对元件内部的少量泄漏却是允许的。对气动控制阀来说，除间隙密封的阀外，原则上不允许内部泄漏。气动阀的内部泄漏有导致事故的危险。对气动管道来说，允许有少许泄漏;而液压管道的泄漏将造成系统压力
23、下降和 对环境的污染。（3）对润滑的要求不同液压系统的工作介质为液压油，液压阀不存在对润滑的要求;气动系统的工作介质为空气，空气无润滑性，因此许多气动阀需要油雾润滑。阀的零件应选择不易受水腐蚀的材料，或者采取必要的防锈措施。（4）压力范围不同气动阀的工作压力范围比液压阀低。气动阀的工作压力通常为10bar以内，少数可达到40bar以内。但液压阀的工作压力都很高(通常在50Mpa以内)。若气动阀在超过最高容许压力下使用。往往会发生严重事故。（5）使用特点不同一般气动阀比液压阀结构紧凑、重量轻，易于集成安装，阀的工作频率高、使用寿命长。气动阀正向低功率、小型化方向发展，已出现功率只有0.5W的低功
24、率电磁阀。可与微机和PLC可编程控制器直接连接，也可与电子器件一起安装在印刷线路板上，通过标准板接通气电回路，省却了大量配线，适用于气动工业机械手、复杂的生产制造装配线等场合。本系统的气动控制回路中，驱动摆动气缸的气动手指气缸的电磁阀采用的是二位五通双电控电磁阀。双电控电磁阀与单电控电磁阀的区别在于，对于单电控电磁阀，在无电控信号时，阀芯在弹簧力的作用下会被复位，而对于双电控电磁阀，在两端都无电控信号时，阀芯的位置是取决于前一个电控信号。气动控制回路原理图如图2-3所示。图2-3 气动控制回路原理图3 软件系统设计3.1 PLC选择及I/O口分配3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则（1）满
25、足被控对象的控制要求考虑将来发展的需要， PLC选用功能较强的新产品，并留有适当的余量。（2）系统安全、可靠。（3）尽可能简单、经济、使用与维修方便。（4）具有高的性能价格比。3.1.2 PLC控制系统设计步骤（1）分析被控对象，提出控制要求。（2）确定输入、输出设备。（3）确定PLC的I/O点数，选择PLC机型。（4）分配I/O点数，绘制PLC控制系统输入、输出端子接线图。 （5）程序设计，绘制工作循环图或状态转移图。（6）程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。（7）调试过程结束，整理技术资料，投入使用。3.1.3 I/O口分配原则 本控制
26、系统的PLC的输入、输出点数的确定是根据控制系统设计要求和所需控制的现场设备数量加以确定。（1）PLC的输入端口包括工作按钮、上升、下降按钮、总停按钮、小车前进、速度、工件到位等。（2）PLC的输出端口包括运行指示灯、继电器、外部接口、伺服电机接口等。 PLC输入、输出分配表如表3-1、表3-2所示。3.1.4 I/O口分配表此方案对超程保护所使用的行程开关合运动方向指示灯，独立分配I/O。优点：（1）独立控制，互不干扰。（2）程序简单，无需添置编码、解码张芯片及其抗干扰设施。（3）良好的稳定性。（4）预留足够的I/O点数，大于1020%。方便以后的扩展升级。表3-1 I/O分配输入端一览表输
27、入功能(设备)输入功能(设备)X000原点传感器检测 X014X001右限位保护X015X002左限位保护X016X003机械手抬升下限检测X017X004机械手抬升上限检测X020X005机械手旋转左限检测X021X006机械手旋转右限检测X022X007机械手伸出检测X023X010机械手缩回检测X024启动按钮X011机械手夹紧检测X025复位按钮X012X026即停按钮X013X027方式按钮表3-2 I/O分配输出端一览表输出功能(设备)输出功能(设备)Y000脉冲Y014Y001Y015报警指示Y002方向Y016运行指示Y003提升台上升电磁阀Y017停止指示Y004回转气缸左旋
28、电磁阀Y020Y005回转气缸右旋电磁阀Y021Y006手爪伸出电磁阀Y022Y007手爪夹紧电磁阀Y023Y010手爪放松电磁阀Y024Y011Y025Y012Y026Y013Y0273.2 主程序编写的思想从工作任务可以看到，输送单元传送工件的过程是一个步进顺序控制的过程，包括两个方面，一是步进电机驱动抓取机械手的定位控制，二是机械手到各工作单元物料台上抓取或放下工件，其中前者是关键。本程序采用FX1N绝对位置控制指令来定位。因此需要知道各工位的绝对位置脉冲数。若步进驱动器的细分设置为10000步/转，数据如表3-3所示。表3-3 步进电机运行的运动位置序号站点脉冲量移动方向0低速回零1零
29、位-供料站 22mm36672供料站-加工站 430mm71667DIR3供料站-装配站 780mm130000DIR4供料站-分拣站 1040mm173333DIR传送工件的顺控过程是否进行，取决于系统是否在运行状态、急停按钮是否正常以及急停复位后的处理是否结束。为此，须建立一个主控过程允许执行的标志M20，只有当M20被置位时，才能运行步进顺控过程由此可见，系统主程序应包括上位电初始化、复位过程（子程序）、准备就绪后投入运行、检查及处理急停等阶段，最后判断M20是否为ON。在主程序清单中，先后调用初态检查子程序P1和急停处理子程序P2，前者的功能是检查系统上电后是否在初始状态，如不在初始状
30、态则运行复位操作。后者的功能是：当系统进入运行状态后，检查急停按钮是否按下和进行急停复位的处理，以确定M20的状态。在紧急停止状态或系统正处于急停复位后的处理的过程，M20 OFF，这时主控过程不能进行。仅当急停按钮没有按下或急停复位后的出力已经完成，M20 ON，启动一个主控快，块中的传送工件顺控过程可以执行。传送工件过程是一个单序列的步进数控过程。传送功能流程图如图3-1所示。图3-1传动功能过程及流程说明其中图3-1中的第S11、S15、S20、S22步都是步进电机驱动机械手运动的过程，以S15步为例，梯形图如图3-2所示。图3-2 机械手从加工单元移动到装配单元梯形图程序中使用绝对位置
31、控制指令驱动步进电机运动，指定目标位置为+130000脉冲（装配单元对原点的坐标，见表4-1），运行速度为60KHz。指令执行前的当前位置（加工单元加工台中心线）为71667脉冲。指令执行时，自动计算出输出的脉冲数（13000-71667=58333）为正值，故旋转方向信号输出Y002 ON，步进电机应为反向旋转。因此，在安装和调试步进电机是应予以注意。3.3 初态检查复位子程序和回原点子程序系统上电且按下复位按钮后，就调用初态检查复位子程序，进入初始状态检查和复位操作阶段，目标是确定系统是否准备就绪，若未准备就绪，则系统不能启动进入运行状态。该子程序的内容是检查各气动执行元件是否处在初始位置
32、，抓取机械手装置是否在原点位置，如否则进行相应的复位操作，直到系统准备就绪。在子程序中，将嵌套调用回原点子程序，并完成一些简单的逻辑运算。对抓取机械手进行夹紧检测，置位放松；对抓取机械手的旋转功能进行检测置位右旋；重置计时器；对抓取机械手进行原点检测，急停功能检测，检测完成没有问题后，提示检测完成，系统已经就绪。初态检测复位子程序见附录B。归零子程序见附录C。图3-3 系统就绪梯形图图3-4 归零完成梯形图3.4 急停处理子程序当系统进入运行状态后，在每一扫描周期都调用急停处理子程序。急停动作时，主控位M20复位，主控制停止执行，急停复位后，有以下两种情形：1、若急停前抓取机械手没有在运行中，
33、传送功能测试过程继续 运行。2、若急停前抓取机械手正在前进中（从供料往加工，或从加工往装配，或从装配往分拣），则当急停复位的上升沿到来时，需要启动使机械手回原点过程。到达原点后，传送功能测试过程继续运行。急停处理子程序见附录D。图3-5 急停归零完成梯形图3.5 机械手的抓取和放下工件子程序机械手在不同的阶段抓取工件或放下工件的动作顺序是相同的。抓取工件的动作顺序为：手臂伸出-手爪夹紧工件-提升台上升-手臂缩回。放下工件的动作顺序为：手臂伸出-提升台下降-手爪松开-放下工件-手臂缩回。采用子程序调用的方法来实现抓取和放下工件的动作控制使程序编写得以简化。在机械手执行放下工作时，调用“放下工件”
34、子程序，在执行抓取工作时，调用“抓取工件”子程序。当抓取或放下工作完成时，“放料完成”标志M5或“抓取完成”M4，作为顺序控制程序中的步转移的条件。虽然抓取工件或放下工件都是顺序控制过程，但在编制子程序时不能使用STL/RET指令，否则会发生代号为6606的错误。实际上，抓取工件和放下工件过程比较简单，直接使用基本指令即可容易实现。抓取机械手到达制定位置时，伸出抓手，伸出到位，夹取工件，提升抓手缩回，抓取工件工作完成。抓取工件子程序见附录E。抓取机械手到达制定位置时，伸出抓手，伸出到位，放下工件，抓手夹紧缩回。放下工件工作完成。放下工件子程序见附录F。图3-6 抓料完成梯形图图3-6 放料完成
35、梯形图4 系统调试在系统的调试过程中发生如下几个故障:故障一：步进电机只响不转分析是步进电机的线路问题，检查电机的相位线，发现没有接错；查阅资料之后发现是步进电机的输入脉冲的频率过高，在降低步进电机的输入频率之后步进电机正常工作。故障一：机械手行走位置不对经过仔细的排查之后，得出结果：是由于步进电机失步引起的。查阅资料后得知是由于步进电机的电能不足，在步进电机中产生的同步力矩无法令转子速度跟随定子磁场的旋转速度，从而引起失步。故障三：气动抓手动作不到位经过仔细的排查之后发现是其内部的垫圈磨损导致漏气，在更换了垫圈之后设备正常工作。结 论1 研究价值本研究设备用于少批量多批次柔性生产企业工作台间
36、的工件搬运、装配。扩展之后也可以实现流水线合拢或分发、产品定位拿取与堆放、装箱等工作。适应随时根据具体要求更改的生产要求。2 特色本研究方达到设计要求，可以实现远程控制，在恒温环境、不适合人直接接触工作的危险环境（如：高温、放射、剧毒、无氧、高空等恶劣环境）下工作。设计设备以柔性生产为核心，秉承多功能多用途的特点、融入人性化控制的优势，运行稳定，多重保护安全可靠。多工作台间的准确定位搬移，可扩展用于流水线合拢与分发、产品的定位拿取与堆放、装箱等功能。3 继续改进方向设备采用点位控制，对点位间的路径没有达到严格的控制，使得在运行过程中有较多的不确定因素，程序之中还有许多未完善之处，还需经过反复调
37、试、发现其中的问题，完善系统。致 谢经过漫长的奋斗，论文终于完成了。设计过程中承蒙*老师的指导，感谢他在百忙之中还抽取时间对我进行进行详细的指导，在系统设计的硬件和软件方面都给了我无比详细的指导，没有他的细心指导我也不会这么顺利的完成本文。在此对*老师表示由衷的感谢。同时也衷心感谢在大学期间教过我的各科老师，是你们的悉心教导才有我学业的进步和顺利的毕业。也感谢在一起愉快的度过大学生涯的的同学，感谢你们在学习和生活上给予我的帮助。参 考 文 献1 邓送.可编程控制器综合应用技术.北京:机械工业出版社,2010.32 廖常初.PLC编程及应用.北京:机械工业出版社,20023 李允文.工业机械手设
38、计M.北京:机械工业出版社,1996.4 张建民.工业机械人M.北京:北京理工大学出版社,19925 史国生.PLC在机械手步进控制中的应用J.中国工控信息网,2005.16 王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.北京:北京航空航天大学出版社,20097 郭丙军.深入浅出三菱FX系列PLC技术及应用实例.中国电力出版社.20108 王勤.计算机控制技术M.京:东南大学出版社,20039 刘轩,王丽伟.机械手的PLC控制J.机床电器,200610 张铁异,何国金,黄振峰.基于PLC控制的混合型气动机械手的设计与实现J.液压与气动,200811 郭艳萍.基于PLC 的工业机械手控制系统J.仪表技
39、术与传感器,200712 坂本正文著，王自强译.步进电机应用技术.科学出版社.201013 王炳实.机床电气控制.北京机械工业出版社.2004年14 言纪兰.懂峰.基于PLC控制的搬运机械手的应用.机械工程与自动化，2008年4月第2期15 吴卫荣.气动技术.中国轻工业出版社.2010.716 Karl J Astrom，Bjorn ter-controlled systems theory and designM.Beijing：Tsinghua University Press Prentice Hall.200217 Gene F.Franklin,J.David Powell,Abbas ack Control of Dynamic Systems(Sixth Edition). Publishing House of Electronics Industry.2013.1主程序梯形图清单初态检查复位子程序清单归零子程序急停处理子程序抓取工件子程序放下工件子程序
