球面SCARA機(jī)器人總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

球面SCARA機(jī)器人總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),球面,scara,機(jī)器人,總體,整體,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)說明書 2011 一、球面機(jī)器人的動作順序流程說明： 按下啟動按鈕，電源接通，機(jī)器人進(jìn)行相關(guān)的動作。面板上有手動、自動和回原位按鈕，可以選擇所需功能。該機(jī)器人PLC控制程序分為初始化程序、回原位程序、手動程序和自動程序。 1. 初始化 設(shè)置初始化狀態(tài)，以大臂左限位X1、小臂上限位X3和頂針后退限位X6為初始狀態(tài)。 2. 回原位 按下回原位按鈕，大臂反轉(zhuǎn)，當(dāng)碰到大臂左限位時(shí)，大臂大臂停止運(yùn)動，而小臂開始反轉(zhuǎn)，小臂運(yùn)動到位時(shí)，即碰到小臂上限位時(shí)，小臂停止運(yùn)動，頂針開始后退，當(dāng)后退到頂針后退限位時(shí)，回原位結(jié)束，回原位指示燈亮，同時(shí)頂針停止運(yùn)動。 3. 手動程序 手動工作時(shí)，用X10～X15對應(yīng)的6個(gè)按鈕和X16，X17控制機(jī)器人的大臂正轉(zhuǎn)，大臂反轉(zhuǎn)，小臂正轉(zhuǎn)，小臂反轉(zhuǎn)，頂針前進(jìn)，頂針后退以及停止和回原位。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在手動程序中設(shè)置了一些必要的互鎖。例如：正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)之間、后退與前進(jìn)之間的互鎖。 4. 自動程序 按下自動按鈕，機(jī)器人三軸會自動在限位范圍內(nèi)運(yùn)行，直到用戶停止。原位指示燈亮，說明此時(shí)處于初始化狀態(tài)，同時(shí)大臂步進(jìn)電機(jī)制動被復(fù)位。碰到右限時(shí)，大臂電機(jī)制動被置位，同時(shí)小臂開始正轉(zhuǎn)。碰到小臂下限位時(shí)，小臂電機(jī)制動被置位，同時(shí)頂針開始前進(jìn)。碰到前限位時(shí)，頂針電機(jī)制動被置位，T0接通。保持狀態(tài)500S后，三,個(gè)電機(jī)制動被復(fù)位，同時(shí)頂針開始后退。碰到后限位時(shí)，直線電機(jī)制動被置位，同時(shí)小臂開始反轉(zhuǎn)。當(dāng)碰到小臂上限位時(shí)，小臂的自鎖電機(jī)制動被置位，同時(shí)大臂開始反轉(zhuǎn)。碰到大臂左限位時(shí)，大臂的步進(jìn)電機(jī)制動被置位，原位指示燈亮，一個(gè)周期完成。 二、PLC輸入\輸出設(shè)備的確定以及其輸入\輸出信號地址的分配： 根據(jù)以上對操作順序流程的說明，該球面機(jī)器人由PLC組成的控制系統(tǒng)輸入的信號有16個(gè)，輸出信號有10個(gè)，并且考慮以后的擴(kuò)展模塊，預(yù)留10%~20%的預(yù)留量，所以選擇日本三菱公司的PLC，型號為FX2N—40MR。 在三菱FX2N系列PLC中，狀態(tài)繼電器用S表示；共有900點(diǎn)。它分為四種形式，即初始狀態(tài)繼電器(S0～S9)、回零狀態(tài)繼電器（S10～S19）、通用狀態(tài)繼電器（S20～S499）、保持狀態(tài)繼電器（S500～S899）。 表1 輸入信號地址分配 序號 地址 功能 序號 地址 功能 0 X0 啟動 9 X11 大臂反轉(zhuǎn) 1 X1 大臂左限位 10 X12 小臂正轉(zhuǎn) 2 X2 大臂右限位 11 X13 小臂反轉(zhuǎn) 3 X3 小臂上限位 12 X14 頂針前進(jìn) 4 X4 小臂下限位 13 X15 頂針后退 5 X5 頂針前進(jìn)限位 14 X16 停止 6 X6 頂針后退限位 15 X17 回原位 7 X7 手動、自動切換 8 X10 大臂正轉(zhuǎn) 表2輸出信號地址分配 序號 地址 功能 序號 地址 功能 0 Y0 大臂反轉(zhuǎn) 6 Y10 大臂制動 1 Y1 大臂反轉(zhuǎn) 7 Y11 小臂制動 2 Y2 小臂正轉(zhuǎn) 8 Y12 頂針制動 3 Y3 小臂反轉(zhuǎn) 9 Y13 原位指示 4 Y4 頂針前進(jìn) 5 Y5 頂針后退 對于一些比較簡單的程序利用基本指令編制梯形圖比較直觀和方便，但對于一些比較復(fù)雜的問題有時(shí)難以用基本的指令進(jìn)行編程或編制的程序比較復(fù)雜。因此，對于比較復(fù)雜的問題一般采用步進(jìn)指令進(jìn)行編程。 步進(jìn)指令也稱為步進(jìn)順控指令，即按順序控制。它是按照生產(chǎn)工藝所要求的動作規(guī)律，在各個(gè)輸入信號的控制下，根據(jù)內(nèi)部的狀態(tài)及時(shí)間順序，使生產(chǎn)過程中的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地、順序地進(jìn)行操作。在步進(jìn)指令的每一個(gè)工步中，都應(yīng)含有完成相應(yīng)控制任務(wù)的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)移到下一工步的轉(zhuǎn)移條件。 狀態(tài)流程圖也稱功能圖。一個(gè)控制過程可以分為若干個(gè)階段，這些階段稱為狀態(tài)。狀態(tài)與狀態(tài)之間由轉(zhuǎn)換分隔。相鄰的狀態(tài)具有不同的動作，當(dāng)相鄰兩狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換調(diào)教得到滿足時(shí)，就實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，也就是上面狀態(tài)的動作結(jié)束而下一個(gè)狀態(tài)的動作開始，這種情況可用狀態(tài)流程圖描述控制系統(tǒng)的控制過程。 由于在各部分程序設(shè)計(jì)時(shí)考慮了個(gè)部分之間的關(guān)系，只要將初始化程序、自動程序、手動程序和回原程序按程序總體結(jié)構(gòu)綜合起來，即為球面機(jī)器人控制系統(tǒng)的PLC程序。 下面為程序總體結(jié)構(gòu)、手動程序流程圖和自動程序流程圖： X0 X7 X7 X6 X3 X1 X17 回原點(diǎn)程序 Y13 CJ P0 手動單步操作程序 CJ P1 自動程序 END 圖1 程序總體結(jié)構(gòu) X6 頂針后退限位 S0 X17 回原位按鈕 RST Y0 Y1 大臂反轉(zhuǎn) X1 大臂左限位 S11 S10 RST Y1 SET Y10 Y3 X3 小臂上限位 S12 RST Y3 SET Y11 Y5 小臂反轉(zhuǎn) 頂針后退 S13 SET M8043 SET Y12 回原位結(jié)束 SET Y13 圖2 回原位流程圖 T0 X5 X4 X6 X1 S2 原位 X3 Y13 SET Y10 X0 大臂正轉(zhuǎn) Y0 ZRST Y10 Y12 X2 小臂正轉(zhuǎn) Y2 SET Y10 頂針前進(jìn) Y4 SET Y11 T0 K500 SET Y12 X1 X3 X6 頂針后退 Y5 ZRST Y10 Y11 小臂反轉(zhuǎn) Y3 SET Y12 大臂反轉(zhuǎn) Y1 SET Y11 動作保持 圖3 自動程序流程圖 三、梯形圖注解 機(jī)器人初始化程序梯形圖： 以大臂左限、小臂上限和頂針后限位原點(diǎn)條件，方便指令I(lǐng)ST自動設(shè)置初始狀態(tài) 機(jī)器人手動程序梯形圖： 按下啟動按鈕，機(jī)器人可動作。當(dāng)X7常開時(shí)，程序是手動操作，一步一步的按下各個(gè)按鈕，機(jī)器人做出相應(yīng)的動作。 動作過程中，不僅取決與按按鈕的時(shí)間，還有限位開關(guān)，可以限制動作的時(shí)間。 機(jī)器人回原位程序梯形圖： 初始化條件 按下回原位按鈕，大臂開始反轉(zhuǎn) 到達(dá)大臂左限位時(shí)，小臂反轉(zhuǎn)同時(shí)大臂制動 碰到小臂上限位時(shí)，頂針開始后退同時(shí)小臂制動 當(dāng)碰到頂針后退限位時(shí)，頂針制動，回原位結(jié)束 回到原位時(shí)，原位指示燈亮。 機(jī)器人自動梯形圖程序 初始脈沖 原位條件滿足后，指示燈亮。 按下啟動按鈕，開始自動程序 大臂開始正轉(zhuǎn)，三個(gè)電機(jī)制動。 當(dāng)?shù)酱蟊塾蚁尬粫r(shí)，跳到下一條狀態(tài)，小臂正轉(zhuǎn)，大臂制動 小臂碰到下限位時(shí)，頂針前進(jìn)，小臂制動 頂針碰到前進(jìn)限位時(shí)，計(jì)時(shí)器工作，動作保持500s 定時(shí)結(jié)束，頂針后退，三個(gè)電機(jī)制動，頂針后退 頂針后退到后退限位時(shí)，跳到下一狀態(tài) 小臂反轉(zhuǎn)，頂針電機(jī)制動 到達(dá)小臂上限位時(shí)，大臂反轉(zhuǎn)，小臂電機(jī)制動 大臂左限位時(shí)，回到時(shí)S20原位狀態(tài)，循環(huán)。 11