五轴搬运机器人毕业论文.doc

. . 0 可编辑修改，可打印 别找了你想要的都有！ 精品教育资料 全册教案， ，试卷，教学课件，教学设计等一站式服务 全力满足教学需求，真实规划教学环节 . . 1 最新全面教学资源，打造完美教学模式 黑龙江农业经济职业学院 毕业论文 五轴搬运机器人的研究 姓 名： 张中元 指导教师： 朱显明 专 业： 机电一体化技术 班 级： 机电 133 . . 2 2015 年 10 月 23 日 . . 1 摘 要 现代计算机技术的产业革命，将世界经济从资本经济带入到知识经济时代。在电子世界领域， 从 20 世纪中的无线电时代也进入到 21 世纪以计算机技术为中心的智能化现代电子系统 五轴机器人（机械手）是指能够自动抓取、操作的装置，多用于自动生产线、自动机的上下料、 数控设备的自动换刀装置中。机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成， 主要完成移动、转动、抓取等动作。 由于气压技术是以压缩空气为介质，以气源为动力的能源传递技术，其工作可靠性高、使用寿 命长、对环境没有污染，所以在机械手的驱动系统中常采用气压技术。 控制系统是五轴机器人（机械手）的指挥系统，他通过控制驱动系统，让执行器按照规定的要 求进行工作，并检测其正确与否。可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，它将逻 辑运算、顺序控制、时序、计数、算术运算等控制程序，用指令形式存放在储存器中，并通过数字 式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。与继电器控制线路相比，PLC 具有可靠性高、 抗干扰能力强；变成简单、使用方便；设计、安装容易，维护工作量少；功能完善、通用性强；体 积小、能耗低等特点。因此，机械手控制系统越来越多的由可编程控制器（即 PLC）来实现。 本文以柔控系统中的五轴机器人的程序设计为例，充分利用气动与 PLC 技术的特点，实现自 动化控制。并给出了对应的 I/O 分配表，和 PLC 的外部接线图。 关键词：机械手，自动化，PLC，步进电机 . . 2 目 录 摘 要 .1 目 录 2 第 1 章 引 言 3 1.1 五轴机器人（机械手）与 PLC 的描述 3 1.2 五轴机器人（机械手）与 PLC 在国内外的现状 3 1.2.1 国外现状 .3 1.2.2 国内现状 .4 1.3 课题研究的内容、目标以及可行性 4 1.3.1 研究内容 .4 1.3.2 研究目标 .4 1.3.3 可行性分析 .4 第 2 章 PLC、 气动、 步进电机及驱动器的介绍 5 2.1 PLC 技术的介绍 5 2.1.1 PLC 的历史与发展 .5 2.1.2 PLC 的特点 .5 2.1.3 西门子 PLC .6 2.2 气动技术的介绍 8 2.3 步进电机及驱动器的介绍 .10 2.4 编码器 .12 第 3 章 五轴机器人（机械手）的动作流程 15 3.1 五轴机器人的动作流程 .17 3.1.1 合格工件在分拣单元的动作 17 3.1.2 不合格工件在分拣单元的动作 17 3.1.3 没有工件时分拣单元的动作 17 3.2 分拣单元的元器件 .15 第 4 章 PLC 编程、接线图、分配表 15 4.1 I/0 分配表 15 4.2 外部接线图 16 4.3 PLC 程序的编写 16 总 结 .24 参考文献 .25 致谢 .26 . . 3 第 1 章 引 言 1.1 机械手与自动化的描述 五轴机器人是机械手的一种。机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动 抓取、搬运和操作的自动装置，在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、 腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人们的劳动强度，甚至危及生命。机械手就是在这种条件 下诞生的，机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。它特别是 在高温、高压、多粉尘、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业。 机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举 重物的力量比人手力大的特点，因此获得日益广泛的应用。 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。随着电子技术特别是电子计 算机的广泛应用，机器人的研制和生产已经成为高科技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，他 更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。在现代生产过 程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实 现与机械化和自动化的有机结合。 本课题设计的机械手是采用 PLC 通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单等特点， 来实现自动化控制的。 1.2 机械手与自动化在国内外的现状 1.2.1 机械手与自动化在国外的现状 机械手首先是从美国开始研制的。1954 年美国工程师德尔沃最早提出机械人的概念；1958 年 美国联合控制公司研制出第一台机械手。1959 年美国德尔沃与英格伯制造了世界上的第一台机械 人；1962 年美国正式将机械人的的使用性提出来，且制造出类似人的手臂；1967 年日本成立了人 工手研究会，并召开了首届机械手学术会；1970 年在美国召开了第一届工业机械人学术会，并得 到迅速的普及；1973 年辛辛那提公司制造出第一台小型计算机控制的工业机械人，当时是液压驱 动，能载重 45KG；到 1980 年在日本得到普及，并定位“机械人元年”此后在日本，机械人得到了 前所未有的发展与提升。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋 势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到 3M/S，负载 2KG 的产品系统总重 已突破 100KG。 现代式工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题.化工等连续性生产过程的自动 化已基本得到解决。采用全自动化机械手进行装配更是目前研究的重点，国外已研究采用摄像机和 力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位打到镶装的目的，但在机械工业中，加工、 装配等生产是不连续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工 序的自动化而产生的。工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，动作灵活多样，使用 . . 4 可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。 1.2.2 机械手与自动化在国内的现状 在我国，汽车工业仍然是工业机械手主要的使用领域。但是我国在工业机械手生产企业中， 年产销量在 100 台以上、产值过 5000 万元的规模企业非常少，国外大型公司年产量都达 5000 到 10000 台，销售额为数十亿美元。目前国内机械手的保有量在 4000 台左右，并将以每年 8001000 台左右的速度快速增长。工业机械手应用前景极为广阔。 虽然目前国内生产工业机械手的企业并不多，很多产品的生产技术还主要依靠进口，高科技的 技术主要还掌握在国际龙头厂商手里。国内机械手厂家主要还是受到控制系统的困扰，没有比较成 熟稳定的伺服系统，所以不能产生高端机器。我国本土企业生产的机械手产品还主要流通在中低端 市场，因此决定了很多本土生产企业在争夺市场时主要还是采取价格战。随着技术的进步，日臻成 熟，会有更多的厂商加入此行业。 我国国家“863”机械手技术主题自成立以来一直重视机械手技术在产业中的推广和应用和推 进机械手技术以提升传统产业，利用机械手技术发展高新产业。目前，政府正在使用各种办法加大 中国装备制造业在市场中占据的份额，并提供优惠措施鼓励更多企业使用机械手及技术以提升技术 水平。国内越来越多的企业在生产中采用了工业机械手，各种机械手生产厂家的销售量都有大幅度 的提高。 1.3 课题研究的内容、目标以及可行性 1.3.1 研究内容 利用可编程控制器作为载体，为柔性控制流水线的五轴机器人设计一套程序驱动机械手进行预定 动作实现工件搬运功能，并可根据工件的变化要求，随时更改相关参数。 1.3.2 研究目标 （1）利用西门子 PLC 编写一套 PLC 的应用程序其功能是实现对机械手的循环控制，使五轴机 器人按照预先设想的轨迹运行实现工件搬运的功能。 （2）画出 PLC 的 I/O 分配表、气路图以及 PLC 程序。 1.3.3 课题的可行性 本课题所涉及的研究目标，通过老师的指导和查阅各种资料，五轴机器人 PLC 控制系统的设 计，绝大部分可以使用电气工程及其自动化专业知识进行构建。 （1）经济可行性： 本课题通过对既有平台的使用，能够设计出比较完善的机械手控制系统，没有任何经济上的负 担，本课题可以利用我校柔性控制流水线完成锻炼学生的自我动手能力。 （3）操作可行性： 本课题要求对可编程控制技术有比较细致的了解，能够通过对以有资料的学习和已有技术的研 习，利用在我校学习的电气自动化的相关知识，PLC 控制程序的设计。从可操作性角度来讲，完全 可行。 . . 5 第 2 章 PLC 与气动技术 机械手的控制多种多样，本课题所研究的柔性控制流水线采用的是利用 PLC 控制来控制气动 手指。 2.1 PLC 技术的介绍 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC） ，它采用一类可编程的存储器，用于其 内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字 或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。本课题是用的是西门子 S7-200 PLC。 2.1.1 PLC 的历史与发展 （1）起源 1968 年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求；1969 年，美国数字 设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功， 首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称 Programmable，是世界 上公认的第一台 PLC；1969 年，美国研制出世界第一台 PDP-14；1971 年，日本研制出第一台 DCS-8；1973 年，德国研制出第一台 PLC；1974 年，中国研制出第一台 PLC。 （2）发展 20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编 程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。 此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后， 为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC） ；20 世纪 70 年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术 已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业 抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位；20 世纪 80 年 代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益 增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段；20 世纪 80 年代至 90 年代中期， 是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟 量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过 程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统；20 世纪末期，可编 程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生 了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工 业控制设备的配套更加容易。 2.1.2 PLC 的特点 （1）可靠性高，抗干扰能力强 （2）配套齐全，功能完善，适用性强 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 （4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 （5）体积小，重量轻，能耗低 2.1.3 西门子 PLC 西门子公司生产的可编程控制器在我国应用相当的广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域 都有应用。本课题选用的 PLC 是西门子公司制造的 S7-200，S7-200 是超小型化的 PLC，它适用于 各行各业，各种场合中的自动检测、监控及控制等。S7-200PLC 的强大功能使其无论单机运行，或 . . 6 练成网络都能实现复杂的控制功能。 一、PLC 的结构与工作原理 PLC 的结构 PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、 输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。 1.主机 主机部分包括中央处理器（CPU） 、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU 是 PLC 的核 心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入 变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打 印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC 的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主 要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更 改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。 2.输入/输出（I/O）接口 I/O 接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触 点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备 （如接触器、电磁阀、指示灯等） 。I/O 接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高 了可靠性。I/O 点数即输入/输出端子数是 PLC 的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中 型机有几百个点，大型机将超过千点。 3.电源 图中电源是指为 CPU、存储器、I/O 接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通 常也为输入设备提供直流电源。 4.编程器 编程器是 PLC 的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试 程序或监示 PLC 的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将 PLC 与电脑联接， 并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。 5.输入/输出扩展单元 I/O 扩展接口用于连接扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机） 。 6.外部设备接口 此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。 7.PLC 的工作原理 PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在 PLC 运行时，CPU 根据用户按控 输入模 块 CPU模 块 输出模 块 可 编 程 序 控 制 器 编 程 装 置 接 触 器电 磁 阀 指 示 灯电 源 电 源 限 位 开 关选 择 开 关 按 钮 . . 7 制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳 转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令， 开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 PLC 的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状 态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进 入程序执行阶段。 PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，执行的结果再写入 输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出 锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。 二、S7-200 PLC 的硬件组成及指令系统 S7-200CPU 将一个微处理器、一个集成电源和数字量 I/O 点集成在一个紧凑的封装中，从而形 成了一个功能强大的微型 PLC，具体见下图： S7-200CPU 模块包括一个中央处理器（CPU） 、电源以及 I/O 点，这些都被集成在一个紧凑、独 立的设备中。 CPU 负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制 输入和输出时系统的控制点：输入部分从现场设备中（例如传感器或开关）采集信号，输出 部分则控制泵、电机、指示灯以及工业过程中的其他设备。 电源向 CPU 及所连接的任何模块提供电力支持。 通信端口用于连接 CPU 与上位机或其他工业设备。 状态信号灯显示了 CPU 工作模式，本机 I/O 的当前状态，以及检查出的系统错误。 2.2 气动技术的介绍 机械手的驱动方式有很多种比如电动式机械手、液压式机械手、机械式机械手以及气动试机械 . . 8 手，本课题所描述的五轴机器人中的气动手指就是用气动技术驱动的，那么我们来了解一下气动技 术。 气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高 速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过 程中也正在发挥越来越重要的作用。 2.2.1 气动技术的特点 （1）气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低、使用安全相对液压系统安全一 些 （2）工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，但电能消 耗较大，能源转换率很低，初期成本较低，但使用成本较高。 （3）输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般为 50500mm/s。但运行速度 稳定性不高。 （4）可靠性不太高，使用寿命受气源洁净度和使用频率的影响较大。 （5）利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动 中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装 置有自保持能力。 （6）全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使 用（通常为 160以内） 。 2.2.2 气动元件 在气动技术中电磁阀的运用非常重要。如果想利用 PLC 控制气动机械手，那么必须要简单的熟 悉一下气缸、气动电磁阀的用法和控制的方法。 （1）气缸示意图 注：气缸的正确运动使物料到达相应的位置，只要交换进出气的方向就能改变气缸的伸出（缩 回）运动，气缸两侧的磁性开关可以识别气缸是否已经运动到位。 （2）单向电磁阀示意图 . . 9 注：单向电控阀用来控制气缸单向运动，实现气缸的伸出、缩回运动。与双向电控阀区别在双 向电控阀初始位置是任意的可以控制两个位置，而单控初始位置是固定的只能控制一个方向。 2.2.3 气动手指控制示意图 注：上图中手爪夹紧由单向电控气阀控制，当电控气阀得电,手爪夹紧，当电控气阀断电后， 手爪张开。 2.3 步进电机及驱动器 本课题是用的步进电机驱动器为雷赛 M415B，下边简单介绍一 下此型号。 2.3.1 元件简介： M415B 是采用中国专利技术生产的细分型高性能步进驱动器(M = Microstep),适合驱动中小 型的任何 1.5A 相电流以下的两相或四相混合式步进电机。由于采用新型的双极性恒流斩波驱动技 术，使用同样的电机时可以比其它驱动方式输出更大的速度和功率。其细分功能使步进电机运转精 度提高 1-64 倍。每秒两万次的斩波频率，可以消除驱动器中的斩波噪声。另一有用的功能是静止 自动减流：当电机处于停止状态时，输出电流可自动降至较低值，从而减少电机和驱动器的发热。 静止电流值可由用户视具体应用自由设定。适合各种小型自动化设备和仪器，例如：气动打标机、 贴标机、割字机、激光打标机、绘图仪、小型雕刻机、数控机床、拿放装置等。在用户期望低振动、 小噪声、高精度、高速度的小型设备中效果特佳。 . . 10 2.3.2 元件图片 2.3.3 元件特性 1 高性能、低价格 2 供电电压可达 40VDC 3 驱动电流可达 1.5A 4 静止时电流可自动减半 5 细分精度 64 细分可选,动态可改细分 6 光隔离信号输入 7 电机噪声优化功能 8 可驱动任何 1.5A 相电流以下两相、四相混合式步进电机 9 双极恒流斩波方式 1020KHz 斩波频率，最高频率 100KHz 11精巧的外形尺寸便于安装 2.3.4 电气指标 说明 最小值 典型值 最大值 单位 供电电压 18 24 40 V 均值输出电流 0.21 1 1.5 A 逻辑输入电流 6 15 30 mA 步进脉冲响应频率 100 kHz 脉冲低电平时间 5 1 us 2.3.5 接线信号描述 信号 功能 PUL 脉冲信号：上升沿有效，每当脉冲由低变高时电机走一步 DIR 方向信号：用于改变电机转向，TTL 电平驱动 OPTO 光耦驱动电源 ENA 使能信号：禁止或允许驱动器工作，低电平禁止 GND 直流电源地 +V 直流电源正极典型值 24V A+ 电机 A 相 A- 电机 A 相 . . 11 B+ 电机 B 相 B- 电机 B 相 2.3.6 接线 细拨设置 （1）电流设置 （2）细分设置 （3）接线图 . . 12 备注：使用 24V 电源时在信号线上串 2K 电阻。 2.4 编码器 编码器（encoder） 是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的 信号形式的设备。 编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺按照 . . 13 读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘 区来表示代码的状态是“1”还是“0” ；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏 元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0” ，通过“1”和“0”的二进制编码来将 采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。 利用电磁感应原理将两个平面型绕组之间的相对位移转换成电信号的测量元件，用于长度测量工 具。 感应同步器（俗称编码器、光栅尺）分为直线式和旋转式两类。前者由定尺和滑尺组成，用 于直线位移测量；后者由定子和转子组成，用于角位移测量。1957 年美国的 R.W.特利普等在美国 取得感应同步器的专利，原名是位置测量变压器，感应同步器是它的商品名称，初期用于雷达天线 的定位和自动跟踪、导弹的导向等。在机械制造中，感应同步器常用于数字控制机床、加工中心等 的定位反馈系统中和坐标测量机、镗床等的测量数字显示系统中。它对环境条件要求较低，能在有 少量粉尘、油雾的环境下正常工作。 定尺上的连续绕组的周期为 2 毫米。滑尺上有两个绕组，其 周期与定尺上的相同，但相互错开 1/4 周期 (电相位差 90)。感应同步器的工作方式有鉴相型和 鉴幅型的两种。前者是把两个相位差 90、频率和幅值相同的交流电压 U1 和 U2 分别输入滑尺上 的两个绕组，按照电磁感应原理，定尺上的绕组会产生感应电势 U。如滑尺相对定尺移动，则 U 的相位相应变化，经放大后与 U1 和 U2 比相、细分、计数，即可得出滑尺的位移量。在鉴幅型中， 输入滑尺绕组的是频率、相位相同而幅值不同的交流电压，根据输入和输出电压的幅值变化，也可 得出滑尺的位移量。由感应同步器和放大、整形、比相、细分、计数、显示等电子部分组成的系统 称为感应同步器测量系统。它的测长精确度可达 3 微米/1000 毫米，测角精度可达 1/360 。 2.4.1 编码器的优点 工 业 控 制 中 的 定 位 ， 接 近 开 关 、 光 电 开 关 的 应 用 已 经 相 当 成 熟 了 ， 而 且 很 好 用 。 可 是 ， 随 着 工 控 的 不 断 发 展 ， 又 有 了 新 的 要 求 ， 这 样 ， 选 用 旋 转 编 码 器 的 应 用 优 点 就 突 出 了 ： 1、 信 息 化 除 了 定 位 ， 控 制 室 还 可 知 道 其 具 体 位 置 ； 2、 柔 性 化 定 位 可 以 在 控 制 室 柔 性 调 整 ； 现 场 安 装 的 方 便 和 安 全 、 长 寿 ： 拳 头 大 小 的 一 个 旋 转 编 码 器 ， 可 以 测 量 从 几 个 到 几 十 几 百 米 的 距 离 ， n 个 工 位 ， 只 要 解 决 一 个 旋 转 编 码 器 的 安 全 安 装 问 题 ， 可 以 避 免 诸 多 接 近 开 关 、 光 电 开 关 在 现 场 机 械 安 装 麻 烦 ， 容 易 被 撞 坏 和 遭 高 温 、 水 气 困 扰 等 问 题 。 由 于 是 光 电 码 盘 ， 无 机 械 损 耗 ， 只 要 安 装 位 置 准 确 ， 其 使 用 寿 命 往 往 很 长 。 3、 多 功 能 化 除 了 定 位 ， 还 可 以 远 传 当 前 位 置 ， 换 算 运 动 速 度 ， 对 于 变 频 器 ， 步 进 电 机 等 的 应 用 尤 为 重 要 。 4、 经 济 化 对 于 多 个 控 制 工 位 ， 只 需 一 个 旋 转 编 码 器 的 成 本 ， 以 及 更 主 要 的 安 装 、 维 护 、 损 耗 成 本 降 低 ， 使 用 寿 命 增 长 ， 其 经 济 化 逐 渐 突 显 出 来 。 . . 14 如 上 所 述 优 点 ， 旋 转 编 码 器 已 经 越 来 越 广 泛 地 被 应 用 于 各 种 工 控 场 合 。 2.4.2 光 学 编 码 器 的 功 能 特 点 1 采 用 光 电 感 应 技 术 2 表 面 贴 装 无 引 脚 封 装 3 提 供 两 通 道 数 字 信 号 输 出 4 计 数 频 率 ： 0100 KHz 5 电 源 电 压 DC5.0V、 512V、 1224V 6 工 作 温 度 ： -10 到 70 7 编 码 分 辨 率 ： 180 LPI 8 符 合 RoHS 环 保 标 准 要 求 2.4.3 输出信号 信 号 输 出 有 正 弦 波 （ 电 流 或 电 压 ） ,方 波 （ TTL、 HTL） ,集 电 极 开 路 （ PNP、 NPN） ,推 拉 式 多 种 形 式 ， 其 中 TTL 为 长 线 差 分 驱 动 （ 对 称 A,A-;B,B-;Z,Z-） ,HTL 也 称 推 拉 式 、 推 挽 式 输 出 ， 编 码 器 的 信 号 接 收 设 备 接 口 应 与 编 码 器 对 应 。 信 号 连 接 编 码 器 的 脉 冲 信 号 一 般 连 接 计 数 器 、 PLC、 计 算 机 ， PLC 和 计 算 机 连 接 的 模 块 有 低 速 模 块 与 高 速 模 块 之 分 ， 开 关 频 率 有 低 有 高 。 如 单 相 联 接 ， 用 于 单 方 向 计 数 ， 单 方 向 测 速 。 A.B 两 相 联 接 ， 用 于 正 反 向 计 数 、 判 断 正 反 向 和 测 速 。 A、 B、 Z 三 相 联 接 ， 用 于 带 参 考 位 修 正 的 位 置 测 量 。 A、 A-， B、 B-， Z、 Z-连 接 ， 由 于 带 有 对 称 负 信 号 的 连 接 ， 电 流 对 于 电 缆 贡 献 的 电 磁 场 为 0， 衰 减 最 小 ， 抗 干 扰 最 佳 ， 可 传 输 较 远 的 距 离 。 对 于 TTL 的 带 有 对 称 负 信 号 输 出 的 编 码 器 ， 信 号 传 输 距 离 可 达 150 米 。 对 于 HTL 的 带 有 对 称 负 信 号 输 出 的 编 码 器 ， 信 号 传 输 距 离 可 达 300 米 。 第 3 章五轴机器人的动作流程 3.1 五 轴 机 器 人 的 动 作 流 程 3.1.1 有 工 件 时 五 轴 机 器 人 的 动 作 如 果 相 应 工 位 有 工 件 ， 首 先 五 轴 机 器 人 检 测 本 身 是 否 在 初 始 位 置 （ 不 在 初 始 位 置 要 先 恢 复 至 初 始 位 置 ） = 一 机 械 臂 下 降 至 所 需 位 置 （ 步 进 电 机 驱 动 ） = 气 动 手 指 抓 紧 工 件 = 机 械 臂 上 升 至 所 需 位 置 （ 步 进 电 机 驱 动 ） = 基 座 右 移 （ 或 根 据 实 际 情 况 左 移 ） 至 所 需 位 置 = 基 座 顺 时 针 旋 转 （ 或 根 据 实 际 情 况 逆 时 针 旋 转 ） 至 所 需 位 置 = 气 夹 顺 时 针 旋 转 （ 或 根 据 实 际 情 况 逆 时 针 旋 转 ） 至 所 需 位 置 = 气 动 手 指 松 开 将 工 件 放 下 = 五 轴 机 器 人 恢 复 到 初 始 位 置 = 进 行 下 一 个 工 作 周 期 。 3.1.2 没 有 工 件 五 轴 机 器 人 的 动 作 . . 15 如 果 没 有 工 件 ， 那 么 机 械 手 就 不 必 动 作 ， 在 初 始 位 等 待 工 件 的 到 来 ， 以 进 行 下 一 步 动 作 。 3.2 五 轴 搬 运 机 器 人 元 器 件 第 4 章 PLC 的编程 4.1 I/0 分配表 接近开关 LG8-1K 直流 8mm20 % 200mA 1030V 5 光电开关 SB03-1K 暂缺 200mA 1030V 1 继电器 ARM2F-L 无 24V 6 单向电控阀 6V11006 24V 1 步进直流电 机 24D25-24GN 直流 3000r 24V 功率：25W 1.6A 2 限位开关 V-155-1C25 4 编码器 ZSP3.806- H03G- 400B/12 1 步进电机驱 动器 M415B 24V 2 输入 输出 序号 输入设备 PLC 地址 序号 输出设备 PLC 地址 1 基座右旋到位 I0.4 14 X 轴步进驱动器 PUL Q0.0 . . 16 4.2外部接线图 4.3 程序（示例） 主程序 2 气夹正传传感器 I0.5 15 Z 轴步进驱动器 PUL Q0.1 3 气夹反转传感器 I0.6 16 X 轴步进驱动器 DIR Q0.2 4 基座原点传感器 I0.7 17 Z 轴步进驱动器 DIR Q0.3 5 X 轴左限位 I1.0 18 基座右行走 Q0.4 6 X 轴右限位 I1.1 19 基座左行走 Q0.5 7 Z 轴上限位 I1.2 20 气夹电磁阀 + Q0.6 8 Z 轴下限位 I1.3 21 基座电机正转 Q1.0 9 基座行走左限位 I1.4 22 基座电机反转 Q1.2 10 基座行走原点限位 I1.5 23 气夹电机正转 Q1.3 11 基座行走右限位 I1.6 24 气夹电机反转 Q1.4 12 工件传到位传感器 I1.7 13 编码器 A 相 I0.1 . . 17 . . 18 . . 19 子程序 Z 轴步进电机 Z 轴停止程序 高速计数器 hsc0 . . 20 X 轴步进电机 X 轴停止 . . 21 高速计数器 hscX 高速计数器 hscZ . . 22 总 结 这 次 做 论 文 的 经 历 也 会 使 我 终 身 受 益 ， 我 感 受 到 做 论 文 是 要 真 真 正 正 用 心 去 做 的 一 件 事 情 ， 是 真 正 的 自 己 学 习 的 过 程 和 研 究 的 过 程 ， 没 有 学 习 就 不 可 能 有 研 究 的 能 力 ， 没 有 自 己 的 研 究 ， 就 不 会 有 所 突 破 ， 那 也 就 不 叫 论 文 了 。 希 望 这 次 的 经 历 能 让 我 在 以 后 学 习 中 激 励 我 继 续 进 步 。 不 积 跬 步 何 以 至 千 里 ， 本 设 计 能 够 顺 利 的 完 成 ， 也 归 功 于 各 位 任 课 老 师 的 认 真 负 责 ， 使 我 能 够 很 好 的 掌 握 和 运 用 专 业 知 识 ， 并 在 设 计 中 得 以 体 现 。 正 是 有 了 他 们 的 悉 心 帮 助 和 支 持 ， 才 使 我 的 毕 业 论 文 工 作 顺 利 完 成 ， 感 谢 他 们 四 年 来 的 谆 谆 教 导 、 辛 勤 栽 培 。 . . 23 参 考 文 献 1刘明保，吕春红等.机械手的组成机构及技术指标的确定 .河南高等专科学校学报.2004.1.1. 2李超.气动通用上下料机械手的研究与开发.陕西科技大学 .2003 3陆祥生，杨绣莲.机械手.中国铁道出版社.1985.1 4张建民.工业机械人.北京：北京理工大学出版社. 1992 5史国生.机械手步进控制中的应用.中国工控信息网 .2005.1. 6李允文.工业机械手设计.机械工业出版社.1996.4 . 7蔡自兴.机械人学的发展趋势和发展战略.机械人技术 .2001.4. 8常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.机械工业出版社 .2004.6 9蔡自兴.机器人原理及其应用.湖南:中南工业大学出版社 .1988. 10常健生.检测与转换技术. 机械工业出版社.1998.8 11齐从谦 王士兰.PLC 技术及应用 PLC 技术及应用机械工业出版社。 12范印越.机器人技术.北京:电子工业出版社.1988 . 13刘德满，尹朝万.机器人智能控制技术.长春:东北大学出版社 .1993. . . 24 致 谢 最后要感谢在整个论文写作过程中帮助过我的每一位人。首先，也是最主要感谢的是我的指导 老师，朱显明老师。在整个过程中他给了我很大的帮助在论文题目制定时，他首先肯定了我的题目 大方向，但是同时又帮我具体分析使我最后选择，五轴搬运机器人这个具体目标，让我在写作时有 了具体方向。在论文提纲时，我的思路不是很清晰，经过老师的帮忙，让我具体写作时思路顿时清 晰。在完成初稿后，老师认真查看了我的文章，指出了我存在的很多问题。在此十分感谢朱老师老 师的细心指导，才能让我顺利完成毕业论文。