第二章教学机器人PLC控制系统的可编程控制器设计85体积小，重量轻

第2章可编程控制器简介教学机器人PLC控制系统的设计85体积小，重量轻，能耗低. 以超小型PLC为例. 新产品底部的尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅为几瓦. 由于体积小，很容易安装到机器内部. 它是机电一体化的理想控制设备. 目前，PLC已广泛应用于钢铁，石油，化工，电力，建材，机械制造，汽车，轻纺，交通，环保，文化娱乐等各个行业. 传统的继电器电路实，化工，热处理，锅炉控制等场合. 运动控制PLC可用于圆周运动或直线运动的控制. 通常，使用专用的运动控制模块，例如可以驱动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块. 广泛用于各种机械，机床，机器人，电梯等场合.

数据处理PLC具有数学运算，包括矩阵运算机械手 动力功率为20w，函数运算，逻辑运算，数据传输，数据转换，排序，表查找和位运算. 它可以完成数据收集，分析和处理. 数据处理通常用于某些大型控制系统，例如造纸，冶金和食品工业. 通讯和联网PLC通讯包括PLC之间的通讯以及PLC与其他智能设备之间的通讯. 随着工厂自动化网络的发展，PLC现在具有通信接口. 通讯很方便. 教学机械手PLC控制系统的设计第2章可编程控制器的介绍92三菱FX2N系列可编程控制器的介绍从普通的顺序控制和足够的扩展设备开始，广泛的领域适用于数字输入和输出扩展，模拟输入和输出等各个领域. 扩展，温度控制，脉冲定位控制，高速计数控制，通信控制，现场总线控制，以太网络系统等. 其主要性能如下: 控制范围: 16 256点. 内置的8K容量EEPROM存储器可扩展到16K CPU操作和处理速度055辅助继电器3072点定时器256点计数器235点数据寄存器8000点. 基本单元16 32 48 64 80 128点，带继电器输出型和晶体管输出型10第3章教学机器人系统简介教学机器人PLC控制系统设计10第3章教学机器人系统简介教学机器人系统的组成机械手系统主要是由水平皮带输送机逆变器，垂直安装在机架上的机械手和个人计算机组成.

皮带输送机由三相异步电动机通过耦合电机驱动，以将能量和运动传递到皮带输送机. 变频器用于调节皮带输送机的速度. 个人计算机使用具有RS232C通信接口的计算机来编写PLC程序. 程序是为满足不同需求而编写的. PLC使用三菱FX2N48MR系列. 可编程控制器的输出端子和电源的端子引出到模块的面板插孔中，可以方便学生接线. PLC根据传感器传输的信息和输入程序来控制机械手和其他气动控件. 机械手的硬件可以根据其功能分析分为底座，立柱，气爪，悬臂和臂. 可以控制的三个组件包括悬臂，手臂和气爪. 机械手的气动部分由五个气缸组成，这些气缸由五个二位五通双控电磁阀驱动. 图31显示了示教机器人的主要组件和相对位置. 教学机械手的技术过程和技术参数机械手工作时，PLC首先将电控制信号发送到电磁阀电磁阀，然后将气体信号输出到教学机械手PLC控制系统的设计中. 第三章教学机械手系统介绍收到信号后，控制阀将动力发送到气缸. 当气缸移动到指定的行程时，它将接触机械阀. 机械阀将气体信号传输到气体继电器. 气体继电器将电信号传输到机械手控制系统. 下一步行动. 系统工作框图如图3-2所示.

系统的工作原理取决于其应用和特点. 其技术参数如表3所示. 1机器人的技术参数. 自由度数. 定位精度1mm. 负载能力（包括末端执行器）kg. 几何形状400mm 300mm 350mm腰部旋转1500运动范围手臂延伸100mm手臂提升200mm，最大展开半径200mm，体重10kg，驱动系统，直流电动机，教学机器人系统，自由度和坐标形式，根据机器人的任务要求在该系统中，为了使其具有一定的操作灵活性，更好的可用性和普及性，在结构设计中，使用了圆柱坐标系. 自由度是指操纵器的独立坐标轴运动的数量机械手 动力功率为20w，不包括手指的操纵器端部的打开和关闭自由度. 不包括手指打开和闭合的自由度，因为该自由度仅用于抓握工具. 它对工具的位置和方向没有影响. 教学机械手系统设计有四个自由度，分别是立柱旋转，手臂抬起运动，轴向手臂伸缩运动，径向和爪旋转. 第三章教学机械手系统介绍教学机械手PLC控制系统的设计可以组合不同的组态方法以形成具有不同结构类型的机器人. 11它们的坐标形式也不同. 最常见的机器人结构类型是以下笛卡尔坐标类型. 通过沿着xz的三个相互正交的笛卡尔坐标移动来实现最终目标. 执行器空间位置的变化.

其特点是定位精度高，结构简单. 三个关节彼此独立，并且它们之间没有耦合. 但是，这种形式的操纵器具有较大的占地面积和较差的操作灵活性. 球坐标系由两个旋转运动接头和作为方向旋转接头的线性运动接头，俯仰旋转接头和径向线性运动接头分别构成. 它的特点是占地面积小，工作空间大，但保护活动关节并不容易. 多关节机器人通过两个肩肘关节定位，并通过两个或三个腕关节定位. 一个肩关节绕垂直轴旋转，另一个肩关节达到俯仰. 两个肩关节轴是正交的. 肘关节平行于第二肩关节轴线. 这种结构运动灵活，工作空间大. 手臂对工作空间的干扰最小. 结构紧凑，占地面积小. 但是结构更加复杂. 圆柱坐标系由提升直线运动接头，圆周旋转运动接头和水平直线运动接头组成. 这种结构的优点是在运行期间负载变化较小，并且易于控制. 缺点是操作区域狭窄. 教学机器人由两个旋转关节，一个轴向运动关节和一个径向关节组成. 旋转关节控制前进，后退和左右移动. 关节的轴向运动实现上下运动. 关节的径向运动以实现进出运动. 特点是结构轻巧，响应速度快. 最适合平面定位和垂直组装. 针对该系统中机械手的任务要求，为了使其具有一定的操作灵活性，更好的可用性和通用性，在结构设计中采用了圆柱坐标系.

教学机械手系统的驱动方法通常为以下几种: 6Mpa至1Mpa. 气动驱动的主要优点是气源方便. 一般工厂由压缩空气站提供. 压缩空气驱动系统具有缓冲作用. 结构简单，成本低. 缺点是大气源设备的体积存在噪声问题. 定位精度不高. 12液压驱动系统的功率大质量比13驱动平稳，而液压驱动速度相对简单. 可以实现大范围的无级调速. 缺点是容易漏油，不仅影响工作稳定性和定位精度，而且污染环境. 液压驱动器主要用于需要高输出力和低运动速度的应用中. 教学机械手PLC控制系统的设计第3章教学机械手系统的介绍133电驱动利用各种电动机产生的力或转矩直接驱动负载或通过减速机构驱动负载，以获得所需的机器人运动. 由于电气驱动具有易于控制，运动精度高，使用方便，成本低，驱动效率高，对环境无污染等优点，因此是最常用的驱动方法. 14各种驱动方式的综合优缺点主要考虑成本和学校设施. 在相对简单的基础上，最终采用结构简单，成本低廉的气压驱动. 根据输出格式，电动机可以分为旋转型和线性型. 当将电机应用于机械手时，必须注意电机的以下基本性能，它们可以实现启动，停止，连续正向和反向操作以及良好的响应特性. 正转和反转的特性相同，运行特性稳定且易于维护. 良好的抗干扰能力，相对于输出尺寸小，重量轻.

直流电机更常用于机器人中. 因为它可以实现大扭矩，所以精度高，加速度快，可靠性高，因此在正反两个方向上连续旋转都是平稳的. 因此，机械手的旋转，提升和伸缩部分以及控制爪的打开和关闭均使用直流电动机. 对教学机械手传动方案的比较分析和传动装置的选择用于将驱动元件的动力传递到机械手的执行部分，以实现各种预定的运动. 目前，常用的传动方式是皮带轮传动，蜗轮传动，行星齿轮传动，谐波减速传动和螺杆传动. 谐波齿轮传动具有体积小，结构紧凑，效率高，传动比大的优点. 但是，它具有扭转刚度低的缺点，并且传动比不能太小. 行星齿轮变速器具有结构紧凑，效率高的优点. 用于中等减速比的传动，但有齿轮间隙. 在前进和后退过程中很难达到精确的位置要求，从而限制了它的广泛应用. 蜗轮蜗杆机构通常用于需要大传动比且在传动过程中需要自锁的场合. 该方法安全性高，但齿侧间隙大，效率低. 皮带轮驱动器可以实现过载保护，但存在弹性滑动，在使用一段时间后，如链条驱动器一样易于放松. 动态负载也会在驱动器运行期间产生，因此通常在驱动器精度不高的地方使用. 螺旋传动也是将旋转运动转换成线性运动的重要传动方法. 有滑动螺旋传动和滚动螺旋传动. 滑动螺杆驱动器是连续的表面接触驱动器. 驱动器中不会产生冲击. 驱动平稳，无噪音，自锁，螺丝的螺旋上升角小，因此可以使用较小的驱动扭矩. 教学机械手的PLC控制系统的设计14具有更大的牵引力.

滚珠丝杠安装在滚动丝杠传动装置上. 具有传动效率高，摩擦阻力低，运转平稳，可有效消除传动间隙的优点. 但是，价格昂贵，因此滚珠丝杠螺母被广泛用于要求高的CNC驱动器中. 系统. 经过考虑，关节是最初设计的. 1.手臂旋转关节机械手的腰部旋转运动采用蜗杆传动. 其紧凑的结构可以实现较大的传动比. 考虑到安装位置的要求，电动机的输出转矩和速度由一对正齿轮减速，然后由蜗杆和蜗杆传递. 2.悬臂伸缩接头对机械手的精度要求不是很高. 在满足性能要求的基础上，应考虑经济要求. 因此，机械手的横臂伸缩运动机构采用滑动螺杆传动. 一对螺母将电动机的旋转运动转换为水平臂. 该运动转换成手臂的举升运动. 教学机械手传感器的选择传感器是将机电系统中检测到的物体的各种物理变化转换为电信号15的转换器. 它主要用于检测机电系统本身，操作物体和运行状态的状态. 环境，以提供信息以有效控制机电一体化系统的动作. 教学机器人系统对检测传感器的基本要求不易受被测物体（例如电阻和磁导率）的影响，并且不影响外部环境. 价格便宜.

传感器的类型很多. 根据输出信号的性质，传感器可以分为开关型，模拟型和数字型. 开关传感器分为接触型和非接触型. 模拟传感器分为电阻型，电压型，电流型，电感型和电容型16种. 数字型可分为计数型和编码型. 开关型传感器的两个状态为“ 1”和“ 0”，或者为开和关. 其工作原理教学机器人PLC控制系统的设计第3章教学机器人系统15的介绍是，传感器的输入物理量达到某个值或更大，并且其输出为“ 1”打开状态；当该值低于该值时，输出为“ 0” OFF状态. 其接近值是on和off的设定值. 这样的“ 1”和“ 0”数字信号可以直接传输到PLC进行处理并易于使用. 开关型传感器主要用作位置开关. 例如，可以通过该开关型传感器来检测臂的旋转的左右极限，并且也可以通过该开关型传感器来检测伸缩臂的上下极限. 该信息非常易于使用. 根据系统的特点，我们选择了多个光电传感器，电感传感器和光纤传感器. 光电传感器用于检测工件的就位检测. 感应传感器用于金属识别. 光纤传感器用于工件识别. 传感器电路连接. 该传感器是直流三线传感器，带有棕色，蓝色和黑色导线. 棕色连接到PLC的24V正极，蓝色连接到电源的负极，黑色是连接到PLC输入的信号线.

第四章PLC控制系统的硬件设计教学型机器人PLC控制系统的设计16第4章PLC控制系统的硬件设计PLC控制系统解决方案将当前制造企业的应用环境与机器人系统的特征相结合. PLC机械手控制系统的设计方案如图41所示. 从系统整体的角度来看，它包括硬件和软件. 在分析了硬件设计过程之后，机械手的控制系统主要基于开关量. 作为上位计算机的个人计算机构成了PLC-PC两级控制系统. 主机的任务是显示，处理和动态监视现场收集的信号. PLC根据输入端口传感器发送的机器人手的操作条件，根据控制律预先设计的控制程序，自动进行信息处理，分析和计算，做出相应的控制决策，并将控制命令发送给机械手通过输出端口. 机械手控制系统的框图由PLC和个人计算机实现，以实现对教学机器人系统的自动控制. PLC具有较高的稳定性和可靠性，并具有很强的抗干扰能力. 它非常适合现场控制，但是没有良好的人机交互界面. 17使用个人计算机控制具有高度的灵活性和便利性. 每个部分的功能如下: PLC作为下位计算机，用于连接机器人设备，以完成工业现场数据和变电站控制，状态识别和本地警报控制的实时收集. 上位计算机使用个人计算机和三菱的MELSOFT系列GX Developer编程软件来设计实时监控界面，以实现状态显示，系统设置，模式选择，参数设置，故障记录，负载记录，时间和日期，实时数据显示和报告统计等功能. 界面直观友好.

此外，它还连接到其他输入和输出设备，例如打印机和UPS. 在个人计算机与PLC的集成控制系统中，如何实现工业计算机与PLC之间的数据交换非常重要. 通常，有两种使用串行通信或通过I O卡实现此目的的方法. 18考虑数据的实时性和可教导机械手的设计PLC控制系统第4章PLC控制系统的硬件设计17可靠性该系统使用串行通讯. 通信接口是PLC和个人计算机上的RS232接口. 19 20 PLC选择PLC使用日本三菱电机公司生产的FX2N 48MR系列可编程控制器. 它是一个集成的小型PLC. 内部电源为24个DC 24V输入点和40个输出点. 40 of 21.将其安装在模块上. PLC的输出，输入和电源端子均通向模块的面板插孔. 1.本系统中控制对象的IO点如下: 直流电动机4为了实现直流电动机的正向和反向4直流电动机占用8个数字输出端口光电传感器1个数字输入1个限位开关8个数字输入8个控制按钮，10个开关输入，10个选择开关，1个选择开关具有3个位置，因此占用3个开关输入端口. 总共22个数字输入和14个数字输出. 系统中没有模拟量，因此无需选择模拟量单元. 同时，该控制系统是小型控制系统.

该系统采用日本三菱公司生产的FX2N 48MR系列PLC. 该PLC是公司近年来推出的高性能小型可编程控制器. 它具有灵活的系统配置和许多特殊功能模块. 方便. 它具有24个开关输入和24个开关输出. 23符合I O点的要求. 它具有特殊的功能模块和功能扩展板，例如模拟量输入和输出模块，RS 232，RS 422和RS 485串行通信模块，并具有位置控制和网络通信等功能. 24 O地址分配. 由于CPU模块具有40个数字量输入和40个点. 数字输出，因此无需添加输入和输出模块. I O分配采用自动分配方法. 模块上输入端子的对应输入地址为X000 X047. 输出端子的对应输出地址为Y000 Y047. 该控制要求输入设备生成输入控制信号. 机械手的控制系统包括操作模式选择开关. 该开关具有定位和分类齿轮选择. 机械手的操作选项包括抓紧爪子，松开手臂，伸出手臂和抬起腰部摆动爪

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