plc的六轴机械臂控制
摘 要本课题所研究的PLC-六轴机械臂系统，可以取代人力，进行显示器前框的热熔加工即按键的热熔固定。本系统有机整合了PLC系统、定位系统、传感器感应系统、六轴机械臂等系统，形成自动化系统。本系统能够实现的动作有：当检测到产品时，定位系统自动定位产品，当定位好产品后，自动抓取，加工，再放回流水线的全套动作，使用反射式红外光电感应器使系统更加智能化，可以防止因系统对外无感知导致机器碰撞情况的产生。着重考虑了系统的安全性问题，当有人进入到危险区域时系统会停止。能够避免机器对人员的误伤，同时系统的设计加入了现场情况的考虑，是更为贴合公司的实际情况，为公司在实际生产中节约了大量人力，并对后期的自动化工作有指导借鉴作用。
目 录
一 绪论 1
（一）课题背景及目的 1
（二）国内外研究状况 2
（三）课题的研究内容 3
二 机械臂工作原理 4
（一）机械臂的结构 4
1.夹紧机构 4
2.躯干 5
（二）机械臂的三种运动模式 6
1.轴坐标系运动 6
2.机械坐标轴运动 7
3.工具坐标轴运动 8
（三）机械臂的工作模式 8
1.机械臂技术要求 9
2.主要参数 9
三 系统的硬件设计 10
（一）设计方案 10
（二）定位装置 11
（三）传感器 13
?????（四）PLC的信号接线 14
四 系统软件程序编写与调试 16
（一）示教器程序 16
五 系统的整体调试 18
（一）系统问题的调试解决 18
（二）程序编译调试补充说明 18
（三）系统的整体补充说明 20
六 总结与展望 21
致 谢 22
参考文献 23
附 录 24
附录一 24
附录二 26
一 绪论
（一）课题背景及目的
工业机械臂几十年来从无到有快速发展。其特点是可通过编程来实现不同的动作
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
，完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，能模仿人手和手臂的某些动作功能，所以能适应的生产情况要多于一般的机械。它是用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它某些方面能够代替人的劳动以实现机械化和自动化，能在有害环境下操作从而防止作业人员的危险，在以后的发展中具有很大的前景。
机械臂作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在十分有利于工业生产的发展。随着工业自动化的发展,越来越多的传统产业渴望引进自动化，而机械臂则是其中杰出的一个代表。可编程序控制器PLC控制的机械臂控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力, 保证了系统运行的可靠性,降低了维修率, 提高了工作效率。
伴随着中国经济的发展，工人的薪资水平越来越高，这时候企业形成了降低用人成本，以降低自己产品的成本，提升市场竞争力的必然需求，而自动化是最能解决问题的技术之一，所以说自动化在中国势在必行。
那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。他们也是中国最早使用自动化技术的部分。但那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区工业公司也开始对机械臂表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高、用人成本不断升高以及经济效益带来的挑战。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、分拣流程越来越节约劳动力,可见机械臂的大力开展有着很重要的意义。
本文所研究的六轴机械臂是目前最先进的机械臂之一，它的六轴结构决定了它的复杂性，也使它能够完成各种不同的动作，满足实际复杂生产过程的需要，伴随着自动化的发展，六轴机械臂会越来越突显它的优势。
通俗来讲PLC是一种利用数字(逻辑0、1)来运算操作的，实现控制要求的电子系统。以前通常应用在工业控制领域，现在已经应用到其它很多领域。1969年，美国DEC公司成功研发出全球上第一个PLC。随着几十年的发展，PLC越来越向着小型化、模块化、集成化的方向发展，但是虽然体积变小了，但随着高科技的持续提高、发展，PLC的功能却有很大的提升，它的运用和研究状况，可以总结为如下七点:
（1）控制范围不断的扩大。PLC大型机的输入/输出点很多，控制能力更加强大，开关量高达几万个。
（2）组成的模块也在逐渐增多。目前PLC新添加了许多应用的模块，如温度、运动以及PID控制模块等。
（3）可编程控制器的相互之间，具有通用性和开放性，市场决定了需求，现在的PLC厂商都在往PLC的开放性上发展。
（4）运算速度的不断刷新，也越来越快。目前已短至几百分之一微秒。
（5）相互之间联网的功能，进一步增强。因为通讯技术、计算机信息技术以及PLC控制网络技术的快速发展，已经达到了可以进行远距离、远行程控制PLC。
（6）PLC的各方面功能，正在逐步增强，使用的范围也愈来愈大它更多地应用在控制电路当中。数据显示PLC正在运用到越来越多的行业中。
（7）为适应自动化应用的需求，PLC在拓展性上有了很大的发展，得益于各种带CPU和存储器的智能I/O模块，拓展PLC使用功能的同时，又增加了其灵活性。
现代工业主要使用机械臂于危险环境代替人员的操作，既可以保证人员的安全又可以降低用人成本，同时在机械臂自动化方面 ，生产产品的品质，和效率方面都有较大的提升空间。
（二）国内外研究状况
整体系统方面国内不少人已经在这方面做出了研究贡献
吴钰琳2012在《中国科技博览》中的《基于PLC的分拣机械臂自动控制系统的设计》主要讲述PLC在材料分拣系统申的应用,利用可编程控制器(PLC),设计成本低、效率高的材料自动分拣装置。较为详细地介绍了以PLC为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制，系统的优点在于自动化程度较高，优点结合了较多的外围传感器，使得设计的智能化有很大的提升，而且设计中有注重考虑设计的成本，但是由于运用较多传感技术而没有注重整体系统的简化使得整体系统显得过于复杂。
郝银章2015在《基于PLC的机械臂臂自动控制系统设计》论述了可编程控制器(简称PLC)在自动化控制系统中的主要优点,重点介绍了机械臂臂的结构组成和工作过程、控制系统以气动回路为主、输入输出点分配、系统流程和PLC控制程序等文章在介绍PLC上详细而有独特见解，且在系统流程上优化合理但是机械上设置较为简单，但所实际系统只能简单移动工件，智能性系统环境适应性差，整个系统未能做到与现实生产情况贴合。
在国外，德国学者汉斯在2016年提出以后机械自动化应该朝着可重构话，模块化发展，控制系统也应该向开放性和可开发性的方向发展。
目 录
一 绪论 1
（一）课题背景及目的 1
（二）国内外研究状况 2
（三）课题的研究内容 3
二 机械臂工作原理 4
（一）机械臂的结构 4
1.夹紧机构 4
2.躯干 5
（二）机械臂的三种运动模式 6
1.轴坐标系运动 6
2.机械坐标轴运动 7
3.工具坐标轴运动 8
（三）机械臂的工作模式 8
1.机械臂技术要求 9
2.主要参数 9
三 系统的硬件设计 10
（一）设计方案 10
（二）定位装置 11
（三）传感器 13
?????（四）PLC的信号接线 14
四 系统软件程序编写与调试 16
（一）示教器程序 16
五 系统的整体调试 18
（一）系统问题的调试解决 18
（二）程序编译调试补充说明 18
（三）系统的整体补充说明 20
六 总结与展望 21
致 谢 22
参考文献 23
附 录 24
附录一 24
附录二 26
一 绪论
（一）课题背景及目的
工业机械臂几十年来从无到有快速发展。其特点是可通过编程来实现不同的动作
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
，完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，能模仿人手和手臂的某些动作功能，所以能适应的生产情况要多于一般的机械。它是用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它某些方面能够代替人的劳动以实现机械化和自动化，能在有害环境下操作从而防止作业人员的危险，在以后的发展中具有很大的前景。
机械臂作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在十分有利于工业生产的发展。随着工业自动化的发展,越来越多的传统产业渴望引进自动化，而机械臂则是其中杰出的一个代表。可编程序控制器PLC控制的机械臂控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力, 保证了系统运行的可靠性,降低了维修率, 提高了工作效率。
伴随着中国经济的发展，工人的薪资水平越来越高，这时候企业形成了降低用人成本，以降低自己产品的成本，提升市场竞争力的必然需求，而自动化是最能解决问题的技术之一，所以说自动化在中国势在必行。
那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。他们也是中国最早使用自动化技术的部分。但那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区工业公司也开始对机械臂表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高、用人成本不断升高以及经济效益带来的挑战。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、分拣流程越来越节约劳动力,可见机械臂的大力开展有着很重要的意义。
本文所研究的六轴机械臂是目前最先进的机械臂之一，它的六轴结构决定了它的复杂性，也使它能够完成各种不同的动作，满足实际复杂生产过程的需要，伴随着自动化的发展，六轴机械臂会越来越突显它的优势。
通俗来讲PLC是一种利用数字(逻辑0、1)来运算操作的，实现控制要求的电子系统。以前通常应用在工业控制领域，现在已经应用到其它很多领域。1969年，美国DEC公司成功研发出全球上第一个PLC。随着几十年的发展，PLC越来越向着小型化、模块化、集成化的方向发展，但是虽然体积变小了，但随着高科技的持续提高、发展，PLC的功能却有很大的提升，它的运用和研究状况，可以总结为如下七点:
（1）控制范围不断的扩大。PLC大型机的输入/输出点很多，控制能力更加强大，开关量高达几万个。
（2）组成的模块也在逐渐增多。目前PLC新添加了许多应用的模块，如温度、运动以及PID控制模块等。
（3）可编程控制器的相互之间，具有通用性和开放性，市场决定了需求，现在的PLC厂商都在往PLC的开放性上发展。
（4）运算速度的不断刷新，也越来越快。目前已短至几百分之一微秒。
（5）相互之间联网的功能，进一步增强。因为通讯技术、计算机信息技术以及PLC控制网络技术的快速发展，已经达到了可以进行远距离、远行程控制PLC。
（6）PLC的各方面功能，正在逐步增强，使用的范围也愈来愈大它更多地应用在控制电路当中。数据显示PLC正在运用到越来越多的行业中。
（7）为适应自动化应用的需求，PLC在拓展性上有了很大的发展，得益于各种带CPU和存储器的智能I/O模块，拓展PLC使用功能的同时，又增加了其灵活性。
现代工业主要使用机械臂于危险环境代替人员的操作，既可以保证人员的安全又可以降低用人成本，同时在机械臂自动化方面 ，生产产品的品质，和效率方面都有较大的提升空间。
（二）国内外研究状况
整体系统方面国内不少人已经在这方面做出了研究贡献
吴钰琳2012在《中国科技博览》中的《基于PLC的分拣机械臂自动控制系统的设计》主要讲述PLC在材料分拣系统申的应用,利用可编程控制器(PLC),设计成本低、效率高的材料自动分拣装置。较为详细地介绍了以PLC为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制，系统的优点在于自动化程度较高，优点结合了较多的外围传感器，使得设计的智能化有很大的提升，而且设计中有注重考虑设计的成本，但是由于运用较多传感技术而没有注重整体系统的简化使得整体系统显得过于复杂。
郝银章2015在《基于PLC的机械臂臂自动控制系统设计》论述了可编程控制器(简称PLC)在自动化控制系统中的主要优点,重点介绍了机械臂臂的结构组成和工作过程、控制系统以气动回路为主、输入输出点分配、系统流程和PLC控制程序等文章在介绍PLC上详细而有独特见解，且在系统流程上优化合理但是机械上设置较为简单，但所实际系统只能简单移动工件，智能性系统环境适应性差，整个系统未能做到与现实生产情况贴合。
在国外，德国学者汉斯在2016年提出以后机械自动化应该朝着可重构话，模块化发展，控制系统也应该向开放性和可开发性的方向发展。
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