焊接机械手设计

江苏城市职业学院

毕业设计（论文）

（ 13 届）

设计（论文）题目 焊接机械手设计 办 学 点 （系） 电气工程系 专班学学起地指

导

教生讫

姓日

业 机电一体化 级 10普专机电 号 100406350234 名 Xx 期 2012.12.3~2013.3.1 点 Xxx 师 Xxx 职称 讲师

2013年 3 月 1 日 xxx学院教务处制

摘 要

本次设计是焊接机械手设计，在设计过程中，要求我们运用机电的知识完成，其设计的内容主要包括，机械手中大臂的设计，电气系统设计等内容。

此次设计的焊接机械手实际是五自由度的关节机器人。采用步进电机驱动、微机控制，结构紧凑，工作范围大，动作灵活，不仅用于弧焊作业，还可用于搬运和装配作业。

弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。弧焊机器人是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机，因而对其性能有着特殊的要求。在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下，焊接速度约取5-50mm/s，轨迹精度约为±（0.2-0.5）mm。

电气系统的设计就是运用机电传动的知识，即PLC系统进行控制，PLC控制系统有西门子系统，欧姆龙系统等。

关键词：焊接 机械手 PLC

目 录

前 言 ....................................................................................................... 1 第一章 焊接机械手的总体方案设计 ...................................................... 2

1.1 焊接机器人的主要组成................................................................................. 2

1.2 焊接机器人大臂的设计................................................................................. 3

1.2.1 大臂的工作方式.................................................................................... 3 1.2.2 大臂电动机的选择................................................................................ 3 1.2.3 大臂上谐波齿轮传动的设计................................................................ 4 1.3 焊接机器人末端执行器的设计..................................................................... 6

第二章 PLC系统设计 .............................................................................. 9

2.1电气设备概述.................................................................................................. 9

2.1.1电气控制的变压系统部分设计............................................................. 9 2.1.2电气控制的部分设计............................................................................. 9 2.2 PLC的应用.................................................................................................... 11

2.2.1 梯形图的设计...................................................................................... 11 2.2.2 用功能表图表示控制过程.................................................................. 13 2.2.3 I/O分配表与配线图 ............................................................................ 14 2.2.4 写出梯形图.......................................................................................... 16

小 结 ......................................................................................................... 19 致 谢 ......................................................................................................... 20 参考文献 ................................................................................................... 21

前 言

工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高劳动生产效率，改善劳动条件和产品的快速跟新换代起着十分重要的作用。

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1、工业机器人性能不断提高，而单机价格不断下降；

2、机械结构向模块化、可重构化发展，国外已有模块化装配机器人产品问世； 3、工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜如见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性；

4、机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

5、虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预测发展到用于过程控制；

6、当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控系统，使之能机器人走出实验室进入实用化阶段。

我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发了喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中喷漆机器人已在自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品、机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。

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第一章 焊接机械手的总体方案设计

1.1 焊接机器人的主要组成

机器人系统包括：由移动式或固定式的操作机、电源、控制系统以及操作并监控机器人的装置、外部设备或传感器的通讯接口所组成的机器人控制装置（硬件和软件）；末端执行器；机器人完成作业所需的外部设备、装置或传感器。所用的外部设备均由机器人的控制系统管理。

1、手臂和手腕是机器人操作机中的基本部件，它由旋转运动和往复运动的机构组成。其结构形式是多种多样的，但多数机器人的手臂和手腕是由关节和杆件构成的空间机构，一般由3-10个自由度组成，工业机器人一般为3-6个自由度。由于机器人具有多自由度手臂、手腕的机构，使操作运动具有通用性和灵活性，这也是区别于一般自动机的特点。

2、机器臂的控制：在电动伺服系统中，驱动机械臂各关节的是步进电机或直流伺服电机。步进电机从驱动器得到一系列脉冲信号，每个脉冲信号使步进电机轴产生一定的角位移。一般不需要反馈回路和位置编码器，控制比较简单。采用直流伺服电机的控制系统以测速器和角度编码作为反馈装置，能够精确地控制机械臂关节轴的运动，它的工作状态平稳，旋转速度可以连续调节，对加速和减速指令都能迅速作出反应。

3、腕部机构支承机器人手部装置并调整其姿态，一般有2-3个自由度，使位于机械臂末端的手爪产生俯仰摆动和绕自身轴线的转动，这些运动的合成，使机器人的手部相对于操作对象形成灵活的工作姿态。

4、机器人的手部装置又称末端执行器。根据作业性质不同，机械臂末端的执行器有不同形式。

1)焊接机器人和喷涂机器人的末端分别为固定焊枪和喷枪的夹具。

2)搬运大件光整平板的机器人一般采用真空吸附式末端执行器，利用吸盘内压力与大气压力之间的差值产生吸附作用力。

3)对于一般的物料搬运和装配机器人，末端执行器为种类繁多的机械夹持器，用机械手指的闭合和张开来夹紧和释放工件。

4)运送铁磁物质的机器人还可以将电磁吸盘作为末端执行器。

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1.2 焊接机器人大臂的设计

1.2.1 大臂的工作方式

手臂结构设计要求

1、手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求。工作空间的形状和大小与手臂的长度、手臂关节的转角范围密切相关

2、根据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择手臂截面形状和高强度轻质材料，如常采用空心的薄壁矩形框体或圆管以提高其抗弯刚度和扭转刚度，减轻自身的重量。空心结构内部可以方便地安置机器人的驱动系统。

3、尽量减小手臂重量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩，以减小驱动装置的负荷；减少运转的动载荷与冲击，提高手臂运动的响应速度。

4、要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度，采用缓冲和限位装置提高定位精度。

焊接机器人的大臂采用电机、谐波减速器和关节轴线同轴的传动方式，结构简单，传动路线最短。

大臂上的谐波减速器采用的是柔轮不动，刚轮动的方式；谐波减速器的刚轮与机器人的大臂用螺栓相连，柔轮通过支撑法兰固定在臂座上，驱动电机的输出轴用键与驱动轴相连，轴与套筒用键连接，并一同转动。波发生器与套筒用法兰刚性连接，套筒通过键与固定 在支撑法兰盘上的电磁制动器相联。带内圈的从动刚轮与大臂壳体相固联。因此大臂壳体与刚轮一起在轴承上转动。这种伺服电机经谐波减速器减速后驱动的手臂关节结构紧凑，手臂的转角范围大。

电动机驱动的关节型机器人的大臂是用高强度铝合金材料制成的薄壁框形结构，其运动都是采用齿轮传动，传动刚性较大

1.2.2 大臂电动机的选择

大臂电动机是驱动大臂做摆动，选用75BYG4501型号，如下表：

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表1-1 大臂电动机参数

驱动相型号 步距角 数 /V 75BYG 4501 0.9/1.8 4 50 /A 3 /N2M /P2P2S /K2P2P2S /kg2cm1.5 1200 2 相电（流） 静转距 空载启 动频率 空载运 行频率 转动 惯量 相电重量 感 /kg /mH 2.5 1.5 电压 ≥15 0.9 1.2.3 大臂上谐波齿轮传动的设计

1、谐波减速器在机器人中的应用

由于谐波减速器装置具有传动比大、承载能力强、传动精度高、传动平稳、效率高，体积小，量轻等优点，已广泛用于工业机器人中。此次设计中分别在，大臂上用了一个谐波减速器。

目前工业机器人中常用的谐波减速器有三种型式。此次设计选用的是带杯形柔轮的谐波传动 如图1.1所示，是由三个基本构件组成的，带凸缘的环型刚轮6，杯形柔轮1和由柔性轴承5、椭圆盘4构成的波发生器，它通过端面牙嵌式联轴器3与输出轴套2相连。这种没有单独外壳的由三大基本构件形成一个组合件的结构形式，使传动装置的结构更为简化和紧凑。

图1.1 谐波齿轮减速器

2、谐波减速器工作原理

谐波齿轮传动的工作原理如图4—16所示，若刚轮G为固定件，波发生器／／为主动件，柔轮R为从动件。当将波发生器装入柔轮内孔时．由于波发生器两滚子外侧之间的距离略大于柔轮内孔直径，使原为圆形的柔轮产生弹性变形成为椭圆，使其长轴两端的齿与刚轮齿完全啮合。同时，变形后柔轮短轴两端的齿则与刚轮齿完全脱开，其余各处的齿，则视回转方

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向不同分别处于“啮人”或“啮出”状态，当波发生器连续回转时，啮人区和啮出区将随着椭圆长短轴相位的变化而依次变化。于是柔轮就相对于不动的刚轮沿与波发生器转向相反的方向作低速回转，柔轮长轴和短轴相位的连续变化，使柔轮的变形在其圆周上是连续的简谐波形，因此，这种传动称为谐波传动。

根据大臂的这种运动要求，以及大臂运动的转动惯量，我们选用标准的谐波减速器，其性能参数如下表所示：

表1-2 谐波齿轮减速器性能参数

额定输入转速规格 ８０ 产品型号 ＸＢ－８０－２０２Ｂ 额定输出力矩N2m １２０ 模数m 减速比i r/min ０.２ ２０２ ≤３０００ 其外形及安装尺寸如图1.2及表1-3：

图1.2 谐波齿轮外形 表1-3 谐波齿轮安装尺寸

机型 Ａ 115 ８０ Ｊ 14

5

Ｂ 77 Ｋ 5 Ｃ 81．6 Ｌ 16．3 Ｄ 15 Ｏ 26 Ｅ 80 Ｐ 5 Ｆ 3 Ｑ 6 Ｇ 4 Ｒ 5．5 Ｈ 6.5 Ｓ 36 Ｉ 105 Ｔ 45 1.3 焊接机器人末端执行器的设计

机器人是一种通用性较强的自动化作业设备，末端执行器则是直接执行作业任务的装置，大多数末端执行器的结构和尺寸都是根据其不同的任务要求来设计的，从而形成了多数多样的结构型式，根据其用途的不同可以分为机械式夹持器、吸附式末端执行器和专用工具，它按装在操作机手腕或手臂的机械接口上，多数情况下末端执行器是为特定的用途而专门设计的，但也可以设计成一种适用性较大的多用途末端执行器，为了方便的更换末端执行器，可设计一种末端执行器的接换器来形成操作机上的机械接口。较简单的可用法兰盘作为接口出的接换器，本次设计就是采用的法兰盘式接口。焊枪直接把在末端执行器法兰盘上。

设计时的要求：

不论是夹持和吸附，末端执行器需具有满足作业需求的足够的夹持力和所需的夹持位置精度。应尽可能使末端执行器结构简单，质量请轻，以减轻手臂的负荷。专用的末端执行器结构简单，工作效率高，而能完成多种作业的末端执行器可能带离来结构复杂，费用高的缺点，因此提倡设计可快速更换的系列化、通用化专用末端执行器。

此次设计的产品是五自由度的焊接机器人，因此它的未端执行元件是焊枪，随着气保焊的广泛运用，气体保护焊更容量实现自动化，因此我选用的是盘将其固定于手腕末端。具体的选用原则如下所述：

1、送丝机的选择

弧焊机器人配备的送丝机可按安装方式分为两种。

一种是将送丝机安装在机器人的上臂的后部上面与机器人组成一体的方式；另一种是将送丝机与机器人分开安装的方式。由于一体式的送丝机到焊枪的距离比分离式的短，连接送丝机和焊枪的软管也短，所以一体式的送丝阻力比分离式的小。从提高送丝稳定性的角度看，一体式比分离式要好一些。目前，弧焊机器人的送丝机采用一体式的安装方式已越来越多了，但对要在焊接过程中进行自动更换焊枪(变换焊丝直径或种类)的机器人，必须选用分离式送丝机。

送丝机的结构有一对送丝辊轮的，也有两对辊轮的；有只用一个电机驱动一对或两对辊轮的，也有用两个电机分别驱动两对辊轮的。从送丝力来看，两对辊轮的送丝力比一对辊轮的大些。当采用药芯焊丝时，由于药芯焊丝比较软，辊轮的压紧力不能象用实心焊丝时那么大，为了保证有足够的送丝推力，选用两对辊轮的送丝机可以有更好的效果。对于送丝机与

co2气体保护焊，用末端法兰

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机器人连成一体的安装方式，虽然送丝软管比较短，但有时为了方便换焊丝盘，而把焊丝盘或焊丝桶敢在远离机器人的安全围栏之外，这就要求送丝机有足够的拉力从较长的导丝管中把焊丝从焊丝盘(桶)拉过来，再经过软管推向焊枪。对于这种情况，和送丝软管比较长的分离式送丝机一样，都希望选用送丝力较大的送丝机。如忽视这一点，往往会出现送丝不稳定甚至中断送丝的现象。送丝机的送丝速度控制方法可分为开环和闭环两种。目前，大部分送丝机仍采用开环的控制方法，但也有一些采用装有光电传感器(或码盘)的伺服电机，使送丝速度实现闭环控制，不受网路电压或送丝阻力波动的影响，保证送丝速度的稳定性。

对填丝的脉冲TIG焊来说，可以选用连续送丝的送丝机也可以选用能与焊接脉冲电流同步的脉动送丝机。脉动送丝机的脉动频率可受电源控制，而每步送出焊丝的长度可以任意调节。脉动送丝机也可以连续送丝。因此，近来填丝的脉冲TIG焊机器人配备脉动送丝机的情况已逐步增多。

2、送丝软管的选择和保持送丝稳定的措施

目前软管都是将送丝、导电、输气和通冷却水做成一体的方式，软管的中心是一根通焊丝同时也起输送保护气作用的导丝管，外面缠绕导电的多芯电缆，有的电缆中还夹有两根冷却水循环的管子，最外面包敷一层绝缘橡胶。当送铝焊丝时，应选用特富隆(TEFLON)或尼龙制成的管做导丝管；而送钢焊丝时，一般采用钢制的弹簧管。导丝管的内径应比焊丝直径大lmm左右。造成弧焊机器人送丝不稳定的原因往往是软管阻力过大。一方面可能是选用的导丝管内径与焊丝直径不匹配；另一方面可能是导丝管内积存由焊丝表面剥落下来的铜末或钢末过多所造成的。因此弧焊机器人应选用镀铜层较牢固的优质焊丝，并调节好送丝辊轮的压紧力，尽可能减少焊丝表面镀铜层的剥落，而且一个月至少应定期清洗一次导丝管。如能选用不锈钢制成的导丝管更好，由于奥氏体不锈钢没有磁性不会吸住钢末，不但容易清理，而且不易堵塞导丝管。还必须注意在编程时调整焊枪和机器人的姿态，尽可能减少软管的弯曲程度。特别是用分离式送丝机，由于软管较长，如忽视调节机器人与送丝机的距离及姿态，软管很容易出现多个小弯，而造成送丝不畅，这点往往被编程人员所忽视。目前越来越多的机器人公司把安装在机器人上臂的送丝机稍为向上翘，有的还使送丝机能作左右小角度自由摆动，目的都是为了减少软管的弯曲，保证送丝速度的稳定性。

3、焊枪的选择

焊接机器人用的焊枪大部分和手工半自动焊用的鹅颈式焊枪基本相同。鹅颈的弯曲角一般都小于45°，可以根据工件特点选不同角度的鹅颈，以改善焊枪的可达性。但如鹅颈角度选得过大，送丝阻力会加大，送丝速度容易不稳定：而角度过小，如0°，一旦导电嘴稍

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有磨损，常会出现导电不良的现象。应该注意，当更换不同弯曲角的鹅颈的焊枪后，必须对机器人TCP(工具中心点)进行相应的调整，否则焊枪的运动轨迹和姿态都会发生变化。近来为了提高送丝速度的稳定性，特别是高速送丝和送铝焊丝时的稳定性，在焊枪上增加一个由小型伺服电机驱动的拉丝机构，使送丝机和焊枪的拉丝机形成一推一拉的送丝系统。对这种推拉送丝系统必须协调好两个电机的转速，调节好送丝机和焊枪上各对送丝辊轮的压紧力，使送丝机的推丝作用为主，焊枪的拉丝为辅。这样，即使是由于某种原因两个电机速度不匹配，焊枪上的送丝辊轮能够打滑，而不至于损坏焊丝的表面或使焊丝从辊轮间挤出来，造成焊接的中断。目前，除了一些焊铝的机器人或高速焊的机器人装有拉丝式焊枪外，比较多的还是选用普通鹅颈焊枪。

4、防撞传感器

对于弧焊机器人除了要选好焊枪以外，还必须在机器人的焊枪把持架上配备防撞传感器。防撞传感器的作用是当机器人在运动时，万一焊枪碰到障碍物，能立即使机器人停止运动(相当于急停开关)，避免损坏焊枪或机器人。如果没有安装防撞传感器或传感器不够灵敏，一旦焊枪和工件发生轻度碰撞，焊枪可能被碰歪，如操作者又没有及时发现，由于TCP的变化，随后焊接的路径将会发生较大的变化，而焊出废品。因此，TIG焊炬和MIG／MAG焊枪的把持架上都必须装有防撞传感器。

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第二章 PLC系统设计

2.1电气设备概述

本焊接机械人可实现五个自由度的运动，即PLC和光电编码器相协调控制，程序的选择可在电气操作的转换由要安装在机器的传感器进行控制。

2.1.1电气控制的变压系统部分设计

根据PLC输出端的特点，本系统共需以下四种电压： 1）作为PLC电源的交流220伏 2）线圈所需电源交流100伏 3）电磁铁所需电源直流24伏 4）原点指示灯所需电源交流6.3伏

变压系统的左右两端均采用空气断路器作为短路保护及长期过载保护，其中直流110伏需要安装整流器。

2.1.2电气控制的部分设计

1、PLC应用概述

可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC，早期也称为PLC(Programmaboe Logic Controller)，区别于个人计算机的“PC”（Personal Computer）。PLC是从60年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它将传统的控制技术和计算机控制技术、通信技术融为一体，以其显著的优点正被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。

传统的继电器接触器控制虽具有其自身的特点，但其控制装置体积大，动作速度较慢，耗电较大，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，原有的接线和控制盘就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。

PLC的应用领域非常广，并正在迅速扩大。对早期的PLC，凡是有继电器的地方，都可采用。而对当今的PLC，几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不断增强，所以，目前PLC在国内外已被广泛应用于冶金、机械、石油、化工、轻工、电力、建筑、交通运输等各行各业。一般来说，小型PLC主要用于单机自动化，而大、中型PLC则是自动生产线上不可缺少的控制部件。

PLC主要有以下几种控制类型：逻辑控制、模拟控制、机械加工中心的数字控制、工业

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机器人控制、多层分布式控制系统等。

2、PLC的特点

1) 可靠性高，抗干扰能力强。

如日本三菱公司的F1、F2系列PLC的平均无故障时间长达30万小时，这是一般微机所不能比拟的。

与继电器相比，采用PLC控制后，大量的开关动作由无触点的电子线路来完成，用软件程序代替了继电器见间的繁杂连线，既方便灵活，可靠性也大大提高了。

2) 控制系统构成简单，通用性强

PLC是一种存储程序的控制器，其输入和输出设备可直接连接在PLC的I/O端。即其输入端可接无源触点开关，其输出可直接驱动接触器和电磁阀等执行元件。

当需要改变其控制系统的功能时，只需改变相应的软件程序，而不必改变PLC的硬件设备。

3) 编程简单、使用、维护方便

目前，大多数的PLC均采用与实际电路接线图非常接近的梯形图编程，这种编程语言形象直观，易于掌握。而且PLC具有故障检测、自诊断等功能，能及时地查出自身的故障并报警显示，使操作人员能迅速地检查、判断、排除故障，具有较强的在线编程能力，维护十分方便。

4) 组合方便、功能强、应用范围广

现代的PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、步进的功能，而且还能完成A/D、D/A转换、数学运算和数据处理以及通信联网、生产过程控制等。

5) 体积小、重量轻、功耗低

PLC的空载功耗约为1.2W，一台收录机大小的具有相当于三个1.8m高的继电器的功能。 3、PLC的分类

PLC的产品很多，型号规格也不统一，通常可按以下三种情况分类： 1）按PLC的结构形成分类可分为大、中、小三个等级。 2）按PLC的I/O点数分类可分为整体式和模块式 3）按PLC的功能分为为高、中、低档三种 4、PLC系统的组成

PLC是以CPU为核心的电子系统，实际上就是一种工业控制用的专用计算机，它由硬件系统和软件系统两大部分组成的，一般小型PLC的基本单元主要由CPU、存储器、输入和输

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出模块、电源模块、I/O扩展接口、外设I/O接口以及编程器等部分组成，PLC的软件系统也包括系统程序和用户程序。

5、PLC的工作方式

PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式。PLC运行工作时，CPU对用户程序作周期循环扫描，在无跳转指令的情况下CPU从第一条指令开始顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束，然后又返回第一条指令，开始新的一轮扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作。PLC就是这样周而重复的扫描循环。

2.2 PLC的应用

2.2.1 梯形图的设计

PLC梯形图的设计一般分为以下几个步骤：

1、对实际问题进行分析，确定哪些是输入量，确定哪些是输出量。 2、根椐所需的I/O点数和控制的复杂程度进行PLC选型。 PLC的选型主要从以下几方面进行考虑：

1) 结构型式的档次。按照物理结构，PLC分为整体式和模块式两种。整体式一般价格较低，对于单台仅需开关量控制的设备，选用小型整体PLC就可以满足要求；对于复杂的，要求较高的系统，可考虑采用模块式中大型机，这样可灵活配置I/O模块的点数的类型，使其具有A/D，D/A控制，运动控制和通讯联网等功能。

2) 容量。PLC容量指用户存储器容量（程序容量）和I/O点数两方面的含义，选择存储容量可按25％留出裕量。I/O点数要10％～15％留出裕量。

3) 输出点类型的选用。PLC可提供3种类型的输出：继电器输出（有触点），晶体管输出和晶闸管输出（无触点），其中继电器的输出的PLC价格便宜，适用的电压范围广，交直流电压类型均可，承受瞬对过电压和过电流的能力较强，对于不频繁通电的负载应优先选用此种PLC；而对于频繁通电的负载，则应采用无触点开关输出，即选用晶体管或晶闸管。

3、将输入量依次分配给输入继电器，输出量依次分配给输出继电器，画出I/O端子分配图。

4、明确控制对象的控制要求，根据控制的特点和复杂程度选用前面介绍的经验设计法，状态分析法和状态转移图等四种设计方法中的一种进行PLC梯形图的设计。

5、根据梯形图写出指令。

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由于在本次毕业设计中选用欧姆龙C系列P型机，所以必须了解该机型的特点及内部资源的分配，该机型引用了电气控制系统中的术语，用继电器定义存储区中的位，将用户数据区按继电器的类型分为7大类，即I/O继电器区，内部辅助继电器区，专用继电器区，暂存继电器区，保持继电器区，定时/计数继电器区和数据存储区。对各区的访问采用通道的概念，将各区划分为若干连续的通道， 每个通道包含16个二进制位，用标识符及1或2个数字组成通道号来标识各区的各个通道。数据区通道号配如表所示：

表2-1 数据通道信号分配表

专用继电器中在本次设计中用到继电器1815，其内部编号从1808到1815，再从1900到1907，共16个专用内部辅助继电器，继电器1815实现功能为当可编程序控制器开始运行时，接通（ON）一个扫描周期，作初始化处理。

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2.2.2 用功能表图表示控制过程

图2.1 控制过程

如图所示，用L激活初步后，通过方式选择开关SA3建立半自动和点动两个序列。当SA3断开时，通过它的动断触点进入半自动工作方式。按夹紧按钮，系统按转台-大臂-小臂-腕转-腕摆-送丝的顺序实现半自动循环。循环的最后工步完成后，就返回到预备状态，以备下次再做半自动或点动操作时能顺利进行。用内部辅助继电器1000，1001，1002??1014分别代替工步。

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2.2.3 I/O分配表与配线图

根据控制要求，可将输入/输出元件按下图分类并分配相应的I/O点。如下所示：

表2-2 输入/输出元件

输 入器 件 名 称启动停止转台角度传感器大臂转动传感器小臂摆动传感器手腕摆动传感器手腕转动传感器点 号输 出器 件 名 称M1M2M3M4M5M6HL1HL2HL3点 号050005010502050305040505050605070508 SB10000转台旋转 SB20001大臂摆动 SQ10002小臂摆动 SQ20003手腕摆动 SQ30004手腕转动 SQ40005送丝 SQ50006手动指示灯工件检测光电开关 SQ60007自动指示灯自动手动转台手动控制大臂手动控制小臂手动控制腕转手动控制腕摆手动控制送死手动控制

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SA1-10008工作指示灯 SA1-20009 SB30010 SB40011 SB50012 SB60013 SB70014 SB80015

配线图如下：

SB1 SB2M1M2M3M4M5M6HL1HL2HL300000001COM00020003000400050006000700080009001000110012001300140015COMDC24VC40P050005010502050305040505COM050605070508MMMMMM SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SA1-1 SA1-2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8COMDC24V

图2.2 配线图

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2.2.4 写出梯形图

00000001100010000008000910001001100110010002100210020002000310031003

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转台旋转大臂摆动

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小臂摆动手腕摆动手腕转动延时#0050送丝转台旋转大臂摆动小臂摆动

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腕摆腕转送丝手动指示灯自动指示灯工作指示灯小 结

通过焊接结机械手设备的设计,我掌握了许多实际运用的知识.对机械手五自由度的设计及机电知识综合运用有了一定经验.从分析零件的加工工艺开始,选择正确的工艺路线,选择相应的机床设备。

1.焊接机器人设计重点是大臂和小臂的设计, 手臂和手腕是机器人操作机中的基本部件，它由旋转运动和往复运动的机构组成。其结构形式是多种多样的，但多数机器人的手臂和手腕是由关节和杆件构成的空间机构，一般由3-10个自由度组成，工业机器人一般为3-6个自由度。由于机器人具有多自由度手臂、手腕的机构，使操作运动具有通用性和灵活性，这也是区别于一般自动机的特点

2. 焊接作为机械制造业中仅次与装备加工和切削加工的第三大加工作业,对其进行机器人柔性加工技术及其相关的控制器PC化,网络化和智能化的应用研究已成为焊接自动化发展的必然趋势.

3. 机器臂的控制：在电动伺服系统中，驱动机械臂各关节的是步进电机或直流伺服电机。步进电机从驱动器得到一系列脉冲信号，每个脉冲信号使步进电机轴产生一定的角位移。一般不需要反馈回路和位置编码器，控制比较简单。采用直流伺服电机的控制系统以测速器和角度编码作为反馈装置，能够精确地控制机械臂关节轴的运动，它的工作状态平稳，旋转速度可以连续调节，对加速和减速指令都能迅速作出反应。

总之在生产过程中要根据实际情况实际面对,以满足需要。

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致 谢

将近2个月的毕业设计马上就要结束了.经过本次毕业设计,我从中学到了很多书本上学不到的东西,这次使我受益匪浅.

我这次所设计的题目是焊接机械手的设计,其中涉及到很多其他专业方面的知识.在以前的设计中,如机械制图, ,机械设计,机电传动等,在各位老师的细心指导下,我们学到了不少专业知识,为我这次毕业设计打下了良好的基础.但是这次毕业设计与以往的课设有所不同,它将以前我们学习的专业知识汇总起来的一次综合运用.这为我们走向工作岗位打好了基础,积累了不少实际经验.

另外,我还要对本次毕业设计辅导组的所有老师表示衷心的感谢.特别是杜建峰老师,杜老师每天来为我们讲解和分析我们在设计过程中碰到的疑难问题,对我们进行耐心细致的辅导.我们从他身上学到的不仅仅是知识,更多的是他那种严谨治学的态度,所有的这些都为我以后走上工作岗位树立了一面优秀的旗帜.其次,在整个设计过程中,也有不少同学给我提出了宝贵的意见和建议,在次我一并对他们表示感谢.

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参考文献

[1] 成大先主编.<<机械设计图册>>（第5卷）.化学工业出版社，2000 [2] 袭振邦、汪勤主编. <<机器人机械设计>>.电子工业出版社,1995 [3] 林尚扬、陈善本主编. <<焊接机器人及其应用>>.机械工业出版社,2000 [4] 张铁、,谢存喜主编. <<机器人学>>. 华南理工大学东出版社,2004

[5] 成大先主编. <<机械设计手册 第四版>>（第2卷）.化学工业出版社，2000 [6] 徐瀛主编. <<机械设计手册>>（第5卷）.机械工业出版社，1992

[7] 吴宗泽、罗盛国主编. <<机械设计课程设计手册第2版>>.高等教育出版社,2002 [8] 冯辛安主编. <<机械制造装备设计>>.机械工业大学出社,2003 [9] 成大先主编. <<机械设计手册>>（单行本）.化学工业出版社，2000 [10] 陈白宁、段智敏、刘文波主编. <<机电传动控制>>.东北大学出版社，2002

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7r7x.html