机械手的实训定稿

THWJX-机械手的实验报告

专业：机械电子工程

班级：1232601

学号：201230260110

姓名：黄晓军

指导老师：董老师

目录

实训一 步进电机控制实训.............................1

(1)实训目的............................................1 (2)实训设备............................................1 (3)控制要求............................................1 (4)端口分配及接线图....................................2 (5)实训步骤............................................3 实训二 编码器及高速计数器实训.....................3 (1)实训目的............................................3 (2)实训设备............................................3 (3)控制要求............................................3 (4)端口分配及接线图....................................4 (5)实训步骤............................................5 实训三 单工件多点搬运实训.........................5

(1)实训目的............................................5

(2)实训设备............................................5 (3)控制要求............................................5 (4)端口分配及相关图纸..................................6 (5)实训步骤............................................8 (6)故障箱及排故操作................................8

实训四 机械手多轴联动控制实训.....................8 (1)实训目的............................................8

(2)实训设备............................................8 (3)控制要求............................................8 (4)端口分配及相关图纸..................................9 (5)实训步骤............................................10

(6)故障箱及排故操作.................................11 五 PLC的硬件连接图................................11 六 机械手的PLC电气控制原理图和三维模型........................12 （1）机械手PLC电气控制原理图............................................12 （2）机械手三维模型.................................................................13 七 心得体会...............................................................................14

一、

实训目的

实训一 步进电机控制实训

1. 熟悉步进电机驱动器设置。 2. 熟悉编程软件的使用。 3. 熟悉脉冲输出指令应用。

二、 序号 1 2 实训设备（具有西门子或者三菱其中一种PLC即可） 名称 实训装置 编程电缆 型号与规格 THWJX-1 PC/PPI SC-90 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件 GX Developer 数量 1 1 1 1 备注 横轴 西门子 三菱 自备 3 三、

控制要求

计算机 1. 本次实训以“横轴机械手”为动作单元，动作前请确保横轴由足够的运动空间。 2. 按下黄色“复位”按钮，机械手横轴先返回左运动；到左边原点（碰触到右侧限位I0.5或X0.5）后，以相同的速度向右运动至零点后停止。

3. 机械手横轴复位完成后，可按绿色“启动”按钮启动机械手，过程动作如下: 向右运动较长路程靠近目标→0.2s后继续向右运动到达目标→0.6s返回零点→完成后重复上述2的复位动作，完成后停止。

4. 再次按绿色“启动”按钮，机械手可重复上述3的动作过程。

5. 在“横轴机械手”动作过程中，按下急停按钮，系统立即停止，必须先按“复位”，完成“横轴机械手”可再次启动运行。 四、

端口分配及接线图 序号 1 2 3 4 5 6 7 PLC地址（西门子） I0.4 I0.5 I1.0 I1.1 I1.3 Q0.0 Q0.2 PLC地址（三菱） X4 X5 X10 X11 X13 Y0 Y2 功能说明 X轴左限 X轴右限 正 转 反 转 急 停 步进电机PUL+ 步进电机DIR+ 1. 端子分配及功能表 2. M415B步进电机参数设置 SW1 OFF

1

SW2 OFF SW3 ON SW4 OFF SW5 OFF SW6 ON 3. 步进电机接线图(西门子)

CPU224 Q0.0 Q0.2 0V 轴步 进+24V驱 动器 1M1LQ0.0 1M +24V

XXPULDC24V-+K1K2M415B+VOPTOGNDA+A-PULDIRB+B-黑绿黄橙42J18342k 12W2k12W 红蓝白棕4. 接线图（西门子）

轴步进驱动器XXDIRQ0.2CPU224 DC/DC/DCI0.4I0.52MI1.0I1.1I1.3ML0V+24VSB1SB2QS轴左限位XZ X轴右限位XY X+24V复位按钮启动按钮急停0V 2

五、 实训步骤

1. 本次实训以“横轴机械手”为动作单元，动作前请确保横轴由足够的运动空间。 2. 检查实训设备器材是否齐全。

3. 认真阅读PLC接线图、步进电机接线图，充分理解控制原理。 4. 根据步进电机参数设置表，正确设置步进电机驱动器参数。

5. 根据控制要求、端子分配及功能表、接线图，编写控制程序。编译编写完成程序，根据提示信息修改程序直至无误。

6. 用编程电缆连接PLC编程口和计算机串口，将程序下载到PLC中，下载完毕将PLC的“RUN/STOP”拨码开关拨到“RUN”状态。

7. 根据控制要求，按下“启动”按钮、“停止”按钮，“急停”按钮观察步进电机的运动情况。适当修改控制程序，直至完全符合控制要求中。

8. 调试完毕，保存程序。

实训二 编码器及高速计数器实训

一、

实训目的

1. 掌握高速计数器指令的使用方法。

2. 编写控制程序，实现机械手底座的定位控制。 二、 序号 1 2 实训设备（具有西门子或者三菱其中一种PLC即可） 名称 实训装置 编程电缆 型号与规格 THWJX-1 PC/PPI SC-90 V4.0 STEP 7 3 三、

控制要求

1. 本次实训以“底座单元”为控制对象。动作前，请确保机械手处于合适位置，避免底座旋转时机械手碰撞，损害设备。（可用综合控制程序使机械手复位完成后，处于左上方零点位置）

2. 配置西门子的高速计数器，i0.3作为编码器的脉冲输入点，实现编码器脉冲的读取。

3. 配置三菱的高速计数器，X0作为编码器的脉冲输入点，实现编码器脉冲的读取。 4. 编写控制程序实现如下动作过程(从抽屉侧上方俯视，顺时针为正转)： 程序具有正转(黄色)、反转（绿色）、急停控制按钮。

按下“正转”、“反转”按钮，可实现底座单元正转或反转至400脉冲目标位置，如果400脉冲途中，经过的原点开关，底座单元立即停止转动，此时按与原来转动方向相反的按钮，机械手可转动至400脉冲目标位置后停止。

按下急停按钮，底座立即停止转动。 四、

数量 1 1 1 1 备注 横轴 西门子 三菱 自备 计算机 MicroWIN SP6软件 GX Developer 端口分配及接线图

3

1. 端子分配及功能表 序号 1 2 3 4 5 6 7

2. 接线图(西门子)

0VPLC地址（PLC端子） I0.0 I0.3 I1.0 I1.1 I1.3 Q0.5 Q0.6 PLC地址（三菱） X3 X0 X10 X11 X13 Y5 Y6 功能说明 原点 编码器脉冲 正 转 反 转 急 停 基座正转 基座反转

+24V+24VJZZ2LJZF基座电机正转基座电机反转2MQ0.5Q0.6CPU224 DC/DC/DC1MI0.0I0.32MI1.0I1.1I1.3ML3. 基座电机正反转控制电路(西门子)

121413815913-4812+149JZY基座原点传感器BMQ编码器输出0V+24VQS正转按钮反转按钮急停0VDC24V+0V-415815913-1214134812+149415-0V

4 五、 实训步骤

1. 确保机械手处于合适位置，避免底座旋转时机械手碰撞，损害设备。 2. 检查实训设备器材是否齐全。

3. 认真阅读PLC接线图、直流电机真反转控制电路，充分理解控制原理。

4. 根据控制要求、端子分配及功能表、接线图，编写控制程序。编译编写完成程序，根据提示信息修改程序直至无误。

5. 用编程电缆连接PLC编程口和计算机串口，将程序下载到PLC中，下载完毕将PLC的“RUN/STOP”拨码开关拨到“RUN”状态。

6. 根据控制要求，按下“黄色”按钮、“绿色”按钮，“急停”按钮观察步进电机的运动情况。适当修改控制程序，直至完全符合控制要求中。

7. 调试完毕，保存程序。

实训三 单工件多点搬运实训

一、 实训目的

1. 掌握步进驱动器使用方法 2. 掌握各种传感器的实际应用。

3. 掌握高速计数指令、脉冲指令、移位指令等各种指令使用方法，且可以灵活运用。 4. 培养学员的全局思维、逻辑关系判断、系统编程能力。 二、 实训设备（具有西门子或者三菱其中一种PLC即可） 序号 1 2 3 3 三、 控制要求

1. 设置X、Z轴的步进驱动器M415B、3ND583的驱动细分及电流。

2. 控制程序具有“复位”、“启动”、“停止”及“急停”功能，黄色按钮为“复位”、绿色按钮为“启动”、红色按钮为“停止”。

3. 按下“复位”按钮，机械手基座正转返回原点，气夹正转至原位（右限位传感器有信号），同时X、Z轴运动至零点（先向左、向上运动至限位开关，再向右、向下运动一段距离作为零点），复位完成。

4. 复位完成后，按下“启动”按钮，机械手按下述流程动作：

机械手先运动至1号物料台位置，完成工件抓取；取出工件后，往2号物料台位置运动， X运动到位后手抓反转90度，机械手下降，将工件搬运至2号物料台上，机械手返回零点，过2s机械手再次运动到位后抓取已加工的工件，并把工件搬运至3号物料台；完成后机械手复位返回原点，一个工件的工作周期完成，再次按“启动”按钮，可再次搬运工件。期间

5

名称 实训装置 编程电缆 气泵 计算机 型号与规格 THWJX-1 PC/PPI SC-90 0.55～0.8Mpa V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件 GX Developer 数量 1 1 1 1 1 备注 横轴 西门子 三菱 自备 自备 机械手的动作过程为：X先向右前升，到位后Y轴下降；返回时，Z轴先上升，到位后X向左返回零点。

5. 机械手在运动过程中，按“停止”按钮，机械手立即停止,按“启动”按钮，机械手继续下一步动作。

6. 在机械手运动时，按下“急停”开关机械手立即停止，此时如需再次运行机械手，需亲手将本次搬运途中掉下的工件拿到1号物料台，再按“复位”按钮复位完成后，按启动可重新运行。

四、 端口分配及相关图纸

1. 端子分配及功能表 2. 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PLC地址（西门子） I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 PLC地址（三菱） X3 X1 X2 X0 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 功能说明 基座原点 气夹右限（正） 气夹左限（反） 编码器脉冲 X左限 X右限 Z上限 Z下限 复位 启动 停止 急停 X脉冲 Z脉冲 X方向 Z方向 YV-气夹 基座正转 基座反转 气夹正转 气夹反转 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 3. M415B步进驱动器的参数设置 SW1 OFF SW2 OFF SW3 ON SW4 OFF SW5 OFF SW6 ON SW8 4. M415B步进驱动器的参数设置 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 SW7 6

OFF

ON OFF OFF OFF ON ON OFF 5. 接线图(西门子)

6. 物料台分布图

抽屉侧1号物料台3号物料台原点位置2号物料台轴步进驱动器XXPUL编码器输出XXDIR轴步进驱动器Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.01MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3YYPUL+QJZS气夹正转传感器YYDIR+轴步进驱动器轴步进驱动器QDZQDFJDZ基座电机正转JDFYV+气夹电磁阀基座电机反转气夹电机正转气夹电机反转+24V2M1L2LCPU224 DC/DC/DC1M2MMLJZYBMQQJFS气夹反转传感器0V+24VTZFWJZYX YQDXQ X轴前限位YS YXH X基座原点传感器轴后限位轴上限位轴下限位复位按钮启动按钮停止按钮急停0V 7

五、 实训步骤

1. 实训前，在1号物料台上放一个白色，清除2号、3号物料台上的工件。 2. 完成一个工作周期后，如再次启动，启动之前也需重复上述第1步操作。 3. 按上述要求设置M415B3、ND583步进驱动器参数

4. 根据控制要求、端子分配及功能表、接线图，编写控制程序。编译编写完成程序，根据提示信息修改程序直至无误。

5. 用编程电缆连接PLC编程口和计算机串口，将程序下载到PLC中，下载完毕将PLC的“RUN/STOP”拨码开关拨到“RUN”状态。

6. 根据控制要求，按下“复位”按钮、“启动”按钮、“停止”按钮、“急停”开关机械手运动情况。适当修改控制程序，直至完全符合控制要求中。

7. 调试完毕，保存程序。

8. 完成一个工作周期后，如再次启动，启动之前也需重复上述第1步操作。 注：程序运行过程中，请勿人为干扰设备运行，否则可能造成人身伤害及设备损坏。 六、 故障箱及排故操作

1. 网孔板右边故障箱可设置十个故障，故障设置开关拨到上方时对应故障指示灯点亮，该故障为设定状态。教师可在此相应设定故障后，将故障箱锁定。

2. 故障箱下方接线端子为排故部分，学员根据实训现象检查、分析故障原因，在该接线端子上用短接线将对应故障的端子短接完成排故。

注：排故端子排上的各组故障对应号码管为K1A----K1B、K2A----K2B、K3A----K3B、K4A----K4B、K5A----K5B、K6A----K6B、K7A----K7B、K8A----K8B、K9A----K9B、K10A----K10B。在进行排故时请勿将不同组故障短接在一起，以避免损坏设备。

实训四 机械手多轴联动控制实训

一、 实训目的

1. 掌握各种传感器的实际应用。

2. 灵活运用高速计数指令、脉冲指令、移位指令等各种功能指令，编写流畅的控制程

序

3. 培养学员的复杂系统的编程能力、安全保护意识、机械手工作效率意识。 二、 实训设备 序号 1 2 3 3 三、 控制要求

1. 控制程序具有“复位”、“启动”、“停止”及“急停”功能，黄色按钮为“复位”、

8

名称 实训装置 编程电缆 气泵 计算机 型号与规格 THWJX-1 PC/PPI SC-90 0.55～0.8Mpa V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件 GX Developer 数量 1 1 1 1 1 备注 横轴 西门子 三菱 自备 自备 绿色按钮为“启动”、红色按钮为“停止”。

2. 按下“复位”按钮，机械手基座正转返回原点，气夹正转至原位（右限位传感器有信号），同时X、Z轴运动至零点（先向左、向上运动至限位开关，再向右、向下运动一段距离作为零点），复位完成。

3. 复位完成后，按下“启动”按钮，机械手动作过程见第7项的流程图。

4. 机械手在运动过程中，按“停止”按钮，机械手立即停止,按“启动”按钮，机械手继续下一步动作。

5. 在机械手运动时，按下“急停”开关机械手立即停止，此时如需再次运行机械手，需亲手将本次搬运途中掉下的工件拿到1号物料台，再按“复位”按钮复位完成后，按启动可重新运行。

将1、2号物料台上的两个工件存放位置互相调换，机械手一周期运动结束。

四、 端口分配及相关图纸

1. 端子分配及功能表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PLC地址（西门子） I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 PLC地址（三菱） X3 X1 X2 X0 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 功能说明 基座原点 气夹右限（正） 气夹左限（反） 编码器脉冲 X左限 X右限 Z上限 Z下限 复位 启动 停止 急停 X脉冲 Z脉冲 X方向 Z方向 YV-气夹 基座正转 基座反转 气夹正转 气夹反转 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

2. 接线图(西门子)

9

XX

Y轴步进驱动器Y轴步进驱动器轴步进驱动器轴步进驱动器QDZQDFJDZ基座电机正转JDFYV+气夹电磁阀基座电机反转气夹电机正转气夹电机反转+24V3. M415B步进驱动器的参数设置(电流0.63A 8细分) SW1 OFF SW2 OFF SW3 ON SW4 OFF SW5 OFF SW6 ON SW8 OFF 4. M415B步进驱动器的参数设置(电流2.1A 2000细分) SW1 OFF

五、 实训步骤

1. 实训前，在1号、2号物料台上各放一个工件，清除3号物料台上的工件。

10

5. 物料台分布图

3号物料台XPUL编码器输出XDIRQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.01MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3YPUL+QJZS气夹正转传感器YDIR+JZY2M1L2LCPU224 DC/DC/DC1M2MMLBMQQJFS气夹反转传感器0V+24VTZFWJZYX YQDXQ X轴前限位YS YXH X基座原点传感器轴后限位轴上限位轴下限位复位按钮启动按钮停止按钮急停0VSW2 ON SW3 OFF SW4 OFF SW5 OFF SW6 ON SW7 ON 2号物料台原点位置1号物料台抽屉侧2. 完成一个工作周期后，如再次启动，启动之前也需重复上述第1步操作。 3. 按上述要求设置M415B3、ND583步进驱动器参数

4. 根据控制要求、端子分配及功能表、接线图，编写控制程序。编译编写完成程序，根据提示信息修改程序直至无误。

5. 用编程电缆连接PLC编程口和计算机串口，将程序下载到PLC中，下载完毕将PLC的“RUN/STOP”拨码开关拨到“RUN”状态。

6. 根据控制要求，按下“复位”按钮、“启动”按钮、“停止”按钮、“急停”开关机械手运动情况。适当修改控制程序，直至完全符合控制要求中。

7. 调试完毕，保存程序。

8. 机械手正常运行一周期后，将1、2号物料台上的两个工件存放位置互相调换。 注：程序运行过程中，请勿人为干扰设备运行，否则可能造成人身伤害及设备损坏。 六、 故障箱及排故操作

1. 网孔板右边故障箱可设置十个故障，故障设置开关拨到上方时对应故障指示灯点亮，该故障为设定状态。教师可在此相应设定故障后，将故障箱锁定。

2. 故障箱下方接线端子为排故部分，学员根据实训现象检查、分析故障原因，在该接线端子上用短接线将对应故障的端子短接完成排故。

五、PLC的硬件连接图

11

六、机械手的PLC电气控制原理图和三维模型 合作与分工：电子部分和机械部分 电子部分（黄晓军、饶福军） (1)机械手PLC电气控制原理图：

12

机械部分（李勇勇、周磊） （2）机械手的三维模型

七、心得体会

通过本次实训我深刻体会到了实践见真知的道理。一是自己的专业知识不够扎实，尤其是机械方面,好多东西都是云里雾里，就像打桌球一样，打得擦边球，略懂一点而已，但是又不精。有时候发现自己什么都懂一些，但是经过这次实训才发现自己懂得太少了。希望从

13

这次实训之后，我相信我会加强自己不懂、不足的地方，自己懂一点的地方尽量精益求精，来达到自己所追求的目标。

二是自己的力量是有限的，精力也是有限的。我们做任何事情都需要有自己的团队，有了自己的团队，可以集各人之所长，去完成老师布置的任务，一个人做事不可能面面俱到，如果有了团队之后，可以把自己的想法表现出来，一起讨论最佳最优方案。然后把任务分给自己的队友，这样做出来的东西才是精。

三是学会虚心接受别人和老师的建议。有的时候的确是这样的，如果你自己的东西错了还一直执着的坚持自己的想法，这时候我们应该听听老师和队友的意见，所谓是当局者迷旁观者清，现实生活中还有好多东西需要虚心接受别人的意见。

这次实训最后在董老师的指导下顺利完成了，自己也获益匪浅，可谓是一举两得。

14