基于qd75四自由度搬運機械手的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 5具有的特性：①具有三種模塊，分別是單軸兩軸和四軸模塊，有多種用途。②具有多種定位控制功能。③能夠?qū)崿F(xiàn)快速起動。④相對于其它模塊來說，它的脈沖輸出速度更加快速并且允許與驅(qū)動模塊之間的距離更遠。⑤本身容易維護。⑥支持智能功能模塊專用指令。⑦通過GX ConfiguratorQP進行數(shù)據(jù)設(shè)置以及監(jiān)控。（3）QD75的功能分為主要、輔助和控制三類。其中主要功能又有四種，分別是OPR控制，這是為了實現(xiàn)定位控制快速向起動點定位，能夠?qū)Χㄎ粩?shù)據(jù)進行編號；主要的定位控制，根據(jù)定位數(shù)據(jù)執(zhí)行控制，像位置控制和速度控制；高級定位控制，是指將多個定位數(shù)據(jù)結(jié)合成一個“塊”，對指定的數(shù)據(jù)可以重復(fù)執(zhí)行等；手動控制，顧名思義就是給予QD75外部信號，像是對QD75輸入脈沖等進行控制，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)精確的控制。（4）定位控制的機理如下圖27所示：GX Developer PLCCPUQD75定位模塊外部信號手動脈沖發(fā)生器伺服驅(qū)動器電機工件GX ConfiguratorQP圖27定位控制機理圖在QD75定位模塊控制的系統(tǒng)中，首先要有GX Developer按順控程序創(chuàng)建控制的條件和過程，并且輸送給CPU，用GX ConfiguratorQP進行參數(shù)的設(shè)置和定位數(shù)據(jù)的設(shè)置，監(jiān)視定位的運行；然后再有PLC和CPU進行輸出各種信號，并且要檢測定位模塊所反饋回來的信號是否出錯等；由外部發(fā)送一些啟動、停止、限位等信號給QD75定位模塊，或者是用脈沖發(fā)生器發(fā)送脈沖給QD75定位模塊；之后QD75定位模塊要對來自PLC和CPU、外部信號或者脈沖進行處理，讓后將這些信號整理后輸送給伺服驅(qū)動器；在伺服驅(qū)動器接受這些信號后，一方面給予電機指令并做出動作，另一方面發(fā)送REDAY信號和零信號發(fā)送給QD75；電機會在接收到伺服驅(qū)動器的信號時做出動作，對工件作出處理，完成一定的任務(wù)。 Q00JCPU模塊隨著科技的發(fā)展，三菱電機在我國占據(jù)著PLC系列產(chǎn)品的主要地位，為了更好的滿足我國的用戶，三菱對Q系列PLC進行了改造，不斷提高PLC的性能，同時降低成本，推出了Q00JCPU。Q00JCPU具有32入及32出的5/8槽型CPU單元：Q00JCPUSET（5槽）和Q00JCPUS8SET（8槽）。在本次設(shè)計中由于用到的輸入輸出口有限，因此只需要5槽的CPU單元就能滿足設(shè)計的要求。Q00JCPU具有的產(chǎn)品特點：價格相對于其它的CPU來說更加低廉，而且它的兼容性更加的優(yōu)良。（1）輸入模塊QX40S1如下圖28所示：圖28 QX40S1輸入QX40S1為DC輸入模塊是一種正極公共端型。規(guī)格：額定輸入電壓：24VDC額定輸入電流：約6mA輸入點數(shù)：16點隔離方法：光電耦合器ON電壓/ON電流：OFF電壓/OFF電流：公共端子排列：16點/公共端外部連接：18點端子排 （2）輸出模塊QY40P如下圖29所示：圖29 QY40P輸出QY40P是一種晶體管輸出模塊（漏型）。規(guī)格：額定負載電壓：1224VDC最大負載電流：，最大起動電流：，10ms或更短輸入點數(shù)：16點隔離方法：光電耦合器公共端子排列：16點/公共端外部連接：18點端子排 伺服控制系統(tǒng) 驅(qū)動器概要伺服驅(qū)動器又可以稱為伺服放大器或者是伺服控制器，是為了用來控制伺服電機的，主要是用在比較高精度的定位系統(tǒng)中[11]。一般伺服驅(qū)動器的控制模式有三種：位置控制模式、速度控制模式、轉(zhuǎn)矩控制模式。伺服控制系統(tǒng)的優(yōu)勢：①調(diào)速范圍寬。②定位精度高。③有高的傳動剛性和速度穩(wěn)定性。④快速響應(yīng)，無超調(diào)。⑤低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強。⑥可靠性高。伺服驅(qū)動器憑借著這些優(yōu)勢廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。如機械紡織領(lǐng)域、各種機床領(lǐng)域、裝卸包裝領(lǐng)域等。 MRJ2SSUPER系列伺服系統(tǒng)MRJ2SSUPER系列伺服系統(tǒng)除了具有一般控制模式的3種模式以外，還有位置/速度、速度/轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩/位置這三種控制方式可以切換。另外，還有RS232C、RS422串行通訊功能。MRJ2S_SUPER系列伺服系統(tǒng)的型號配置如下。如MRJ2S10A1□，在這個型號中MRJ2S是說明這屬于三菱系列通用交流伺服放大器MRJ2S系列；“10”是一種記號，它代表了該型號產(chǎn)品的額定輸出功率，具體的字符和額定功率的對應(yīng)如下表21所示；“A”這個字符是表示通用接口，另外還有“B”表示SSCNET,“CP”表示內(nèi)置定位功能，“CL”表示程序運行功能內(nèi)置；在接下來是符號“1”，它是用來說明該型號產(chǎn)品所用的電源，“1”是指單相100VAC，如果這里不存在符號，也就是說該系列產(chǎn)品所用的電源是3相200VAC或者是單相230VAC；最后，還有一個“□”，這是表示該產(chǎn)品是一種特價產(chǎn)品。表21 額定輸出的標識記號額定輸出（W）1010020200404006060070700100100020020003503500在本次設(shè)計當中，所選用的是MRJ2S40A伺服驅(qū)動器，它的外觀及各部分功能如下圖210所示。圖210 MRJ2S40A外觀及各部分功能圖 伺服系統(tǒng)的構(gòu)成伺服系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng)，能夠精確的實現(xiàn)機械的位移、速度和加速度，完成一個完整的反饋環(huán)節(jié)，實現(xiàn)完整的動作[12]。伺服控制系統(tǒng)在自動控制中，完成一個完整的動作用到的過程可分為五部分：控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)和比較環(huán)節(jié)。在下圖211中，為伺服系統(tǒng)的構(gòu)成，主要是伺服驅(qū)動器和伺服電機，用編碼器實現(xiàn)了對系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)。控制器：一般是指計算機或者是控制電路。被控對象：為機械參量（位移、速度、加速度等）。執(zhí)行環(huán)節(jié)：也就是執(zhí)行元件，一般是各種伺服電機。比較環(huán)節(jié)：主要是對系統(tǒng)進行反饋比較，可用編碼器進行反饋。檢測環(huán)節(jié)：一般情況下都是用傳感器來實現(xiàn)的。編碼器反饋線ABZ三相動力線定位控制單元伺服驅(qū)動器伺服電機圖211伺服系統(tǒng)的構(gòu)成圖 編碼器為了使伺服控制系統(tǒng)能夠完成完整的反饋環(huán)節(jié)，本次設(shè)計要在伺服電機上安裝一個編碼器。根據(jù)工作原理的不同，編碼器可以分為兩種，分別是增量式編碼器和絕對式編碼器。在本次設(shè)計中用到的編碼器為增量式編碼器，其工作原理如下圖212所示：圖212增量式編碼器工作原理圖在圖中，A,B兩個點是兩個光敏接收器。在編碼器上有一個能隨著電機的軸轉(zhuǎn)動的圓盤，在這個圓盤上有一個小孔，一側(cè)的光源通過小孔能夠照射到另一側(cè)的光敏接收器，那么在電機旋轉(zhuǎn)的時候，光敏接收器接收到一個脈沖量的信號就會產(chǎn)生一個頻率，根據(jù)頻率就可以改變電機的旋轉(zhuǎn)。增量式編碼器是利用了光電之間的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)輸出三組反饋信號脈沖（A相、B相和Z相），Z相在每轉(zhuǎn)一個脈沖中用于基準點定位，A相與B相之間的相位差是90176。，對每一組脈沖信號進行分解就會形成a,b兩個前緣和c,d兩個后緣微分脈沖，也就是說，合計為4倍的單項脈沖，如下圖213所示：圖213 編碼器反饋的信號 本章小結(jié)在本章中主要是對本次設(shè)計中的一些硬件進行解釋說明，對硬件系統(tǒng)有一個比較全面的了解，對PLC組成、Q系列PLC輸入輸出端口和CPU有一個詳細的說明，另一個重點是對伺服控制系統(tǒng)進行介紹，能夠?qū)Ρ敬卧O(shè)計的各種硬件設(shè)施組成和工作原理有一個清晰的認識。3 下位機程序的設(shè)計在本次設(shè)計當中，程序的設(shè)計是實現(xiàn)本次設(shè)計的難點，也是重點。程序的設(shè)計，首先要對輸入輸出口點數(shù)進行確認，并且要對其進行合理的分配；其次，要繪制PLC的外部接線，特別是對于伺服控制系統(tǒng)，這方面的語言編寫需要經(jīng)過分析進行配置；最后，本次設(shè)計用到的是QD75模塊，因此要對三菱Q系列的語言進行學(xué)習(xí)，才能用GX Developer進行編輯，還要用GX configuratorQP進行數(shù)據(jù)設(shè)置和監(jiān)控。 PLC的I/O分配在本次設(shè)計中，用到的是QD75模塊和Q00JCPU進行組合的模塊，作為運動控制的核心，有是四自由度的搬運機械手，因此用到了比較多的輸入接口，為了使得程序的編輯更加清楚，首先對本次設(shè)計中的CPU模塊進行合理分配，再對各個輸入輸出接口進行具體的分配。下表31為本次設(shè)計中對CPU模塊進行的簡單的分配。表31 CPU模塊分配Q00JCPU00CH和01CHQD75D4(4軸)02CHQX40S1（16點）03CHQX40S1（16點）04CHQY40P（16點）根據(jù)上表中