摘 要

机械臂现如今被广泛地应用于机械生产自动流水线方面，可代替人工在恶劣的环境下进行工作，使得生产过程更加的自动化和高效率。桌面机械臂也在逐渐被应用于教学实验以及生活当中。

本次设计的研究对象是一个简单的三自由度桌面级机械臂。它通过可编程控制器（PLC）进行控制，以此达到相应的控制要求。在了解了机械臂的工作原理、特点、控制要求以及学习PLC基本知识的基础上,得到了机械臂PLC控制器设计方案。

本文采用台达系列的DVP20SX211T型PLC，完成了PLC的I/O点分配，PLC控制程序的编写，触摸屏人机交互界面的设计，依托学校PLC实验室条件，对相关控制功能进行了调试实验。实验结果表明本文提出的机械臂PLC控制器设计方案可行，控制效果基本达到设计要求。

关键词：机械臂；可编程控制器PLC；触摸屏；程序设计

Abstract

The robot is now widely used in the automatic production of mechanical production lines, instead of artificial work in harsh environments, making the production process more automated and efficient. Desktop arm is also gradually applied to teaching experiments and life.

The object of this design is a simple three-degree-of-freedom desktop arm. It is controlled by a programmable controller (PLC) to achieve the corresponding control requirements. On the basis of understanding the working principle, characteristics, control requirements and learning PLC basic knowledge of the manipulator, the design scheme of the manipulator PLC controller is obtained.

In the thesis, the DVP20SX211T PLC with Delta series is used to complete the I / O point assignment of PLC, the preparation of PLC control program, the design of touch screen human-computer interaction interface, and the debugging function of the PLC system. The experimental results show that the proposed design of the manipulator PLC controller is feasible and the control effect is basically the design requirement.

Key words: Manipulator; Programmable controller PLC; Touch screen; Programming

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究内容 2

第2章 基于PLC的机械臂控制系统设计 4

2.1 机械臂控制需求分析 4

2.1.1 机械臂简介 4

2.1.2 机械臂控制系统组成 6

2.1.3 机械臂控制要求 6

2.2 可编程控制器PLC概述 7

2.2.1 可编程控制器简介 7

2.2.2 可编程控制器的系统结构 7

2.2.3 PLC的工作原理 8

2.3 PLC硬件选型及I/O点分配 9

2.3.1 输入输出设备 9

2.3.2 PLC硬件选型 10

2.3.3 I/O点分配 10

2.4 PLC控制程序编写与调试 11

2.4.1 PLC程序基本知识 11

2.4.2 编程步骤 13

2.4.3 程序设计 13

2.4.4 控制程序仿真调试及分析 21

2.5 本章小结 26

第3章 机械臂PLC控制系统实验平台设计与实现 27

3.1 实验环境简介 27

3.2 基于触摸屏的机械臂模拟实验设计 31

3.2.1 触摸屏简介 31

3.2.2 人机界面编辑软件 32

3.2.3 通讯设置 33

3.2.4 机械臂触摸屏控制界面设计 34

3.4 本章小结 37

第4章 结论 38

参考文献 39

致谢 41

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

随着科技的发展，机械臂也广泛应用于各大领域当中，工业机械臂大多被用于大型工业生产现场，例如装配机械臂、检测机械臂、焊接机械臂等。而桌面机械臂逐渐的被应用于教学、3D打印、装配小型部件等。由于机械臂可以按照特定的程序完成一系列高精度的工作，可以代替人类在恶劣的环境下进行工作，大大的解放了生产力，并且现如今各个国家都在机械臂领域进行研究和制作，越来越多的智能机 器人或机械臂出现在人们的视野当中。例如：法国Aldebaran Robotics公司研制的NAO机器人、中国百度公司研发的小度机器人、美国iRobot公司推出的吸尘器机器人Roomba、日本大阪大学开发的日常互动Geminoid-F类人机器人等以及现如今中国各大工业生产现场所看到的大型机械臂。

由于机械臂的迅速发展，机械臂作为教学研究对象很有必要意义。小型的桌面级机械臂对自动化、电子信息、机械等专业的学习有很大的教学意义，三自由度是机械臂中较简单的一种机械臂，适用于日常教学以及小型搬运活动。并且采用PLC可实现机械臂控制系统的逻辑控制，通用性较强而且减少了接线工作，节省了时间。但是现如今机械臂成本较高并且不具有开放性，无法广泛推广到人们的日常生活中。

因此，此次设计采用PLC来控制三自由度机械臂，使得机械臂完成一系列简单的动作，达到控制要求。此次的课题设计具有很大的实用意义，并且通过此次设计还可以学习可编程控制器的相关知识，能将本科学习到的知识综合起来应用到实践中，使自己独立思考、操作等各方面的能力得到锻炼与提升，能将其尽可能多的应用于工程实践当中。

1.2 国内外研究现状

机械臂是按照给定程序或要求，自动进行作业的装置，它能够在平面内、空间内进行有规律的运动。它的发展经历了三代，如图1.1所示。

程序控制机械手，无法对周边的环境做出反应