目 录
前言 3
第章 绪 4
11课题背景 4
12机械臂国外发展现状 4
13 课题研究容 5
14课题意义 6
第二章 机械臂功分析方案确定 7
21 机械臂功分析 7
22 机械臂总体方案确定 7
221 机械系统方案确定 7
222 电气控制系统设计 7
23章结 7
第三章 机械臂机械系统设计 9
31 机械系统分析器件选择 9
311 步进电机选择 9
312 步进驱动器选择 9
32 机械臂机械运动设计 10
321确认4度机械臂机械运动方式 10
322运三维软件Solidworks绘制机械臂零件图 10
323 运Solidworks进行零件装配 11
324 运Solidworks进行仿真 12
第四章 编程控制器触摸屏 13
41 编程控制器 13
411概述 13
42工作原理 13
421硬件组成 13
422 编程控制器工作原理 13
43 编程控制器特点 14
44 编程控制器应发展前景 14
45 触摸屏概述 14
46 触摸屏发展发展趋势 15
461 触摸屏发展史 15
462 触摸屏发展趋势 15
第五章 机械臂控制系统研究 16
51 控制系统分析器件选择 16
511 控制系统分析 16
512 编程控制器选择 16
513 触摸屏选择 17
52 机械臂控制方案设计 18
521 确认控制方案绘制控制系统结构框图 18
522 机械臂控制原理IO端口分配 19
523 控制系统流程图设计 21
第六章 软件控制 26
61 FX3U系列PLC指令系统 26
62 编写PLC程序说明 27
63 GXDeveloper编程软件方法 35
64 Kinco HMIware触摸屏软件方法 38
65 触摸屏界面设计 39
第七章 总结 44
致谢 45
参考文献 46
附录1 PLC程序 47
附录2 触摸屏界面 63
前言
工业生产程中机械臂通常做工业机器够帮助工厂实现现代化道路重设备涉产品生产加工输送全程安全济运行直接关系工厂安全生产济利益机械臂常代完成高危险工作帮助工厂实现产品高质量减少次品生产工厂节省必劳动力时工厂带观济利益工业发展祖国繁荣富强工业机器研究投入具高价值现实意义
社会智化越越普正种情况机器孕育生家庭生活生产程机器发挥着越越作工工作程中会遇脏累危险工作时候需机器代工完成工作机器完成3D工作谓3D指Dirty（脏）Difficult(累)Dangerous(危险)工作
生产装配程中工装配零件时候总会出现种疏漏种零件漏装装错等会导致机械产品质量降威胁工身安全想办法避免类情况发生保证零件安装保证机械产品质量需台够实现零件缺失检测功机器机器样会疲劳会累会粗心意机器会机器确保零件安装尺寸确保零件遗漏安装机器零件检测系统种情况应运生
第章 绪
11课题背景
着全球济体化形成更工厂公司孕育生整机械行业市场竞争必愈演愈烈现公司机器生产安装程中会安装螺钉螺栓垫片等零部件安装工作数工完成机器样准确误安装零部件常导致机器缺少零部件缺少零部件样难确保机器安全性
面强竞争手时中国机械行业会处劣势国机械行业发展落国家祖国发展国机械行业领先世界国家果机械工厂目前止零件安装检测方面没技术突破没国家更先进检测技术国家机械什机械强国竞争底？确保国外举占领机械市场时候中国机械站稳脚？庆幸国已工厂机械研究中心已认识点机械国家重行业中国种行业受制必须加快研究步伐落国家毕业设计机械臂基础着重零部件检测系统进行细致研究
12机械臂国外发展现状
20世纪70年代开始国便开始机器研究年科技研究国已基掌握机器结构进行设计设计机器控制系统软件进行控制等关键技术段期间国出现机器研究沈阳动化研究清华学哈尔滨工业学北京航空航天学等
机器坐标样根机器坐标分直角（3P）圆柱坐标型（PRP）球坐标型（P2R）链式拟型（3R）选择性柔性装配机器臂（Selective Compliance Assembly Robot ArmSCARA）机械臂驱动器分伺服电机步进电机等现国机器应领域广泛包括机器加载取放操作焊接喷漆检测抽样装配制造医疗应帮助残疾危险环境应水太空难进入区域应等[15]
国外1962年美国研制出世界第台工业机器1966年美国Unimation公司生产机器AMF公司生产沃莎特兰机器早进入英国市场八十年代美国开始机器真正重视起日机器发展作战略产业韩国机器作增长发动机产业国政府开始采取措施鼓励企业研发机器1968年日美国恩格尔公司购买机器专利日机器产量已远远超美国成机器国直1978年日发明SCARA机器该机器3移运动1旋转运动
SCARA机器够确保机器水面运进行运动般两联旋转关节外关节做垂直运动SCARA机器常工厂装配机器特点XY面具柔性竖直方具强刚性SCARA机器具选择性柔性
13 课题研究容
1．提出：零部件安装说确保机器安装数目少时保证安装尺寸精度考虑尺寸精度影响工会存误差工安装会导致零部件安装全时保证安装尺寸精度传统方法进行改进必机械臂进行检测零部件安装情况必解机械臂身结构[14]时需解机械臂检测零部件工作原理控制系统进行设计[56]达检测零部件作提高效率公司更具竞争力
2．解决方法：解决工安装零部件存缺失问题机械臂加摄机检测零部件否安装齐全机械臂检测零部件技术四度机械臂前端装监视器固定点位置条直线进行零件检测果该点未安装零件发出警报果该点安装零件移动点通PLC[713]触摸屏进行编程控制通四步进电机[14]控制三机械臂摄机旋转运动
3．设计容：首先机械臂进行设计运Solidworks软件进行绘制三维模型否运动次运CAD画出电路原理图然运PLC软件安装点直线进行编程PLC设备进行连接装触摸屏实现示教等机交互操作控制机械臂运动 实现机械臂控制系统设计
14课题意义
建立真正够运动四度机械臂模型仅仅进行检测零部件系统设计先决条件终目机械臂设计终目获够进行零部件检测设计方案通机械臂进行运动分析应编程控制器软件GX Works进行编程装触摸屏实现示教等机交互操作控制机械臂运动通测试开始阶段帮助设计者发现设计缺陷提出改进方案通应触摸屏机械臂进行控制
第二章 机械臂功分析方案确定
21 机械臂功分析
机械臂功代正常完成动作零部件检测焊接搬运等实现实生活中疲乏时候工作细心时候会导致机器零部件安装全谓零部件缺失时候需机械臂代操作进行零部件安装检测工安装零部件时候否安装全果零件安装全时候系统需发出警报然工会安装缺失部分零件工工作时候时保证机械臂正常运行设计机械臂致程中保证机械臂具备功：
（1）正常旋转功机械臂检测零件程中必须保证机械臂旋转样相机移相应零件位置进行检测该位置否安装零件完成拍摄工作样清楚知道工作速度分两速度机械臂动运行时候速度示教时候
（2）示教功工着触摸屏时候次钮控制机械臂运动次完成三点检测
（3）现功工触摸屏面动运行钮机械臂会次性完成三点零件检测工作进行拍
（4）检测功机械臂运动相应零件位置时候时候进行检测时安装机械臂前段相机负责拍送回片信息
（5）报警功系统检测零件安装位置未装零件时候系统应该发出警报信息果安装零件发出警报继续零件位置检测
22 机械臂总体方案确定
221 机械系统方案确定
设计机械臂时候采步进驱动器步进电机4度机械臂需4步进电机4步进驱动器4度分3旋转度1移动度
222 电气控制系统设计
编程控制输出脉控制4步进电机运动触摸屏编程控制器相连接通触摸屏实现机械臂运动控制
23章结
章确定机械臂功检测零件否缺失果检测结果显示没缺失进行位置检测果该位置零件缺失发出警报工缺失零件补装时确定机械臂运动步进驱动器步进电机驱动步进驱动器步进电机相连接通编程控制器实现步进电机驱动编程控制器输入端触摸屏相连接通触摸屏键编程控制器进行输入编程控制器相应输出终实现机械臂运动控制
第三章 机械臂机械系统设计
31 机械系统分析器件选择
311 步进电机选择
想实现机械臂运动步进电动机必少需进行型号选择里选Kinco步进电机时候需根流程图计算保持扭矩选择步进电机型号
图31 步进电机选型步骤
根计算公式计算扭矩选步进电机分2S86Q051F62S86Q45802S57Q09562S42Q0240型号
312 步进驱动器选择
面已选完步进电动机光步进电机没步进电机直接连接编程控制器PLC步进电机间必须接入步进驱动器选完步进电机需选步进驱动器步已根计算选步进电机然根Kinco步进电机步进驱动器选型手册进步选取步进驱动器选步进驱动器必须步进电机图选型表
图32 步进电机步进驱动器选型表
根面选型表根选步进电机选择步进驱动器型号分：2CM8802CM8802CM5452CM525型号
32 机械臂机械运动设计
321确认4度机械臂机械运动方式
机械臂运动方式必须满足够检测三点4度机械臂分成三旋转运动移动运动前3电机控制A轴B轴C轴正反转第4电机控制轴升降轴前端放相机检测程中进行拍判断该点零件否缺少安装
322运三维软件Solidworks绘制机械臂零件图
首先进行机械臂零件图绘制零件图绘制步骤：
(1) 右击双击三维绘图软件Solidworks图标开Solidworks软件
(2) 新建文件
(3) 选择零件绘制
(4) 草图绘制
(5) 绘制零件草图
(6) 退出草图
(7) 进行拉伸者旋转
(8) 编辑材料
画完零件图存文件夹便装配时候添加
图电动机零件图示
图33 步进电机三维零件图
323 运Solidworks进行零件装配
SolidWorks进行装配步骤：
（1） 开SolidWorks三维绘图软件
（2） 新建文件选择装配体
（3） 开始装配体点浏览文件夹刚刚画零件存存放文件夹里完成零件添加进
（4） 开始配合零件成整体
（5） 搞清楚部分需动搞清楚样运动配合时候需注意
（6） 4度机械臂分四部分进行装配先底座开始装配开始三旋转副移动副
图34 新建装配体
图35 开始装配
324 运Solidworks进行仿真
三维软件Solidworks仿真步骤：
（1） 开SolidWorks三维绘图软件
（2） 菜单栏执行开文件命令
（3） 开装配体
（4） 进行仿真设置
图36 装配体
第四章 编程控制器触摸屏
41 编程控制器
411概述
编程控制器功变化端直时间变化变化着早期产品编程逻辑控制器简称PLC着微处理器发展编程控制器功越越强编程逻辑控制器已足描述功特点1980年美国NEMA重新编程逻辑控制器新简称新简称PC已PC简称计算机避免混乱继续采PLC代表编程控制器逻辑功美国数字设备公司（DEC）研制出世界第台公认PLC进行试国开始样新技术研究编程控制器越越迅速发展PLC引入新兴技术：微电子技术动控制技术计算机控制技术通信技术目取代继电器实现逻辑计时计数等控制功利工业控制装置提供新系统工业领域PLC控制技术应已成世界潮流
42工作原理
421硬件组成
编程控制器硬件组成微处理器CPUIO模块存储器模块电源模块PLC外部设备PLC通信联网PLCCPUPLC核心部分系统中着极重控制作系统中设备CPU控制进行工作PLC代继电器目提高系统性PLC具备编写程序功户通简单学知道编程软件编程指令然PLC种样型号认真学说明书户般会快掌握编程指令设备连接方式出PLC应确实越越广泛
422 编程控制器工作原理
PLC周期循环扫描工作方式分三阶段：输入处理执行户程序输出处理PLC方式开关ON时候PLC会执行阶段PLC方式开关OFF时候PLC时进行通信处理PLC联机离线编程
图41 PLC工作原理示意图
43 编程控制器特点
(1)编程方便
(2)灵活
(3)功强
(4)继电器控制
(5)体积
（6）重量轻
（7）耗低
44 编程控制器应发展前景
目前 PLC已应行业行业里PLC应控制系统实现复杂系统控制简单化PLC代继电器实现系统控制仅实现单台设备控制实现机器进行控制动化流水线相PLC优点减少机械触点体积消耗低仅PLC控制机器实现走直线者圆周路径功
满足市场需求PLC断改善发展新产品层出穷原PLC功更强未PLC发展趋势非两种(1)发展微型PLCPLC体积更专业化更强运行速度更快功更强价格更低（2）发展型PLCPLC更加网络化功化提高性适应型企业工厂更实现企业动化
45 触摸屏概述
触摸屏（Touch Panel）作种新输入设备目前简单方便然种机交互方式触摸屏具坚固耐响应速度快节省空间易交流等许特点利种技术户需动动手指实现系统控制方便广户触摸屏产生控制系统操作起更方便快捷触摸屏分表面声波触摸屏电阻式触摸屏电容式触摸屏红外线式触摸屏
46 触摸屏发展发展趋势
461 触摸屏发展史
着计算机技术越越普触摸屏技术出现属种新机交互作技术种技术操作脱离键盘鼠标直接利触摸屏进行系统控制电容式触摸屏分表面电容触摸屏投射电容触摸屏电容式触摸屏组成：（1）模拟感应器 （2）双智控制器
462 触摸屏发展趋势
触摸屏技术发展越越快带动产业迅速发展工厂里操作工需通计算机实现机器控制方便计算机操作计算机知进行设备控制触摸屏技术种具发展空间交互式输入技术国重视政府予力物力支持企业更资源进行研制开发新型触摸屏断涌现市场里：触摸笔触摸板触摸屏
第五章 机械臂控制系统研究
51 控制系统分析器件选择
511 控制系统分析
次毕业设计中采触摸屏代开关开关需实现参数设置原点设置回原点示教现拍功（1）参数设置需设置A轴B轴C轴D轴电机转速（2）原点设置进行原点设置时候需A轴B轴C轴D轴四轴进行控制运动(3)回原点机械臂运动定位置时候时候果需回原点需开关里直接触摸屏（4）示教示教功里需A轴B轴C轴D轴四轴进行控制运动运动相应位置（5）现实现现功模块里需开关（6）拍样需开关
512 编程控制器选择
里选日三菱公司生产PLC三菱公司生产PLC型号FX系列A系列Q系列适范围
FX系列PLC特点：型化体式结构性价较高控制IO点数相较少目前控制IO点数PLCFX3U系列控制256IO端口适控制单机说研制开发设备
Q系列PLC特点：需单独配置电源等支持种网络通信控制IO点数规模4096点适中型系统者设备
A系列PLC特点：体积较A系列PLC程序处理方面相Q系列具劣势现A系列PLC已逐步停产退出市场
通实验室里现PLC已学知识次设计选三菱公司生产FX3U48MR型编程控制器
图51 三菱FX 3U系列PLC
表51 三菱FX3U系列PLC技术参数
513 触摸屏选择
步科机界面机界面领域领先者国拥领先市场位完整高中低端产品线稳定硬件简单易组态软件环境优良性价业长期推崇
次毕业设计中选MT4414T型号触摸屏MT4414T昆山家名优佰特电子科技限公司机器动化领域推出款7寸HMIMT4414T需EV500组态软件V16版支持型号硬件
表52 触摸屏MT4414T性规格表
型号
MT4414T
显示模块
7TFT
显示色彩
65536彩色
分辨率
800*480
背光类型
LED
高度
300cdm2
液晶寿命
50000时
触控面板
4线 精密电阻网络（表面硬度4H）
CPU
400MHz RISC
存储器
128M FLASH+64M SDRAM
拓展存储器
RTC&配方存储器
512KB+实时时钟
印接口
串口
太网
支持
程序载
USB串口
通讯接口
COM0RS4852W4W RS232 COM2 RS232
52 机械臂控制方案设计
521 确认控制方案绘制控制系统结构框图
设计控制电路需1触摸屏1编程控制器4两相步进电机4步进驱动器组成触摸屏目代输入开关该控制电路输出4两相步进电机步进电机直接编程控制器相连接需驱动器驱动运转需编程控制器步进电机间加步进驱动器样确保步进电机运转4度机械臂零件检测4度3转动副移动副组成4步进电机分3步进电机控制旋转1步进电机控制升降4步进电机选择型号分2S42Q02402S57Q09562S86Q45802S86Q051F64步进驱动器选择型号分2CM5252CM5452CM8802CM880编程控制器选择型号FX3U 48MTES(A)触摸屏型号选择型号MT4414T
表53 控制电路器件详细功表
序号
名称
功
1
步进电机A
实现A轴旋转
2
步进电机B
实现B轴旋转
3
步进电机C
实现C轴旋转
4
步进电机D
实现D轴旋转
5
步进驱动器A
驱动步进电机A运动
6
步进驱动器B
驱动步进电机B运动
7
步进驱动器C
驱动步进电机C运动
8
步进驱动器D
驱动步进电机D运动
9
编程控制器
编程控制运动
10
触摸屏
代开关进行输入
图52 接线图
522 机械臂控制原理IO端口分配
机械臂运动通编程控制器进行程序编写然写进编程控制器里面触摸屏相开关编程控制器进行输入编程控制器输出端连接步进驱动器紧接着步进驱动器驱动步进电机运动控制机械臂运动
表54 控制电路IO端口分配表
软元件
功
Y0
发送脉
Y1
控制B轴动作
Y2
控制A轴方
Y3
控制B轴方
Y4
控制A轴动作
Y5
控制C轴动作
Y6
控制D轴动作
Y10
控制C轴方
Y11
控制D轴方
Y12
拍
M0
原点设置
M1
A轴动作
M3
B轴动作
M4
C轴动作
M5
D轴动作
M6
记点1
M7
记点2
M8
记点3
M9
清点1
M10
清点2
M11
清点3
M12
回原点
M13
现
M14
拍
M100
回原点A轴锁
M101
回原点B轴锁
M102
回原点C轴锁
M103
回原点D轴锁
M111
现走点1A轴锁
M112
现走点1B轴锁
M113
现走点1C轴锁
M114
现走点1D轴锁
M124
现走点2A轴锁
M127
现走点2B轴锁
M130
现走点2C轴锁
M133
现走点2D轴锁
M136
现走点3A轴锁
M139
现走点3B轴锁
M142
现走点3C轴锁
M145
现走点3D轴锁
M148
现回原点A轴锁
M151
现回原点B轴锁
M154
现回原点C轴锁
M157
现回原点D轴锁
523 控制系统流程图设计
（1）总流程
开始
初始化
Y
原点设置？
N
进行原点设置
Y
回原点？
进行回原点
N
Y
示教？
进行示教
N
Y
现？
进行现
N
总流程控制功分析：首先机械臂进行初始化电机A电机B电机C电机D转速进行设置然进行原点设置便电机A电机B电机C电机DA轴B轴C轴D轴便运动然确定记住时位置作业原点记录A轴B轴C轴D轴前位置清零接着进行示教功轴相应检测位置时候记录检测点轴前位置回原点实现现功钮机械臂动运行走遍检测位置回原点
(2) 原点设置流程图
N
开始
N
M0闭合？
D轴动作
Y
N
M5闭合？
原点设置
Y
N
M1闭合？
确认返回
种前位置清零
Y
A轴动作
`
N
M2闭合？
Y
B轴动作
N
M3闭合？
Y
C轴动作
N
Y
M4闭合？
Y
原点设置功分析：M0原点设置钮M1应A轴M2应B轴M3应C轴M4应D轴首先判断M0否闭合果闭合进行原点设置接判断M1否闭合果M1闭合A轴动作果M1没闭合跳判断M2否闭合果M2闭合B轴动作果M2没闭合跳转判断M3没闭合果M3闭合C轴动作果M3没闭合跳转判断M4没闭合果M4闭合D轴动作果M4没闭合跳转判断M5没闭合果M5闭合确定返回轴前位置清零回判断M0否闭合
（3）回原点流程图
N
N
开始
Y
M12闭合？
A轴走完前位置脉数
B轴走完前位置脉数
C轴走完前位置脉数
D轴走完前位置脉数
回原点功分析：M12回原点钮先判断M12否闭合果M12闭合A轴B轴C轴D轴进行运动走完轴应前位置样回原点果M12没闭合返回继续判断M12否闭合
（4） 示教流程图
开始
N
M6闭合？
清点2
N
Y
M11闭合？
N
记点1
Y
M7闭合？
N
清点3
Y
N
记点2
M12闭合？
Y
M8闭合？
回原点
Y
N
记点3
M9闭合？
Y
N
清点1
M10闭合？
Y
示教功分析：示教实现功记点1记点2记点3清点1清点2清点3回原点实现示教功程中4寄存器时时记录轴脉数记录轴前位置记点时候轴需寄存器存放轴前位置清点时候直接点记录轴前位置寄存器清零回原点
开始
（5） 现流程图
N
M13闭合？
Y
原点出发运动点1
点3出发运动原点
点2出发运动点3
点1出发运动点2
现功分析：首先判断M13否闭合果M13闭合进行现功运动轨迹先原点运动1号点走完示教时候1号点相原点轴脉数接着1号点运动2号点走完2号点前位置相1号点轴脉数然2号点运动3号点走完3号点前位置相2号点轴脉数3号点回原点
第六章 软件控制
61 FX3U系列PLC指令系统
（1） LD指令：取功：a触点逻辑运算开始象软元件：XYMSDTC
（2） LDI指令：取反功：a触点逻辑运算开始象软元件：XYMSDTC
（3） LDF指令：取脉升功：检测脉升运算开始象软元件：XYMSDTC
（4） LDP指令：取脉降功：检测脉降运算开始象软元件：XYMSDTC
（5） AND指令：功：串联a触点象软元件：XYMSDTC
（6） ANI指令：反转功：串联b触点象软元件：XYMSDTC
（7） OR指令：功：联a触点象软元件：XYMSDTC
（8） ORI指令：反转功：联b触点象软元件：XYMSDTC
（9） OUT指令：输出功：线圈驱动指令象软元件：YMSDTC
（10） SET指令：置位功：保持线圈工作象软元件：YMSD
（11） RST指令：复位功：解保持动作前值寄存器清象软元件：YMSDTCRVZ
（12） PLSY指令：脉输出功脉输出象软元件：Y
（13） PLSR指令：带加减速脉输出功：运动带加减速脉输出象软元件：Y
（14） FMOV指令：点传送
（15） DADD指令：带进位32位加法指令
（16） END指令：结束
（17） RET指令：返回
（18） MOV指令：传送
（19） DMOV指令：32位传送
（20） DPLSY指令：32位连续执行型脉输出
（21） M8000指令：运行监视PLC执行户程序时M8000位ON停止时OFF
（22） M8029指令：脉发生结束标志位脉指令发生结束M8029会升
（23） M8002指令：初始化
62 编写PLC程序说明
（1） 初始化程序
图61示初始化程序包括设置电机A转速电机B转速电机C转速电机D转速单步脉轴电机转速进行设置实现机械臂回原点示教现功
图61 初始化程序
（2） 作业原点设置程序
图62示作业原点设置程序作业原点设置程序功进行原点设置实现回原点示教现功做准备段回原点程序中M0相原点设置总钮M1控制机械臂A轴运动相应M2控制B轴运动M3控制C轴运动M4控制D轴运动M0原点设置钮M1M2M3M4原点设置轴电机分输出原点设置实轴动动觉轴位置差时候M5确认返回钮轴前位置进行清零方便示教时候方便记录轴前位置样原点设置算完成
图62 原点设置程序
（3） 回原点程序
图63示回原点程序段程序里M12回原点钮M100实现功A轴锁M101实现功B轴锁M102实现功C轴锁M103实现功D轴锁段程序M104M106M108M110功保证轴动作DPLSY指令功32位连续执行型脉输出轴走完前位置然判断电机否送完脉A轴走完前位置判断电机否送完脉果启动B轴电机B轴运动B轴走完前位置判断电机否送完脉果启动C轴电机C轴运动C轴走完前位置判断电机否送完脉果启动D轴电机D轴运动然轴走完前位置回原点时记录轴前位置寄存器清零
图63 回原点程序
（4） 示教程序
图64示示教程序段程序里M6M7M8分代表记点1记点2记点3M6M7M8升里记录点轴前位置寄存器清零记录电机脉数寄存器样清零然M6M7M8里轴进行动作控制然M6M7M8降时候进行加法减法运算加法减法正转反转正转DADD指令减法DSUB指令达点点轴前位置记录然时需回原点功设置便现功实现清点功
图64 示教程序（原点1点）
（5） 现程序
图65示现功中部分原点走1号点现全程原点走1号点然1号点走2号点然2号点走3号点3号点回原点M13实现现功钮程中运动点需轴锁样保证轴动作点注意1号点运动2号点走2号点脉数相1号点样2号点3号点3号点回原点直接走完3号点轴前位置
图65 现程序（原点运动1点）
63 GXDeveloper编程软件方法
方法：
（1）创建新工程
选择[工程][创建新工程]次毕业设计中选FX3U系列PLC单击[确定]图66示
图66 创建新工程
（2）开工程
选择[工程][开工程]选择开文件单击[单击]图67示
图67 开工程
（3）文件保存关闭
执行[工程][保存工程]者[CTRL]+[S]键操作
（5） 输入梯形图
图68图69操作示
图68 梯形图输入
图69 梯形图输入
（5） 编辑操作
执行[编辑]指令通程序进行修改编辑
（6） 梯形图转换保存操作
F4键变换保存果途中出现梯形图没变换文件保存
（7） 程序检查
执行[诊断]菜单[诊断]命令进行程序检查
（8） 程序写入
PLC写入模式够进行程序编写
（9） 程序读取
PLC读取模式够进行程序读取
（10） 程序运行
PLC模式设RUN模式样程序运行
（11） 程序监视
直接点监视命令实现PLC程序监视观察结果输出状态
（12） 程序调试
程序运行程中出现错误程序进行调试达求实现功
64 Kinco HMIware触摸屏软件方法
（1） 新建工程
单击工具栏中[建立工程]命令输入工程名称选择工程文件夹保存路径单击[建立]完成新工程建立
（2） 设备选择连接参数设置
设备选择选择通讯方式：[元件库窗口][通讯连接]中选择串口拓扑结构窗口拖曳放置
设备选择选择HMI型号：[元件库窗口][HMI]中选择MT4414T拓扑结构窗口拖曳放置拖放HMI时系统会弹出[显示方式]话框求户选择触摸屏显示方式系统提供水垂直选项次毕业设计中选择水单击[OK]HMI双击进行参数设置
设备选择选择PLC型号：[元件库窗口][PLC]中选择Kinco PLC Series拓扑结构窗口拖曳放置双击PLC便进行参数设置里PLC选择型号FX3U系列
接进行设备连接选择HMI拖曳COM口通讯连接线左端直拖曳移动HMI时通讯连接线端着COM口移动时HMI串口电缆连接成功样方法连接PLC串口电缆
（3） 编辑组态画面
右击HMI图标弹出菜单中单击编辑组态
（4） 工程保存
单击基工具栏保存图标编辑工程画面进行保存
（5） 工程模拟
完成工程组态编辑通离线模拟功仿真组态工程运行时效果必次载工程HMI中极提高编程效率离线模拟时候首先组态工程进行编译
单击系统工具栏编译图标组态工程进行编译
编译成功单击系统工具栏离线模拟图标弹出[KHSimulator]话框
选择编译HMI然单击[模拟]钮开始模拟
（6） 工程载
离线模拟够反映工程画面显示效果涉PLC设备数采集输入输出控制组态工程需载HMI里面运行PLC设备建立通讯实际运行结果
65 触摸屏界面设计
（1） 触摸屏PLC设备连接设计
触摸屏PLC设备连接设计选触摸屏PLC拖进窗口串口连接COM端图610示
图610 设备连接图
(2) 界面设计
界面设计介绍机械臂够实现基功界面种基功选择分原点设置参数设置示教动运行设计四功选择钮基功时进行设计钮时候需做钮时功钮关闭时会切换应工作画面右角动运行指示灯回原点指示灯方便知道运行情况界面四种基功方式进入功界面切换开关动指示灯回原点指示灯组成详情图611示
图611 界面
（3） 原点设置界面设计
原点设置界面设计轴应两钮钮控制动作钮控制方外需8指示灯表明轴动作情况方情况图612示
图612 原点设置
（4）参数设置界面设计
参数设置界面设计四电机进行转速设置控制四电机输出速度保证机械臂运动更安全更方便图613示
图613 参数界面设置
（5） 示教界面设计
示教界面设计实现八功包括记点1记点2记点3清点1清点2清点3回原点返回界面功图614示
图614 示教界面
（6） 1号点设置界面设计
1号点界面设计够实现通轴运动达1号点记录1号点前位置样需8指示灯显示轴状态样方便操作者知道轴动作正转反转图615示
图615 1号点界面
（7） 2号点设置界面设计
2号点界面设计够实现通轴运动达2号点记录2号点前位置样需8指示灯显示轴状态样方便操作者知道轴动作正转反转图616示
图616 2号点界面
（8） 3号点设置界面设计
3号点界面设计够实现通轴运动达3号点记录3号点前位置样需8指示灯显示轴状态样方便操作者知道轴动作正转反转图617示
图617 3号点界面
（9） 动运行界面设计
动运行界面设计需钮轴运动点位置示教程中已记录存应寄存器里动运行需直接运行图618示
图618 动运行界面
第七章 总结
2016年3月份开始毕业设计次毕业设计课题机械臂控制系统设计首先课题知道分机械控制系统两部分关机械臂4度完成3旋转运动1移动运动机械部分完成机械臂零件图三维绘制装配图装配仿真绘制程中学Solidworks三维绘图软件进行零件图装配进行运动仿真控制系统方面设计机械臂实现功原点设置示教回原点现功程中学会GXDeveloper编程软件Kinco HMIware进行触摸屏界面设计老师细心指导完成三维图装配仿真PLC程序编写触摸屏界面设计
参考文献
1 机械设计手册编委会 机械设计手册（新版）[M] 北京机械工业出版社2004
2 王连明陈铁鸣机械设计第二版[M]哈尔滨工业学出版社1998200207
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11 胜杰 电气控制PLC系统 北京：机械工业出版社2013
12 孙景 PLC原理工程应 北京：机械工业出版社2008
13 晁阳 编程控制器原理应实例解析 北京：清华学出版社2007孙富春
14 沈裕康严武升杨庚辰电机电器[M]北京理工学出版社 1994
15 朱纪洪刘国栋机器学导—分析控制应（第二版）北京： 电子工业出版社2013
16 S Yurkovich and M Widjaja Fuzzy Controller Synthesis for an Inverted Pendulum System Control Eng Practice Vol 4 No 4 pp 445469 1996
17 Q Wei W P Dayawansa and W S Levine Non linear Controller for an Inverted Pendulum Having Restricted Travel Automatica Vol 31 No 6 pp841850 1995
18冯正进机电体化技术展[C]机电体化1995：5（3）：4344
附录1 PLC程序
图1 初始化程序
图2 原点设置程序
图3 示教程序
图4 回原点程序
图5 现程序
附录2 触摸屏界面
图1 界面
图2 原点设置界面
图3 参数设置界面
图4 示教界面
图6 1号点界面
图7 2号点界面
图8 3号点界面
图9 动运行界面
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前言 3
第章 绪 4
11课题背景 4
12机械臂国外发展现状 4
13 课题研究容 5
14课题意义 6
第二章 机械臂功分析方案确定 7
21 机械臂功分析 7
22 机械臂总体方案确定 7
221 机械系统方案确定 7
222 电气控制系统设计 7
23章结 7
第三章 机械臂机械系统设计 9
31 机械系统分析器件选择 9
311 步进电机选择 9
312 步进驱动器选择 9
32 机械臂机械运动设计 10
321确认4度机械臂机械运动方式 10
322运三维软件Solidworks绘制机械臂零件图 10
323 运Solidworks进行零件装配 11
324 运Solidworks进行仿真 12
第四章 编程控制器触摸屏 13
41 编程控制器 13
411概述 13
42工作原理 13
421硬件组成 13
422 编程控制器工作原理 13
43 编程控制器特点 14
44 编程控制器应发展前景 14
45 触摸屏概述 14
46 触摸屏发展发展趋势 15
461 触摸屏发展史 15
462 触摸屏发展趋势 15
第五章 机械臂控制系统研究 16
51 控制系统分析器件选择 16
511 控制系统分析 16
512 编程控制器选择 16
513 触摸屏选择 17
52 机械臂控制方案设计 18
521 确认控制方案绘制控制系统结构框图 18
522 机械臂控制原理IO端口分配 19
523 控制系统流程图设计 21
第六章 软件控制 26
61 FX3U系列PLC指令系统 26
62 编写PLC程序说明 27
63 GXDeveloper编程软件方法 35
64 Kinco HMIware触摸屏软件方法 38
65 触摸屏界面设计 39
第七章 总结 44
致谢 45
参考文献 46
附录1 PLC程序 47
附录2 触摸屏界面 63
前言
工业生产程中机械臂通常做工业机器够帮助工厂实现现代化道路重设备涉产品生产加工输送全程安全济运行直接关系工厂安全生产济利益机械臂常代完成高危险工作帮助工厂实现产品高质量减少次品生产工厂节省必劳动力时工厂带观济利益工业发展祖国繁荣富强工业机器研究投入具高价值现实意义
社会智化越越普正种情况机器孕育生家庭生活生产程机器发挥着越越作工工作程中会遇脏累危险工作时候需机器代工完成工作机器完成3D工作谓3D指Dirty（脏）Difficult(累)Dangerous(危险)工作
生产装配程中工装配零件时候总会出现种疏漏种零件漏装装错等会导致机械产品质量降威胁工身安全想办法避免类情况发生保证零件安装保证机械产品质量需台够实现零件缺失检测功机器机器样会疲劳会累会粗心意机器会机器确保零件安装尺寸确保零件遗漏安装机器零件检测系统种情况应运生
第章 绪
11课题背景
着全球济体化形成更工厂公司孕育生整机械行业市场竞争必愈演愈烈现公司机器生产安装程中会安装螺钉螺栓垫片等零部件安装工作数工完成机器样准确误安装零部件常导致机器缺少零部件缺少零部件样难确保机器安全性
面强竞争手时中国机械行业会处劣势国机械行业发展落国家祖国发展国机械行业领先世界国家果机械工厂目前止零件安装检测方面没技术突破没国家更先进检测技术国家机械什机械强国竞争底？确保国外举占领机械市场时候中国机械站稳脚？庆幸国已工厂机械研究中心已认识点机械国家重行业中国种行业受制必须加快研究步伐落国家毕业设计机械臂基础着重零部件检测系统进行细致研究
12机械臂国外发展现状
20世纪70年代开始国便开始机器研究年科技研究国已基掌握机器结构进行设计设计机器控制系统软件进行控制等关键技术段期间国出现机器研究沈阳动化研究清华学哈尔滨工业学北京航空航天学等
机器坐标样根机器坐标分直角（3P）圆柱坐标型（PRP）球坐标型（P2R）链式拟型（3R）选择性柔性装配机器臂（Selective Compliance Assembly Robot ArmSCARA）机械臂驱动器分伺服电机步进电机等现国机器应领域广泛包括机器加载取放操作焊接喷漆检测抽样装配制造医疗应帮助残疾危险环境应水太空难进入区域应等[15]
国外1962年美国研制出世界第台工业机器1966年美国Unimation公司生产机器AMF公司生产沃莎特兰机器早进入英国市场八十年代美国开始机器真正重视起日机器发展作战略产业韩国机器作增长发动机产业国政府开始采取措施鼓励企业研发机器1968年日美国恩格尔公司购买机器专利日机器产量已远远超美国成机器国直1978年日发明SCARA机器该机器3移运动1旋转运动
SCARA机器够确保机器水面运进行运动般两联旋转关节外关节做垂直运动SCARA机器常工厂装配机器特点XY面具柔性竖直方具强刚性SCARA机器具选择性柔性
13 课题研究容
1．提出：零部件安装说确保机器安装数目少时保证安装尺寸精度考虑尺寸精度影响工会存误差工安装会导致零部件安装全时保证安装尺寸精度传统方法进行改进必机械臂进行检测零部件安装情况必解机械臂身结构[14]时需解机械臂检测零部件工作原理控制系统进行设计[56]达检测零部件作提高效率公司更具竞争力
2．解决方法：解决工安装零部件存缺失问题机械臂加摄机检测零部件否安装齐全机械臂检测零部件技术四度机械臂前端装监视器固定点位置条直线进行零件检测果该点未安装零件发出警报果该点安装零件移动点通PLC[713]触摸屏进行编程控制通四步进电机[14]控制三机械臂摄机旋转运动
3．设计容：首先机械臂进行设计运Solidworks软件进行绘制三维模型否运动次运CAD画出电路原理图然运PLC软件安装点直线进行编程PLC设备进行连接装触摸屏实现示教等机交互操作控制机械臂运动 实现机械臂控制系统设计
14课题意义
建立真正够运动四度机械臂模型仅仅进行检测零部件系统设计先决条件终目机械臂设计终目获够进行零部件检测设计方案通机械臂进行运动分析应编程控制器软件GX Works进行编程装触摸屏实现示教等机交互操作控制机械臂运动通测试开始阶段帮助设计者发现设计缺陷提出改进方案通应触摸屏机械臂进行控制
第二章 机械臂功分析方案确定
21 机械臂功分析
机械臂功代正常完成动作零部件检测焊接搬运等实现实生活中疲乏时候工作细心时候会导致机器零部件安装全谓零部件缺失时候需机械臂代操作进行零部件安装检测工安装零部件时候否安装全果零件安装全时候系统需发出警报然工会安装缺失部分零件工工作时候时保证机械臂正常运行设计机械臂致程中保证机械臂具备功：
（1）正常旋转功机械臂检测零件程中必须保证机械臂旋转样相机移相应零件位置进行检测该位置否安装零件完成拍摄工作样清楚知道工作速度分两速度机械臂动运行时候速度示教时候
（2）示教功工着触摸屏时候次钮控制机械臂运动次完成三点检测
（3）现功工触摸屏面动运行钮机械臂会次性完成三点零件检测工作进行拍
（4）检测功机械臂运动相应零件位置时候时候进行检测时安装机械臂前段相机负责拍送回片信息
（5）报警功系统检测零件安装位置未装零件时候系统应该发出警报信息果安装零件发出警报继续零件位置检测
22 机械臂总体方案确定
221 机械系统方案确定
设计机械臂时候采步进驱动器步进电机4度机械臂需4步进电机4步进驱动器4度分3旋转度1移动度
222 电气控制系统设计
编程控制输出脉控制4步进电机运动触摸屏编程控制器相连接通触摸屏实现机械臂运动控制
23章结
章确定机械臂功检测零件否缺失果检测结果显示没缺失进行位置检测果该位置零件缺失发出警报工缺失零件补装时确定机械臂运动步进驱动器步进电机驱动步进驱动器步进电机相连接通编程控制器实现步进电机驱动编程控制器输入端触摸屏相连接通触摸屏键编程控制器进行输入编程控制器相应输出终实现机械臂运动控制
第三章 机械臂机械系统设计
31 机械系统分析器件选择
311 步进电机选择
想实现机械臂运动步进电动机必少需进行型号选择里选Kinco步进电机时候需根流程图计算保持扭矩选择步进电机型号
图31 步进电机选型步骤
根计算公式计算扭矩选步进电机分2S86Q051F62S86Q45802S57Q09562S42Q0240型号
312 步进驱动器选择
面已选完步进电动机光步进电机没步进电机直接连接编程控制器PLC步进电机间必须接入步进驱动器选完步进电机需选步进驱动器步已根计算选步进电机然根Kinco步进电机步进驱动器选型手册进步选取步进驱动器选步进驱动器必须步进电机图选型表
图32 步进电机步进驱动器选型表
根面选型表根选步进电机选择步进驱动器型号分：2CM8802CM8802CM5452CM525型号
32 机械臂机械运动设计
321确认4度机械臂机械运动方式
机械臂运动方式必须满足够检测三点4度机械臂分成三旋转运动移动运动前3电机控制A轴B轴C轴正反转第4电机控制轴升降轴前端放相机检测程中进行拍判断该点零件否缺少安装
322运三维软件Solidworks绘制机械臂零件图
首先进行机械臂零件图绘制零件图绘制步骤：
(1) 右击双击三维绘图软件Solidworks图标开Solidworks软件
(2) 新建文件
(3) 选择零件绘制
(4) 草图绘制
(5) 绘制零件草图
(6) 退出草图
(7) 进行拉伸者旋转
(8) 编辑材料
画完零件图存文件夹便装配时候添加
图电动机零件图示
图33 步进电机三维零件图
323 运Solidworks进行零件装配
SolidWorks进行装配步骤：
（1） 开SolidWorks三维绘图软件
（2） 新建文件选择装配体
（3） 开始装配体点浏览文件夹刚刚画零件存存放文件夹里完成零件添加进
（4） 开始配合零件成整体
（5） 搞清楚部分需动搞清楚样运动配合时候需注意
（6） 4度机械臂分四部分进行装配先底座开始装配开始三旋转副移动副
图34 新建装配体
图35 开始装配
324 运Solidworks进行仿真
三维软件Solidworks仿真步骤：
（1） 开SolidWorks三维绘图软件
（2） 菜单栏执行开文件命令
（3） 开装配体
（4） 进行仿真设置
图36 装配体
第四章 编程控制器触摸屏
41 编程控制器
411概述
编程控制器功变化端直时间变化变化着早期产品编程逻辑控制器简称PLC着微处理器发展编程控制器功越越强编程逻辑控制器已足描述功特点1980年美国NEMA重新编程逻辑控制器新简称新简称PC已PC简称计算机避免混乱继续采PLC代表编程控制器逻辑功美国数字设备公司（DEC）研制出世界第台公认PLC进行试国开始样新技术研究编程控制器越越迅速发展PLC引入新兴技术：微电子技术动控制技术计算机控制技术通信技术目取代继电器实现逻辑计时计数等控制功利工业控制装置提供新系统工业领域PLC控制技术应已成世界潮流
42工作原理
421硬件组成
编程控制器硬件组成微处理器CPUIO模块存储器模块电源模块PLC外部设备PLC通信联网PLCCPUPLC核心部分系统中着极重控制作系统中设备CPU控制进行工作PLC代继电器目提高系统性PLC具备编写程序功户通简单学知道编程软件编程指令然PLC种样型号认真学说明书户般会快掌握编程指令设备连接方式出PLC应确实越越广泛
422 编程控制器工作原理
PLC周期循环扫描工作方式分三阶段：输入处理执行户程序输出处理PLC方式开关ON时候PLC会执行阶段PLC方式开关OFF时候PLC时进行通信处理PLC联机离线编程
图41 PLC工作原理示意图
43 编程控制器特点
(1)编程方便
(2)灵活
(3)功强
(4)继电器控制
(5)体积
（6）重量轻
（7）耗低
44 编程控制器应发展前景
目前 PLC已应行业行业里PLC应控制系统实现复杂系统控制简单化PLC代继电器实现系统控制仅实现单台设备控制实现机器进行控制动化流水线相PLC优点减少机械触点体积消耗低仅PLC控制机器实现走直线者圆周路径功
满足市场需求PLC断改善发展新产品层出穷原PLC功更强未PLC发展趋势非两种(1)发展微型PLCPLC体积更专业化更强运行速度更快功更强价格更低（2）发展型PLCPLC更加网络化功化提高性适应型企业工厂更实现企业动化
45 触摸屏概述
触摸屏（Touch Panel）作种新输入设备目前简单方便然种机交互方式触摸屏具坚固耐响应速度快节省空间易交流等许特点利种技术户需动动手指实现系统控制方便广户触摸屏产生控制系统操作起更方便快捷触摸屏分表面声波触摸屏电阻式触摸屏电容式触摸屏红外线式触摸屏
46 触摸屏发展发展趋势
461 触摸屏发展史
着计算机技术越越普触摸屏技术出现属种新机交互作技术种技术操作脱离键盘鼠标直接利触摸屏进行系统控制电容式触摸屏分表面电容触摸屏投射电容触摸屏电容式触摸屏组成：（1）模拟感应器 （2）双智控制器
462 触摸屏发展趋势
触摸屏技术发展越越快带动产业迅速发展工厂里操作工需通计算机实现机器控制方便计算机操作计算机知进行设备控制触摸屏技术种具发展空间交互式输入技术国重视政府予力物力支持企业更资源进行研制开发新型触摸屏断涌现市场里：触摸笔触摸板触摸屏
第五章 机械臂控制系统研究
51 控制系统分析器件选择
511 控制系统分析
次毕业设计中采触摸屏代开关开关需实现参数设置原点设置回原点示教现拍功（1）参数设置需设置A轴B轴C轴D轴电机转速（2）原点设置进行原点设置时候需A轴B轴C轴D轴四轴进行控制运动(3)回原点机械臂运动定位置时候时候果需回原点需开关里直接触摸屏（4）示教示教功里需A轴B轴C轴D轴四轴进行控制运动运动相应位置（5）现实现现功模块里需开关（6）拍样需开关
512 编程控制器选择
里选日三菱公司生产PLC三菱公司生产PLC型号FX系列A系列Q系列适范围
FX系列PLC特点：型化体式结构性价较高控制IO点数相较少目前控制IO点数PLCFX3U系列控制256IO端口适控制单机说研制开发设备
Q系列PLC特点：需单独配置电源等支持种网络通信控制IO点数规模4096点适中型系统者设备
A系列PLC特点：体积较A系列PLC程序处理方面相Q系列具劣势现A系列PLC已逐步停产退出市场
通实验室里现PLC已学知识次设计选三菱公司生产FX3U48MR型编程控制器
图51 三菱FX 3U系列PLC
表51 三菱FX3U系列PLC技术参数
513 触摸屏选择
步科机界面机界面领域领先者国拥领先市场位完整高中低端产品线稳定硬件简单易组态软件环境优良性价业长期推崇
次毕业设计中选MT4414T型号触摸屏MT4414T昆山家名优佰特电子科技限公司机器动化领域推出款7寸HMIMT4414T需EV500组态软件V16版支持型号硬件
表52 触摸屏MT4414T性规格表
型号
MT4414T
显示模块
7TFT
显示色彩
65536彩色
分辨率
800*480
背光类型
LED
高度
300cdm2
液晶寿命
50000时
触控面板
4线 精密电阻网络（表面硬度4H）
CPU
400MHz RISC
存储器
128M FLASH+64M SDRAM
拓展存储器
RTC&配方存储器
512KB+实时时钟
印接口
串口
太网
支持
程序载
USB串口
通讯接口
COM0RS4852W4W RS232 COM2 RS232
52 机械臂控制方案设计
521 确认控制方案绘制控制系统结构框图
设计控制电路需1触摸屏1编程控制器4两相步进电机4步进驱动器组成触摸屏目代输入开关该控制电路输出4两相步进电机步进电机直接编程控制器相连接需驱动器驱动运转需编程控制器步进电机间加步进驱动器样确保步进电机运转4度机械臂零件检测4度3转动副移动副组成4步进电机分3步进电机控制旋转1步进电机控制升降4步进电机选择型号分2S42Q02402S57Q09562S86Q45802S86Q051F64步进驱动器选择型号分2CM5252CM5452CM8802CM880编程控制器选择型号FX3U 48MTES(A)触摸屏型号选择型号MT4414T
表53 控制电路器件详细功表
序号
名称
功
1
步进电机A
实现A轴旋转
2
步进电机B
实现B轴旋转
3
步进电机C
实现C轴旋转
4
步进电机D
实现D轴旋转
5
步进驱动器A
驱动步进电机A运动
6
步进驱动器B
驱动步进电机B运动
7
步进驱动器C
驱动步进电机C运动
8
步进驱动器D
驱动步进电机D运动
9
编程控制器
编程控制运动
10
触摸屏
代开关进行输入
图52 接线图
522 机械臂控制原理IO端口分配
机械臂运动通编程控制器进行程序编写然写进编程控制器里面触摸屏相开关编程控制器进行输入编程控制器输出端连接步进驱动器紧接着步进驱动器驱动步进电机运动控制机械臂运动
表54 控制电路IO端口分配表
软元件
功
Y0
发送脉
Y1
控制B轴动作
Y2
控制A轴方
Y3
控制B轴方
Y4
控制A轴动作
Y5
控制C轴动作
Y6
控制D轴动作
Y10
控制C轴方
Y11
控制D轴方
Y12
拍
M0
原点设置
M1
A轴动作
M3
B轴动作
M4
C轴动作
M5
D轴动作
M6
记点1
M7
记点2
M8
记点3
M9
清点1
M10
清点2
M11
清点3
M12
回原点
M13
现
M14
拍
M100
回原点A轴锁
M101
回原点B轴锁
M102
回原点C轴锁
M103
回原点D轴锁
M111
现走点1A轴锁
M112
现走点1B轴锁
M113
现走点1C轴锁
M114
现走点1D轴锁
M124
现走点2A轴锁
M127
现走点2B轴锁
M130
现走点2C轴锁
M133
现走点2D轴锁
M136
现走点3A轴锁
M139
现走点3B轴锁
M142
现走点3C轴锁
M145
现走点3D轴锁
M148
现回原点A轴锁
M151
现回原点B轴锁
M154
现回原点C轴锁
M157
现回原点D轴锁
523 控制系统流程图设计
（1）总流程
开始
初始化
Y
原点设置？
N
进行原点设置
Y
回原点？
进行回原点
N
Y
示教？
进行示教
N
Y
现？
进行现
N
总流程控制功分析：首先机械臂进行初始化电机A电机B电机C电机D转速进行设置然进行原点设置便电机A电机B电机C电机DA轴B轴C轴D轴便运动然确定记住时位置作业原点记录A轴B轴C轴D轴前位置清零接着进行示教功轴相应检测位置时候记录检测点轴前位置回原点实现现功钮机械臂动运行走遍检测位置回原点
(2) 原点设置流程图
N
开始
N
M0闭合？
D轴动作
Y
N
M5闭合？
原点设置
Y
N
M1闭合？
确认返回
种前位置清零
Y
A轴动作
`
N
M2闭合？
Y
B轴动作
N
M3闭合？
Y
C轴动作
N
Y
M4闭合？
Y
原点设置功分析：M0原点设置钮M1应A轴M2应B轴M3应C轴M4应D轴首先判断M0否闭合果闭合进行原点设置接判断M1否闭合果M1闭合A轴动作果M1没闭合跳判断M2否闭合果M2闭合B轴动作果M2没闭合跳转判断M3没闭合果M3闭合C轴动作果M3没闭合跳转判断M4没闭合果M4闭合D轴动作果M4没闭合跳转判断M5没闭合果M5闭合确定返回轴前位置清零回判断M0否闭合
（3）回原点流程图
N
N
开始
Y
M12闭合？
A轴走完前位置脉数
B轴走完前位置脉数
C轴走完前位置脉数
D轴走完前位置脉数
回原点功分析：M12回原点钮先判断M12否闭合果M12闭合A轴B轴C轴D轴进行运动走完轴应前位置样回原点果M12没闭合返回继续判断M12否闭合
（4） 示教流程图
开始
N
M6闭合？
清点2
N
Y
M11闭合？
N
记点1
Y
M7闭合？
N
清点3
Y
N
记点2
M12闭合？
Y
M8闭合？
回原点
Y
N
记点3
M9闭合？
Y
N
清点1
M10闭合？
Y
示教功分析：示教实现功记点1记点2记点3清点1清点2清点3回原点实现示教功程中4寄存器时时记录轴脉数记录轴前位置记点时候轴需寄存器存放轴前位置清点时候直接点记录轴前位置寄存器清零回原点
开始
（5） 现流程图
N
M13闭合？
Y
原点出发运动点1
点3出发运动原点
点2出发运动点3
点1出发运动点2
现功分析：首先判断M13否闭合果M13闭合进行现功运动轨迹先原点运动1号点走完示教时候1号点相原点轴脉数接着1号点运动2号点走完2号点前位置相1号点轴脉数然2号点运动3号点走完3号点前位置相2号点轴脉数3号点回原点
第六章 软件控制
61 FX3U系列PLC指令系统
（1） LD指令：取功：a触点逻辑运算开始象软元件：XYMSDTC
（2） LDI指令：取反功：a触点逻辑运算开始象软元件：XYMSDTC
（3） LDF指令：取脉升功：检测脉升运算开始象软元件：XYMSDTC
（4） LDP指令：取脉降功：检测脉降运算开始象软元件：XYMSDTC
（5） AND指令：功：串联a触点象软元件：XYMSDTC
（6） ANI指令：反转功：串联b触点象软元件：XYMSDTC
（7） OR指令：功：联a触点象软元件：XYMSDTC
（8） ORI指令：反转功：联b触点象软元件：XYMSDTC
（9） OUT指令：输出功：线圈驱动指令象软元件：YMSDTC
（10） SET指令：置位功：保持线圈工作象软元件：YMSD
（11） RST指令：复位功：解保持动作前值寄存器清象软元件：YMSDTCRVZ
（12） PLSY指令：脉输出功脉输出象软元件：Y
（13） PLSR指令：带加减速脉输出功：运动带加减速脉输出象软元件：Y
（14） FMOV指令：点传送
（15） DADD指令：带进位32位加法指令
（16） END指令：结束
（17） RET指令：返回
（18） MOV指令：传送
（19） DMOV指令：32位传送
（20） DPLSY指令：32位连续执行型脉输出
（21） M8000指令：运行监视PLC执行户程序时M8000位ON停止时OFF
（22） M8029指令：脉发生结束标志位脉指令发生结束M8029会升
（23） M8002指令：初始化
62 编写PLC程序说明
（1） 初始化程序
图61示初始化程序包括设置电机A转速电机B转速电机C转速电机D转速单步脉轴电机转速进行设置实现机械臂回原点示教现功
图61 初始化程序
（2） 作业原点设置程序
图62示作业原点设置程序作业原点设置程序功进行原点设置实现回原点示教现功做准备段回原点程序中M0相原点设置总钮M1控制机械臂A轴运动相应M2控制B轴运动M3控制C轴运动M4控制D轴运动M0原点设置钮M1M2M3M4原点设置轴电机分输出原点设置实轴动动觉轴位置差时候M5确认返回钮轴前位置进行清零方便示教时候方便记录轴前位置样原点设置算完成
图62 原点设置程序
（3） 回原点程序
图63示回原点程序段程序里M12回原点钮M100实现功A轴锁M101实现功B轴锁M102实现功C轴锁M103实现功D轴锁段程序M104M106M108M110功保证轴动作DPLSY指令功32位连续执行型脉输出轴走完前位置然判断电机否送完脉A轴走完前位置判断电机否送完脉果启动B轴电机B轴运动B轴走完前位置判断电机否送完脉果启动C轴电机C轴运动C轴走完前位置判断电机否送完脉果启动D轴电机D轴运动然轴走完前位置回原点时记录轴前位置寄存器清零
图63 回原点程序
（4） 示教程序
图64示示教程序段程序里M6M7M8分代表记点1记点2记点3M6M7M8升里记录点轴前位置寄存器清零记录电机脉数寄存器样清零然M6M7M8里轴进行动作控制然M6M7M8降时候进行加法减法运算加法减法正转反转正转DADD指令减法DSUB指令达点点轴前位置记录然时需回原点功设置便现功实现清点功
图64 示教程序（原点1点）
（5） 现程序
图65示现功中部分原点走1号点现全程原点走1号点然1号点走2号点然2号点走3号点3号点回原点M13实现现功钮程中运动点需轴锁样保证轴动作点注意1号点运动2号点走2号点脉数相1号点样2号点3号点3号点回原点直接走完3号点轴前位置
图65 现程序（原点运动1点）
63 GXDeveloper编程软件方法
方法：
（1）创建新工程
选择[工程][创建新工程]次毕业设计中选FX3U系列PLC单击[确定]图66示
图66 创建新工程
（2）开工程
选择[工程][开工程]选择开文件单击[单击]图67示
图67 开工程
（3）文件保存关闭
执行[工程][保存工程]者[CTRL]+[S]键操作
（5） 输入梯形图
图68图69操作示
图68 梯形图输入
图69 梯形图输入
（5） 编辑操作
执行[编辑]指令通程序进行修改编辑
（6） 梯形图转换保存操作
F4键变换保存果途中出现梯形图没变换文件保存
（7） 程序检查
执行[诊断]菜单[诊断]命令进行程序检查
（8） 程序写入
PLC写入模式够进行程序编写
（9） 程序读取
PLC读取模式够进行程序读取
（10） 程序运行
PLC模式设RUN模式样程序运行
（11） 程序监视
直接点监视命令实现PLC程序监视观察结果输出状态
（12） 程序调试
程序运行程中出现错误程序进行调试达求实现功
64 Kinco HMIware触摸屏软件方法
（1） 新建工程
单击工具栏中[建立工程]命令输入工程名称选择工程文件夹保存路径单击[建立]完成新工程建立
（2） 设备选择连接参数设置
设备选择选择通讯方式：[元件库窗口][通讯连接]中选择串口拓扑结构窗口拖曳放置
设备选择选择HMI型号：[元件库窗口][HMI]中选择MT4414T拓扑结构窗口拖曳放置拖放HMI时系统会弹出[显示方式]话框求户选择触摸屏显示方式系统提供水垂直选项次毕业设计中选择水单击[OK]HMI双击进行参数设置
设备选择选择PLC型号：[元件库窗口][PLC]中选择Kinco PLC Series拓扑结构窗口拖曳放置双击PLC便进行参数设置里PLC选择型号FX3U系列
接进行设备连接选择HMI拖曳COM口通讯连接线左端直拖曳移动HMI时通讯连接线端着COM口移动时HMI串口电缆连接成功样方法连接PLC串口电缆
（3） 编辑组态画面
右击HMI图标弹出菜单中单击编辑组态
（4） 工程保存
单击基工具栏保存图标编辑工程画面进行保存
（5） 工程模拟
完成工程组态编辑通离线模拟功仿真组态工程运行时效果必次载工程HMI中极提高编程效率离线模拟时候首先组态工程进行编译
单击系统工具栏编译图标组态工程进行编译
编译成功单击系统工具栏离线模拟图标弹出[KHSimulator]话框
选择编译HMI然单击[模拟]钮开始模拟
（6） 工程载
离线模拟够反映工程画面显示效果涉PLC设备数采集输入输出控制组态工程需载HMI里面运行PLC设备建立通讯实际运行结果
65 触摸屏界面设计
（1） 触摸屏PLC设备连接设计
触摸屏PLC设备连接设计选触摸屏PLC拖进窗口串口连接COM端图610示
图610 设备连接图
(2) 界面设计
界面设计介绍机械臂够实现基功界面种基功选择分原点设置参数设置示教动运行设计四功选择钮基功时进行设计钮时候需做钮时功钮关闭时会切换应工作画面右角动运行指示灯回原点指示灯方便知道运行情况界面四种基功方式进入功界面切换开关动指示灯回原点指示灯组成详情图611示
图611 界面
（3） 原点设置界面设计
原点设置界面设计轴应两钮钮控制动作钮控制方外需8指示灯表明轴动作情况方情况图612示
图612 原点设置
（4）参数设置界面设计
参数设置界面设计四电机进行转速设置控制四电机输出速度保证机械臂运动更安全更方便图613示
图613 参数界面设置
（5） 示教界面设计
示教界面设计实现八功包括记点1记点2记点3清点1清点2清点3回原点返回界面功图614示
图614 示教界面
（6） 1号点设置界面设计
1号点界面设计够实现通轴运动达1号点记录1号点前位置样需8指示灯显示轴状态样方便操作者知道轴动作正转反转图615示
图615 1号点界面
（7） 2号点设置界面设计
2号点界面设计够实现通轴运动达2号点记录2号点前位置样需8指示灯显示轴状态样方便操作者知道轴动作正转反转图616示
图616 2号点界面
（8） 3号点设置界面设计
3号点界面设计够实现通轴运动达3号点记录3号点前位置样需8指示灯显示轴状态样方便操作者知道轴动作正转反转图617示
图617 3号点界面
（9） 动运行界面设计
动运行界面设计需钮轴运动点位置示教程中已记录存应寄存器里动运行需直接运行图618示
图618 动运行界面
第七章 总结
2016年3月份开始毕业设计次毕业设计课题机械臂控制系统设计首先课题知道分机械控制系统两部分关机械臂4度完成3旋转运动1移动运动机械部分完成机械臂零件图三维绘制装配图装配仿真绘制程中学Solidworks三维绘图软件进行零件图装配进行运动仿真控制系统方面设计机械臂实现功原点设置示教回原点现功程中学会GXDeveloper编程软件Kinco HMIware进行触摸屏界面设计老师细心指导完成三维图装配仿真PLC程序编写触摸屏界面设计
参考文献
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18冯正进机电体化技术展[C]机电体化1995：5（3）：4344
附录1 PLC程序
图1 初始化程序
图2 原点设置程序
图3 示教程序
图4 回原点程序
图5 现程序
附录2 触摸屏界面
图1 界面
图2 原点设置界面
图3 参数设置界面
图4 示教界面
图6 1号点界面
图7 2号点界面
图8 3号点界面
图9 动运行界面
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