【电气工程及其自动化】基于plc的四自由度机械手控制系统设计

本科生毕业论文（设计）基于PLC的四自由度机械手控制系统设计二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2014年5月10日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1绪论111设计背景112设计的目的和意义2121可以提高生产过程的自动化程度3122可以改善劳动条件、避免人身事故313研究现状及发展趋势3131机械手的研究现状及发展趋势3132PLC控制系统的研究现状及发展趋势414课题主要研究内容52基于PLC控制机械手方案的确定521整体设计522功能作用523各模块功能的简单介绍63系统硬件介绍631控制系统接线图632机械手设计内容7321机械手结构示意图7322机械手工作流程7323控制要求833步进电机及其驱动8331步进电机特点8332四相步进电机的工作方式8333步进电机原理图834PLC控制器选型935电气接线简图94系统软件设计1141整体设计11411总流程设计11412手动功能设计12413单步功能设计13414循环功能设计1442程序设计15421公用程序16422自动操作程序175人机界面设计1951组态MCGS软件的介绍19511MCGS的优点19512MCGS组态软件的整体结构1952组态MCGS与PLC通信1953系统的MCGS组态环境206调试207结论与展望22参考文献22附录24附录A、梯形图24附录B、指令表32致谢36基于PLC的四自由度机械手控制系统设计摘要本文介绍一种基于PLC的四自由度机械手控制系统设计方案。方案中实现了步进电机在机械手中的定位应用,详细论述四自由度机械手控制系统的硬件结构及软件实现方法,并建立MCGS组态环境界面对系统的运行进行监控。关键词PLC四自由度机械手步进电机MCGS组态环境FOURDOFMANIPULATORCONTROLSYSTEMDESIGNBASEDONPLCABSTRACTAFOURDEGREEOFFREEDOMMANIPULATORCONTROLSYSTEMDESIGN,WHICHBASEDONPLC,ISINTRODUCEDINTHISTHESISTHEAPPLICATIONOFSTEPPINGMOTORINMANIPULATORHASBEENREALIZEDTHEHARDWARESTRUCTUREANDSOFTWAREIMPLEMENTATIONOFFOURDEGREEOFFREEDOMMANIPULATORCONTROLSYSTEMHASBEENDISCUSSEDINDETAILTHEMCGSCONFIGURATIONINTERFACETOMONITOROPERATIONOFTHESYSTEMHASBEENSETUPKEYWORDSPLCFOURDEGREESOFFREEDOMMANIPULATORSTEPPINGMOTORMCGSCONFIGURATIONENVIRONMENT1绪论11设计背景1969年美随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。如果机械手发生某些偏离时，会引起零部件甚至机械本身的损坏，但若有了传感反馈自动，机械手就可以根据反馈自行调整。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐1。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。借助PLC强大的工业处理能力，很容易实现工业生产的自动化。基于此思路设计的机械手，在实现各种要求的工序前提下，大大提高了工业过程的质量，而且大大解放了生产力，改善了工作环境，减轻了劳动强度，节约了成本，提高了生产效率，具有十分重要的意义1。美国数字设备公司（DEC）研制出世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国（GM）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER）。70年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（PROGRAMMABLECONTROLLER）。但由于PC易于个人计算机（PROGRAMMABLECOMPUTER）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程器的缩写。1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。PLC是集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位，可编程控制器，简称PLC。它在集成电路，计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有1可靠性高、抗干扰能力强2设计、安装容易，维护工作量少3功能强、通讯性好4开发周期短、成功率高5体积小、重量轻、功耗低等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。因此，进行机械手的PLC控制系统的设计，可以推动机械手行业的扩展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。12设计的目的和意义机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故2。在机械工业中在机械工业中，机械手的应用具有以下意义121可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。122可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。13研究现状及发展趋势131机械手的研究现状及发展趋势机器人（ROBOT）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感器技术、人工智能、仿生学等多种学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。而且机器人应用情况是反映一个国家工业自动化水平的重要标志。目前，工业机器人技术在制造业的应用范围越来越广泛，已经从传统制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿、建筑、农业、灾难救援等各种非制造行业。但汽车工业认识工业机器人的主要应用领域。据了解，美国60的工业机器人用于汽车生产；全世界用于汽车工业的工业机器人已经达到总用量的37，用于汽车零部件的工业机器人约占24。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机器手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动化控制技术、传感技术和计算机技术的科学领域，是一门跨学科综合性技术。目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。在国内主要是逐步扩大应用范围，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元3。国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业。国外发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。132PLC控制系统的研究现状及发展趋势自从美国DEC公司1968年研制成世界上第一台可编程控制器到现在，PLC技术得到了飞速的发展，在美国、日本、德国、法国等工业发达国家已发展成为重要的产业，PLC产品已成为工业领域中占主导地位的基础自动化设备，在国际市场上成为倍受欢迎的畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为一种世界潮流。从我国国内市场使用情况来看，进口大、中型PLC以美国和欧洲产品为主，小型PLC以日本产品为主。前者数量较少，后者数量较多。目前，PLC的产品多达数百种，厂家遍布世界各地，不同领域、不同厂家的产品在使用上相差甚远，甚至同一厂家不同系列的产品在编程语言和编程方法上也有较大差异。PLC技术的发展动向主要表现有以下（1）规模上向大小两头发展。（2）编程语言向标准化靠拢。（3）输入输出模块智能化和专用化。（4）网络通信功能标准化。（5）控制与管理功能一体化。14课题主要研究内容本课题主要研究的是基于PLC的四自由度机械手模型控制系统的设计，包括硬件的设计和软件的设计。重点是通过模拟仿真设计编制PLC程序实现机械手模型控制系统的自动控制。利用组态MCGS软件设计出人机界面，进行设备和数据对象的连接，实现机械手的监控。通过组态MCGS将机械手的动作过程的参数实时显示，使机械手的动作形象化。提供较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，为维修和故障诊断提供多方面的可能性，提高系统的工作效率4。2基于PLC控制机械手方案的确定21整体设计本控制系统以三菱FX2NPLC为核心，与上位机，外部按钮与传感器，驱动电路，动力执行元件共同组成。设计框架如图1所示。图1控制系统设计框架图22功能作用本控制系统中，上位机用于实时显示运行时的各参数，如实时坐标，期望坐标，循环次数等。同时上位机也用于用户功能参数的设定，如期望坐标设定，手动、自动设定，自动运行又包括单步运行、循环运行等。外部传感器用于原点检测与运行安全保护。按钮用于手动控制机械手的动作。通过上位机和按钮的输入，通过PLC的程序运算与控制输出，使各电机相互配合动作，实现机械手在用户设定的坐标点之间往返运作。23各模块功能的简单介绍1上位机模块显示PLC实时运行状态，用户功能参数设定2按钮及传感器模块硬件监视PLC运行安全，手动与紧急控制3PLC模块进行运算和对执行元件的控制功能4驱动电路模块将PLC输出信号转换成功率而控制执行元件5执行元件模块执行动作实现机械手的各种动作功能3系统硬件介绍31控制系统接线图图2控制系统接线图32机械手设计内容321机械手结构示意图机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式和机械式机械手,气动式的需要气源，必须要有空压机或者有空压机站供给气源，其主要的优点是过载保护性能好，具有防爆性，可以在有瓦斯气体等危险气体场合使用。电动式的需要电源，不需要气源等，使用方便、省力。机械式的最为简单，成本低，价格也低。本方案选用电动式机械手，如图35。图3机械手示意图1、手爪张开闭合2、手腕旋转3、水平移动4、升降5、立柱旋转6、手爪7、手腕电动机8、横轴9、竖轴10、竖轴电动机11、横轴电动机12、底盘13、底盘电动机322机械手工作流程机械手工作流程是开始运行后，如果机械手不在初始位置上，步进电动机先回到初始位置横轴向手抓反方向移动，竖轴向上移动。归位后首先横轴步进电动机工作，横轴前伸；前伸到位后，手爪电动机得电带动手爪旋转；当传感器检测到限位磁头时，电动机停止，PLC控制电磁阀动作，手张开；延时一段时间，竖轴步进电动机工作，竖轴下降；下降到位后，电磁阀复位，手爪夹紧；延时过后，竖轴上升，同时横轴缩回、底盘电动机带动底盘旋转；当横轴、竖轴、底盘都到位后，横轴前伸；到位后手爪旋转，然后竖轴下降，电磁阀动作，手爪张开；延时后竖轴上升复位，然后开始下一周期动作。323控制要求1手臂上下直线运动。2手臂左右直线运动。3手腕旋转运动。4手爪夹紧动作。5机械手整体旋转运动。手臂采用步进电机驱动，由PLC发出控制脉冲控制步进电动机运转,实现手臂的进给和定位，手爪采用气压驱动。33步进电机及其驱动331步进电机特点给步进脉冲电机就转，不给步进脉冲电机就不转；步进脉冲的频率越高，步进电机转得越快；改变各相的通电方式，可以改变电机的运行方式；改变通电顺序，可以控制电机的正、反转。332四相步进电机的工作方式四相步进电机的工作方式有单四拍工作方式，双四拍工作方式，单双八拍。工作方式本方案选单四拍工作方式，它的特点是精度好，功耗小其电机控制绕组A、B、C、D相的正转通电顺序为ABCDA；反转通电顺序为ADCBA。333步进电机原理图图4步进电机原理图文中机械手，所需精度不很高，力矩也不要太大。步进电机选用的是35BYJ4624V步进电机，步距角为75/4375，电流DC028A/相，额定转速1/85（RPM）R/MIN，最大静力矩160MNM。所选用的步进电机驱动器是L298N电机驱动器，控制信号直流3355V驱动电机电压DC524V,可驱动直流（530V之间电压的电机）,最大输出电流2A,特点有具有信号指示、转速可调、抗干扰能力强等等。34PLC控制器选型FX2N是三菱公司推出的高性能小型可编程控制器,FX系列PLC中应用最广泛的产品。FX系列PLC输出方式有继电器输出、可控硅输出、晶体管输出，本设计需要驱动多个步进电机，输出频率较高，故采用晶体管型输出。输入输出触点计算本机械手采用了四个四相五线制步进电机做关节驱动，所用输出触点16个；末端夹具用气动驱动，用一个电磁阀控制，所用触点1个；一个报警灯，用触点1个，输出触点共22个9。机械手自动部分每个关节配2个限位开关，共8个；机械手手动部分每个关节配2个输入端，共8个；电磁阀手爪2个；手动、启动、回原点、单步、单周期、连续、停止各一个，共7个。输入触点一共25个9。PLC选型时应考虑20左右的预留触点，故综合比较，本设计选用DC24VD的FX2N64MT型号的PLC。35电气接线简图图5电气接线简图表1输入触点名称输出触点名称X0启动Y01电机A相X1上限位Y11电机B相X2下限位Y21电机C相X3左限位Y31电机D相X4右限位Y42电机A相X5手顺转限位Y52电机B相X6手逆转限位Y62电机C相X7底盘顺转限位Y72电机D相X10底盘逆转限位Y103电机A相X11手动Y113电机B相X12回原点Y123电机C相X13单步Y133电机D相X14单周期Y144电机A相X15连续Y154电机B相X16停止Y164电机C相X17夹紧Y174电机D相X20松开Y20气动系统电磁阀X21下降Y21外接报警器X22上升X23左行X24右行X25手顺转X26手逆转X27底盘顺转X30底盘逆转4系统软件设计41整体设计411总流程设计启动之后，首先是根据各关节的限位开关状态检测机械手是否在原点位置，如果不在原点，则需要手动复位至原点。若已在原点，则进入准备就绪状态，可以启动工作。此时，要根据操作选择是手动功能、单步功能或循环功能运行。每当一个运行方式结束，应让机械手回到原点位置，然后再次选择运行方式。流程图如下图6。开始是否在原点准备就绪是开始结束否手动单周期循环否结束CASE1CASE2CASE3手动复位是图6总流程图412手动功能设计手动功能不用设定各种运行参数，运行时将根据操作员的输入而控制不同的电机动作，实现不同关节的依次控制，同时会记录和显现机械手的实时坐标，以便于操作员参考与控制。开始手动准备就绪结束横电机转转手爪旋转手张开否返回主菜单CASE1CASE2CASE3是竖电机转CASE4手爪夹紧CASE5底盘旋转图7手动功能流程图413单步功能设计循环功能需先设定目标坐标1、目标坐标2，以及在目标坐标上的夹具动作等参数。每次按下启动，则从原点出发，移动到目标坐标1做相应动作，再移动到目标坐标2做相应动作，回到原点等待下一步指令。CASE6开始单步准备就绪结束否返回主菜单是运行到坐标1是夹具动作启动夹具动作运行到坐标2返回原点图8单步功能流程图414循环功能设计循环功能需先设定目标坐标1、目标坐标2，以及在目标坐标上的夹具动作，还需要设定循环次数。工作时，参数设定后，启动，则机械手先从原点移动到目标坐标1，做相应动作，再移动到目标坐标2，做相应动作，计数加一，如果计数未达到设定值，则返回坐标1，循环。当计数达到设定值时，机械手返回原点，停机等待下一步命令。开始循环初始化（坐标、计数参数设定）计数满否返回主菜单是运行到坐标1是夹具动作计数加1启动夹具动作运行到坐标2返回原点图9循环功能流程图42程序设计机械手控制系统软件设计的程序总体结构如图10，分为公用程序、自动程序、手动程序和回原位程序等四部分。其中自动程序包括单步、连续运动程序，因它们的工作顺序相同所以可将它们和编在一起。CJ（FNC00）是条件跳转应用指令，指针标号PX是其操作数。该指令由于某种条件下跳过CJ指令和指针标号之间的程序，从指针标号处继续执行，以减少程序执行时间。如果选择“手动”工作方式，即X0为ON，X1为OFF则PLC执行完公用程序后将跳过自动程序到P0处，由于X0动断触点断开所以直接执行“手动程序”。由于P1处的X1的动断触点闭合，所以又跳过回原位程序到P2处。如果选择“回原位”工作方式，同样只执行公用程序和回原位程序，如果选择“连续”方式，则只执行公用程序和自动程序。图10程序总的结构图421公用程序公用程序如图11，简要说明如下当Y6复位（电磁阀松开）、后限位X21和上限位X17接通时，辅助继电器M0变为ON，表示机械手在原位。如果开始执行用户程序（M8002为ON）、系统处于手动或回原位状态（X0或X1为ON），那么初始步对应的M10被置位，连续工作方式做好准备。如果M0为OFF，M10被复位，系统不能进入连续工作方式。指令ZRST是成批复位应用指令，以防止系统从自动方式转换手动方式，再返回自动方式时出现两种不同的活动步。图11公用程序梯形图422自动操作程序自动操作顺序功能流程图见图12所示。当机械手处于原位时，按启动X4接通，状态转移到S1，驱动前伸Y3，当到达前限位使行程开关X20接通，状态转移到S2，而S1自动复位。驱动手顺转Y7，X24接通，状态转移到S3，驱动下降Y2，X16接通，状态转移到S4，S4驱动Y6置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。当T0接通，状态转移到S5，驱动Y0上升，当上升到达最高位，X17接通，状态转移到S6。S6驱动Y4后退。移到后限位，状态转移到S7底逆转Y12，状态到S8，X20接通，状态转移到S9下降。下降到最低位，X16接通，电磁铁放松。为了使电磁力完全失掉，延时1秒。延时时间到，T1接通，状态转移到S11上升。上升到最高位，X25接通，状态转移到S13后退。后退到后限位，使X21接通，状态转移到S14，底盘顺转是X21接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。因此步进顺控的编程，比起用基本指令编程较为容易，可读性较强。自动连续程序说明当系统处于自动连续方式时，X2为ON，它的动合触点闭合，在初始步时按下启动按钮X4，M1得电并保持，就按照图12自动功能图进行工作。按下停止按钮X7后，M1变为OFF，系统不会立即停止，而是完成当前的工作周期后，机械手最终停止在原位。5人机界面设计51组态MCGS软件的介绍511MCGS的优点MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠512MCGS组态软件的整体结构MCGS61软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。图13MCGS组态软件的整体结构52组态MCGS与PLC通信图14组态MCGS与PLC通信53系统的MCGS组态环境MCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件,具有功能完善,操作简便,可视性好,可维护性强的突出特点。图15为四自由度机械手系统工作时的MCGS组态环境界面,它包括主界面、手动工作方式界面和自动工作方式界面。图15机械手控制系统的MCGS界面6调试程序调试，是将编制的程序投入实际运行前，用手工或编译程序等方法进行测试，修正语法错误和逻辑错误的过程。调试方法主要有一，简单调试方法步骤1，在程序中插入监控输出语句、优点是能够显示程序的动态过程，比较容易检查源程序的有关信息。确定是效率低，可能输入大量无关的数据，发现错误带有偶然性。2，运行部分程序。有时为了测试某些被怀疑有错的程序段，却将整个程序反复执行许多次，在这种情况下，应设法使被测程序只执行需要检查的程序段，以提高效率。3，借助调试工具。目前大多数程序设计语言都有专门的调试工具，可以用这些工具来分析程序的动态行为。二，回溯法排错。确定最先发现错误症状的地方，人工沿程序的控制流往回追踪源程序代码，直到找到错误或范围。三，归纳法排错。是一种系统化的思考方法，是从个别推断全体的方法，这种方法从线索（错误征兆出发），通过分析这些线索之间的关系找出故障。主要有4步（1）收集有关数据。收集测试用例，弄清测试用例观察到哪些错误征兆，以及在什么情况下出现错误等信息。（2）组织数据。整理分析数据，以便发现规律，即什么条件下出现错误，什么条件下不出现错误。（3导出假设。分析研究线索之间的关系，力求找出它们的规律，从而提出关于错误的一个或多个假设，如果无法做出假设，则应设计并执行更多的测试用例，以便获得更多的数据。（4）证明假设。证明假设的合理性是极其重要的，不经证明就根据假设排除错误，往往只能消除错误的征兆或只能改正部分错误。证明假设的方法是用它解释所有原始的测试结果，如果能圆满地解释一切现象，则假设得到证明，否则要么是假设不成立或不完备，要么是有多个错误同时存在。四，演绎法排错。设想可能的原因，用已有的数据排除不正确的假设，精化并证明余下的假设。五、对分查找法。可用赋值语句或输入语句在程序中的关键点附近“注入”这些变量的正确值，然后检查程序的输出。如果输出结果是正确的，则表示错误发生在前半部分，否则，不妨认为错误在后半部分。这样反复进行多次，逐渐逼近错误位置。7结论与展望本次毕业设计通过对机械手的结构、工作原理以及控制系统和驱动的了解，通过查阅相关资料，设计了通过上位机和PLC控制某四自由度机械手的控制系统。设计的控制系统能通过读取上位机上用户输入的坐标，循环次数，运行方式等控制参数，控制机械手的运行。而且能在上位机上显示实时坐标，工作状态，简单的报警信息提示等，较为直观。在编写程序过程中遇到不少问题，通过自己的努力和老师的帮助，能实现原定功能，且学习了更新颖的算法和程序结构，进一步深入了解PLC编程细节。由于个人知识欠缺和时间的限制，上位机中的密码设置还没搞懂，导致本设计的上位机程序编写是没有密码设置保护，这对机械手正常运行时得不到一个比较好的保护；还有就是报警功能比较单一。另外，步进电机采用开环控制，在运行时，步进电机的失步故障不能全面的检测与保护，这也会使机械手在运行时有坐标丢失隐患。此次毕业设计的课题为基于PLC的四自由度机械手，对于一名电气工程专业的学生来说，这次毕业设计的题目还是比较适合我的。此课题可以对我之前所学各门课程的知识进行一个总结，以提高我的综合素质，对于我日后的工作将会有很大的帮助。参考文献1李金泉，杨向东，付铁码垛机器人机械结构与控制系统设计M北京理工大学出版社，20111562802韩建海工业机器人M华中科技大学出版社，20091133111003廖晓梅三菱PLC编程技术及工程案例精选M机械工业出版社，201211504韩晓新，邢绍邦，刘海燕从基础到实践PLC与组态王M机械工业出版社，2011301695徐新，王莉，许其清，钱厚亮人机界面与网络应用技术M机械工业出版社，20121222556范永胜，王岷电气控制与PLC应用（第二版）M中国电力出版社，2004601707蒋刚，龚迪琛，蔡勇，刘念聪，张静工业机器人M西南交通大学出版社，20111032448郭洪红工业机器人（第二版）M西安电子科技大学出版社，201123150附录附录A、梯形图附录B、指令表步进电机初值0LDM80021SETS03MOVH101K4M08MOVH101K4M4013MOVH101K4M6018MOVK5D0振荡电路23LDIT20124OUTT200D027LDT20028OUTT201D0急停31LDX01232ZRSTS0S5037ZRSTY000Y24442SETS044STLS045LDS1346LDM10647ORM10748ANB49SETS2051LDM10852SETS1054LDIX00055ORIX00156ORIX00257ORIX00358ORIX00459SETS3661STLS2062CALLP565CALLP768CALLP971LDS2072SETS2174STLS3675OUTY02576LDM10877SETS1179LDM10980SETS3782STLS2183CALLP1586LDM21487SETS2289STLS1090LDS1091SETS4193STLS1194LDS1195SETS4197STLS3798CALLP8101CALLP7104CALLP9107LDS37108SETS38110STLS22111RSTM214112CALLP12115CALLP13118CALLP14121CALLP11124LDM202125ANDM205126ANDM206127ANDM211128SETS23手动控制130LDM110131ORM111132CALLP11135MPS136ANIM111137OUTM203138MPP139ANIM110140OUTM201141LDM112142ORM113143CALLP12146MPS147ANIM113148OUTM206149MPP150ANIM112151OUTM204152LDM114153ORM115154CALLP13157MPS158ANIM115159OUTM209160MPP161ANIM114162OUTM207163LDM116164ORM117165CALLP14168MPS169ANIM117170OUTM212171MPP172ANIM116173OUTM210174LDIM108175OUTS0177CALLP15自动控制180LDM214181SETS39183STLS23184ZRSTM201M212189CALLP10192LDS23193SETS24195STLS39196RSTM214197CALLP12200CALLP13203CALLP14206CALLP11209LDM202210ANDM204211ANDM208212ANDM211213SETS40215STLS24216CALLP15219LDM214220SETS25222STLS40223ZRSTM201M212228LDS40229OUTS0231STLS25232RSTM214233OUTT0K30236MPS237ANDM120238SETY024239MRD240ANIM120241RSTY024242MPP243CALLP9246CALLP6249CALLP7252LDT0253SETS26255STLS26256CALLP15259LDM214260SETS27262STLS27263RSTM214264CALLP12267CALLP13270CALLP14273CALLP11276LDM202277ANDM205278ANDM206279ANDM211280SETS28282STLS28283ZRSTM201M212288CALLP10291LDS28292SETS29294STLS29295LDM214296SETS30298STLS30299RSTM214300OUTT0K30303MPS304ANDM121305SETY024306MRD307ANIM121308RSTY024309MPP310INCPD221313LDT0314SETS31316STLS31317OUTC0D220320LDC0321ORIM106322SETS32324LDIC0325ANIM107326OUTS20328STLS32329RSTC0331CALLP8334CALLP7337CALLP9340LDS32341SETS33343STLS33344CALLP15347LDM214348SETS34350STLS34351RSTM214352CALLP12355CALLP13358CALLP14361CALLP11364LDM202365ANDM205366ANDM208367ANDM211368SETS36370STLS35371ZRSTM201M212376LDS35377OUTS0379RET380FEND381LDT201382MPS383ANIM108384CMPPD205D200M201391MRD392ANDM203393ANIX005394RORPK4M0K1399INCPD205402MPP403ANDM201404ANIX000405ROLPK4M0K1410DECPD205413SRET414LDT201415MPS416ANIM108417CMPPD6D201M204424MRD425ANDM206426ANIX006427RORPK4M20K1432INCPD206435MPP436ANDM204437ANIX001438ROLPK4M20K1443DECPD206446SR