機(jī)械手plc課程設(shè)計(jì)--基于plc機(jī)械手的控制

1、<p>　　PLC課程設(shè)計(jì)任務(wù)說明書</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1．1設(shè)計(jì)的目的和意義……………………………03</p><p>　　1．2設(shè)計(jì)項(xiàng)目發(fā)展情況……………………………04</p>

2、<p>　　1．3設(shè)計(jì)原理………………………………………04</p><p>　　第二章各控制設(shè)備的控制方式及控制要求……… 06</p><p>　　2．1機(jī)械手的機(jī)能與特性…………………………06</p><p>　　2．2機(jī)械手的分類…………………………………06</p><p>　　2．3軀干和傳動(dòng)系統(tǒng)…………………………

3、……08</p><p>　　2．4控制按鈕………………………………………09</p><p>　　2．5電磁式繼電器…………………………………09</p><p>　　第三章控制流程 ……………·…………………………10</p><p>　　3．1控制流程…………………………………………10</p><p>

4、;　　3．2機(jī)械手現(xiàn)場器件與PLC內(nèi)部繼電器對(duì)照表……11</p><p>　　3．3PLc與現(xiàn)場器件連接圖…………………………11</p><p>　　第四章PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ……………………………12</p><p>　　4．1PLc機(jī)型選擇……………………………………12</p><p>　　4．2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)………………………

5、………12</p><p>　　4．3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)………………………………13第五章機(jī)械手的設(shè)計(jì)過程………………………………15</p><p>　　5. 1程序設(shè)計(jì)思路……………………………………15</p><p>　　5. 2梯形圖……………………………………………17</p><p>　　5. 3相關(guān)調(diào)試圖………………………………

6、………21</p><p>　　第六章設(shè)計(jì)小結(jié)…………………………………………24</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………25</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　機(jī)械手是模仿人的手部動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和操作的自動(dòng)裝置。它特

7、別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作中代替人作業(yè)，機(jī)械手雖然目前還不如然手那樣靈活，但它具有不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此獲得日益廣泛的應(yīng)用。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好

8、地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。</p><p>　　通過對(duì)機(jī)電一體化專業(yè)大學(xué)?？迫甑乃鶎W(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，對(duì)工業(yè)機(jī)械手各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和功能的論述和分析，設(shè)計(jì)了一種機(jī)械手通過PLC系統(tǒng)來編寫程序控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡。例如：(1)機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普

9、遍。(2)在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。(3)可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。</p><p>　?。?）可在危險(xiǎn)場合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。(5）宇宙及海洋的開發(fā)。(6)軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。 </p><p>　　（7）低壓配電電器 這類電器包

10、括刀開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)，熔斷器和 自動(dòng)開關(guān)等</p><p>　?。?）低壓控制電器 包括接觸器，控制繼電器，主令開關(guān)，啟動(dòng)器和電磁鐵等．主要用于電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)和用電系統(tǒng)中，要求壽命長，體積小且工作可靠</p><p>　?。?）自動(dòng)電器 自動(dòng)電器是按照外來的信號(hào)或某個(gè)物理量的變化而自動(dòng)動(dòng)作的電器，如接觸器，繼電器等． （10）非自動(dòng)電器 是通過人工或外力直接而操作而動(dòng)的電器，如按鈕

11、行程開關(guān)等．</p><p><b>　　第一章：緒論</b></p><p>　　1．1、設(shè)計(jì)的目的和意義．</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生完成本專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的最后一個(gè)極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過的基本理論、基本知識(shí)與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練。這對(duì)學(xué)生即將從事的相關(guān)技術(shù)工作和未來事業(yè)的

12、開拓都具有一定意義。其主要目的：</p><p>　　(1)、 培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識(shí)。、</p><p>　　(2)、培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。</p><p>　　(3)、培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖冊(cè)工具書進(jìn)行設(shè)計(jì)

13、計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。</p><p>　　(4)、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。</p><p>　　在發(fā)達(dá)國家，機(jī)械手已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個(gè)領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)部門應(yīng)用最多的當(dāng)推汽車工業(yè)和電子工業(yè)，在金屬加工、塑料成型、機(jī)械制造等行業(yè)也有普遍應(yīng)用，并逐漸向纖維加工業(yè)、食品工業(yè)、家用產(chǎn)品

14、制造等行業(yè)發(fā)展。在工業(yè)生產(chǎn)和其它應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫，腐蝕，有毒氣體以及人的有限體能等種種劣勢(shì)的限制，工作效率很低。自從機(jī)械手問世以來，相應(yīng)的各種難題應(yīng)刃而解。機(jī)械手由耐高溫，防腐蝕的材料制成，工作效率極高，而且不受體能的限制，非常方便。</p><p>　　機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動(dòng)化裝置；而可編程控制器(P L

15、 c)由于其具有的高可靠性、編程方便、易于使用和修改，易于擴(kuò)展和維護(hù)，環(huán)境要求低、體積小巧，安裝調(diào)試方便，在工業(yè)控制中有著廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1．2、設(shè)計(jì)項(xiàng)目發(fā)展情況</p><p>　　我國機(jī)械手的研究和應(yīng)用起步較晚，但是隨著國內(nèi)外機(jī)械手的快速發(fā)展、社會(huì)需求的增大和技術(shù)的進(jìn)步，裝配機(jī)械手得到了迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，是推動(dòng)

16、裝配機(jī)械手發(fā)展的直接動(dòng)力。PLc是可編程序控制器的簡稱，于60年代末期在美國首先出現(xiàn)，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，PLc己十分成熟與完善。當(dāng)前的中國，隨著生產(chǎn)力的迅猛發(fā)展，工業(yè)發(fā)展的步伐越來越快在各行業(yè)各領(lǐng)域，對(duì)自動(dòng)化程度的要求也愈來愈高．了更好地適應(yīng)這種情況，科學(xué)技術(shù)必須被廣泛地應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中，而PLc以其自身的優(yōu)勢(shì)，在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)扮演著重要的角色，不容忽視!&

17、lt;/p><p>　　PLc它也是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)．它采用可編程續(xù)的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程．PLc技術(shù)近年來發(fā)展很快，并逐漸取代繼電器。跨i’具有通用性強(qiáng)，使用方便，適應(yīng)面廣，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，編程簡單等特點(diǎn)，弛t：在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位。總之，為了準(zhǔn)確地掌握PLc

18、的基本知識(shí)和基本應(yīng)用，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我選擇了該題目。</p><p><b>　　1．3、設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)．驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)構(gòu)成．。機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)又包括手部、手臂和軀干。手部安裝在最前端，任務(wù)是來準(zhǔn)確的抓取工件，當(dāng)然一說到手一定是與人的相似，所以必須具備手指，而且應(yīng)具有與人手相似的動(dòng)作或能代替人完成一系列的動(dòng)作，以此來達(dá)到

19、目的。手臂的作用是用來輔助手部準(zhǔn)確的抓住工件并能夠轉(zhuǎn)移到所需要的位置，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)有兩種：一個(gè)是上下直線運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)是左右直線運(yùn)動(dòng)。因此其必須安裝有液壓缸、電液脈沖馬達(dá)、電磁閥等作為其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力部分或輔助系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其主要以電氣和氣壓驅(qū)動(dòng)為主，只有少量的運(yùn)用液壓和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　液壓驅(qū)動(dòng)主要是驅(qū)動(dòng)大體積的重型工業(yè)設(shè)備如：鍋爐等。它的優(yōu)點(diǎn)是壓

20、力高、體積小、力量大動(dòng)作平穩(wěn)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)繁瑣．成本高．而且需要配備壓力源。氣壓驅(qū)動(dòng)的元件是氣壓缸、氣壓馬達(dá)等。一般采用4—6個(gè)大氣壓．也有一些更大的．具體要根據(jù)實(shí)際情況來定，雖然它的力量比較小、體積比較重，但是出于廉價(jià)，而且不影響動(dòng)作。所以我們的手部采用此種驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　電氣驅(qū)動(dòng)時(shí)，直線運(yùn)動(dòng)可以采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母機(jī)構(gòu)。我們通用的機(jī)械手則考慮到用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直或交流司服電機(jī)、和變速箱等電氣驅(qū)動(dòng)有

21、動(dòng)力源簡單、維護(hù)和使用比較方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用一種形式的動(dòng)力，力量比較大。所以本設(shè)計(jì)用該種驅(qū)動(dòng)形式。蕞且是電磁閥驅(qū)動(dòng)氣壓缸的形式。</p><p>　　機(jī)械手的控制要素主要包括工作的順序、能提起多大的重量、運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、到達(dá)的位置等。具體還要加上點(diǎn)控和連續(xù)控制。</p><p>　　控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求設(shè)計(jì)數(shù)字順序。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后在根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)工作。為了

22、使其程序簡單、修改容易等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用PLC控制系統(tǒng)來完成操作。</p><p><b>　　進(jìn)度安排</b></p><p>　　1. 明確設(shè)計(jì)任務(wù)和控制要求 1天</p><p>　　2. 查閱資料，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證 1天</p><p>　　3. 系統(tǒng)硬件選型及外部連線設(shè)計(jì)

23、1天</p><p>　　4. 控制系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)調(diào)試 2天</p><p>　　5. 設(shè)計(jì)資料軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試 2天</p><p>　　6. 設(shè)計(jì)資料匯總、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告 2天</p><p>　　7. 答辯 1天</p><

24、p>　　第二章 各電器設(shè)備的控制方式及控制要求</p><p>　　2．1、機(jī)械手的機(jī)能和特性</p><p>　　機(jī)械手最顯著的特點(diǎn)有以下幾個(gè)：</p><p><b>　　(1)可編程</b></p><p>　　生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是柔性自動(dòng)化。機(jī)械手可隨其工作環(huán)境變化的需要再編程，因此它在小批量多品種具

25、有均衡高效率的柔性制造過程中能發(fā)揮很好的功用，是柔性制造系統(tǒng)(FMS)中的一個(gè)重要組成部分。</p><p><b>　　(2)擬人化</b></p><p>　　機(jī)械手在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人的小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化機(jī)械手還有許多類似人類的“生物傳感器”，如接觸傳感器、力傳感器、負(fù)載傳感器等．傳感器提高了機(jī)器手對(duì)周圍環(huán)境的白適應(yīng)能力。<

26、;/p><p><b>　　(3)通用性</b></p><p>　　除了專門設(shè)計(jì)的專用機(jī)器手外，一般機(jī)械手在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。比如，更換機(jī)械手手部末端操作器(手爪、工具等)便可執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。</p><p><b>　　(4)機(jī)電一體化</b></p><p>　　機(jī)械手技術(shù)

27、涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛，但是歸納起來是機(jī)械學(xué)和微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。因此，機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展必將帶動(dòng)其它技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平也可以從一個(gè)方面驗(yàn)證一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和水平。</p><p><b>　　2．2機(jī)械手的分類</b></p><p>　　目前世界各國對(duì)處于發(fā)展階段的機(jī)械手還沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，大致有以下幾

28、種分類方法。</p><p><b>　　1．按使用范圍分類</b></p><p>　　(1)固定程序的專用機(jī)械手通常根據(jù)主機(jī)的特定要求設(shè)計(jì)成固定程序(或</p><p>　　簡單的可變程序)。這種機(jī)械手多為氣動(dòng)或液動(dòng)。</p><p>　　氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是：介質(zhì)

29、李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動(dòng)工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器：介質(zhì)

30、清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問題．</p><p>　　(2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小(一般不卜澆塞僅為油路的干分之一)，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。</p><p>　　(3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要0．02s—O．3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自

31、動(dòng)控制。</p><p>　　(4)能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。</p><p>　　(5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。 </p><p>　　(6)成本低廉。由于氣動(dòng)系

32、統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為：由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對(duì)

33、氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。</p><p>　　(7)可編程序的通用機(jī)械手工作程序可變，以適應(yīng)不同的工作對(duì)象，通用性強(qiáng)，適合于以多品種、中小批量生產(chǎn)為特點(diǎn)的柔性制造系統(tǒng)中。</p><p>　　2．按使用行業(yè)、部門和用途分類</p><p>　　(1)工業(yè)機(jī)械手它們又可按作業(yè)類別分為鍛壓、焊接、表面噴涂、裝卸、裝配、檢測等</p>

34、<p>　　(2)采掘機(jī)械手如海洋探礦機(jī)器人的機(jī)械手等。</p><p>　　(3)軍事用途機(jī)械手</p><p>　　(4)服務(wù)機(jī)械手如醫(yī)療機(jī)械手，家用機(jī)器人(機(jī)械手)等。</p><p>　　3．按機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制方式分類</p><p>　　(1)點(diǎn)位控制(PTP)機(jī)器手就是由點(diǎn)到點(diǎn)的控制方式，這種控制方式只能在目標(biāo)點(diǎn)處準(zhǔn)確

35、控制機(jī)械手末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，完成預(yù)定的操作要求。目前應(yīng)用的工業(yè)機(jī)械手中，很多是屬于點(diǎn)位控制方式的，如上下料搬運(yùn)機(jī)械手。</p><p>　　(2)連續(xù)軌跡控制(cP)機(jī)械手機(jī)器人的各關(guān)節(jié)同時(shí)作受控運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確控制機(jī)器人末端執(zhí)行器按預(yù)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，并能控制末端執(zhí)行器沿軌跡上各點(diǎn)的姿態(tài)?；『浮娖岷蜋z測機(jī)械手等均屬連續(xù)軌跡控制方式</p><p>　　根據(jù)力學(xué)的觀點(diǎn)，自由度指的是力學(xué)

36、系統(tǒng)的獨(dú)立坐標(biāo)的個(gè)數(shù)。力學(xué)系統(tǒng)由一組坐標(biāo)來描述。比如一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的三維空間中的運(yùn)動(dòng)，由x，y，z三個(gè)坐標(biāo)來描述；或者在球坐標(biāo)系中，由r，e，(P三個(gè)坐標(biāo)描述。描述系統(tǒng)的坐標(biāo)可以自由的選取，但獨(dú)立坐標(biāo)的個(gè)數(shù)總是一定的，即系統(tǒng)的自由度。本設(shè)計(jì)的機(jī)械手共有三個(gè)自由度，即：手臂的伸縮、手臂的上下擺動(dòng)、手指的抓握。</p><p>　　2．3軀干和傳動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　機(jī)械手的傳動(dòng)分為液壓、氣壓

37、、電氣和機(jī)械四種，本設(shè)計(jì)采用綜合傳動(dòng)方式，</p><p>　　即手臂采用電氣傳動(dòng)，而手爪采用氣壓傳動(dòng)。</p><p><b>　　(1)夾緊機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　機(jī)械手的是抓取工件的部分。因此要準(zhǔn)確迅速的抓起工件是設(shè)計(jì)的最起碼的要求。當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)手爪時(shí)，首先要知道機(jī)械手的坐標(biāo)形式、運(yùn)動(dòng)的速度和加速度的具體要求，還要考慮被夾緊的物體

38、的重量、大小和慣性來計(jì)算。同時(shí)還要考慮手爪的開口尺寸，以保證有足夠的開口來抓取工件。為了防止工件在被夾緊是有損壞，所以我們要在手</p><p>　　爪的接觸部分加上彈性棉墊。為了防止電源臨時(shí)出現(xiàn)故障。所以我們應(yīng)該對(duì)其工件加以保護(hù)。</p><p>　　夾緊機(jī)構(gòu)的形式是多樣的，有吸盤式的、有機(jī)械式的，為了簡化我們的設(shè)計(jì)，所以我們采用機(jī)械式的夾緊機(jī)構(gòu)。</p><p>

39、;　　機(jī)械式的夾緊機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用很廣泛的一種，它主要是更能夠與人的動(dòng)作相協(xié)調(diào)，可以直線運(yùn)動(dòng)等。本設(shè)計(jì)采用二指氣動(dòng)手爪，利用PLc技術(shù)來完成其的某部分的動(dòng)作。</p><p><b>　　(2)軀干</b></p><p>　　軀干是由底盤和手臂兩大部分組成的。</p><p>　　底盤是支撐機(jī)械手的重量的機(jī)構(gòu)，在本設(shè)計(jì)中只起到支撐的作用。手臂是

40、機(jī)械手的主要部分它由操作機(jī)的動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成，是用于支承和調(diào)整手腕和末端執(zhí)行器位置的部件，它主要是對(duì)手爪起到一個(gè)支撐作用，其也是通過可編程控制器的脈沖信號(hào)來控制電磁閥驅(qū)動(dòng)氣壓缸控制手臂完成各種運(yùn)動(dòng)的．</p><p><b>　　2．4 控制按鈕</b></p><p>　　控制按鈕是一種利用人手來操作，、并具有能使彈簧復(fù)位的一種控制開關(guān)，在低壓電路中，常用

41、于發(fā)布動(dòng)作命令，遠(yuǎn)距離控制各種電磁開關(guān)，再用電磁開關(guān)控制電動(dòng)機(jī)等?？刂瓢粹o常開按鈕常用設(shè)備的起動(dòng)，常閉按鈕常用設(shè)備的停止。</p><p><b>　　2．5電磁式繼電器</b></p><p>　　電磁式繼電器廣泛用于電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，其結(jié)構(gòu)及工作原理與接觸器類似，也是由電磁機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)系統(tǒng)組成。繼電器只能用于切換電流較小的控制電路或保護(hù)電路(各觸點(diǎn)允許通過的電流多

42、為5A)，繼電器可對(duì)多種輸入信號(hào)量的變化作出反映，而接觸器只能對(duì)電壓信號(hào)作出反應(yīng)。</p><p><b>　　第三章控制流程</b></p><p><b>　　3．1控制流程：</b></p><p>　　機(jī)械手通常處于原位，圖中sQl為下限位開關(guān)，SQ2為上限位開關(guān)，SQ3$~SQ4分別為右、左限位開關(guān)，機(jī)械手的上下

43、左右移動(dòng)以及工件的夾持與松開均由電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸來實(shí)現(xiàn)的，由電磁閥YVl控制機(jī)械手下降，YV2負(fù)責(zé)夾持及松開工件，YV3使機(jī)械手上升，YV4控制機(jī)械手右移，YV5控制機(jī)械手左移。搬運(yùn)工件時(shí)，先按下起動(dòng)按鈕sBl，YVl得電動(dòng)作，機(jī)械手先由原位下降，碰到下限位開關(guān)sQl后Yvl失電，停止下降；電磁閥YV2動(dòng)作將工件夾持，移動(dòng)到右限位開關(guān)sQ3位置時(shí)，Yv4失電停止右移；YVl得電，改為下降，至碰到下限位開關(guān)SQimI，Yv2失電，機(jī)械手將工

44、件松開，放在工作臺(tái)上，為確?？煽克砷_，機(jī)械手在該位置停留2s時(shí)間，然后使YV3得電機(jī)械手上升；碰到上限位開關(guān)SQ2后，Yv3失電上升停止，YV5得電改為左移，回到原位，壓動(dòng)左限位開關(guān)SQ4．Yv5失電，機(jī)械手停在原位，完成一次搬運(yùn)過程，再按下起動(dòng)按鈕又重復(fù)上述過程。</p><p><b>　　機(jī)械手動(dòng)作順序表</b></p><p>　　3．2、繪制機(jī)械手現(xiàn)場器件與

45、PLC內(nèi)部繼電器對(duì)照表</p><p>　　根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作順序表選定的各開關(guān)、電磁閥等現(xiàn)場器件和PLc內(nèi)部等效繼電器的地址編號(hào)，得到機(jī)械手現(xiàn)場器件和PLc</p><p>　　3．3、繪制PLC與現(xiàn)場器件的連接圖。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　4．1 PLC機(jī)型的選擇</p><p>

46、　　PLc機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比的最優(yōu)化機(jī)型。進(jìn)行選型時(shí)．魚叢／輸出的選擇，工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I／0接口楚監(jiān)來實(shí)現(xiàn)的，最好是選用繼電器形式輸出，還要根據(jù)絀系統(tǒng)的要求確定所需要的I／0點(diǎn)數(shù)。此外，PLC最主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可能是單個(gè)機(jī)器，機(jī)群或一個(gè)生產(chǎn)過程。不同型號(hào)的PLc有不同的適用范圍。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對(duì)象的復(fù)雜

47、程度，進(jìn)行I／o點(diǎn)數(shù)和I／0點(diǎn)的類型(數(shù)字量、模擬量等)統(tǒng)計(jì)，列出清單。適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，確定適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔慷焕速M(fèi)資源的機(jī)型(小、中、大形機(jī)器)，j丕應(yīng)考慮到PLc的處理程度能否滿足控制的要求、編程器與外圍設(shè)備的選擇等。根據(jù)I／0點(diǎn)數(shù)等因素確定本設(shè)計(jì)的PLC型號(hào)為：．F1___一40MR三菱系列小型PLc具有性價(jià)比高、功能完善、指令豐富等優(yōu)點(diǎn)能夠滿足控制的各種要求，因此我們采用此系列的PLc來控制這個(gè)開關(guān)量系統(tǒng)。</p&g

48、t;<p>　　4．2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　PLCfl~硬件設(shè)計(jì)主要是~'PLCg[-部設(shè)備的設(shè)計(jì)，硬件之PLC系統(tǒng)是當(dāng)中的核心，它可以獨(dú)立的完成智能的處理。它的作用是采集起重機(jī)運(yùn)行時(shí)各機(jī)構(gòu)狀況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按其相應(yīng)的程序做處理，并同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)通過串口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊，其cPu發(fā)布指令給輸出模塊調(diào)節(jié)各機(jī)構(gòu)運(yùn)行動(dòng)作。硬件設(shè)計(jì)更是PLc控制系統(tǒng)的至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，這關(guān)系著PL

49、C控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。主要包括輸入和輸出電路兩部分。</p><p>　　1 PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC供電電源一般fijAC85--240V，適應(yīng)電源范圍較寬，但應(yīng)該加裝抗干擾裝置，PLC輸入電路電源一般應(yīng)采用Dc 24V，同時(shí)其帶負(fù)載時(shí)要注意容量，并作好防短路措施，這對(duì)系統(tǒng)供電安全和PLc安全至關(guān)重要，因?yàn)樵撾娫吹倪^載或短路都將影響PLc

50、的運(yùn)行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。</p><p>　　2 PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計(jì)</p><p>　　依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各種指示燈、變頻器／數(shù)字直流調(diào)速器的啟動(dòng)停止應(yīng)采用繼電器輸出，它適應(yīng)于高頻動(dòng)作，并且響應(yīng)時(shí)間短：如果PLc系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下，應(yīng)首選繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設(shè)計(jì)簡單，抗干擾和帶負(fù)載

51、能力強(qiáng)。</p><p>　　如果PLc輸出帶電磁線圈等感性負(fù)載，負(fù)載斷電時(shí)會(huì)對(duì)PLc的輸出造成浪電</p><p>　　流的沖擊，為此，對(duì)直流感性負(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對(duì)交流感性負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護(hù)PLc。</p><p>　　當(dāng)對(duì)于兩個(gè)重要輸出量，不僅在PLc內(nèi)部互鎖，建議在PLc外部也進(jìn)行硬件上的互鎖，以加強(qiáng)PLc系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性

52、。</p><p>　　對(duì)于常見的AC220V交流開關(guān)類負(fù)載，例如交流接觸器、電磁閥等，應(yīng)該通過DC24V微小型中間繼電器驅(qū)動(dòng)，避免PLc的D0接點(diǎn)直接驅(qū)動(dòng)，盡管PLc手冊(cè)標(biāo)稱具有AC220V交流開關(guān)類負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。</p><p><b>　　3行程開關(guān)：</b></p><p>　　行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在

53、實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關(guān)廣泛用于各類機(jī)床和起重機(jī)械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。</p><p>　　4．3 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)可以著手軟件的設(shè)

54、計(jì)工作。軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求將工藝流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，這是PLC應(yīng)用的最關(guān)鍵的問題，程序的編寫是軟件設(shè)計(jì)的具體表現(xiàn)。在控制工程的應(yīng)用中，良好的軟件設(shè)計(jì)思想是關(guān)鍵，優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)便于工程技術(shù)人員理解掌握、調(diào)試系統(tǒng)與日常系統(tǒng)維護(hù)。</p><p>　　1 PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)思想</p><p>　　由于生產(chǎn)過程控制要求的復(fù)雜程度不同，可將程序按結(jié)構(gòu)形式分為基本程序</p

55、><p><b>　　和模塊化程序。</b></p><p>　　基本程序：既可以作為獨(dú)立程序控制簡單的生產(chǎn)工藝過程，也可以作為組合模塊結(jié)構(gòu)中的單元程序：依據(jù)計(jì)算機(jī)程序的設(shè)計(jì)思想，基本程序的結(jié)構(gòu)方式只有三種：順序結(jié)構(gòu)、條件分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　模塊化程序：把一個(gè)總的控制目標(biāo)程序分成多個(gè)具有明確子任務(wù)的程序模塊，分別編寫和調(diào)試，最

56、后組合成一個(gè)完成總?cè)蝿?wù)的完整程序。這種方法叫做模塊化程序設(shè)計(jì)。我們經(jīng)常采用這種程序設(shè)計(jì)思想，因?yàn)楦髂K具有相對(duì)獨(dú)立性，相互連接關(guān)系簡單，程序易于調(diào)試修改。特別是用于復(fù)雜控制要求的生產(chǎn)過程。</p><p>　　2 PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)</p><p>　　PLc控制系統(tǒng)I／O分配，依據(jù)生產(chǎn)流水線從前至后，I／0點(diǎn)數(shù)由小到大：盡可能把一個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備或部件的I／0信號(hào)集中編址，以利于維

57、護(hù)。定時(shí)器、計(jì)數(shù)器要統(tǒng)一編號(hào)，不可重復(fù)使用同一編號(hào)，以確保PLc工作運(yùn)行的可靠性。程序中大量使用的內(nèi)部繼電器或者中間標(biāo)志位(不是I／O位)，也要統(tǒng)一編號(hào)，進(jìn)行分配。</p><p>　　在地址分配完成后，應(yīng)列出I／0分配表和內(nèi)部繼電器或者中間標(biāo)志位分配表。彼此有關(guān)的輸出器件，如電機(jī)的正／反轉(zhuǎn)等，其輸出地址應(yīng)連續(xù)安排，如Q2．0／Q2．1等。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)<

58、/p><p>　　5. 1程序設(shè)計(jì)思路</p><p><b>　　繪制梯形圖程序：</b></p><p>　　機(jī)械手搬運(yùn)工件時(shí)，按如下步驟自動(dòng)進(jìn)行。</p><p>　　(1)機(jī)械手處于原位(第0步)運(yùn)行時(shí)，先按下復(fù)位按鈕SB2，x406閉合，單脈沖指令使輔助繼電器M200產(chǎn)生一個(gè)脈沖，使移位寄存器復(fù)位。因此，移位寄存器

59、的常閉觸點(diǎn)M10卜一M107均為閉合狀態(tài)。同時(shí)，因機(jī)械手在原位，上限位開關(guān)SQ2，左限位開關(guān)sQ4均處于壓合狀態(tài)，相對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)x402、x404均閉合，使移位寄存器首位M100置“n輸出繼電器Y430得電，原位指示燈HL亮。</p><p>　　(2)第一次下降(第一步)按下起動(dòng)按鈕sBl，x4()(】接通產(chǎn)生移位信號(hào)，使M100右移一位，則M101為“n從而使Y431得電，執(zhí)行下降動(dòng)作；同時(shí)M10l常開觸點(diǎn)斷

60、開，使M100置“0”，完成第0步到第一步的轉(zhuǎn)變；M10l常開觸點(diǎn)閉合，又為下一次轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備。機(jī)械手下降過程中，上限位開關(guān)SQ2復(fù)位，x402斷開，M100保持為O。</p><p>　　(3)夾持工件(第二步)下降到位時(shí)，下限位開關(guān)sQl被壓合，x40l閉合，從而產(chǎn)生移位信號(hào)，M100的“O”態(tài)移到M102得電，使Y43l失電，下降停止；同時(shí)M10l的“l(fā)”態(tài)移到M102，使M20l得電并保持，通過：M201

61、的保持觸點(diǎn)使Y432，T450同時(shí)得電，驅(qū)動(dòng)Y432夾持工件并開始計(jì)時(shí)。</p><p>　　(4)第一次上升(第三步)T450延時(shí)3s后，其常開觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，使M103為“1”，M102為“0”于是Y433得電，驅(qū)動(dòng)電磁閥YV3執(zhí)行上升動(dòng)作。由于：M20l的保持作用，Y432不會(huì)失電，工件一直處于保持夾緊狀態(tài)，機(jī)械手帶重物上升。</p><p>　　(5右移(第四步)上升到位，

62、上限位開關(guān)SQ2被壓合，x402接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，使M104為1，M103為0，Y433失電，停止上升；輸出繼電器Y434得電，驅(qū)動(dòng)電磁閥YV4使機(jī)械手右移。右移離開原點(diǎn)后，X404常開觸點(diǎn)斷開，M100仍保持為0。</p><p>　　(6)第二次下降(第五步)右移到右限位開關(guān)S03動(dòng)作時(shí)，接通X403，又產(chǎn)生移位信號(hào)，使M105為“l(fā)”，M104為“O”。從而使Y434失電，停止右移，Y43l再次得電，驅(qū)動(dòng)

63、電磁閥YVl，執(zhí)行第二次下降動(dòng)作。</p><p>　　(7)松開工件(第六步)下降到位，再次壓合sQl使x401接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，M106為“n M105為“0”。Y43l失電，下移停止；M201被復(fù)位，進(jìn)而使Y432失電，夾持的工件被松開，放在右工作臺(tái)上；同時(shí)T450得電，開始松開計(jì)時(shí)</p><p>　　(8)第二次上升(第七步)T45l延時(shí)2s后，其觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，使M1

64、07為“l(fā)”，M106為“O”。Y433再次得電，機(jī)械手空載上升。</p><p>　　(9)左移(第八步)上升到上限位開關(guān)處，再次壓合S02，x402接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，使Mll0為“n M107為“0”從而使Y433失電，停止上升，Y435得電，機(jī)械手左移。</p><p>　　(10)回到原位，左移到原位時(shí)，壓下左限位開關(guān)S04，x404接通．產(chǎn)生移位信號(hào)，使M1ll為“1”，M11

65、0為“0”。Y435失電，機(jī)械手停在原點(diǎn)位置。</p><p>　　想要再次起動(dòng)，只有按下復(fù)位按鈕SB2，X406閉合，使M10卜一M107復(fù)位后，才能重新開始。</p><p>　　5. 2梯形圖如下：</p><p><b>　　指令表如下：</b></p><p><b>　　5. 3部分調(diào)試圖<

66、/b></p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果截圖：</b></p><p><b>　　第六章設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過兩個(gè)星期的設(shè)計(jì)，機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的程序，已成功地通過了模擬手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)等運(yùn)行的調(diào)試，證明本設(shè)計(jì)的硬件、軟件部分基本都能達(dá)到預(yù)期要求，能可靠地控制機(jī)械手動(dòng)作，達(dá)到機(jī)械手

67、所要求的技術(shù)性能。</p><p>　　系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過程也是對(duì)學(xué)習(xí)的總結(jié)過程，更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的過程。在這過程中，我對(duì)利用可編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)有了深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械手的工作原理有了進(jìn)一步的掌握，對(duì)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有了切身的認(rèn)識(shí)和體會(huì)，并在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中增長了知識(shí)，豐富了經(jīng)驗(yàn)?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試的過程來進(jìn)行。

68、系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很辛苦的工作，同時(shí)也是一個(gè)充滿樂趣的過程。在設(shè)計(jì)過程中，要邊學(xué)習(xí)，邊實(shí)踐，遇到新的問題就不斷探索和努力，即可使問題得到解決。</p><p>　　同時(shí)，在本次設(shè)計(jì)中，也深刻體會(huì)到理論和實(shí)踐相集合的重要性。雖然之前收集了大量的資料但在實(shí)際應(yīng)用中卻有很大差異，出現(xiàn)了許多意想不到的問題。但經(jīng)過長時(shí)間的摸索最終還是設(shè)計(jì)出達(dá)到要求的系統(tǒng)。由于時(shí)間緊迫，有些設(shè)計(jì)工作還有待完善，在以后的工作中我會(huì)繼續(xù)努力

69、,不斷提高自己的技術(shù)水平，以適應(yīng)未來的激烈競爭形勢(shì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　《可編程控制器原理與應(yīng)用》 主編：周惠文 電子工業(yè)出版社 北京，2007.8 </p><p>　　《可編程控制器原理與應(yīng)用》 主編：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.8 </p><p>

70、;　　《PLC操作實(shí)訓(xùn)（三菱）》 主編：孫德勝 李偉 機(jī)械工業(yè)出版社 北京，2007.9 </p><p>　　《PLC應(yīng)用技術(shù)》 主編：馮新強(qiáng) 北京郵電大學(xué)出版社 北京，2009.4 </p><p>　　《變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合運(yùn)用技術(shù)》主編：岳慶來 機(jī)械工業(yè)出版社 2006</p><p>　　《電氣控制及PLC》主編：胡曉明 機(jī)械工業(yè)出版