畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于plc的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　設(shè)計(jì)題目 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重

2、要分支。他的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。</p><p>　　機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，

3、從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的。 </p><p>　　機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中

4、的工作。</p><p>　　機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。</p><p><b>　　abstract</b></p>

5、<p>　　Manipulator hand and arm can imitate the certain movements function, according to fixed program to grab, transporting or operating tool for automatic operation of the device. It can replace the hard labor in

6、order to realize people the mechanization of manufacturing and automation, can in harmful environment operation to protect the personal safety and so widely used. </p><p>　　The type of manipulator, according

7、 to drive mode can be divided into hydraulic, pneumatic, electric and mechanical manipulator; According to applicable range can be divided into robots for and general manipulator two; According to the trajectory control

8、mode can be divided into position control and continuous track control robots. </p><p>　　The design of the manipulator and add plane rotation type and structure, the action of the manipulator by pneumatic cy

9、linder driving, pneumatic cylinder of the corresponding electromagnetic valve to control, electromagnetic valve controlled by PLC. Drive the implementation of the component finish, can very convenient embedded in all kin

10、ds of industrial production line. Manipulator used PLC control, and has high reliability, change program flexible, and other advantages, whether for time control </p><p>　　Keywords: manipulator electromagne

11、tic valve PLC </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　abstract3</p><p><b>　　第一章 緒論3</b></p><p>　　1.1機(jī)械手的概述

12、3</p><p>　　1.1.1機(jī)械手的簡介3</p><p>　　1.1.2機(jī)械手的類型3</p><p>　　第二章 機(jī)械手總體方案的設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1機(jī)械手的工作過程及控制要求3</p><p>　　2.1.1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.1.

13、2機(jī)械手的控制要求3</p><p>　　2.2.3 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2.4 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.2.5機(jī)械手的主要參數(shù)3</p><p>　　第三章 PLC的介紹與選擇3</p><p>　　3.1 PLC的特點(diǎn)3</p><p

14、>　　3.2 PLC的選型3</p><p>　　3.3機(jī)械手PLC控制的設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.3.2確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備I/O點(diǎn)數(shù)3</p><p>　　3.4 PLC的選擇3</p><p>　　分配PLC I/O點(diǎn)的編號（定義號）3</p><p>　　3.5 PLC程序設(shè)計(jì)

15、3</p><p><b>　　自動(dòng)操作程序3</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)3</b></p><p><b>　　致 謝3</b></p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)3</b></p><p>&

16、lt;b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 第一章 緒論</p><p><b>　　1.1機(jī)械手的概述</b></p><p>　　1.1.1機(jī)械手的簡介</p><p>　　機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按照給定程序、軌跡和要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械

17、手叫做“工業(yè)機(jī)械手”。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境下，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，在機(jī)械加工、沖壓、鍛、鑄、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　

18、國內(nèi)外對機(jī)器人及機(jī)械手所作的定義不盡相同。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)對機(jī)器人的定義:“機(jī)器人是一種能自動(dòng)定位、可控的可編程的多功能操作機(jī)。這類操作機(jī)具有幾個(gè)軸，在可編程序操作下，能處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)?！?lt;/p><p>　　美國國家標(biāo)準(zhǔn)(NBS)對機(jī)器人的定義:“一種可編程，并在自動(dòng)化控制下執(zhí)行某種特定操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置。”日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會對工業(yè)機(jī)器人的定義:“一種裝備有

19、記憶裝置和最終執(zhí)行裝置，能夠完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器?！彼址譃橐韵聝煞N情況來定義:(1)工業(yè)機(jī)器人:“一種能執(zhí)行與人的上肢類似動(dòng)作的多功能機(jī)器?！?2)智能機(jī)器人:“一種具有感覺和識別能力，并能夠控制自身行為的機(jī)器?！?lt;/p><p>　　1.1.2機(jī)械手的類型</p><p>　　機(jī)械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。

20、它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定工作。它的特點(diǎn)是除具備普通機(jī)械的物理性能外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號操作機(jī)械手來進(jìn)行探測月球、火星等。第三類是專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用于解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，除

21、少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。</p><p>　　第二章 機(jī)械手總體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1機(jī)械手的工作過程及控制要求</p><p>　　2.1.1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　機(jī)械手是一個(gè)水平、垂直運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，用來將工件由左工作臺搬到右工作臺。有上升、下降運(yùn)動(dòng)，左移、右移運(yùn)動(dòng)和夾緊、放松動(dòng)作和位

22、置控制。簡易機(jī)械手在各類全自動(dòng)和半自動(dòng)生產(chǎn)線上應(yīng)用得十分廣泛，主要用于零部件或成品在固定位置之間的移動(dòng)，替代人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手采用上下升降加平面轉(zhuǎn)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，機(jī)械手的動(dòng)作由氣動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，氣動(dòng)缸由相應(yīng)的電磁閥來控制，電磁閥由PLC控制驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件完成，能十分方便的嵌入到各類工業(yè)生產(chǎn)線中。圖2-1為機(jī)械手簡圖,其中 1-執(zhí)行氣爪，2-水平伸縮氣缸，3-旋轉(zhuǎn)軸，4-豎直氣缸，5-底座，6-工件，。</p>&

23、lt;p>　　圖2-1 機(jī)械手簡圖</p><p>　　這個(gè)機(jī)械手具有二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度用于將源工作臺上的物品搬到其左側(cè)或右側(cè)目的工作臺上。機(jī)械手的直線動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸由電磁閥控制，整個(gè)機(jī)械手在工作中能實(shí)現(xiàn)上升/下降、左傳/右轉(zhuǎn)、夾緊/放松功能，是目前較為簡單的、應(yīng)用比較廣泛的一種機(jī)械手。其升降運(yùn)動(dòng)通過升降氣缸、垂直導(dǎo)柱、滑動(dòng)導(dǎo)柱、垂直導(dǎo)軌及升降位置微動(dòng)開關(guān)相互配合完成，升降工作行程為0~

24、100mm、轉(zhuǎn)動(dòng)是通過旋轉(zhuǎn)氣缸實(shí)現(xiàn)、轉(zhuǎn)動(dòng)工作行程為0~180°；手爪是通過氣缸、彈簧的作用來夾持物品，夾持力是靠調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)壓縮調(diào)整。</p><p>　　機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)由感知部分、控制部分、主機(jī)部分和執(zhí)行部分四個(gè)方面組成。采集感知信號及控制信號均由氣動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)。主機(jī)部分采用了標(biāo)準(zhǔn)型材輔以模塊化的裝配形式，使得氣動(dòng)機(jī)械手能拓展成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。人們根據(jù)應(yīng)用工況的要求，選擇相應(yīng)功能和參數(shù)的模塊，像積

25、木一樣隨意的組合，這是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，代表氣動(dòng)技術(shù)今后的發(fā)展方向，也將始終貫穿著機(jī)械手的發(fā)展及實(shí)用性模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手比組合導(dǎo)向裝置更具有靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。由于采用了模塊化拼裝結(jié)構(gòu)，可組成立柱型氣動(dòng)機(jī)械手、門架型氣動(dòng)機(jī)械手及滑塊型氣動(dòng)機(jī)械手，及其它各種類型的機(jī)械手。這些模塊化機(jī)械手組裝方便，動(dòng)作靈活，具有較高的定位精度，但工作空間比較小，主要應(yīng)用于一般的送料自動(dòng)線上。氣動(dòng)

26、機(jī)械手具有三個(gè)自由度，即水平(Z)方向自由度、垂直(Y)方向自由度和旋轉(zhuǎn)自由度，并可以采用多種靈活的控制方案。</p><p>　　圖2-1中工件所處位置為原點(diǎn)位置，根據(jù)要求：機(jī)械手初始位置在原點(diǎn)位置，每次循環(huán)動(dòng)作都從原點(diǎn)位置開始，完成上升、下降運(yùn)動(dòng)，左移、右移運(yùn)動(dòng)和夾緊、放松動(dòng)作和位置控制，并能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作和自動(dòng)操作方式。當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)位置下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)，左傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電開關(guān)檢測到物品后，左傳送帶停止

27、運(yùn)行。根據(jù)分析可得出機(jī)械手的工作流程圖，如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 機(jī)械手工作流程圖</p><p>　　可見，實(shí)現(xiàn)要求功能需要如下條件：</p><p>　　(1)底座與橫梁之間需要旋旋轉(zhuǎn)氣缸，旋轉(zhuǎn)氣缸有葉片式和齒輪齒條式。葉片式是圓筒型缸筒內(nèi)部有個(gè)圍繞芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片，在葉片兩側(cè)通氣時(shí)，氣壓推動(dòng)葉片繞芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)形成轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪齒條式，是由齒輪和齒條

28、嚙合組成，氣壓推動(dòng)齒條做直線運(yùn)動(dòng)，齒條與齒輪嚙合，齒條的運(yùn)動(dòng)會形成齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　(2)橫梁在普通情況下，長度是固定的，如果工作臺不進(jìn)行調(diào)整，橫梁長度可永遠(yuǎn)不變。由于課題任務(wù)要求手臂可以伸出縮短，本設(shè)計(jì)中在橫梁上安裝了執(zhí)行氣缸，可使用手動(dòng)按鈕調(diào)整橫梁長度。</p><p>　　(3)豎直方向上是頻繁上下工作的機(jī)構(gòu)，可選用電機(jī)傳動(dòng)的齒輪齒條嚙合機(jī)構(gòu)，也可選用執(zhí)行氣缸，后者是

29、新技術(shù)更經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、噪音低，也更符合課題要求。</p><p>　　(4)抓緊機(jī)構(gòu)也可選用氣動(dòng)執(zhí)行爪和執(zhí)行氣缸并用組成氣動(dòng)執(zhí)行模塊。 </p><p>　　(5)光電開關(guān)在控制方面是作為輸入量的信號源之一，它可以選擇模擬輸入和數(shù)字輸入，根據(jù)課題要求和后面PLC的各輸入量的情況，選用數(shù)字輸送式的光電開關(guān)更方便簡捷。</p><p>　　根據(jù)以上分析，機(jī)械構(gòu)造方案基本固

30、定。整個(gè)機(jī)械手一共用到三個(gè)氣缸，PLC需要控制每個(gè)氣缸的動(dòng)作：橫梁長氣缸的內(nèi)外調(diào)，執(zhí)行氣爪的夾持與放松、豎導(dǎo)桿氣缸的升降、各氣缸的定位控制和旋轉(zhuǎn)軸的定位控制，另外兩個(gè)是工件計(jì)數(shù)和故障報(bào)警。</p><p>　　2.1.2機(jī)械手的控制要求</p><p>　　機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作，自動(dòng)操作又分為單周期操作和連續(xù)操作方式。手動(dòng)操作是指用按鈕對機(jī)械手的每一步運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制；單

31、周期操作指機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成1個(gè)周期的動(dòng)作后停止；連續(xù)操作指機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按停止按鈕，機(jī)械手將繼續(xù)完成1個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。</p><p>　?。?）機(jī)械手的自動(dòng)運(yùn)行：</p><p>　?、?下降：當(dāng)機(jī)械手檢測到傳送帶A上有工件時(shí)，有原點(diǎn)位置開始下降，下降到位時(shí)，碰到下極限開關(guān)

32、，機(jī)械手停止下降，同時(shí)接通加緊電磁閥線圈。</p><p>　　② 加緊工件：當(dāng)機(jī)械手加緊到位時(shí)，壓力繼電器動(dòng)合觸電閉合，接通上升電磁閥線圈。</p><p>　　③ 上升：當(dāng)機(jī)械手夾緊到位時(shí)，機(jī)械手開始上升，上升到位時(shí)，碰到上極限開關(guān)，機(jī)械手停止上升，同時(shí)接通右移電磁閥線圈。</p><p>　?、?右移：當(dāng)機(jī)械手上升到位時(shí)，機(jī)械手開始右移，右移到位時(shí)，碰到有極限

33、開關(guān)，機(jī)械手停止右移，同時(shí)接通下降電磁閥線圈。</p><p>　?、?下降：當(dāng)機(jī)械手右移到位時(shí)，機(jī)械手重新開始下降，下降到位時(shí)，碰到下極限開關(guān)，機(jī)械手停止下降，同時(shí)釋放加緊電磁閥線圈。</p><p>　?、?放松工件：放松動(dòng)作為時(shí)間控制，設(shè)為2秒。</p><p>　?、?上升：工件放松后，機(jī)械手開始上升，上升到位時(shí)，碰到上極限開關(guān)，機(jī)械手停止上升，同時(shí)接通左移

34、電磁閥線圈。</p><p>　?、?左移：機(jī)械手上升到位后，開始左移，左移到位時(shí)，碰到左極限開關(guān)，機(jī)械手停止左移。</p><p>　?、?回到原位：機(jī)械手左移到位后，回到原點(diǎn)位置，再次自動(dòng)啟動(dòng)傳送帶A，當(dāng)光電開關(guān)檢測到工件后，又開始新的工作循環(huán)周期。</p><p><b>　　機(jī)械手的手動(dòng)運(yùn)行</b></p><p&g

35、t;　?。?）手動(dòng)運(yùn)行是指機(jī)械手的上升、下降、左移、右移及夾緊操作通過對應(yīng)的手動(dòng)操作按鈕控制，與操作順序無關(guān)。</p><p>　　PLC模塊選擇：電源模塊，CPU模塊，輸入模塊，輸出模塊。其中輸入和輸出模塊都選用數(shù)字量的類型，輸入量較多，選擇32路模塊，輸出量較少選擇16路的模塊。</p><p>　　2.2 機(jī)械手的方案設(shè)計(jì)及其主要參數(shù)</p><p>　　2.

36、2.1機(jī)械手的主要類型和自由度選擇</p><p>　　手臂的機(jī)構(gòu)基本上決定了操作機(jī)的工作空間范圍，按機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)的不同運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)形式和形態(tài)來進(jìn)行分類，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、球座標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。（1）直角坐標(biāo)型具有三個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)（PPP），可使手部產(chǎn)生三個(gè)互相垂直的獨(dú)立位移。由于其運(yùn)動(dòng)方程可獨(dú)立處理，且為線性的，具有定位精度高，控制簡單等特點(diǎn)，但操作靈活性較差，運(yùn)動(dòng)速度低的特點(diǎn)。（2）圓柱坐標(biāo)型具

37、有兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（PPR），受部的坐標(biāo)為(z，r，θ)。這種操作機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是所占的空間尺寸較小，相對工作范圍較大，結(jié)構(gòu)簡單，手部可獲得較高的速度。而缺點(diǎn)是手部外伸離中心軸愈遠(yuǎn)，其切向線位移分辨精度愈低。通常用于搬運(yùn)機(jī)器人。（3）球座標(biāo)型具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)（RRP），優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間尺寸小，但目前應(yīng)用較少。（4）關(guān)節(jié)型是模擬人的上肢而構(gòu)成的。它具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（RRR），可繞鉛垂軸轉(zhuǎn)動(dòng)和繞兩個(gè)平行于水平面的軸

38、轉(zhuǎn)動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積少，相對工作空間大等特點(diǎn)，用于復(fù)雜設(shè)備當(dāng)中。</p><p>　　由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在操作機(jī)中主動(dòng)關(guān)節(jié)的數(shù)目應(yīng)等于操作機(jī)的自由度，因此，采用圓柱座標(biāo)型式，相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由。</p><p>　　2.2.2 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失

39、和泄漏較小，成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。</p><p>　　2.2.3 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變PLC程序即可實(shí)現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p>　　2.2.4 機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)</p><

40、;p>　　為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工件是棒料時(shí)，使用夾持式手部;當(dāng)工件是板料時(shí)，使用氣流負(fù)壓式吸盤。本文設(shè)計(jì)的是抓握直徑為ø5~ ø20的零件。按照抓取工件的要求，本機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫移。手臂的各種運(yùn)動(dòng)由氣缸來實(shí)現(xiàn)。手臂的伸縮、升降運(yùn)動(dòng)由伸縮氣缸來實(shí)現(xiàn)，回轉(zhuǎn)由回轉(zhuǎn)氣

41、缸實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　第三章 PLC的介紹與選擇</p><p>　　對于機(jī)械手的控制系統(tǒng)可以采用多種方式，如繼電器控制、單片機(jī)控制、PLC控制等。但由于PLC可編程控制器操作靈活性強(qiáng)和穩(wěn)定性較好，所以，我們選擇PLC控制。</p><p>　　3.1 PLC的特點(diǎn)</p><p>　　可編程控制器是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控

42、制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。</p><p>　　3.3機(jī)械手PLC控制的設(shè)計(jì)</p><p>　　送料機(jī)械手的動(dòng)作示意圖如圖3-1 所示。啟動(dòng)控制有2種，1個(gè)由啟動(dòng)開關(guān)安裝在現(xiàn)場，1個(gè)由通過組態(tài)王軟件控制。在控制面板上，安裝一

43、個(gè)檔位開關(guān)，分手動(dòng)和自動(dòng)兩大檔位，手動(dòng)擋包括調(diào)試和回原位兩檔，自動(dòng)擋分單步、半自動(dòng)和全自動(dòng)三檔，要求自動(dòng)擋的操作必須在回原位的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行。</p><p>　　原位 下降 夾緊 上升 右移</p><p>　　左移 上移 放松 下降</p><p>　　圖3-1送料機(jī)械手的工作示意圖</p>

44、;<p>　　3.3.1 根據(jù)工藝過程分析控制要求</p><p>　　機(jī)械手的全部動(dòng)作有汽缸驅(qū)動(dòng)，而汽缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制。例如當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降；當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手下降停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升；當(dāng)上升電磁閥端電時(shí)，機(jī)械手上升停止。同樣，左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械的放松/

45、加緊由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥（稱為加緊電磁閥）控制。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械手加緊，該線圈斷電時(shí)，機(jī)械手放松。</p><p>　　當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時(shí)（即左限位開關(guān)和上限位開關(guān)合上），啟動(dòng)以后，機(jī)械手移向A點(diǎn)，加緊工件，然后回到原位，移向B點(diǎn)，放下工件，再回到原位完成一次動(dòng)作。</p><p>　　當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時(shí)，為了確保安全，必須在右工作臺上無工作時(shí)才允許機(jī)械手下降。也就是說，

46、若上一次搬運(yùn)到右工作臺上的工件尚未搬走時(shí)，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)停止下降。</p><p>　　機(jī)械手的動(dòng)作過程如圖3-2所示。從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通右移電磁閥，機(jī)械手右移。右移到位時(shí)，碰到右限位開關(guān)，右移電磁

47、閥斷電，右移停止。若此時(shí)右工作臺上無工作，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移。左移到原點(diǎn)時(shí)，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過八步動(dòng)作完成一個(gè)周期。</p><p>　　機(jī)械手

48、的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。</p><p><b>　　手動(dòng)操作</b></p><p>　　手動(dòng)操作：就是用按鈕操作對機(jī)械手的每一種運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制。例如，當(dāng)選擇上/下運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械上升；按下停止按鈕，機(jī)械手下降。當(dāng)選擇左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手左移；按下停止按鈕，機(jī)械手右移。當(dāng)選擇夾緊

49、/放松運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手夾緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放松。</p><p><b>　　單步操作</b></p><p>　　單步操作：每按一次起動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止</p><p><b>　　單周期操作</b></p><p>　　單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動(dòng)

50、按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手停止重新起動(dòng)時(shí)，需要手動(dòng)操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手又重新開始單周期操作。</p><p><b>　　連續(xù)操作</b></p><p>　　連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)的、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。</p><p>

51、;　　在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手動(dòng)作停止。重新起動(dòng)時(shí)，須用手動(dòng)操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手又重新開始連續(xù)操作。</p><p>　　在工作中若按一下復(fù)位按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。</p><p>　　3.4 PLC的選擇</p><p>　　該機(jī)械手的控制為純開關(guān)量控制，且所要的I/O點(diǎn)數(shù)不多，因此

52、選擇一般小型抵擋機(jī)即可。</p><p>　　該控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是步進(jìn)控制，可以用一般PLC所具有的移位寄存器和移位指令來編程，但若選擇具有步進(jìn)指令功能或鼓型控制器功能的PLC，則實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制就更加方便了。</p><p>　　由于所要的I/O點(diǎn)數(shù)為15/6點(diǎn)，考慮到機(jī)械手操作的工藝固定，PLC的I/O點(diǎn)基本上可不留裕量。根據(jù)資料的機(jī)型，可選擇：</p><p>　

53、　(1)ACMY-S256可選用32點(diǎn)主機(jī)（I/O點(diǎn)數(shù)為16/16）或40點(diǎn)主機(jī)（I/O點(diǎn)數(shù)為24/16）。</p><p>　　(2)GE-I/J（SR-10）其主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為15/9。或選用GE-I（SR-20），采用5槽主機(jī)框架，一塊16點(diǎn)輸入模塊，一塊8點(diǎn)輸出模塊（或兩塊8點(diǎn)輸入模塊，一塊8點(diǎn)輸出模塊）。</p><p>　　(3)F1-40M其主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為24/16點(diǎn)。&l

54、t;/p><p>　　(4)具體選擇何種機(jī)型，還需要比較價(jià)格，同時(shí)考慮使用維修方便等因素，使之更加經(jīng)濟(jì)合理。故選擇F1-40M機(jī)型。</p><p>　　3.4.1 分配PLC I/O點(diǎn)的編號（定義號）3.3.2確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備I/O點(diǎn)數(shù)</p><p>　　由于不同記性的PLC，其I/O點(diǎn)的編號不同，因此應(yīng)根據(jù)所選擇的機(jī)型，對PLC的I/O點(diǎn)分配編號。如圖

55、3-4 所示的編號。 </p><p>　　3.5 PLC程序設(shè)計(jì)</p><p>　　為了便于編程,先繪制出整個(gè)控制程序的結(jié)構(gòu)框圖,如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5總結(jié)構(gòu)程序框圖</p><p>　　在該結(jié)構(gòu)框圖中，當(dāng)操作方式選擇開關(guān)置于“手動(dòng)”時(shí)，輸入點(diǎn)X407接通，其輸入繼電器常閉接點(diǎn)斷開，執(zhí)行手動(dòng)操作程序。<

56、/p><p>　　當(dāng)操作選擇開關(guān)置于“單步”、“單周期”、“連續(xù)”時(shí)，其對應(yīng)的輸入點(diǎn)X410、X411、X412接通，其輸入繼電器常閉接點(diǎn)斷開，執(zhí)行自動(dòng)操作程序。</p><p>　　在執(zhí)行自動(dòng)操作時(shí)，如選擇開關(guān)置于“連續(xù)”時(shí)，起動(dòng)后輔助繼電器M200接通，程序自動(dòng)循環(huán)。操作選擇開關(guān)置于“單步”時(shí)，M200同樣接通，程序也可以循環(huán)，但必須是每按一次起動(dòng)按鈕執(zhí)行一步。如果操作選擇開關(guān)置于“單周期

57、”或運(yùn)行過程中按下復(fù)位按鈕時(shí)，則輔助繼電器N200復(fù)位，程序執(zhí)行完一個(gè)周期（即機(jī)械手回到原點(diǎn)）時(shí)自動(dòng)停止。</p><p>　　由于手動(dòng)程序和自動(dòng)程序采用了跳轉(zhuǎn)指令，因此在著兩個(gè)程序段可以采用同樣的一套輸出繼電器。</p><p>　　下面是各程序的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.5.2自動(dòng)操作程序</p><p>　　本設(shè)計(jì)是一個(gè)按順序動(dòng)作

58、的典型步進(jìn)控制。</p><p>　　步進(jìn)控制可以用一般PLC都具有的位移寄存器來實(shí)現(xiàn)，但更方便的是用步進(jìn)指令和鼓形控制來實(shí)現(xiàn)。F1-40M具有位移寄存器和步進(jìn)指令的功能，本設(shè)計(jì)用位移寄存器編程。</p><p><b>　　用移位器編程：</b></p><p>　　由于自動(dòng)操作的控制比較，不容易直接設(shè)計(jì)出梯形圖，因此可以先畫出自動(dòng)的操作流程

59、圖，用以表明動(dòng)作的順序和條件，如圖3-7</p><p>　　圖3-7自動(dòng)操作流程圖</p><p>　　圖3-7中，矩形方框代表完成某一動(dòng)作的控制程序，方框之間的箭頭線用以表示程序的轉(zhuǎn)換，箭頭線上的小橫線用以表示轉(zhuǎn)換的條件。</p><p>　　當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時(shí)，壓下上限位開關(guān)和左限開關(guān)，輸入點(diǎn)X402和X404接通，產(chǎn)生原點(diǎn)指示輸出。</p>&

60、lt;p>　　機(jī)械手的動(dòng)作從按下起動(dòng)按鈕開始，執(zhí)行第一程序，產(chǎn)生下降輸出，機(jī)械手下降。當(dāng)機(jī)械手下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí)， 輸入點(diǎn)X401接通，轉(zhuǎn)入第二程序，產(chǎn)生夾緊輸出并開始計(jì)時(shí)，機(jī)械手夾緊，經(jīng)3S延時(shí)后。計(jì)時(shí)器T450動(dòng)作，轉(zhuǎn)入第三程序，產(chǎn)生上升輸出，機(jī)械手上升。當(dāng)機(jī)械手上升。當(dāng)機(jī)械手上升到頂碰到上限位開關(guān)時(shí)，輸入點(diǎn)X402接通，轉(zhuǎn)入第四程序，產(chǎn)生右移輸出，機(jī)械手右移。當(dāng)機(jī)械手右移到位碰到右限位開關(guān)時(shí)，輸入點(diǎn)X403接通，轉(zhuǎn)入第

61、五程序，當(dāng)右工作臺無工件時(shí)，光電開關(guān)發(fā)出信號使輸入點(diǎn)X405接通，產(chǎn)生下降輸出，機(jī)械手下降。當(dāng)機(jī)械手下降到底碰到下限位開關(guān)X401時(shí)，轉(zhuǎn)入第六成程序，產(chǎn)生放松輸出并開始計(jì)時(shí)，機(jī)械手放松，經(jīng)過2s延時(shí)后，計(jì)時(shí)器T451動(dòng)作，轉(zhuǎn)入第七程序，產(chǎn)生上升輸出，機(jī)械手上升到頂碰到上限位開關(guān)X402時(shí)，轉(zhuǎn)入第八程序，產(chǎn)生左移輸出，機(jī)械手左移。當(dāng)機(jī)械手左移到原點(diǎn)位碰到左限位開關(guān)X404時(shí)，又產(chǎn)生原點(diǎn)指示輸出，完成了一個(gè)周期的動(dòng)作。這時(shí)，如果是單周期操作

62、，則輔助繼電器M200斷開，機(jī)械手停止在原位，不在循環(huán)執(zhí)行程序。如果是連續(xù)操作，則輔助繼電器M200接通，又開始從第一程序往下執(zhí)行，然后不斷</p><p>　　根據(jù)自動(dòng)操作的流程圖，就可以設(shè)計(jì)自動(dòng)操作的梯形圖如圖3-8所示。</p><p><b>　　梯形圖的控制原理：</b></p><p>　?。?）連續(xù)及單周期操作</p>

63、<p>　　在連續(xù)及單周期操作方式下，單步輸入點(diǎn)X410斷開，輸入繼電器X410常閉接點(diǎn)閉合，將位移寄存器的位移輸入直接接入輸入端。</p><p>　　當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時(shí)，壓下上限位開關(guān)和左限位開關(guān)，輸入點(diǎn)X402和X404接通，Y435接通，原點(diǎn)指示燈亮。</p><p>　　① 按下起動(dòng)按鈕，M120接通并自保，移位器數(shù)據(jù)輸入端接通，M100置“1”，Y430

64、接通，下降電磁閥得電，機(jī)械手下降。</p><p>　?、?#160;下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí)，輸入繼電器X401接通，Y430斷開，下降停止，同時(shí)產(chǎn)生移位信號，將M100的“1”態(tài)移到M101。M101的常開接點(diǎn)將Y431接通，夾緊電磁閥的電，機(jī)械手夾緊工件，T450開始計(jì)時(shí)。同時(shí)，M101的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開，使M100置“0”。</p><p>　　③T450延3s后

65、，其常開接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生移位信號，將M102置“1”，M101置“0”。M102的常開接點(diǎn)將Y432接通，上升電磁閥得電，機(jī)械手上升。同時(shí)，M102的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。</p><p>　　④上升到頂碰到上限位開關(guān)時(shí)，輸入繼電器X402接通，Y432斷開，上升停止，同時(shí)產(chǎn)生移位信號，將M103置“1”，M102置“0”，M103的常開接點(diǎn)將Y433接通，右移電磁閥得電，機(jī)械手右移。同時(shí)，M103的

66、常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。</p><p>　?、?右移到位碰到右限位開關(guān)時(shí)，輸入繼電器X402接通，Y432斷開，右移停止，同時(shí)產(chǎn)生移位信號，將M104置“1”，M103置“0”。M104的常開接點(diǎn)閉合，若此時(shí)右工作臺無工件，則光電開關(guān)因露光而導(dǎo)通，其常開接點(diǎn)使輸入繼電器X405接通，Y430再次接通，機(jī)械手下降。同時(shí)，M104的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。若右工作臺有工件，則光電開關(guān)因遮光面

67、斷開，X405斷開，Y430不能接通，機(jī)械手暫停等待。</p><p><b>　　圖3-8操作梯形圖</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　1、本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng)自動(dòng)上下料機(jī)械手，相對于專用機(jī)械手，此機(jī)械手可用于各種生產(chǎn)中機(jī)械上下料，可配合不同的機(jī)械共同運(yùn)作，適用面較廣。</p&g

68、t;<p>　　2、采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。工作環(huán)境適應(yīng)性好，不會因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會污染環(huán)境。同時(shí)成本低廉。</p><p>　　3、機(jī)械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無論是進(jìn)行時(shí)間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設(shè)定PLC程序來實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。<

69、/p><p>　　4、手的控制對于很多場合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線的這類設(shè)備，其基本動(dòng)作要求類似，所以控制的實(shí)驗(yàn)也可以相互借鑒。</p><p>　　5、控制程序的編寫這里給出的只是一種實(shí)現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實(shí)現(xiàn)這樣的控制真的所有的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計(jì)人員可以選用不同的方法來編寫程序</p><p>　　6、手高效的工作效率，準(zhǔn)

70、確的定位精度，以及極簡單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能代替的，機(jī)械手的使用也越來越廣泛。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們對所學(xué)的專業(yè)知識有了完整的了解，較系統(tǒng)的理解和掌握，系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過程也是對學(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。在這個(gè)過程中我對可編控制器的工作原理有了進(jìn)一步的掌握，對控制的分析與設(shè)計(jì)有了切身的認(rèn)識和體會，并在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中增長知識，豐富了經(jīng)驗(yàn)。查

71、閱資料后，對元器件的選擇，對方案的確定有了進(jìn)一步的認(rèn)識。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，體會到理論必須和實(shí)際相結(jié)合。要邊學(xué)習(xí)，邊實(shí)踐，遇到新的問題就要不段的探索和努力即可獲得問題的解決。因本人第一次搞設(shè)計(jì)，在此設(shè)計(jì)中必然存在或多或少的不足之處，還望老師給予批評指正。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這三年中我

72、學(xué)到了許多專業(yè)知識，提高了理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，提高了自學(xué)能力，感謝老師的細(xì)心教導(dǎo)和培養(yǎng)，在此，我向給予我教育和幫助的老師說聲謝謝。在校期間所學(xué)到的東西應(yīng)該對我以后工作和生活有很大幫助。</p><p>　　經(jīng)過近半年的努力我終于完成了這篇論文，PLC課程是我們的主要課程，自從接觸了這門課程我便對它產(chǎn)生了濃厚的興趣，所以在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)我毅然的選擇了PLC設(shè)計(jì)。</p><p>　　回首這

73、幾個(gè)月來的設(shè)計(jì)過程，可以說是收獲良多，也付出了不少心力。它檢驗(yàn)了我對PLC這門課程的掌握程度，通過老師們的幫助今天我的設(shè)計(jì)終于做完了。雖然在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到很多困難，但在做的過程中我真正掌握和領(lǐng)會了各項(xiàng)知識。面對問題仔細(xì)揣摩，查閱各方文件資料，也得到老師和同學(xué)的幫助。。</p><p>　　感謝帶畢業(yè)設(shè)計(jì)的江老師在本次設(shè)計(jì)中給予我的幫助和指導(dǎo)！也感謝對本次設(shè)計(jì)提供幫助的人。</p><p>

74、<b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.《機(jī)械設(shè)計(jì)》 邱宣懷 等編著 </p><p>　　2.李壯云.液壓元件與系統(tǒng). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.</p><p>　　3.吳振彪編.工業(yè)機(jī)器人[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社.1997.</p><p>　　4/ 張軍,馮志輝. 多工步搬運(yùn)機(jī)械手