plc機械手設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、前言可編程控制器（Programmable logic controller），建成PLC，它是20世紀(jì)70年代以來，在集成電路，計算機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點，國外已廣泛應(yīng)用于自動化控制的各個領(lǐng)域，并已成為現(xiàn)實工業(yè)生產(chǎn)自動化的支柱產(chǎn)品。近年來，國內(nèi)在PLC技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面發(fā)展很快，除有許多從國外引進的設(shè)備，自動化生產(chǎn)線外，國內(nèi)的機床設(shè)備已越來越多采用PLC控制系統(tǒng)采用控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)?。粌r格上能與繼電接觸器控制系統(tǒng)競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維護、維修；能直接推動電磁閥，接

2、觸器與之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機構(gòu)；能向中央執(zhí)行機構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳播數(shù)據(jù)等。本課題在對一種執(zhí)行機構(gòu)由電動機和液壓缸組成的工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)進行分析的基礎(chǔ)上，將PLC應(yīng)用于其控制系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。根據(jù)該機械手的工作特點，采用步進順序控制方式，使程序簡化，便于調(diào)試。將PC與PLC組成分布式控制系統(tǒng)，進行聯(lián)網(wǎng)通信，工作人員在上位機上編程、監(jiān)督設(shè)備運行情況，實時地對現(xiàn)場參數(shù)進行修改、調(diào)整，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。摘要隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動化程度要求越來越高，市場競爭激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運和固定式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運方式，不但占用空間也不容易更變生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，加

3、上需要人力監(jiān)督操作，更增加生產(chǎn)成本，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動化的需要。減輕勞動強度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。它集成自動控制技術(shù)、計量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計算機管理技術(shù)于一體的機電一體化產(chǎn)品；充分利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計，配置靈活、組態(tài)方便。本設(shè)計就PLC在機械手控制上的應(yīng)用作了詳細(xì)闡述.目錄第一章 緒論第二章PLC的簡介和工作原理2.1 可編程控制器的介紹 2.2 PLC 的構(gòu)成 2

4、.3 PLC 的外部設(shè)備 2.4 PLC的用途 2.5 PLC的特點 2.6 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 2.7 PLC的工作原理 2.8 PLC的優(yōu)點第三章基于PLC的機械手的介紹 3.1機械手的簡介3.2 機械手的組成概述3.3 機械手的分類第四章基于PLC的機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容及應(yīng)用 4.1設(shè)計思路4.2課題方案4.3實驗任務(wù)第五章 課程設(shè)計小節(jié)章參考文獻第一章 緒論 可編程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，簡稱PC）。與個人計算機的PC相區(qū)別，用PLC表示。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置

5、，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。可以預(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界潮流PLC程

6、序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自己開發(fā)的應(yīng)用程序，系統(tǒng)程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信息與信息轉(zhuǎn)換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計。本次我的課程設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容是基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)，利用PLC改編機械手的控制回路。第二章 PLC的簡介和工作原理21 可編程控制器的介紹2.1.1 可編程控制器的定義國際電工委員在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中,對PLC作了如下定義:“可序控制器編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計.它采用可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并通

7、過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程.可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備,都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴充其功能的原則設(shè)計.”2.1.2 PLC研究目的及實際中的應(yīng)用場合因為PLC已廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)的機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的電氣控制裝置中. 所以了解PLC的工作原理、具備設(shè)計、調(diào)試和維護PLC控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成了現(xiàn)代工業(yè)對電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。2.1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢在70年代末和80

8、年代初,我國隨國外成套設(shè)備,專用設(shè)備,引進了不少國外的PLC.在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計中PLC的應(yīng)用逐年增加,取得良好效果,PLC在我國的應(yīng)用越來越廣泛.作為目前國內(nèi)控制市場上的主流控制器，PLC市場的國內(nèi)參與者卻需要尷尬地面對這樣一個局面，即在高達(dá)31億的PLC市場總需求中，國產(chǎn)PLC不到整個市場份額1。2.2 PLC 的構(gòu)成一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結(jié)構(gòu)

9、類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如下： 接受 驅(qū)動接口部件輸出輸入接口部件 現(xiàn)場信號 受控元件中央處理單元CPU板 電 源 部 件2.2.1 CPU的構(gòu)成PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路

10、， 與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU內(nèi)部的詳細(xì)分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。2.2.2 I/O模塊：PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受

11、最大的底板或機架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。2.2.3 電源模塊：有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。2.2.4底板或機架：大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。2.3 PLC 的外

12、部設(shè)備 外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類1. 編程設(shè)備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。2. 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。3. 存儲設(shè)備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。4. 輸入輸出設(shè)備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 2.4 PLC的用途PLC是一種專門為

13、在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。2.5 PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障

14、工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來P

15、LC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少

16、了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。2.6 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 （1）開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器

17、電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。（3）運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控

18、制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。（4）過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 （5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排

19、序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（6）通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.7 PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作

20、的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號(或地址號)作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期有輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描的方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃

21、描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。2.8 PLC的優(yōu)點PLC的優(yōu)點1、靈活性：不同類型的硬件設(shè)備采用相同的可編程序控制器，編寫不同應(yīng)用軟件就可以了，并且可以用一臺可編程控制器控制幾臺操作方式完全不同的設(shè)備。2、便于改進與修正：可編程序控制器為改進和修訂原設(shè)計提供了極其方便的手段，以前也許要花費幾周的時間才能完成的工作使用可編程序控制器只要幾分鐘就可以了。3

22、、節(jié)點利用率高：在可編程序控制器中，一個輸入中的開關(guān)量或程序中的一個“線圈”可提供用戶所需用的連鎖節(jié)點，即節(jié)點在程序中可不受限制的使用。4、成本低：可編程序控制器提供的繼電器節(jié)點、計數(shù)器、計時器、順控器的數(shù)量比采用繼電器、計數(shù)器、計時器、順控器等實際元器件要便宜的多5、模擬調(diào)試：可編程序控制能對所空功能在實驗室內(nèi)進行模擬調(diào)試，縮短現(xiàn)場的調(diào)試，而古典電器線路是無法在實驗室進行調(diào)試的，只能花費現(xiàn)場大量時間。6、能對現(xiàn)場進行微觀調(diào)試：在可編程序控制器系統(tǒng)中，操作人員過顯示器觀測到所控每一個節(jié)點的運行情況，隨時監(jiān)測事故發(fā)生點。7、快速動作：傳統(tǒng)繼電器節(jié)點的響應(yīng)時間一般要幾百毫秒，而可編程序控制器里的節(jié)

23、點反應(yīng)很快，內(nèi)部是微秒級的。8、可靠性：可編程序控制器由集成電路元件構(gòu)成，因此可靠性大大高于機械和電器繼電器。9、系統(tǒng)購置的簡單化：可編程序控制器是一個完整的系統(tǒng)，購置了一臺可編程序控制器，就相當(dāng)于購買了系統(tǒng)所需要的所有繼電器、計數(shù)器、計時器等器件。10、圖紙簡化：傳統(tǒng)控制電路要靠畫藍(lán)圖，而藍(lán)圖不能隨哦設(shè)計的不同階段不斷更新的，采用可編程序控制器很容易做到隨時打印出更新后的電路圖。11、易于系統(tǒng)的變化：可編程序控制器可以重新編程序，所以可以滿足所控生產(chǎn)流程頻繁變化的要求。第三章 基于PLC的機械手的介紹3.1 機械手的簡介mechanical hand，也被稱為自動手，auto hand能模仿

24、人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。3.2 機械手的組成概述機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意

25、位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有23個自由度。3.3 機械手的分類機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步發(fā)

26、展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危機生命。機械手就在這樣誕生了,機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機構(gòu)，是機器人的關(guān)鍵部件之第四章 基于PLC的機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容及應(yīng)用一、實驗任務(wù)實驗 機械手的PLC的自動控制一.實驗?zāi)康?. 掌握機械手步進控制程序設(shè)計2. 進一步加強對順控指令的理解和應(yīng)用二實驗器材1. FX2N-48MR型的PLC主機 1 臺2. 機械手實驗裝置演示板 1 臺3.

27、微型計算機 1 臺4. 編程電纜 1根5. 連接導(dǎo)線 若干三實驗內(nèi)容即步驟1機械手的工作示意圖如下圖1所示 開始時機械手處于原始位置上限位燈Y6亮，左限位燈Y8燈亮（原點），Y1燈滅(放松)，按下起動按鈕SB1后，機械手的順序動作為： 械手下降，Y0燈亮，到下限位后(壓下下限開關(guān)SQl，Y5燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機械手夾緊(夾緊燈Y1亮)，延時了T后，轉(zhuǎn)入第步。 機械手上升，Y2燈亮，到上限位后(壓下上限開關(guān)SQ2，Y6燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機械手右行，Y3燈亮，到右限位后(壓下右限開關(guān)SQ3，Y7燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 若無工件檢測，機械手下降，Y0燈亮，下降到位后(壓下下限開關(guān)SQ1，燈Y5亮)轉(zhuǎn)入第步

28、。 機械手放松(Y1燈滅) 延時T后，轉(zhuǎn)入第步。 機械手上升，上升到位后(壓下上限開關(guān)SQ2，Y6燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機械手左移，左移到到位后(壓下SQ4，Y8燈亮)回到原點，整個循環(huán)過程結(jié)束 3實驗步驟輸入程序并檢查。按I0地址分配接線。按設(shè)計要求檢驗程序正確否二、設(shè)計思路： (1)機械手將一個工件由A處傳送到B處。其中上升,下降和左移,右移的執(zhí)行分別用雙線圈二位電磁閥推動汽缸的完成。當(dāng)某個電磁閥通電,就一直保持現(xiàn)有的機械動作。例如,一旦下降的電磁閥線圈通電,機械手下降,即使線圈在斷電,仍保持現(xiàn)有的下降動作狀態(tài),直到相反方向的線圈通電為止。另外夾緊,放松由單線圈二位電磁閥推動汽缸完成,線圈通電

29、執(zhí)行加緊動作,線圈斷電執(zhí)行放松動作。設(shè)備裝有上下左右限位開關(guān)。 (2)工作過程其動作過程如下：原位，下降,夾緊,上升，右移,下降,放松,上升,移動，原位。 (3)實踐任務(wù)與要求：A 根據(jù)設(shè)備工藝要求，制定合理的改造方案；B 確定輸入、輸出設(shè)備，正確選用PLC；C PLC IO 點分配，并繪制IO 接線圖以及其他外部硬件圖；D 制系統(tǒng)功能表 E 設(shè)計梯形圖并模擬調(diào)試；F 確計算選擇電器元件，列出電器元件一覽表。三、課題方案 3.1 機械手動作原理及示意圖 機械手動作示意圖如圖1所示。其全部動作由汽缸驅(qū)動，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。下降電磁閥通

30、電時，機械手下降；下降電磁閥斷電時，機械手下降停止。只有上升電磁閥通電時，機械手才上升；上升電磁閥斷電時，機械手上升停止。同樣，左移右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機械手的放松夾緊由一個單線圈(稱為夾緊電磁閥)控制。該線圈通電，機械手夾緊；該線圈斷電，機械手放松。 圖1機械手動作示意圖當(dāng)機械手右移到位并準(zhǔn)備下降時，為確保安全，必須在右工作臺上無工作時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到右工作臺上的工件尚未搬走時，機械手自動停止下降。2.2 機械手動作過程 機械手的動作過程如圖2所示。從原點開始按下啟動按鈕時，下降電磁閥通電，機械手開始下降。下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電

31、，下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥開始通電，機械手上升；上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥，機械手右移，右移到位時，碰到右移極限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，右移停止。此時，右工作臺上無工作，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥接通，機械手下降。下降到底時碰到下限位開關(guān)下降電磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松，放松后，上升電磁閥通電，機械手上升，上升到極限時碰到極限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通左移電磁閥，機械手左移；左移到原點時，碰到左極限開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手經(jīng)過八步動作完成一個循環(huán)。 圖2

32、機械手動作過程2.3 機械手操作方式 機械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。 手動操作：就是用按鈕操作，對機械手的每一種運動單獨進行控制。例如：當(dāng)選擇上下運動時，按下啟動按鈕，機械上升；按下停止按鈕，機械手下降。當(dāng)選擇左右運動時，按下啟動按鈕，機械手左移；按下停止按鈕，機械手右移。當(dāng)選擇夾緊放松運動時，按下啟動按鈕，機械手夾緊；按下停止按鈕，機械手放松。 單步操作：每按一下啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。 周期操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手動作停止。重新

33、啟動時需用手動操作方式將機械手移回到原點，然后按一下啟動按鈕，機械手又開始重新單周期操作。 連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手將自動地、連續(xù)地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手停止工作。重新啟動時，必須用手動操作將機械手移回到原點，然后按下啟動按鈕，機械手又開始重新連續(xù)工作。在工作中若按下復(fù)位按鈕，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。三、實驗任務(wù)實驗 機械手的PLC的自動控制一.實驗?zāi)康?. 掌握機械手步進控制程序設(shè)計2. 進一步加強對順控指令的理解和應(yīng)用二實驗器材1. FX2N-48MR型的PLC主機 1 臺2. 機械手實驗裝置演示板 1 臺3.

34、 微型計算機 1 臺4. 編程電纜 1根5. 連接導(dǎo)線 若干三實驗內(nèi)容即步驟1機械手的工作示意圖如下圖1所示 開始時機械手處于原始位置上限位燈Y6亮，左限位燈Y8燈亮（原點），Y1燈滅(放松)，按下起動按鈕SB1后，機械手的順序動作為： 械手下降，Y0燈亮，到下限位后(壓下下限開關(guān)SQl，Y5燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機械手夾緊(夾緊燈Y1亮)，延時了T后，轉(zhuǎn)入第步。 機械手上升，Y2燈亮，到上限位后(壓下上限開關(guān)SQ2，Y6燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機械手右行，Y3燈亮，到右限位后(壓下右限開關(guān)SQ3，Y7燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 若無工件檢測，機械手下降，Y0燈亮，下降到位后(壓下下限開關(guān)SQ1，燈Y5亮)轉(zhuǎn)入第

35、步。 機械手放松(Y1燈滅) 延時T后，轉(zhuǎn)入第步。 機械手上升，上升到位后(壓下上限開關(guān)SQ2，Y6燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機械手左移，左移到到位后(壓下SQ4，Y8燈亮)回到原點，整個循環(huán)過程結(jié)束 3實驗步驟輸入程序并檢查。按I0地址分配接線。按設(shè)計要求檢驗程序正確否 1、機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖3所示。 圖3 機械手傳送示意及操作面板圖2、輸入和輸出點分配表及原理接線圖表1 機械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表名 稱代號輸入名 稱代號輸入名 稱代號輸出啟動SB1X0夾緊SB5X10機械手下降KM0Y0下限行程SQ1X1放松SB6X11機械手夾緊KM 1Y1上限行程SQ2X2單步上升SB7X12

36、機械手上升KM 2Y2右限行程SQ3X3單步下降SB8X13機械手右行KM 3Y3左限行程SQ4X4單步左移SB9X14機械手左行KM 4Y4停止SB2X5單步右移SB10X15原點指示ELY9手動操作SB3X6回原點SB11X16自動操作SB4X7工件檢測SQ5X17 主電路與電源電路PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供DC5V、12V、24V等直流。小型PLC一般都可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供24V直流電源。PLC的外部接線圖3、操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)包括回原點程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖4所示。 圖4 機械手操作系統(tǒng)程序其原理是

37、：把旋鈕置于回原點，X16接通，系統(tǒng)自動回原點，Y9驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，則X6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動程序。當(dāng)執(zhí)行CJ指令時，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動位置，則程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。4、回原點程序回原點程序如圖5所示。用S10S12作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用S10S19作回零操作時，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。圖5 回原位狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖5、手動單步操作程序如圖6所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護。 圖6 手動單步操作程序6、自動操作程

38、序 自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖7所示。當(dāng)機械手處于原位時，按啟動X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動下降Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動復(fù)位。S21驅(qū)動Y1置位，延時5秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動Y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時5秒。延時時間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進順控的編程，比起用基本指令編程較為容易