電磁閥驅(qū)動汽缸PLC控制的機械手畢業(yè)論文

1、電磁閥驅(qū)動汽缸plc控制的機械手摘要：伴隨著機電一體化在各個領域的應用，機械設備的自動控制成分顯得越來越重要，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。因此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)的任務執(zhí)行機構，是機器人的關鍵部件之一。其中的工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術，它的發(fā)展是由于其積極作用正日益為人們所認識：它能部分地代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機具進行焊接和裝配從而大大改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化

2、和自動化的步伐。關鍵詞：機械手；plc；氣缸；電磁閥目 錄前言一、機械手1（一）機械手發(fā)展歷史和認識（二）機械手分類二、氣缸（一）氣缸的認識和工作原理（二）氣缸的分類和應用三、電磁閥驅(qū)動氣缸plc控制機械手（一）機械手操作行程與過程 （二）機械手動要求和設置（三）梯形圖及指令表（四）i/o分配接口與接線（五）順序功能圖結束語附錄表第一章 前 言機械手是模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動 抓取、搬運和操作的自動裝置。它特別是在高溫、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)，機械手雖然目前還不如然手那樣靈活，但它具有不斷重復 工作和勞動

3、，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特 點，因此獲得日益廣泛的應用。機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程 中發(fā)展起來的一種新型裝置。 隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛 應用， 機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門 新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與 機械化和自動化的有機結合。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運 用于自動生產(chǎn)線中，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好 地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。 通過對機電一體化專業(yè)大學?？迫甑乃鶎W知識進行整合，對工業(yè)機械手各部分機械結構和功能的論述和分析， 設計了一種機械手 通過 plc 系統(tǒng)

4、來編寫程序控制機械手運動軌跡。 第二章 機械手（一）機械手發(fā)展歷史和認識機械手百科名片能模仿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。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，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，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。簡介機械手mechanical hand，也被稱為自動手，auto hand歷史它是在早期出現(xiàn)的古代機器人基礎上發(fā)展起來的，機械手研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術的發(fā)展，特別是1946年第一臺數(shù)字電子計算機問世以來，計算機取

5、得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術的進展，又為機器人的開發(fā)奠定了基礎。另一方面，核能技術的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機械手，1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手。機械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節(jié)，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機器人。現(xiàn)有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。

6、作為機器人產(chǎn)品最早的實用機型（示教再現(xiàn)）是1962年美國amf公司推出的“verstran”和unimation公司推出的“unimate”。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組成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，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。構成機械手主要由手部、運動機構和控制系統(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)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。

7、運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。（二）機械手分類控制系統(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。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

8、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)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產(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。多關節(jié)機械手的優(yōu)勢多關節(jié)機械手的優(yōu)點是:動作靈活、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近機座的工件，并能繞過機體和工作機械之間的障礙物進行工作.隨著生產(chǎn)的需要，對多關節(jié)手臂的靈活性，定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。多關節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的

9、概念，其關節(jié)數(shù)量可以從三個到十幾個甚至更多，其外形也不局限于象人的手臂，而根據(jù)不同的場合有所變化，多關節(jié)手臂的優(yōu)良性能是單關節(jié)機械手所不能比擬的。油田鉆柱操作機械手本產(chǎn)品由山東科技大學研發(fā)而成，主要用于鉆井時的鉆桿、鉆鋌等的裝、卸工作。操作機械手設計有兩個，一個坐落在一層臺井口旁邊2米左右處，簡稱為下手；一個坐落在二層臺上的中心臺上，簡稱為上手。下手的腰部回轉角度120，最大伸縮距離為5.7米，有5個運動關節(jié)，在手臂做伸縮運動時，手部保持水平平動。上手的腰部回轉角度為310，最大伸縮距離2800mm，上手有9個運動關節(jié)，手臂做伸縮運動時，手部保持水平平動。機械手采用手動比例閥控制下的液壓控制方

10、式。機械手可以完成的操作對象參數(shù)為：鉆柱高30 m；鉆桿重量為：40 kg/m，總重1200 kg；鉆鋌（七英寸直徑）重量為：180 kg /m，總重5400 kg。硬臂式助力機械手硬臂式助力機械手與氣動平衡吊和軟索式助力機械手一樣都具有全行程“漂浮”功能，區(qū)別是在有扭矩產(chǎn)生的情況下無法使用氣動平衡吊或是軟索式助力機械手，而必須選用硬臂式助力機械手。氣 缸（一）氣缸的認識和工作原理引導活塞在其中進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。工質(zhì)在發(fā)動機氣缸中通過膨脹將熱能轉化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機、旋轉活塞式發(fā)動機等的殼體通常也稱“氣缸”。氣缸的應用領域：印刷（張力控制

11、）、半導體（點焊機、芯片研磨）、自動化控制、機器人等等。英文名：cylinder（二）氣缸的分類和應用氣缸種類氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉換為機械能的氣動執(zhí)行元件。氣缸有作往復直線運動的和作往復擺動的兩類（見圖）。作往復直線運動的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸 4種。單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。雙作用氣缸：從活塞兩側交替供氣，在一個或兩個方向輸出力。膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧復位。它的密封性能好，但行程短。沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉換為活塞高速(1020米

12、秒)運動的動能，借以作功。沖擊氣缸增加了帶有噴口和泄流口的中蓋。中蓋和活塞把氣缸分成儲氣腔、頭腔和尾腔三室。它廣泛用于下料、沖孔、破碎和成型等多種作業(yè)。第三章 電磁閥驅(qū)動氣缸plc控制機械手（一）機械手操作行程與過程如圖所示是一臺工件傳送的氣動機械手的動作示意圖，其作用是將工件從點傳遞到點。氣動機械手的升降和左右移行作分別由兩個具有雙線圈的兩位電磁閥驅(qū)動氣缸來完成，其中上升與下降對應電磁閥的線圈分別為yv1與yv2，左行、右行對應電磁閥的線圈分別為yv3與yv4。一旦電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的動作，直到相對的另一線圈通電為止。氣動機械手的夾緊、松開的動作由只有一個線圈的兩位電磁閥驅(qū)動的氣

13、缸完成，線圈(yv5)斷電夾住工件，線圈(yv5)通電松開工件，以防止停電時的工件跌落。機械手的工作臂都設有上、下限位和左、右限位的位置開關sq1、sq2和sq3、sq4，夾持裝置不帶限位開關，它是通過一定的延時來表示其夾持動作的完成。機械手在最上面、最左邊且除松開的電磁線圈(yv5)通電外其它線圈全部斷電的狀態(tài)為機械手的原位。工作過程為：當按下啟動按鈕時，機械手開始由原點下降，下降碰到下限位開關后，停止下降并接通夾緊電磁閥夾緊工件。為保證工件可靠夾緊，在該位置等待5 s。夾緊后，上升電磁閥通電開始上升，上升碰到上限位開關，停止上升，改向右移動，右移碰到右限位開關后，停止右移，改為下降，下降至

14、碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，停止下降，同時夾緊電磁閥斷電，機械手將工件松開，放在右工作臺上，為確保可靠松開，在該位置停留5 s，然后上升，碰到上限位開關后改為左移，到原點時，碰到左限位開關，左移電磁閥斷電，停止左移。至此，機械手搬運一個工件的全過程結束。（二）機械手動要求和設置為了滿足生產(chǎn)的需要，很多工業(yè)設備要求設置多種工作方式，例如手動和自動兩種工作方式，其中自動又包括連續(xù)、單周期、單步和自動返回初始狀態(tài)四種工作方式。有機械手整個搬運過程要求都能具有手動、單步、單周期、連續(xù)和回原位五種工作方式，如圖4-3所示，五種工作方式用開關sa進行選擇。手動工作方式時，用各操作按鈕（sb5、sb6、

15、sb7、sb8、sb9、sb10、sb11）來點動執(zhí)行相應的各動作；單步工作方式時，每按一次起動按鈕（sb3），向前執(zhí)行一步動作；單周期工作方式時，機械手在原位，按下起動按鈕sb3，自動地執(zhí)行一個工作周期的動作，最后返回原位（如果在動作過程中按下停止按鈕sb4，機械手停在該工序上，再按下起動按鈕sb3，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停在原位）；連續(xù)工作方式時，機械手在原位，按下起動按鈕（sb3），機械手就連續(xù)重復進行工作（如果按下停止按鈕sb4，機械手運行到原位后停止）；返回原位工作方式時時，按下“回原位”按鈕sb11，機械手自動回到原位狀態(tài)。圖4-3 機械手操作面板示意圖如圖4-4所示是機械手控

16、制系統(tǒng)的邏輯流程圖。機械手搬運工件的一個周期可分為以下七個部分。系統(tǒng)啟動之前，機械手處于原始位置，條件是機械手在高位左位、松開。機械手動作的要求是：(1) 機械手下降 當工作臺a上有工件，機械手開始下降。下降到低位時，碰到下限位開關，機械手停止下降。(2) 夾緊工件 機械手在最低位開始夾緊工件，延時5 s抓住抓緊。(3) 機械手上升 機械手上升到高位時，碰到上限位開關，停止上升。(4) 機械手右移 機械手右移到位時，碰到右限位開關，停止右移。(5) 機械手下降 當機械手下降到b時，碰到下限位開關，機械手停止下降。(6) 放開工件 機械手在最低位開始放松工件，延時5 s。(7) 機械手上升 機械

17、手上升到高位時，碰到上限位開關，停止上升。(8) 機械手左移 機械手在高位開始左移，碰到左限位開關，停止左移。機械手工作的一個周期完成，等待工件在工作臺a上出現(xiàn)再轉到第一步，開始下一個工作循環(huán)。圖4-4機械手控制系統(tǒng)的邏輯流程圖（三）梯形圖及指令表下限位下降右移上限位狀態(tài)轉移開始夾緊上升自動方式初始狀態(tài).上限位上升下降結束放松下限位下降右移限位（四）i/o分配接口與接線如圖4-5所示為plc的i/o接線圖，選用fx2n-48mr的plc，系統(tǒng)共有18個輸入設備和5個輸出設備分別占用plc的18個輸入點和5個輸出點。為了保證在緊急情況下（包括plc發(fā)生故障時），能可靠地切斷plc的負載電源，設置了交流接觸器km。在plc開始運行時按下“電源”按鈕sb2，使km線圈得電并自鎖，km的主觸點接通，給輸出設備提供電源；出現(xiàn)緊急情況時，按下“急?！卑粹osb1，km觸點斷開電源。機械手