基于PLC控制機械手系統(tǒng)設計說明

1、 PAGE21 / NUMPAGES22第1章 基于PLC控制交機械手系統(tǒng)的設計原理1.1 基于PLC控制機械手設計分析在現(xiàn)今的生活上,科技日新月益的進展之下,機械人手臂與有人類的手臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度。也就是機械手的最大優(yōu)勢可以重復的做同一動作在機械正常情況下永遠也不會覺得累！機械手臂的應用也將會越來越廣泛,機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備，作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力。工業(yè)機械手機器人的一個重要分支。對液壓機械手的基本要能快速、準確地拾-放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度與在任意位置都能自動定位等特性

2、。設計液壓機械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結(jié)構(gòu)與運行控制的要求;盡量選用定型的標準組件，簡化設計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設計的機械手是通用液壓上下料機械手（如圖2-1所示），是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動作程序的自動搬運或操作設備，動作強度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。它可用于操作環(huán)境惡劣的場合。系統(tǒng)上電，如不在原點則按下SB3，則機械手上升，左移，放松。復

3、位完成，按下啟動按鈕SB1，系統(tǒng)啟動開始工作，機械手開始下降，下降碰到下降限位開關，停止下降。開始夾緊，夾緊怕碰到夾緊限位開關，開始計時2秒，時間到則開始上升，上升碰到上升限位開關則停止上升，開始左移，左移碰到左移限位開關，則停止左移，開始下降，下降碰到下降限位開關，則停止下降，開始放松，放松碰到放松限位開關則開始計時，時間到則開始上升，碰到上升限位開關則停止上升開始右移。這是自動工作。手動工作則是由上升、下降、左移、右移、夾緊、放松6個按鈕來完成工作，在手動工作中則可以隨時回到自動工作狀態(tài)，在自動工作狀態(tài)中隨時可以回到手動工作。1.2 基于PLC控制機械手設計特點1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強

4、PLC與外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。用PLC改造要比實際電路接線節(jié)省許多成本。2編程方便，易于使用PLC是面向用戶的設備，PLC的設計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間學會。3體積小，維護操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。第2章 基于PLC控制

5、機械手硬件設計CPU單元負責控制整個生產(chǎn)過程。觸摸屏通過RS232C串口和CPU進行通訊，傳達用戶的指令，從而改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)。輸出模塊向外部設備傳送輸出信號，使不同的執(zhí)行機構(gòu)動作。對執(zhí)行機構(gòu)狀態(tài)的改變，通過行程開關或光電傳感器將其信號反饋給輸人模塊。CPU單元又從輸人模塊讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的變化執(zhí)行不同的控制操作，由此構(gòu)成了整個控制回路。根據(jù)系統(tǒng)控制要求、所需的IO點數(shù)、工作環(huán)境等因素，可編程控制器選用信捷公司XC3-48T系列可編程控制器。2.1 XC3-48T系列可編程控制器簡介2.1.1可編程控制器的產(chǎn)生20世紀20年代起，人們把各種繼電器。定時器。接觸器與其觸點按一定的邏輯關系連接

6、起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)由于它結(jié)構(gòu)簡單。容易掌握。價格便宜，在一定圍能滿足控制要求，因而使用面甚廣在工業(yè)控制領域中一直占主導地位.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設備體積大靠性差，動作速度慢，功能少，難與實現(xiàn)較復雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯成的系統(tǒng)，接線復雜，當生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差.20世紀60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以與對整個開展系統(tǒng)重新配置.為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應白熱化的市場競

7、爭要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會招標，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：(1) 編程方便，可現(xiàn)場修改程序(2) 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)(3) 可靠性高于繼電器控制裝置(4) 體積小于繼電器控制盤(5) 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(6) 成本可與繼電器控制盤競爭(7) 輸入可以是交流150V以上（8）輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器，電磁閥等（9）擴展時原系統(tǒng)改變最?。?0）用戶存儲器至少能擴到4KB（適應當時汽車裝配過程的需要）十項指標的核心要采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。2.1.2可編程控制器的定義

8、美國國際電工委員會（IEC）在1987年對可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其部進行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破鳂O其相關外部設備，都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。定義強調(diào)了PLC應直接應用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用圍。這也是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。定義還強調(diào)了PLC是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，他也是

9、一種計算機，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴充”。2.1.3 可編程控制器的發(fā)展趨勢PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。（1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展隨著微電子技術的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，相當于一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、中

10、型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。（2）向大容量、高速度方向發(fā)展大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時進行多任務操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。（3）智能型I/O模塊的發(fā)展智能型I/O模塊是以微處理器和存儲器為基礎的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。（4）基于PLC的編程軟件取代編程器隨著計算機的日益普與，越來越多的用戶使用基于個人計算機上的編程軟件。編程軟件可以對PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設置各框架各個插槽上模塊的

11、型號、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。（5）PLC編程語言的標準化與個人計算機相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達式也不一致，因此各廠家的可編程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可編程序控制器標準。標準中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應特殊的工作。（6）PLC通信的易用化PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個人計算機和其他智能控制設備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散控制和集中控制。 （7）組態(tài)軟件與P

12、LC的軟件化個人計算機（PC）的價格便宜，有很強的數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交互的功能。 （8）PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合現(xiàn)場總線I/O與PLC可以組成功能強大的、廉價的DCS系統(tǒng)。 （9）開發(fā)新型特殊功能模塊I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。 (10) CPU的處理速度進一步加快目前，PLC的處理速度與計算機相比還比較慢，最高的CPU也不過80486，將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進行處理、分時處理或分任務處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達到納秒級。 2.1.4可編程控制器的特點1抗干擾能力強，可靠性

13、好PLC在電子線路、機械結(jié)構(gòu)以與軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個方面：1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對于PLC的影響，同時防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。 2）濾波：這是抗干擾的另一個主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進行有

14、效的抑制。3）對部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，以減少外界干擾，保護供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。4）部設置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時間超過了警戒時鐘（WDT）規(guī)定時間（預示程序進入了死循環(huán)），立即報警，以保證CPU可靠運行。5）利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測，并采用信息保護和恢復措施。6）對用戶程序與動態(tài)工作數(shù)據(jù)進行電池備份，以保障停電后有關狀態(tài)或信息不丟失。7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。8）以集成電路為基本元件，部處理過

15、程不依賴于機械觸點，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強PLC與外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。3編程方便，易于使用PLC是面向用戶的設備，PLC的設計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間學會。4功能完善PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應與任何形式和性質(zhì)的開關量和模擬量的輸入/輸出。在PLC部

16、具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以與移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以與順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、與報表生成等功能。5設計、施工、調(diào)試的周期短用繼電器接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進行，因而縮短了設計

17、周期，使設計和施工可同時進行。6體積小，維護操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。7易于實現(xiàn)網(wǎng)絡化PLC可連成功能很強的網(wǎng)絡系統(tǒng)。8可實現(xiàn)三電一體化PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應各種工業(yè)控制的需要。 2.1.5 可編程控制器的主要功能1條件控制功能條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進行開關控制。2定時/記數(shù)控制

18、功能定時/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時器、記數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制，以取代時間繼電器和記數(shù)繼電器。3數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術運算、邏輯運算以與編碼和譯碼等操作。4步進控制功能步進控制功能是指用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進控制器。5A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。6運動控制功能運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。7過程控制功能過程控

19、制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。8擴展功能擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即I/O擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元與特殊功能單元來提高PLC的控制功能。9遠程I/O功能遠程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與PLC主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。10通信聯(lián)網(wǎng)功能通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機的等，實現(xiàn)遠程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復雜控制。11監(jiān)控功能監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進行狀態(tài)和進程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的

20、異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、記數(shù)器等設定值或強制I/O狀態(tài)。2.1.6 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不一樣，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致一樣，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設備接口等。其部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如圖2.1所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作

21、為PLC的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見，PLC基本結(jié)構(gòu)由控制部分輸入和輸出組成。圖2.1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.1.7可編程控制器各部分的作用1中央處理器CPU是由控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術邏輯單元，它的功能就是進行算術運算和邏輯運算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€計算機的各個部件有條不紊地工作，它的基本功能是從存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下：（1） 診斷PLC電源、部電路的工作狀態(tài)與編制程序中的語法錯誤。（2）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。（3）按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務完成各種運算和操作。

22、 （4）將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 （5）應各種外部設備的工作請求。2存儲器PLC的存儲器分為兩大部分：一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序與其系統(tǒng)部數(shù)據(jù)。二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)與工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。3輸入輸出接口電路PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實現(xiàn)與外圍設備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。4電源PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。5輸入輸出I/O擴展

23、接口若主機單元的I/O點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴展單元與主機單元相連接。6PLC的基本工作原理PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的掃描全過程如圖2.2所示。圖2.2 PLC的掃描全過程 （1）輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 （2）程序執(zhí)行階段在

24、程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結(jié)果存入對應的部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 （3）輸出刷新階段當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每一個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應地發(fā)生變

25、化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大部分時間里實際上是外設隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統(tǒng)響應較慢，往往要幾個掃描周期才響應一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應滯后等

26、不良影響。2.2機械手簡介2.2.1械手的構(gòu)成機械手主要由手部、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。2.2.2機械手的優(yōu)勢機械手可以減省工人、提高效率、降低成本、提高產(chǎn)品品質(zhì)、安全性好、提升工廠形象。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，定位精度與作業(yè)空間

27、等提出越來越高的要求。多關節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念，其關節(jié)數(shù)量可以從三個到十幾個甚至更多，其外形也不局限于像人的手臂，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。2.2.3機械手的應用前景隨著網(wǎng)絡技巧的發(fā)展，機械手的聯(lián)網(wǎng)操作問題也是以后發(fā)展的方向。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。2.2.4機械手的市場需求機械手

28、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。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域迅速發(fā)展起來的一門新興的技術，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(jié)合。機械手雖然還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，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，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。我國塑料機械已成為機械制造業(yè)發(fā)展最快的行業(yè)之一，年需求量在不斷的加大。我國塑料機械產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展主要有以下兩個大因素：一是對高技術含量裝備的需求所帶來的設備更新與舊設備的淘汰;二是海塑料

29、加工產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，對塑料機械的需求旺盛。2.3三相異步電機2.3.1三相異步電機工作原理當電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，并且電機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向一樣.當導體在磁場切割磁力線時，在導體產(chǎn)生感應電流，“感應電機”的名稱由此而來。感應電流和磁場的聯(lián)合作用向電機轉(zhuǎn)子施加驅(qū)動力。我們讓閉合線圈ABCD在磁場B圍繞軸xy旋轉(zhuǎn)。如果沿順時針方向轉(zhuǎn)動磁場，閉合線圈經(jīng)受可變磁通量

30、，產(chǎn)生感應電動勢，該電動勢會產(chǎn)生感應電流(法拉第定律)。根據(jù)楞次定律，電流的方向為:感應電流產(chǎn)生的效果總是要阻礙引起感應電流的原因。因此，每個導體承受相對于感應磁場的運動方向相反的洛侖茲力F。確定每個導體力F方向的一個簡單的方法是采用右手三手指定則(磁場對電流作用將拇指置于感應磁場的方向，食指為力的方向。將中指置于感應電流的方向。這樣一來，閉合線圈承受一定的轉(zhuǎn)矩，從而沿與感應子磁場一樣方向旋轉(zhuǎn)，該磁場稱為旋轉(zhuǎn)磁場。閉合線圈旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的電動轉(zhuǎn)矩平衡了負載轉(zhuǎn)矩。2.3.1三相異步電機接線圖三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120電

31、角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U1,V1,W1，末端分別標為U2,V2,W2。這六個出線端在接線盒里的排列如圖2.3所示，可以接成星形或三角形。圖2.3 三相異步電機接線圖2.4交流接觸器交流接觸器是廣泛用作電力的開斷和控制電路。它利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執(zhí)行控制指令。主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。 交流接觸器

32、的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導電性和耐高溫燒蝕性。2.4.1交流接觸器的組成交流接觸器主要有四部分組成:(1) 電磁系統(tǒng),包括吸引線圈、動鐵芯和靜鐵芯；(2)觸頭系統(tǒng),包括三組主觸頭和一至兩組常開、常閉輔助觸頭,它和動鐵芯是連在一起互相聯(lián)動的；(3)滅弧裝置,一般容量較大的交流接觸器都設有滅弧裝置,以便迅速切斷電弧,免于燒壞主觸頭；(4)絕緣外殼與附件,各種彈簧、傳動機構(gòu)、短路環(huán)、接線柱等。圖2.4 交流接觸器電氣符號圖圖2.5 交流接觸器圖形符號圖2.4.1交流接觸器的工作原理當線圈通電時,靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力,將動鐵芯吸合,由于觸頭系統(tǒng)是與動鐵芯聯(lián)動的,因此動鐵芯帶動三條動觸片同時運行,觸點閉合,從而接通電源。當線圈斷電時,吸力消失, 動鐵芯聯(lián)動部分依靠彈簧的反作用力而分離,使主觸頭斷開,切斷電源。第3章 基于PLC控制機械手的軟件設計3.1 PLC的輸入、輸出點的分配根據(jù)輸入、輸出點分配情況畫出PLC輸入、輸出分配表（表3.1）和PLC外部接線圖（表3.2）。輸入地址元件名輸出地址元件名X0SB1啟動Y2下降電機M1X1SB2停止Y3上升電機M2X2SB3復位Y4左移電機M3X3SK1上升限位Y5右移電機M4X4SK2下降限位Y6夾緊電機M5X5SK3左移限位Y7放松電機M6X6SK4右移限位X7SK5夾緊限位X10