機械手電氣控制設(shè)計的畢業(yè)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)天 津 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目：機械手的設(shè)計完成期限：2011年9月8日 至2011年11月10日學(xué) 習(xí) 中 心 東 莞 年 級 2009年秋季專 業(yè) 機 械設(shè)計制造及其自動化 指 導(dǎo) 教 師 姓 名 學(xué) 號 4目 錄 摘 要3緒論51.1 機械手簡介51.2機械手的設(shè)計的簡介5第二章 機械手控制要求和總體設(shè)計72.1機械手控制要求72.2 PLC的由來和定義92.3 PLC的特點和主要使用92.4機械手的總體設(shè)計10第三章 機械手的硬

2、件和軟件設(shè)計113.1PLC的I/O分配113.2各種按鈕選擇133.3總體流程設(shè)計133.4軟件系統(tǒng)設(shè)計143.5系統(tǒng)設(shè)計中的問題及解決方法143.5.1硬件方面的問題143.5.2軟件方面的問題153.5.3安裝調(diào)試方面的問題15第四章 總結(jié)17附件附圖 梯形圖：18附表語句表：23參考文獻25致謝26摘 要 傳統(tǒng)的自動控制裝置在機械手控制過程中,由于可靠性差、故障多、維修困難等原因,已經(jīng)不能滿足機械手控制的需求。以多關(guān)節(jié)機械手為研究對象,采用三菱 FX2N-48MR 可編程控制器( PLC) 對其都電磁閥裝置進行順序控制,可以較好地解決這一問題,詳細討論了機械手系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)、工作原理及

3、PLC 系統(tǒng)控制,運用使用指令可以方便快捷的完成編程。 實踐證明，機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調(diào)的操作，如果沒有機械手那么工人的勞動強度是很高的，有時候還要用行車員工件，生產(chǎn)速度大大延緩，這種情況采用機械手是很有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。關(guān)鍵詞：機械手； PLC； 控制系統(tǒng)； FX2N48MR機械手的設(shè)計第一章 緒 論在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域的某些工作中，人們經(jīng)常處于高溫或者有毒等對人身健康

4、有損害的環(huán)境中從事重復(fù)的勞動，這樣生產(chǎn)成本不但高，而且又危及人們的生命安全。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展、生產(chǎn)效率的提高和勞動強度的增大，機械手的出現(xiàn)使這些問題得到了較好的解決，把人們從重復(fù)繁重的機械勞動中解放出來，處理更加復(fù)雜的生產(chǎn)過程，既能提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可以使人們受到較小的傷害。機械手一般由耐高溫、耐腐蝕的材料制成，多用于惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，以及要求精度較高的工作場合。機械手簡介機械手的出現(xiàn)和發(fā)展已經(jīng)使傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)生了根本性變化，從手工式、機械式的生產(chǎn)跨越到自動化、智能化的生產(chǎn)。一般的工業(yè)機器人指的就是一個機械臂帶動一個簡單的夾緊機構(gòu)組成，此類機器人用來完成大范圍的工件轉(zhuǎn)移或者加工，卻不能實現(xiàn)精細

5、操作的功能，同時由于傳統(tǒng)機器入的各個部件的尺寸通常較大，其運動定位的精度就不高，所以無法進行裝配及微小的操作。普通的機械手手爪結(jié)構(gòu)多為形狀簡單的夾鉗式、托持式和吸附式等，只能用來抓握形狀規(guī)則而且固定的工件，其抓握能用性非常有限，如果工件為不規(guī)則物體且沒有對應(yīng)的夾具，就無法對其進行操作。但是隨著工業(yè)化的進展，勞動強度和工作量的增大，容易造成對工人的傷害，同時，在一些具有危險性和未知的環(huán)境中，需要一些精密的控制，所以對于能適應(yīng)各種工件形狀的機械手的需求越來越多，于是機械手就逐漸發(fā)展起來了。1.2機械手的設(shè)計的簡介傳統(tǒng)的機械手采用繼電器控制，由于其線路復(fù)雜、維護困難、可靠性差等缺點，無法滿足機械手控

6、制的需要?？删幊炭刂破?PLC)的出現(xiàn)使得這類問題得到解決，PLC控制，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、可靠性高、編程簡單、功耗低和改造方便的特點。傳統(tǒng)的機械手無法完成精確的操作工作，所以使用PLC控制機械手，并且能夠完成動作要求精度高的工作。隨著社會進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的操作方式也發(fā)生著革命性的變化，從手工作坊式的勞動，逐步演變成自動化、智能化的生產(chǎn)方式，人類也逐漸無法完成某些生產(chǎn)過程，所以為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要出現(xiàn)了特殊的生產(chǎn)工具機械手。和此同時也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)活動，在這些生產(chǎn)活動中，有些是屬于高危性的，對人體傷害較大，有些領(lǐng)域不適宜人類工作，而機械手則正好適應(yīng)這類工作。第二章 機械手控

7、制要求和總體設(shè)計2.1機械手控制要求該系統(tǒng)的控制方式由操作面板的轉(zhuǎn)換開關(guān)箭頭指向的位置決定(參見圖一).上升下降左移右移放松夾緊單周期 自動手動回原點 X5X3 X7X6單步 x4原點SBSBSBSBSBSB啟動X1SB停止X2SBSBX17油泵啟停SBX16X14X12X10X15X13X11圖一 操作方式面板布置圖1.油泵啟動及停車：單按鈕操作，壓下油泵啟/停按鈕，油泵啟動，再壓一次，油泵停車2.機械手的操作分為手動和自動兩種操作方式手動手動：選擇手動方式，按手動按鈕，結(jié)合限位開關(guān)，對各個動作進行單獨控制回原點：選擇回原點方式，按原點按鈕，機械手回原點自動單步：選擇單步方式，按啟動按鈕，機

8、械手動作一個工步后自動停止單周期：選擇單周期方式，按啟動按鈕，機械手動作一個周期后自動停止，在動作過程中，按停止按鈕，機械手立即停止自動：選擇自動方式，按啟動按鈕，機械手周而復(fù)始動作，在動作過程中，按停止按鈕，機械手不立即停止，而是等到當(dāng)前工作周期結(jié)束后再停止3.手動和自動兩種工作方式不僅能各自獨立工作，還能實現(xiàn)它們之間的互相轉(zhuǎn)換，自動轉(zhuǎn)換到手動時夾緊要保持，其它的都要復(fù)位；手動轉(zhuǎn)換到自動時，按下自動的任意啟動按扭，機械手能接著手動的動作繼續(xù)運行機械手在生產(chǎn)線上的主要任務(wù)是，將物品從傳送帶A點轉(zhuǎn)移至B點，整個工作過程機械手包括以下動作：機械手移動動作輸入輸出信號定義如圖二所示。左上作為原點，工

9、件按下降、夾緊、上升、右行、下降、松開、上升、左行回原點為一個工作周期的次序依次進行。上升下降、左行右行、夾緊松開均使用電磁閥控制液壓系統(tǒng)實現(xiàn)。左限位 x20原點啟動 x1夾 鉗夾 鉗左移 y12右移 y13右限位 x21上限位 x22上限位 x22下降 y11下降 y11下限位 x23下限位 x23上升 y10上升 y2放松 y15夾緊 y14圖二 機械手動作示意圖2.2 PLC的由來和定義可編程控制器(Programmable Controller)屬于計算機家族中的一員，是為了工業(yè)控制方面的使用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器被稱為可編程邏輯控制器(programmable logica

10、l Controller)，簡稱為PLC，主要用來進行邏輯控制。隨著計算機技術(shù)的進步，相繼出現(xiàn)了微處理器和微型計算機，人們將微機的技術(shù)使用于這種裝置中，增加了運算、數(shù)據(jù)傳送和處理的功能，其功能大大超過了邏輯控制的范圍，因此，這種裝置被稱為可編程控制器，簡稱PC，但由于它和個人計算機(Personal Computer)的簡稱PC容易混淆，所以仍然稱它為PLC。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)境中使用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，在其內(nèi)部用于存儲用戶程序，并執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作等用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入肋出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過

11、程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按照方便和工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。2.3 PLC的特點和主要使用為了滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)日趨復(fù)雜，以及多樣化的特點(例如，實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作)，對控制的要求也各不相同，目前普遍需要通用性高的控制系統(tǒng)。PLC的出現(xiàn)受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎，其主要特點包括以下幾個方面。(1) 功能完善。 (2)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強。(3)編程方便，使用簡易。 (4)設(shè)計、施工和調(diào)試的周期短。(5)抗干擾能力強，可靠性高。 (6)體積小，維護操作方便。 PLC在其產(chǎn)生的初期由于價格高等原因，使它的使用受到了限制。

12、但近年來，PLC的使用逐漸廣泛起來，主要原因有兩個：一是微處理器的芯片和相關(guān)元件的價格不斷下降；二是PLC自身的功能大大增強。PLC的使用面很廣，在工廠自動化和計算機集成制造系統(tǒng)(CMS)內(nèi)占有重要地位。目前PLC在國內(nèi)外己廣泛使用于鋼鐵、采礦、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、造紙、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六種類型：開關(guān)量的邏輯控制。模擬量控制。運動控制。過程控制。數(shù)據(jù)處理。通信及聯(lián)網(wǎng)。2.4機械手的總體設(shè)計機械手控制系統(tǒng)設(shè)計主要包括兩個方面：一個是機械方面的設(shè)計（動作示意圖如圖圖三所示），另一個就是電氣控制方面的設(shè)計（信號輸入輸出 表格一）。這兩

13、個方面既相互獨立，又有很多的聯(lián)系，在設(shè)計機械結(jié)構(gòu)的時候不僅需要考慮電氣部分是否能夠?qū)崿F(xiàn)，而且也要考慮是否存在加工時的問題，在設(shè)計電氣部分時，也要考慮是否有這樣的機械結(jié)構(gòu)能夠滿足要求。第三章 機械手的硬件和軟件設(shè)計3.1PLC的I/O分配及PLC外圍接線圖I/O分配表x1啟動x12左移x2停止x13右移x3回原點x14加緊x4單步x15放松x5單周期x16油泵啟/停x6手動x17原點x7自動x20左限位X10上升x21右限位x11下降x22上限位x23下限位表格一 I/O分配表格PLC外圍接線圖圖三 PLC的外圍接線圖3.2各種按鈕選擇及功能急停按鈕采用帶鎖的，常閉觸點，按下后旋轉(zhuǎn)復(fù)位：手動自動

14、按鈕采用旋扭，一邊常閉，一邊常通；其余按鈕均采用觸點觸發(fā)方式，按下即接通，松開即復(fù)位。在此系統(tǒng)中，共用勒4個限位開關(guān)：上升限位開關(guān)、下降限位開關(guān)、左限位開關(guān)和右限位開關(guān)。限位開關(guān)主要是用來控制機械手在運動過程中的停止時刻和位置。 (1)上升限位開關(guān)。上升限位開關(guān)用于控制機械手在整體上升時的位置，防止機械手向上運動超出范圍。事先在機械工作平臺上方的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)機械手逐漸上升，直到接觸到工作臺上方的限位開關(guān)時，PLC控制機械手停止上升。 (2)下降限位開關(guān)。下降限位開關(guān)用于控制機械手在整體下降時的位置，防止機械手向下運動超出范圍。事先在機械工作平臺下方的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)

15、機械手逐漸下降，直到接觸到工作臺下方的限位開關(guān)時，PLC控制機械手停止下降。 (3)左限位開關(guān)。左限位開關(guān)用于控制機械手手臂向左運動時的定位，防止機械手手臂運動到位后過沖。事先在機械工作平臺的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)機械手手臂向左運動，直到接觸到工作臺左邊的限位開關(guān)時，PLC控制機械手手臂停止向左運動。(4)右限位開關(guān)。右限位開關(guān)用于控制機械手手臂向右運動時的定位，防止機械手手臂運動到位后過沖。事先在機械工作平臺的合適位置上安裝好限位開關(guān)，當(dāng)機械手手臂向右運動，直到接觸到工作臺右邊的限位開關(guān)時，PLC控制機械手手臂停止向右運動。3.3總體流程設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，此機械手工作時的動作有

16、以下幾個步驟。 (1)旋鈕置于自動方式，按下啟動按鈕，工作臺開始工作。 (2)機械手在油缸的驅(qū)動下上升至設(shè)定位置。 (3)機械手在到達設(shè)定的高度后，開始左移，同時左限位器檢測是否到位。 (4)若右限位檢測到位后，則機械手在油缸的驅(qū)動下下降至設(shè)定位置；下限位檢測若到位，則機械手在下限位抓緊工件。 (5)手爪抓緊工件后，機械手上升至設(shè)定位置。 (6)上升到位后，機械手開始右移至設(shè)定位置。 (7)手臂右移到位后，開始下降至設(shè)定位置。 (8)下降到位后，手爪松開，放下工件。 (9)放下工件后機械手再次上升至設(shè)定位置。(10)上升到位后，就往左移，一個周期完成。（11）動作示意圖夾緊右移工件傳送機械左移

17、下降上升放松工件 B點 A點圖三 動作示意圖3.4軟件系統(tǒng)設(shè)計 本文采用三菱 FX2N-系列可編程控制器設(shè)計開發(fā)的，它功能強大，既可以作為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可實時監(jiān)控用戶程序執(zhí)行的狀態(tài)。以上介紹了械手的機構(gòu)設(shè)計，以及PLC的外圍電路連接，這是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，該部分設(shè)計的好和壞直接影響控制系統(tǒng)的功能。軟件系統(tǒng)的設(shè)計都是在機械結(jié)構(gòu)或硬件結(jié)構(gòu)確定后才開始，一般采用自上而下的設(shè)計方式，即先設(shè)計出控制系統(tǒng)的框圖，然后按照具體的控制過程細化下去，接著完成梯形圖的設(shè)計，最后總成調(diào)試。3.5系統(tǒng)設(shè)計中的問題及解決方法在設(shè)計過程中，會由于缺少經(jīng)驗或者考慮不周等各種原因，造成設(shè)計出的系統(tǒng)不能滿足控制的要

18、求，或者沒有按照設(shè)計的要求來運行等問題主要來自于兩個方面：一個是機械結(jié)構(gòu)方面的原因；另一個是軟件設(shè)計方面的時序問題。3.5.1硬件方面的問題 在硬件方面主要有機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和PLC的外圍硬件連接部分。對于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，完成一個多關(guān)節(jié)機械手的設(shè)計需要較好的機械設(shè)計和制造方面的知識，在設(shè)計過程中既要考慮整體結(jié)構(gòu)的平衡性、各個部分的連接和動力配置及傳送問題，還要考慮它的可加工性，可加工性是整個系統(tǒng)的重中之重。因此在設(shè)計過程中，不僅需要設(shè)計整體的框架，同時還要考慮各種傳感器、限位開關(guān)，以及油缸和電磁閥的擺放，預(yù)留出相應(yīng)的位置和安排線路的空間，并且要考慮到各種設(shè)備的安裝，以及更換是否方便等問題。對于

19、PLC連接外部設(shè)備方面，主要是一些按鈕和儀器、儀表的設(shè)置，還有對外圍一些電磁閥和繼電器的控制。注意考慮元件正負極的區(qū)別，并正確連接到PLC上，如果是對繼電器等進行驅(qū)動，在輸出點還需并聯(lián)突波吸收二極管等保護裝置，防止電流回流對PLC造成損壞。3.5.2軟件方面的問題 程序編寫完成后，首先要進行模擬仿真。模擬調(diào)試時，先從各個模塊單元入手，觀察輸入和輸出狀態(tài)指示燈，看它們是否按照所需的邏輯狀態(tài)亮和滅；對于中間繼電器的狀態(tài)則需要在裝置監(jiān)控中觀察：對于計數(shù)器和定時器的值則可以在梯形圖下打開梯形圖監(jiān)控，觀察它們值的變化。再對整個程序進行調(diào)試，直到?jīng)]有時序錯誤符合工藝的控制要求。 同時，在調(diào)試時還可以發(fā)現(xiàn)硬

20、件方面的錯誤，例如，PLC的接線或者外部連接和設(shè)計圖紙不同，此時若硬件改動比較方便則改動硬件：若改動起來比較麻煩，就可以在軟件上進行修改，既方便，又省時省力。 、對于自動過程的程序編寫，應(yīng)按照邏輯關(guān)系進行編程；而對于手動控制，則采用狀態(tài)變量編程，盡量少用上升沿觸發(fā)等邏輯關(guān)系，容易造成控制錯誤或者設(shè)備不動作。3.5.3安裝調(diào)試方面的問題 雖然PLC的抗干擾能力較強，但是為了保證控制過程的可靠性，仍然需要采取一定的損干擾措施，主要有以下幾項措施。 (1)電源回路的雜波可以通過電源導(dǎo)線進入控制裝置，這種雜波對系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備危害很大，容易造成評論PLC誤動作。可采取屏蔽變壓器和電源濾波等方式預(yù)防。

21、 (2)通過接地也可以有效地防止電磁干擾。 (3)PLC的布線要盡量遠離高壓、高頻等設(shè)備。在調(diào)試的時候，會出現(xiàn)控制動作和設(shè)計思路不同，首先要用GX的編程軟件監(jiān)控程序執(zhí)行過程，觀察相關(guān)觸點的狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)象找出可能出問題的觸點，看是否存在觸點無法接通或無法關(guān)斷的問題。在手動程序中，尤其要注意，機械手的每一個動作都是獨立的，其他動作沒有先后順序，所以在程序編寫過程中，需要注意不能使用上升下降沿等指令，最好使用狀態(tài)指令，即使用常開、常閉觸點；在自動程序過程中，由于采用了順序控制指令，所以需要先設(shè)計好機械手的工作順序。若順序出現(xiàn)問題時，首先檢查程序編寫是否存在邏輯錯誤；然后利用編程軟件監(jiān)控順序執(zhí)行過程，

22、先觀察每個動作的觸發(fā)是否能正常閉合或斷開，同時觀察每個狀態(tài)內(nèi)的觸點是否被觸發(fā)。由于順序控制指令執(zhí)行時，會同時復(fù)位上一個狀態(tài)元件，所以可以最后檢測每個狀態(tài)內(nèi)的觸點閉合、斷開情況。第四章 總 結(jié)本文詳細講解了機械手的控制系統(tǒng)設(shè)計過程。該系統(tǒng)采用FX2N-系列的PLC作為控制主機，以其豐富的I/ O 接口模塊、高可靠性, 以及I/O和模擬輸入/輸出擴展模塊，通過按鈕和一些開關(guān)，對電磁閥、繼電器等設(shè)備進行控制，實現(xiàn)了機械手自動運行控制在機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計中起到了十分重要的作用。但在PLC 控制的過程中,還有許多問題需要解決,本文就設(shè)計過程中的幾項關(guān)鍵問題提出了自己的一些看法,經(jīng)實踐證明,可以有效地提

23、高系統(tǒng)的抗干擾能力,對PLC讀、寫,事件響應(yīng)等通信時間可進行精確控制,取得了良好的效果。附 件附圖 梯形圖： 附表語句表： 0LDX01667RST Y0131OUTC1K368OUT Y0124SETM069LD X0205LDM070SET S126MPS72STL S127AND=C1K173SET M804312SETY01675LD M804313MPP76SET S1214ANDC1K178STL S219RSTY01679LD M804120RSTC180AND M804422RST M081SET S2023LD X02083STL S2024AND X02284OUT Y01125ANI Y01585LD X02326OUT M804486SET S2128LD M800088STL S2129IST X020 S20 S2789SET Y01436STL S090OUT T0 K1037LD X01493LD T038SET Y00194SET S2239LD X01596STL S2240RST Y00197OUT Y01041LD X01098LD X02242ANI Y01