第一篇：基于PLC的三自由度的機(jī)械手控制系統(tǒng)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于PLC的三自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：為了提高機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中定位的精度，介紹一種基于PL C的三自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。方案中提出了步進(jìn)電機(jī)在機(jī)械手定位應(yīng)用中的一種新思路 詳細(xì)論述三自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件實(shí)現(xiàn)方法 并建立MCGS組態(tài)環(huán)境界面對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。測試結(jié)果表明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，定位精確，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞 : PL C 三自由度 機(jī)械手 步進(jìn)電機(jī) MC GS 組態(tài)環(huán)境

0 引 言

機(jī)械手是一種能模擬人的手臂動(dòng)作，按照設(shè)定程序、軌跡和要求，代替人手進(jìn)行抓取、搬運(yùn)工件或操持工具的機(jī)電一體化自動(dòng)裝置。三自由度機(jī)械手又稱3D機(jī)械人，能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)自由度方向(水平、垂直和旋轉(zhuǎn))的抓取或放置物品，具有操作范圍大，靈活性好，應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。

可編程控制器(PLC)是一種專門為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子控制裝置。由于其具有可靠性高，功能強(qiáng)，編程簡單，人機(jī)交互界面友好等特性而廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)。

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)執(zhí)行元件。在非超載情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)目。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性誤差而無累計(jì)誤差的特點(diǎn)，使其在速度、定位等控制領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛。

機(jī)械手按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和機(jī)械式機(jī)械手。本文設(shè)計(jì)的三自由度機(jī)械手屬于混合式機(jī)械手，它綜合了電動(dòng)式和氣動(dòng)式機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)，既節(jié)省了行程開關(guān)和PLC的I／O端口，又達(dá)到了簡便操作和精確定位的目的。三自由度機(jī)械手的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)方式

三自由度機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型。圖1為機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖，機(jī)械手手臂的左右運(yùn)動(dòng)(水平方向)由伸縮步進(jìn)電機(jī)控制，上下運(yùn)動(dòng)(垂直方向)由升降步進(jìn)電機(jī)控制，逆時(shí)針和順時(shí)針旋

轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則由底盤直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。機(jī)械手的夾緊裝置采用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其夾緊與松開用氣壓驅(qū)動(dòng)，并由電磁閥控制。

機(jī)械手可以根據(jù)設(shè)定程序的動(dòng)作將工件從A處搬運(yùn)到B處。SQ1，SQ2，SQ5，SQ6為水平和垂直方向上的限位開關(guān)，SQ3，SQ4為原點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置的光接近開關(guān)。

三自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三自由度機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)置了手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式。自動(dòng)方式又分為自動(dòng)回原點(diǎn)、單步、單周期、連續(xù)四種工作方式。

2．1 硬件設(shè)計(jì)

主控制系統(tǒng)選用三菱FX2N系列晶體管輸出型PLC，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用SH-20403型模塊。機(jī)械手的外部接線圖如圖2所示。

機(jī)械手在最上面、最右邊，底盤轉(zhuǎn)至光接近開關(guān)X3處且夾緊裝置松開時(shí)稱系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)。X10為手動(dòng)控制按鈕，按下該按鈕后，可以進(jìn)行按鍵開關(guān)X20～X27對(duì)應(yīng)的手動(dòng)操作。X11～X15分別為自動(dòng)方式中的回原點(diǎn)、單步、單周期和連續(xù)工作方式按鈕，按下其中的某一個(gè)按鈕，再按起動(dòng)按鈕X0，該工作方式的動(dòng)作就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行。步進(jìn)電機(jī)只有在有脈沖信號(hào)(Y0)和方向信號(hào)(Y2或Y3)輸入時(shí)才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，Y6，Y7選擇將脈沖信號(hào)Y0送至哪個(gè)步進(jìn)電機(jī)。Y5控制送氣電磁閥，實(shí)現(xiàn)夾緊裝置的夾緊與松開。Y10，Y11控制底盤直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

2．2 軟件設(shè)計(jì)

在選擇單步、單周期和連續(xù)工作方式前，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)處于原點(diǎn)狀態(tài)。如果不滿足這一條件，可以選擇回原點(diǎn)工作方式，該工作方式依次執(zhí)行以下操作：向上運(yùn)動(dòng)至上限位x1→向右運(yùn)動(dòng)至右限位X2→順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至光接近開關(guān)X3→夾緊裝置松開。

機(jī)械手自動(dòng)工作方式的順序功能圖如圖3所示。機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)速度由輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率控制，機(jī)械手下降及左行的距離由脈沖數(shù)控制，脈沖頻率和脈沖數(shù)可以根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際情況在程序中設(shè)定，具有可重復(fù)操作性。

本系統(tǒng)采用的是PLC梯形圖順序編程的方法。其中以PLSY脈沖輸出指令輸出脈沖，用MOV指令設(shè)定脈沖個(gè)數(shù)，指定脈沖輸出完后，指令執(zhí)行完成標(biāo)志M8029置1。由于PLSY指令只能使用一次，而系統(tǒng)中兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)均需要脈沖輸入，設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)外部繼電器解

決了該問題。將Y0輸出的脈沖同時(shí)接至兩個(gè)繼電器動(dòng)觸點(diǎn)，兩繼電器的常開觸點(diǎn)分別與兩塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖輸入端相連，Y6，Y7接到兩繼電器的控制端，這樣就可以通過Y6，Y7來控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸入。

系統(tǒng)的MCGS組態(tài)環(huán)境

MCGS是為工業(yè)過程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，具有功能完善，操作簡便，可視性好，可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。圖4為三自由度機(jī)械手系統(tǒng)工作時(shí)的MCGS組態(tài)環(huán)境界面，它包括主界面、手動(dòng)工作方式界面和自動(dòng)工作方式界面。結(jié) 語

經(jīng)調(diào)試，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)無抖動(dòng)和失步現(xiàn)象發(fā)生，機(jī)械手系統(tǒng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。三自由度機(jī)械手系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的只是三個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要，可以對(duì)其進(jìn)一步改進(jìn)，在夾緊裝置肘部添加腕回轉(zhuǎn)控制裝置，就能使之成為四自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)。在條件允許的情況下，也可以采用觸摸屏代替MCGS組態(tài)環(huán)境對(duì)機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行控制，這樣占用空間小，人機(jī)交互界面直觀，操作更方便。

《現(xiàn)代電子技術(shù)》2009年第11期總第298期

喻偉闖，羅曉曙，陳赤，楊春慧

廣西師范大學(xué) 電子工程學(xué)院

廣西 桂林

第二篇：基于PLC的三自由度的機(jī)械手控制系統(tǒng)與設(shè)計(jì)

0 引 言

機(jī)械手是一種能模擬人的手臂動(dòng)作，按照設(shè)定程序、軌跡和要求，代替人手進(jìn)行抓取、搬運(yùn)工件或操持工具的機(jī)電一體化自動(dòng)裝置。三自由度機(jī)械手又稱3D機(jī)械人，能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)自由度方向(水平、垂直和旋轉(zhuǎn))的抓取或放置物品，具有操作范圍大，靈活性好，應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。

可編程控制器(PLC)是一種專門為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子控制裝置。由于其具有可靠性高，功能強(qiáng)，編程簡單，人機(jī)交互界面友好等特性而廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)。

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)執(zhí)行元件。在非超載情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)目。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性誤差而無累計(jì)誤差的特點(diǎn)，使其在速度、定位等控制領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛。

機(jī)械手按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和機(jī)械式機(jī)械手。本文設(shè)計(jì)的三自由度機(jī)械手屬于混合式機(jī)械手，它綜合了電動(dòng)式和氣動(dòng)式機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)，既節(jié)省了行程開關(guān)和PLC的I／O端口，又達(dá)到了簡便操作和精確定位的目的。三自由度機(jī)械手的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)方式

三自由度機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型。圖1為機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖，機(jī)械手手臂的左右運(yùn)動(dòng)(水平方向)由伸縮步進(jìn)電機(jī)控制，上下運(yùn)動(dòng)(垂直方向)由升降步進(jìn)電機(jī)控制，逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則由底盤直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。機(jī)械手的夾緊裝置采用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其夾緊與松開用氣壓驅(qū)動(dòng)，并由電磁閥控制。

機(jī)械手可以根據(jù)設(shè)定程序的動(dòng)作將工件從A處搬運(yùn)到B處。SQ1，SQ2，SQ5，SQ6為水平和垂直方向上的限位開關(guān)，SQ3，SQ4為原點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置的光接近開關(guān)。

三自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三自由度機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)置了手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式。自動(dòng)方式又分為自動(dòng)回原點(diǎn)、單步、單周期、連續(xù)四種工作方式。

2．1 硬件設(shè)計(jì)

主控制系統(tǒng)選用三菱FX2N系列晶體管輸出型PLC，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用SH-20403型模塊。機(jī)械手的外部接線圖如圖2所示。

機(jī)械手在最上面、最右邊，底盤轉(zhuǎn)至光接近開關(guān)X3處且夾緊裝置松開時(shí)稱系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)。X10為手動(dòng)控制按鈕，按下該按鈕后，可以進(jìn)行按鍵開關(guān)X20～X27對(duì)應(yīng)的手動(dòng)操作。X11～X15分別為自動(dòng)方式中的回原點(diǎn)、單步、單周期和連續(xù)工作方式按鈕，按下其中的某一個(gè)按鈕，再按起動(dòng)按鈕X0，該工作方式的動(dòng)作就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行。步進(jìn)電機(jī)只有在有脈沖信號(hào)(Y0)和方向信號(hào)(Y2或Y3)輸入時(shí)才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，Y6，Y7選擇將脈沖信號(hào)Y0送至哪個(gè)步進(jìn)電機(jī)。Y5控制送氣電磁閥，實(shí)現(xiàn)夾緊裝置的夾緊與松開。Y10，Y11控制底盤直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

2．2 軟件設(shè)計(jì)

在選擇單步、單周期和連續(xù)工作方式前，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)處于原點(diǎn)狀態(tài)。如果不滿足這一條件，可以選擇回原點(diǎn)工作方式，該工作方式依次執(zhí)行以下操作：向上運(yùn)動(dòng)至上限位x1→向右運(yùn)動(dòng)至右限位X2→順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至光接近開關(guān)X3→夾緊裝置松開。

機(jī)械手自動(dòng)工作方式的順序功能圖如圖3所示。機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)速度由輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率控制，機(jī)械手下降及左行的距離由脈沖數(shù)控制，脈沖頻率和脈沖數(shù)可以根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際情況在程序中設(shè)定，具有可重復(fù)操作性。

本系統(tǒng)采用的是PLC梯形圖順序編程的方法。其中以PLSY脈沖輸出指令輸出脈沖，用MOV指令設(shè)定脈沖個(gè)數(shù)，指定脈沖輸出完后，指令執(zhí)行完成標(biāo)志M8029置1。由于PLSY指令只能使用一次，而系統(tǒng)中兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)均需要脈沖輸入，設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)外部繼電器解決了該問題。將Y0輸出的脈沖同時(shí)接至兩個(gè)繼電器動(dòng)觸點(diǎn)，兩繼電器的常開觸點(diǎn)分別與兩塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖輸入端相連，Y6，Y7接到兩繼電器的控制端，這樣就可以通過Y6，Y7來控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸入。

系統(tǒng)的MCGS組態(tài)環(huán)境

MCGS是為工業(yè)過程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，具有功能完善，操作簡便，可視性好，可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。圖4為三自由度機(jī)械手系統(tǒng)工作時(shí)的MCGS組態(tài)環(huán)境界面，它包括主界面、手動(dòng)工作方式界面和自動(dòng)工作方式界面。結(jié) 語

經(jīng)調(diào)試，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)無抖動(dòng)和失步現(xiàn)象發(fā)生，機(jī)械手系統(tǒng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。三自由度機(jī)械手系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的只是三個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要，可以對(duì)其進(jìn)一步改進(jìn)，在夾緊裝置肘部添加腕回轉(zhuǎn)控制裝置，就能使之成為四自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)。在條件允許的情況下，也可以采用觸摸屏代替MCGS組態(tài)環(huán)境對(duì)機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行控制，這樣占用空間小，人機(jī)交互界面直觀，操作更方便。

第三篇：基于plc機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于plc機(jī)械手控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 課題背景及研究意義

機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。近年來隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視。總之，機(jī)械手是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段。國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。

可編程序控制器（PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。

由于自動(dòng)化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。機(jī)械手在美國、加拿大等國家應(yīng)用較多，如用果實(shí)采摘機(jī)械手來摘果實(shí)、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機(jī)器人等。我國自動(dòng)化水平本身比較低，因此用PLC來控制的機(jī)械手還比較少。本次課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手就是通過PLC來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的。通過此次設(shè)計(jì)可以更進(jìn)一步學(xué)習(xí)PLC的相關(guān)知識(shí)，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐。

組態(tài)王是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺(tái)上運(yùn)行，通過對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)通過組態(tài)軟件對(duì)機(jī)械手進(jìn)行監(jiān)控，將機(jī)械手的動(dòng)作過程進(jìn)行了動(dòng)畫顯示，使機(jī)械手的動(dòng)作過程更加形象化。機(jī)械手

2.1 機(jī)械手介紹

Mechanical hand也被稱為自動(dòng)手，Auto hand能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

2.2機(jī)械手的分類

機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)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(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)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(jī)械手有2~3個(gè)自由度。

機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。

機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)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(dú)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(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。

機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。

2.3機(jī)械手的特點(diǎn)

機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：

1.機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。

2.在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。

3.可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。

4.可在危險(xiǎn)場合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。

5.宇宙及海洋的開發(fā)。

6.軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。

2.4 機(jī)械手的構(gòu)成

機(jī)械手簡述：機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。

1.執(zhí)行機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動(dòng)作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動(dòng)作。簡單的機(jī)械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動(dòng)。

2.傳動(dòng)系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要由傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。常用機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)分機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電力傳動(dòng)等幾種形式。

3.控制系統(tǒng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動(dòng)作，簡單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動(dòng)作。動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制 機(jī)械手控制方式的選擇

3.1 控制方式的分類

傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動(dòng)控制主要由繼電器或分立的電子線路來實(shí)現(xiàn)，這種控制方式投資相對(duì)少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場，但該控制方式卻有以下致命缺陷：

(1)僅適合于簡單的邏輯控制；

(2)僅適合特殊的工程項(xiàng)目，而沒有通用性；

(3)沒有改動(dòng)和優(yōu)化的可能性。伴隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，我國工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了從繼電器控制到計(jì)算機(jī)控制的轉(zhuǎn)變，計(jì)算機(jī)控制方式具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：

(1)硬件上至少有一個(gè)微處理器；

(2)通過軟件實(shí)現(xiàn)控制思想。

目前，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：

(1)可編程序邏輯控制器（PLC）；

(2)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）；

(3)集散控制系統(tǒng)（DCS）。

3.2 PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較及選型

1.各自技術(shù)發(fā)展的起源

計(jì)算機(jī)是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，故對(duì)要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜和計(jì)算工作量大的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)。

集散系統(tǒng)從工業(yè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì)，初期主要用在連續(xù)過程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。PLC是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來，主要應(yīng)用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，側(cè)重于開關(guān)量順序控制方面。

近年來隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等的發(fā)展，PLC在技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍。在初期邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能，增加了模擬量和PID調(diào)節(jié)等功能模塊；運(yùn)算速度提高，CPU的能力趕上了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；通信能力的提高發(fā)展了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò)(LAN)，因而也可構(gòu)成為一個(gè)集散系統(tǒng)。特別是個(gè)人計(jì)算機(jī)也被吸收到PLC系統(tǒng)中。PLC在過程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn)場總線，暨向下拓展功能，開放總線。

2.相同點(diǎn) 在微電子技術(shù)發(fā)展的背景下，從硬件的角度來看，PLC、工業(yè)計(jì)算機(jī)、集散系統(tǒng)(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點(diǎn)。

3.不同點(diǎn)由于PLC和計(jì)算機(jī)屬于兩類產(chǎn)品，經(jīng)過幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點(diǎn)和軟件工具，實(shí)際上它們的區(qū)別仍然存在。

PLC用編程器或計(jì)算機(jī)編程，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統(tǒng)自身或用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)形成組態(tài)構(gòu)成開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。

特別需要提出的是，PLC與STD總線工控機(jī)的區(qū)別，無論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運(yùn)行，但在線運(yùn)行時(shí)若要進(jìn)行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機(jī)，但是從開關(guān)量控制而言，PLC的性能優(yōu)于STD工控機(jī)。

總的來說，在選擇控制器時(shí)，首先要從工程要求、現(xiàn)場環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮。沒有哪種控制器是絕對(duì)完善的，也沒有哪種產(chǎn)品絕對(duì)差，只能說根據(jù)不同的環(huán)境選擇更適用的產(chǎn)品。

本章小結(jié)

本章主要介紹了機(jī)械手的來源、研究背景及研究意義，機(jī)械手的分類、特點(diǎn)。由于機(jī)械手是在搬運(yùn)中的應(yīng)用，所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手類型。此機(jī)械手易于操作，性 能可靠。機(jī)械手的控制方式可以有多種，本文主要研究通過PLC來控制機(jī)械手。

第四篇：搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘 要

隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn), 可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。

本機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個(gè)電磁閥控制的液壓鋼來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動(dòng)及夾緊工件的動(dòng)作，兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)分別通過兩線圈控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；其動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個(gè)不同部位的行程開關(guān)(SQ1---SQ9)產(chǎn)生的通斷信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部線圈來控制電動(dòng)機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位；其動(dòng)作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。

關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手，可編程控制器（PLC），液壓，電磁閥

ABSTRACT With the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, 1

第五篇：搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)題目 搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 孫飛龍 學(xué) 號(hào) 02030801013 專業(yè)班級(jí) 機(jī)電一體化（1）班 指導(dǎo)老師 張?zhí)m仙

機(jī)電工程系

搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘 要

隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn), 可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。

本機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個(gè)電磁閥控制的液壓鋼來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動(dòng)及夾緊工件的動(dòng)作，兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)分別通過兩線圈控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；其動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個(gè)不同部位的行程開關(guān)(SQ1---SQ9)產(chǎn)生的通斷信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部線圈來控制電動(dòng)機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位；其動(dòng)作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。

關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手，可編程控制器（PLC），液壓，電磁閥

目 錄

前 言………………………………………………………………………………….1

第一章 機(jī)械手的概況

1.1 搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡況…………………………………………………2

1.2 機(jī)械手的應(yīng)用意義………………………………………………………3

1.3 機(jī)械手的發(fā)展概況………………………………………………………3

第三章 搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及“ title=”下一頁">> >> >>| 其動(dòng)作………………………………………………

3.2 搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)………………………………………………

3.3 搬運(yùn)機(jī)械手控制程序設(shè)計(jì)……………………………………………… 操作面板及動(dòng)作說明…………………………………………………… I/O分配………………………………………………………………… 梯形圖的設(shè)計(jì)……………………………………………………………

1）梯形圖的總體設(shè)計(jì)……………………………………………………

2）各部分梯形圖的設(shè)計(jì)…………………………………………………

3）繪制搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖…………………………………… 結(jié) 論………………………………………………………………………………

謝 辭………………………………………………………………………………

參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………….附：語句表

梯形圖 I/O接線圖

前言

機(jī)械手：mechanical hand，也被稱為自動(dòng)手，auto hand 能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)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(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)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(jī)械手有2～3個(gè)自由度。

機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。

機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)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(dú)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(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。

機(jī)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(tái)機(jī)械手。

第一章 機(jī)械手概況

1.1搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡況

在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。

但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生 5 產(chǎn)時(shí)間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。

國內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門中機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于以下幾方面：

1.熱加工方面的應(yīng)用

熱加工是高溫、危險(xiǎn)的笨重體力|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 勞動(dòng)，很久以來就要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對(duì)于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。

2.冷加工方面的應(yīng)用

冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時(shí)的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動(dòng)線上應(yīng)用，成為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。

3.拆修裝方面

拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動(dòng)較多的部門之一，促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門，已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動(dòng)缸、裝卸軸箱、組裝輪對(duì)、清除石棉等，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機(jī)械手，可用以對(duì)客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆，以改善勞動(dòng)條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。

近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。

1.2機(jī)械手的應(yīng)用意義

在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下：

1.可以提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度

應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。

2.可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。

3.可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)

應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。

綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。1.3.3機(jī)械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì)

1.3機(jī)械手的發(fā)展概況

專用機(jī)械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。

早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。

50～60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(Unimate)機(jī)械手即屬于這種類型。

60～70年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。

80-90年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是日本。

90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。

90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。

總之，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代：

第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。

1.4機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)

目前國內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。

因此，國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。

將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，9 擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高精度，減少?zèng)_擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機(jī)械手，并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。

在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時(shí)，即能更正，并自行檢測，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。

視覺功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí)，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后傳送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。

觸覺功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。

手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小。總之，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到1995年，全世界約有50%的汽車由機(jī)械手裝配。

現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.5 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用

1.可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況

可編程序控制器（programmable controller），現(xiàn)在一般簡稱為PLC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。

在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí)，原有的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。

2.PLC的應(yīng)用概況

PLC的應(yīng)用|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò)大，對(duì)于而今的PLC幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來PLC的性價(jià)比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。

按PLC的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。

1）.用于邏輯控制

這是PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等。

2）.用于模擬量控制

PLC通過模擬量I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量控制。

3）.用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制

現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計(jì)算機(jī)控制（CNC）緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。

4）.用于工業(yè)機(jī)器人控制

5）.用于多層分布式控制系統(tǒng)

高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。

3.PLC的特點(diǎn)

1）.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度變化等中可靠地工作，PLC的平均無故障間隔時(shí)間高，日本三菱公司的F1系列PLC平均無故障時(shí)間間隔長達(dá)30萬h，這是一般微機(jī)所不能比擬的。

2）.控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng)

由于PLC是采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)控制功能，對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。

3）.編程簡單、使用、維護(hù)方便

4）.組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣

PLC既可用于開關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此，PLC應(yīng)用范圍很廣。

5）.體積小、重量輕、功耗低

PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗約1.2KW。

5.PLC在機(jī)械手中的應(yīng)用

機(jī)械手通常應(yīng)用于動(dòng)作復(fù)雜的場合來代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞動(dòng)，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被應(yīng)用于動(dòng)作簡單的電氣及流水線控制，而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng);控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng);編程簡單、使用、維護(hù)方便;組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣;體積小、重量輕、功耗低等有點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于類似機(jī)械手的控制動(dòng)作復(fù)雜的場合，本設(shè)計(jì)正是以PLC控制為基礎(chǔ)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)。

第二章 搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案

2.1搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作

本機(jī)械手用于生產(chǎn)線上工件的自動(dòng)搬運(yùn)，根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過程及控制要求分析，機(jī)械手的動(dòng)作過程如圖3—1所示：

圖2—1機(jī)械手的動(dòng)作周期

2.2機(jī)械手的控制過程

如圖3—2所示由A、B兩個(gè)液壓缸完成工件的夾緊和提升的動(dòng)作，A缸通過一個(gè)單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松，B缸通過一雙電兩位四通電磁閥控制機(jī)械手的升降；由小車實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的移動(dòng)。該小車由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)是高速，一臺(tái)是慢速。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)以慢—快—慢的形式進(jìn)行，返回時(shí)按慢—快—慢的形式后退。當(dāng)工件從傳送帶傳輸?shù)綑C(jī)械手下方時(shí)，工件碰壓行程開關(guān)SQ1，B缸活塞桿伸出，帶動(dòng)機(jī)械手下降，下降至終點(diǎn)碰壓行程開關(guān)SQ3與機(jī)械手夾鉗相連的A缸活塞桿收進(jìn)，機(jī)械手將工件夾緊；當(dāng)工件夾緊到位時(shí)，行程開關(guān)SQ5動(dòng)作，B缸的活塞桿收進(jìn)，把工件提升；當(dāng)工件提升到最高位置時(shí)碰壓行程開關(guān)SQ4，啟動(dòng)小車慢速右行；當(dāng)小車碰壓行程開關(guān)SQ7時(shí)轉(zhuǎn)為快速行走；接近終點(diǎn)時(shí)小車碰壓 14 行程開關(guān)SQ8，轉(zhuǎn)為慢速行走；行至右端行程開關(guān)SQ9，小車停止前進(jìn)；停留5秒后，B缸活塞桿再次外伸，機(jī)械手下降至終點(diǎn)，A缸活塞桿外伸帶動(dòng)夾鉗松開，將工件放下；然后機(jī)械手上升，小車以慢—快—慢的形式沿原路返回，恢復(fù)到圖示所示的原點(diǎn)位|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 置。

2.3機(jī)械手的控制要求

為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：單步、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。

手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升/下降按鈕，機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其它動(dòng)作以此類推。

回原位：當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí)，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。

單步運(yùn)行：供試用，即沒按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。

單周期運(yùn)行：供首次檢驗(yàn)用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)周期后停止在原點(diǎn)位置

連續(xù)運(yùn)行：正常使用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)并按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動(dòng)作。

該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操作”位置。

第三章 搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械部分和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。

3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如圖3—2所示

圖3—2：機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖

圖中設(shè)置9個(gè)行程開關(guān)SQ1—SQ9用于檢測工件、小車、機(jī)械手的位置及機(jī)械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測開關(guān)；SQ2為小車原位檢測開關(guān)；SQ3、SQ4分別為機(jī)械手下降上升是否到位檢測開 16 關(guān)；SQ5、SQ6分別為機(jī)械手夾緊放松檢測開關(guān)；SQ7、SQ8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開關(guān)；SQ9為小車運(yùn)動(dòng)停止開關(guān)。

3.2電氣控制的設(shè)計(jì)

包括主電路和控制電路的設(shè)計(jì)。主電路由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，即慢速電機(jī)和快速電機(jī)，分別拖動(dòng)小車慢行和快行，其控制如下：慢速電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1、KM2分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)；快速電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM3和KM4分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)。機(jī)械手的夾緊放松動(dòng)作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個(gè)液壓缸完成的，在通電情況下，機(jī)械手松開，得電時(shí)松開，可以防止在設(shè)備運(yùn)行過程中突然斷電導(dǎo)致的機(jī)械手松開，工件脫落的情況發(fā)生。

3.3操作面板及動(dòng)作說明

根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求，控制操作包括手動(dòng)和自動(dòng)，手動(dòng)又包括手動(dòng)步進(jìn)、回原位操作，自動(dòng)控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個(gè)檔位。手動(dòng)工作方式下，手動(dòng)動(dòng)作包括上升、下降、放松、快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退和復(fù)位，故設(shè)置六個(gè)動(dòng)作看官按鈕。各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行的同時(shí)均設(shè)有動(dòng)作指示燈。另外設(shè)有啟動(dòng)停止按鈕。

其操作面板如圖3—3所示：

圖3—3機(jī)械手操作面板示意圖

3.4 I/O分配

I/O設(shè)備即所需的I/O點(diǎn)數(shù)如下表所示：

信

I/O設(shè)備

號(hào)

操作方式選擇旋鈕開關(guān) 手動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)選擇按鈕

輸 入

啟動(dòng)停止按鈕 行程開關(guān) 9 5 8

輸 出

動(dòng)作指示 原點(diǎn)指示 1

交流接觸器控制線圈 電磁閥 3

I/O點(diǎn)數(shù) 信號(hào)

I/O設(shè)備

I/O點(diǎn)數(shù)

根據(jù)I/O點(diǎn)的分配要求及考慮10%到15%的I/O裕量，本設(shè)計(jì)PLC采用F1—60MR 36/24型，樣圖見圖3-4所示：

圖3—4 F1-40MR樣圖

控制電路設(shè)計(jì)主要是PLC輸入、輸出接線的設(shè)計(jì)，其I/O分配如圖3—5所示。

電氣接線圖見附圖

圖3—5 PLC I/O接線控制圖

第四章 搬運(yùn)機(jī)械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械手動(dòng)控制屬順序控制，故其手動(dòng)程序采用普通的PLC控制指令控制，自動(dòng)程序采用步進(jìn)梯形指令控制

4.1梯形圖的總體設(shè)計(jì)

按照機(jī)械手控制和工藝流程的要求，在選擇“手動(dòng)方式”時(shí)應(yīng)執(zhí)行手動(dòng)程序；在選擇“回原位”時(shí)應(yīng)執(zhí)行回原|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位程序；在選擇自動(dòng)程序時(shí)應(yīng)執(zhí)行自動(dòng)程序。其中自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕按下時(shí)才執(zhí)行。故梯形圖的總體構(gòu)成如圖3—6所示。

圖3—6搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖總體構(gòu)成

4.2各部分梯形圖的設(shè)計(jì)

1.通用部分梯形圖設(shè)計(jì)

通用部分梯形圖分為三部分：

1）.狀態(tài)器的初始化。初始化狀態(tài)器S600在手動(dòng)方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇開關(guān)置于“返回原位”（X514接通）時(shí)，按下復(fù)位按鈕（X507）時(shí)被置位，在“手動(dòng)操作”（X510）接通時(shí)，S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動(dòng)做復(fù)位操作，即在方式選擇開關(guān)位于“手動(dòng)操作”或“返回原位”時(shí)，中間狀態(tài)器同步復(fù)位。故初始化梯形圖如圖3—7所示，（如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要M71）。

圖3—7 狀態(tài)器初始化梯形圖

2）.狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。若機(jī)械手工作在自動(dòng)工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后按下啟動(dòng)按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步一步的向下傳遞，即可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)程序” 時(shí)，轉(zhuǎn)換啟動(dòng)繼電器M575一直保持到 22 停機(jī)按鈕按下為止。另一面采用M100檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng)M575和M100都接通時(shí)，從初始狀態(tài)器開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，故其梯形圖如圖3—8所示。

圖3—8狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)梯形圖

3）.狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖。激活特殊輔助繼電器M574并用步進(jìn)梯形指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時(shí)，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換就被自動(dòng)禁止。

在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時(shí)，M574應(yīng)被激勵(lì)并自保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，從現(xiàn)行工步重新開始工作，M574應(yīng)復(fù)位，即重新允許新轉(zhuǎn)換。

在“步進(jìn)”工作方式時(shí)，M574應(yīng)始終工作，此時(shí)，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但沒按下一次啟動(dòng)按鈕時(shí)，M574斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次。

在“手動(dòng)”工作方式時(shí)禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)方式解除之后，按下啟動(dòng)按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除，M574復(fù)位。

PLC在啟動(dòng)時(shí)，用初始化脈沖M71和M574自保持，以此禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換，直到按下啟動(dòng)按鈕。故狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖如圖3—8所示。

圖3—8 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖

通過對(duì)3—7和3—8的分析可得出：在執(zhí)行“手動(dòng)操作”和“返回原位”程序時(shí)，M575一直不能被接通，而M574長期被接通，（按下啟動(dòng)按鈕時(shí)除外）；執(zhí)行“步進(jìn)”程序時(shí)沒按一次啟動(dòng)按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，M574斷開，M575接通，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換可一步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時(shí)，M574自鎖，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止在現(xiàn)行工序（再次按下啟動(dòng)按鈕時(shí)從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)程序”時(shí)，M575一直接通到按下停止按鈕，此時(shí)M574一直不能接通。

2.手動(dòng)操作梯形圖

手動(dòng)操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方式來設(shè)計(jì)梯形圖?！笆謩?dòng)操作時(shí)”按下放松按鈕時(shí)，機(jī)械手卡抓松開，當(dāng)松開放松按鈕時(shí)，機(jī)械手卡爪在液壓缸作用下自動(dòng)加緊并保持；按下上升按鈕，上升輸出Y435保持 24 接通；按下下降按鈕，Y436保持接通；在上限位按下慢進(jìn)按鈕，慢進(jìn)輸出Y430接通，至行程開關(guān)SQ7閉合，小車停止；快進(jìn)、快退、慢退情況同慢進(jìn)。

手動(dòng)操作梯形圖設(shè)置有互鎖，只有在小車處于左限位（即X403閉合）或右限位（即X412閉合）時(shí)機(jī)械手的上升下降動(dòng)作才能進(jìn)行，只有當(dāng)機(jī)械手處于下限位（即X404接通）機(jī)械手的加緊放松動(dòng)作才可以手動(dòng)控制；為了安全，同一個(gè)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)線圈不能同時(shí)接通，設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了自鎖開關(guān)，防止線圈同時(shí)接通造成的短路。故手動(dòng)操作時(shí)梯形圖如圖3—9所示。

圖3—9 手動(dòng)操作梯形圖

3.返回原位梯形圖 在“返回原位”狀態(tài)下，“夾緊”與“下降”動(dòng)作應(yīng)被停止，上限位未動(dòng)作時(shí)，應(yīng)進(jìn)行“上升”；上限位動(dòng)作時(shí)，“右行”動(dòng)作應(yīng)停止，并左行至左限|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位位置。故返回原位梯形圖如圖3—10所示：

圖3—10 返回原位梯形圖

4.“自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖 圖3—11表示了機(jī)械手自動(dòng)工作時(shí)執(zhí)行各工步的情況，表示了各工步的實(shí)現(xiàn)和轉(zhuǎn)換的條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y436接通。自下限位置時(shí)，X404接通，轉(zhuǎn)換為“夾持”過程；夾持電磁閥Y434復(fù)位，至加緊限位X406接通，轉(zhuǎn)換為上升動(dòng)作；當(dāng)上限為開關(guān)SQ4閉合，X405接通，小車開始慢進(jìn)動(dòng)作?？爝M(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、加緊、上升、慢退、快退、慢退動(dòng)作依次類推，如上所述一步一步按順序驅(qū)動(dòng)各個(gè)負(fù)載動(dòng)作，稱為順序控制或過程步進(jìn)型控制。26

圖3—11搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作流程圖

用狀態(tài)器代替自動(dòng)工作流程圖的各工步，可得到3—12所示的功能表圖：

圖3—12 搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作功能表圖

根據(jù)圖3—12所示的自動(dòng)工作功能表圖，可設(shè)計(jì)出自動(dòng)操作時(shí)的梯形圖如圖3—13所示。

圖3—13搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作梯形圖

5、繪制搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖

將從初始化開始的一系列梯形圖，按照總體結(jié)構(gòu)圖（圖3—6）的形式組合在一起，得到機(jī)械手PLC控制的梯形圖（見附圖），其語句表見附錄。

附圖：

搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

搬運(yùn)機(jī)械手控制梯形圖

搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)作流程圖

搬運(yùn)機(jī)械手控制接線圖

結(jié) 論

本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于機(jī)加工生產(chǎn)，貨物調(diào)運(yùn)等場合。

搬運(yùn)機(jī)械手采用PLC控制，體積小，重量輕，控制方式靈活，可靠性高，操作簡單，維修容易。使用該機(jī)械手代替人工搬運(yùn)工件，既安全，又準(zhǔn)確，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了工件的質(zhì)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

可編程控制器PLC以其豐富的I/O接口模塊、高可靠性,可以在機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起到了十分重要的作用。

本文就設(shè)計(jì)過程中的幾項(xiàng)關(guān)鍵的問題提出了自己的一些看法,可以有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力,對(duì)PLC讀、寫,事件響應(yīng)等通信時(shí)間可進(jìn)行精確的控制,取得了良好的效果.隨著機(jī)械手應(yīng)用的普及，機(jī)械手向著專用化，機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化的方向發(fā)展，機(jī)械手的動(dòng)作更加靈活多樣，其控制方式也在向著多元化的方向發(fā)展，在PLC控制的過程中,還有許多的問題需要解決，PLC在機(jī)械手開發(fā)中的開發(fā)應(yīng)用還有很大的空間。

謝 辭

此次設(shè)計(jì)是在張?zhí)m仙老師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師為論文課題的研究提出了許多指導(dǎo)性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。張?zhí)m仙老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、不斷探索的科研作風(fēng)，敏銳深邃的學(xué)術(shù)洞察力，孜孜不倦的敬業(yè)精神，給我留下了深刻的印象，使我受益良多。生活中張?zhí)m仙老師就是我的朋友，她的態(tài)度讓我對(duì)生活有了新的認(rèn)識(shí)。在本文結(jié)束之際，特向我敬愛的導(dǎo)師致以最崇高的敬禮和深深的感謝！

通過此次設(shè)計(jì)，一方面讓我認(rèn)識(shí)到自己的不足，發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤之處；另一方面又積累豐富的知識(shí)，吸取別人好的方法和經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜問題的解決能力，摸索出一套解決綜合問題的方法，為自己以后的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。再一方面也加強(qiáng)了我和老師的交流，認(rèn)識(shí)到知識(shí)的淵博度。

經(jīng)過這次的努力，使我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。這份畢業(yè)設(shè)計(jì)既是對(duì)過去三年所學(xué)知識(shí)的總結(jié)，又是自己知識(shí)的積累，也大大加深了對(duì)單片機(jī)技術(shù)的了解。

畢業(yè)設(shè)計(jì)中既動(dòng)腦、，又動(dòng)手，是一個(gè)理論與實(shí)際結(jié)合的過程。僅僅有理論是不夠的，更重要的是實(shí)際的，是我們所設(shè)計(jì)的實(shí)物，具有設(shè)計(jì)合理，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。這就需要我們?cè)O(shè)計(jì)者考慮問題是要仔細(xì)、周密，不能有絲毫的大意。對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)越化，也需要我們綜合各方面的因素考慮，尤其是實(shí)際。再次像教育指導(dǎo)我的老師及同學(xué)表示誠摯的感謝！

鑒于本人所學(xué)知識(shí)有限，經(jīng)驗(yàn)不足，又是初次研究這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)，在此過程中難免存在一些錯(cuò)誤和不足之處，懇請(qǐng)各|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位老師給予批評(píng)和指正。

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附錄：語句表 步序 1 2 3 4 5 6 7 指 LD AND S LD R LD OUT

令 X514 X507 S600 X510 S600 X510 F671 34 8 K 9 OUT 10 K 11 OUT 12 K 13 LD 14 AND 15 OR 16 ANI 17 LD 18 OR 19 OR 20 ANB 21 OUT 22 LD 23 AND 24 ANI 25 OUT 26 OUT 27 LD 28 PLS 29 LD 30 AND 31 OR 32 OR 33 OR 34 OR 35 OR 36 ANI 37 OUT 38 LDI 39 CJP 40 LD 41 ANI 42 LD 43 OR 44 ANB 45 ANI 46 OUT 47 OUT 48 LD 49 ANI 50 LD 51 OR

601 F672 610 F670 103 X501 M575 X400 X501 X501 X512 X513 M575 X405 X403 Y434 M100 Y540 X400 M101 X401 X502 X511 X512 X514 M71 M574 M101 M574 X510 700 L500 X405 X430 X412 Y435 Y436 Y530 X500 X405 X430 X412

52 ANB 53 ANI 54 OUT 55 OUT 56 LD 57 ANI 58 AND 59 OUT 60 OUT 61 LDI 62 ANI 63 AND 64 OUT 65 LD 66 ANI 67 ANI 68 AND 69 ANI 70 OUT 71 OUT 72 LD 73 ANI 74 ANI 75 AND 76 ANI 77 OUT 78 OUT 79 LD 80 ANI 81 AND 82 ANI 83 OUT 84 OUT 85 LD 86 ANI 87 AND 88 ANI 89 OUT 90 OUT 91 EJP 92 LD 93 CJP 94 LD 95 S

Y436 Y535 Y531 X502 X407 X404 Y434 Y533 X402 X406 X404 Y532 X504 X410 X412 X405 Y431 Y430 Y534 X506 X411 X403 X405 Y430 Y431 Y535 X530 X411 X405 Y433 Y432 Y530 X505 X410 X405 Y432 Y433 Y537 700 X517 701 X507 M200

96 LD 97 OUT 98 R 99 OUT 100 AND 101 R 102 R 103 OUT 104 AND 105 R 106 EJP 107 LD 108 OR 109 OUT 110 MC 111 STL 112 LD 113 AND 114 S 115 STL 116 OUT 117 AND 118 S 119 STL 120 OUT 121 AND 122 S 123 STL 124 OUT 125 AND 126 S 127 STL 128 OUT 129 AND 130 S 131 STL 132 OUT 133 AND 134 S 135 STL 136 OUT 137 AND 138 S 139 STL

M200 Y434 Y436 Y435 X405 Y430 Y432 Y433 X403 M200 701 X400 M102 M102 M102 S600 M575 M100 S601 S601 Y436 X404 S602 S601 Y434 X406 S603 S603 Y435 X405 S604 S604 Y430 X410 S605 S605 Y432 X411 S606 S606 Y430 X412 S607 S607

140 OUT T450 141 K 5 142 AND T450 143 S S610 144 STL S610 145 OUT Y436 146 AND X404 147 S S611 148 STL S611 149 OUT Y437 150 AND X407 151 S S612 152 STL S612 153 OUT Y435 154 AND X405 155 S S613 156 STL S613 157 OUT Y431 158 AND X411 159 S S614 160 STL S614 161 OUT Y433 162 AND X410 163 S S615 164 STL S615 165 OUT Y431 166 AND X403 167 S S600 168 RET 169 MCR M102 170 END

|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 附圖：

搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

搬運(yùn)機(jī)械手控制梯形圖

搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)作流程圖

搬運(yùn)機(jī)械手控制接線圖

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