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1、河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 畢 業(yè) 設(shè) 計 [論 文] 題 目： 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 姓 名：

2、 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 完成時間： 摘要 隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動化，已愈來愈引起人們的重視。 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)

3、械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。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、不知疲勞、不怕危險、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，生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率；可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。 本文將通過PLC控制機(jī)械手，PLC是可編程控制器（Programmable Logic Controller）的簡稱，是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處

4、理器為核心的通用的工業(yè)自動化控制裝置。該系統(tǒng)利用PLC，完成對機(jī)械手在搬運(yùn)過程中的下降、夾緊、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全過程自動化控制，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手， PLC， 控制 I 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) Abstract Abstract As Chinas industrial production leaps, degree of automation increased rapidly achieve

5、 workpiece handling, steering, transmission, or manage welding gun, spray gun, wrenches and other tools for automation of machining and assembly operations, are becoming increasingly important. Robot was developed in the mechanization and automation in the production process of NLP was part of the

6、 staffing action, by a given program, tracks, and requirements for automatic capture, handling or operation of the automatic mechanism. Manipulator application in industrial production is called "industrial robots". Manipulator while currently also than staff as flexible, but it has can constantly r

7、epeat work and labor, and not known fatigue, and fear dangerous, and snatch weights of power than staff big, features, so, manipulator has was many sector of attention, and increasingly widely to get has application, production in the application manipulator can improve production of automation leve

8、l and productivity; can reduce intensity, and guarantee products quality, and achieved safety; especially in high temperature, and high pressure, and cryogenic, and low voltage, and dust, and easy burst, and Toxic gases and radioactive and other harsh environments, instead of regular working people,

9、 even more significant. This article by PLC control robot, PLC is a programmable controller (Programmable Logic Controller) referred to, is based on the relay sequence control using microprocessor developed as the core of GMs industrial automation and control devices. The system uses PLC fo

10、r handling process down, clamped, rising, rising right, relax, spin, falling, l-automatic control of the whole process, and may change according to the workpiece and change parameters at any time at the request of the campaign process. Keywords: robot, PLC, control II 目錄 摘要……………………………

11、…………………………………………………………I Abstract……………………………………………………..…….……………………..II 1 緒論 1 1.1課題背景 1 1.2 機(jī)械手的定義及分類 2 1.3 機(jī)械手的應(yīng)用及組成機(jī)構(gòu) 3 1.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢 4 1.5 總體設(shè)計要求 5 2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 2.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)概述 6 2.2 機(jī)械手的運(yùn)動自由度 6 2.3機(jī)械手的各部分結(jié)構(gòu) 7 2.3.1手部的設(shè)計 7 2.3.2 手腕 10 2.3.3 臂部 11 2.3.4 機(jī)身 12 2.3.5旋轉(zhuǎn)編碼盤 12 2.4 電源與傳動整體

12、13 2.4.1 控制電源 13 2.4.2 傳動整體 15 3機(jī)械手的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 16 3.1 PLC的特點(diǎn) 16 3.2 PLC的結(jié)構(gòu)功能 16 3.3 PLC的選擇 18 3.4 PLC的I/O分配 19 3.5控制面板 22 3.6 PLC梯形圖中的編程元件 22 4 機(jī)械手的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 23 4.1 PLC的程序設(shè)計 23 4.1.1 公用程序 24 4.1.2 自動操作程序 25 4.1.3手動單步操作程序 31 4.1.4 回原位程序 34 4.2 PLC程序模擬調(diào)試 38 結(jié)論 39 參考文獻(xiàn) 40 致謝 41 附錄 42

13、 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 1 緒論 1.1課題背景 進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著我國人口老齡化的提前到來，近年來在東南沿海普遍出現(xiàn)了大量的缺工現(xiàn)象，迫切要求我們提高勞動生產(chǎn)率，降低工人的勞動強(qiáng)度，提高我國工業(yè)自動化水平勢在必行，將機(jī)械手應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運(yùn)到另外一條生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重

14、復(fù)性勞動，同時又可以提高勞動生產(chǎn)率。 機(jī)械手是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(yùn)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，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)械手發(fā)展較快，應(yīng)用較多。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料以及焊接、噴漆等作業(yè)，它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，有些還具備有傳感反饋能力，能應(yīng)付外界的變化。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時，會引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞，但若有了傳感反饋?zhàn)詣?，機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝

15、卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。近些年，隨著計算機(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，機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素。 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(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性，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；PLC采用光電隔離和濾波技術(shù)有效抑制外部干擾源對PLC的

16、影響，此外PLC還可在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；具有編程簡單，易于掌握；設(shè)計安裝容易，維護(hù)工作量少；功能強(qiáng)、通用性好；開發(fā)周期短，功耗小等優(yōu)點(diǎn)。可編程序控制器PLC控制的物料搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)動作簡便、線路設(shè)計合理、具有較強(qiáng)的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低了維修率，提高了工作效率。 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。本課題對現(xiàn)代工業(yè)的的發(fā)展具有很重要的意義。 1.2 機(jī)械手的定義及分類 機(jī)械手是五十年代末才發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤

17、其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)控加工中心，它在減輕工人的勞動強(qiáng)度的同時， 大大提高了勞動生產(chǎn)率。但數(shù)控加工中常見的上下料工序，通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動化裝置。前者費(fèi)時費(fèi)工、效率低; 后者因設(shè)計復(fù)雜，需較多繼電器，接線繁雜，易受車體振動干擾，而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題。 機(jī)械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機(jī)器，它有多個自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識。其一，它能部

18、分代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三，它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，并投入了大量的物力和財力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。 機(jī)械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定工作。它的特點(diǎn)是除具備普通機(jī)械的物理性能外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二

19、類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號操作機(jī)械手來進(jìn)行探測月球、火星等。第三類是專用機(jī)械手，主要附屬于自動機(jī)床或自動線上，用于解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。本項(xiàng)目要求設(shè)計的機(jī)械手可歸為第一類，即通用機(jī)械手。 1.3 機(jī)械手的應(yīng)用及組成機(jī)構(gòu) 目前機(jī)械手主要用于流水線傳送、焊接、裝配、機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面都能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。 在國內(nèi)主要是發(fā)展各方面的

20、機(jī)械手，逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，專用條件還要研制示教機(jī)械手、組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及用于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成不同用途的機(jī)械手，既便于設(shè)計制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)構(gòu)成。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和軀干。手部裝在手臂前端，可以轉(zhuǎn)動、開閉手指。機(jī)械手手部的構(gòu)造系統(tǒng)模仿人的手指，分為

21、無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指、四指等，其中以二指用得最多?？筛鶕?jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。本設(shè)計采用二指的構(gòu)造。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確地工作，手臂的三個自由度都需要精確地定位?？傊瑱C(jī)械手的運(yùn)動離不開直線移動和轉(zhuǎn)動兩種，因此它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線液壓缸、擺動液壓缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服液壓馬達(dá)、交流伺服電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)等。軀干是安裝手臂、動力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)架。 驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動。其中以電氣、氣動用

22、得最多，占90％以上，液壓、機(jī)械驅(qū)動用得較少。液壓驅(qū)動主要是通過液壓缸、閥、油箱等實(shí)現(xiàn)傳動。氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣馬達(dá)、氣閥等。一般采用4～6個大氣壓，個別達(dá)到8～10個大氣壓。本設(shè)計的手爪部分采用驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動。電氣驅(qū)動時，直線運(yùn)動可以采用電動機(jī)帶動絲杠、螺母機(jī)構(gòu)。通用機(jī)械手則考慮采用步進(jìn)電動機(jī)、直流或交流的伺服電動機(jī)、變速箱等。機(jī)械驅(qū)動只適用于動作固定的場合。 機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動作時間、運(yùn)動速度和加減速度等。機(jī)械手的控制分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩種，目前以點(diǎn)位控制為主，占90％以上。 控制系統(tǒng)可以根據(jù)動作的要求，設(shè)計采用數(shù)字順序控制，它首先要編制程序加

23、以儲存，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手工作。對動作復(fù)雜的機(jī)械手則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計算機(jī)或微處理機(jī)控制的系統(tǒng)。本設(shè)計的控制系統(tǒng)采用小型可編程控制器實(shí)現(xiàn)，具有編程簡單、修改容易、可靠性高等特點(diǎn)。 16 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1緒論 1.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢 機(jī)械手自二十世紀(jì)六十年代初問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動化中重要的機(jī)電設(shè)備。目前，正式投入使用的絕大部分機(jī)械手屬于第一代機(jī)械手，即程序控制機(jī)械手。這代機(jī)械手基本上采用點(diǎn)位控制系統(tǒng)，沒有感覺外界環(huán)境信

24、息的感覺器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。第二代機(jī)械手具有感覺器官，仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對控制程序進(jìn)行校正。這代機(jī)械手通常采用接觸傳感器一類的簡單傳感裝置和相應(yīng)的適應(yīng)性算法?，F(xiàn)在，第三代機(jī)械手正在第一、第二代機(jī)械手的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來，它是能感知外界環(huán)境與對象物，并具有對復(fù)雜信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，對自己行為做出自主決策能力的智能化機(jī)械手?，F(xiàn)在機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動探測系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手（不僅可以進(jìn)行事先設(shè)定的動作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進(jìn)行動作，如回避障礙物的移動，作業(yè)順序的規(guī)

25、劃，有效的動態(tài)學(xué)習(xí)等）。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴(kuò)展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機(jī)械手也將越來越多地裝備部隊(duì)。 國外方面：近幾年國外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個發(fā)展趨勢。機(jī)械手性能不斷提高，而單機(jī)價格不斷下降；機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制。 國內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和配置，軟件的設(shè)計和編

26、制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動化噴漆線、弧焊自動線及其周邊配套設(shè)備的全套自動通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來說，我國已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)。 1.5 總體設(shè)計要求 1.機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 圖1.1機(jī)械手示意圖 1.手爪張開閉合 2.手腕旋轉(zhuǎn) 3.水平移動 4.升降 5.立柱旋轉(zhuǎn) 6.手爪 7.手腕電動機(jī) 8.橫軸 9.豎軸 10.豎軸電動機(jī) 11.橫軸電動機(jī) 12.底盤 13.底盤電動機(jī) 2. 機(jī)械手工作流程 機(jī)械手工作流程是：開始運(yùn)行后，如果機(jī)械手不在初始位置上，步進(jìn)電動機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)(

27、橫軸向手爪方向移動，豎軸向上移動)。歸位后首先橫軸步進(jìn)電動機(jī)工作，橫軸前伸；前伸到位后，手爪電動機(jī)得電帶動手爪旋轉(zhuǎn)；當(dāng)傳感器檢測到限位磁頭時，電動機(jī)停止，PLC控制電磁閥動作，手張開；延時一段時間，豎軸步進(jìn)電動機(jī)工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復(fù)位，手爪夾緊；延時過后，豎軸上升，同時橫軸縮回、底盤電動機(jī)帶動底盤旋轉(zhuǎn)；當(dāng)橫軸、豎軸、底盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉(zhuǎn)，然后豎軸下降，電磁閥動作，手爪張開；延時后豎軸上升復(fù)位，然后開始下一周期動作。 3.控制要求 (1)手臂上下直線運(yùn)動。(2)手臂左右直線運(yùn)動。(3)手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。(4)手爪夾緊動作。(5)機(jī)械手整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 手臂采用步

28、進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，由PLC發(fā)出控制脈沖控制步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)手臂的進(jìn)給和定位，手爪采用氣壓驅(qū)動。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)概述 機(jī)械手是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(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。由于應(yīng)用場合的不同，機(jī)械手結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，在組成部分的驅(qū)動方式、傳動原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)也有各種不同的類型。通常根據(jù)機(jī)械手各部分的功能，其機(jī)械部分主要由下列各部分構(gòu)成： ①、手部 手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物

29、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。本設(shè)計用的是齒輪齒條式二指夾持器。 ②、手腕 手腕是聯(lián)接手部和手臂的部分，其作用是改變手部的空間方向和將作業(yè)載荷傳遞到手臂。手腕往往有三種運(yùn)動方式：手腕旋轉(zhuǎn)、手腕彎曲和手腕側(cè)擺，考慮本設(shè)計的要求，設(shè)計用的是一個可180度旋轉(zhuǎn)的手腕。 ③、臂部 臂部是聯(lián)接機(jī)身和手腕的部分，其作用是改變手部的空間位置，滿足機(jī)械手的作業(yè)空間，并將各種載荷傳遞到機(jī)座。機(jī)械手的臂部主要包括臂桿以及與其伸縮、屈伸或自轉(zhuǎn)等運(yùn)動有關(guān)的部件，如傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向定位裝置、支承聯(lián)接和位置檢測元件等。臂部可分為：伸縮型臂部結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動伸

30、縮型臂部結(jié)構(gòu)、屈伸型臂部結(jié)構(gòu)、其他專用的機(jī)械傳動臂部結(jié)構(gòu)。本設(shè)計共用了三個臂，有伸縮型臂部結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動型臂部結(jié)構(gòu)?？蛇M(jìn)行上下移動和前后伸縮移動以及水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 ④、機(jī)身 機(jī)身是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。固定式機(jī)械手直接聯(lián)接在地面基礎(chǔ)上，移動式機(jī)械手則安裝在移動機(jī)構(gòu)上。常用的機(jī)身結(jié)構(gòu)有：升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)、俯仰型機(jī)身結(jié)構(gòu)、直移型機(jī)身結(jié)構(gòu)、類人機(jī)器人機(jī)身結(jié)構(gòu)。本設(shè)計采用的是升降回轉(zhuǎn)型機(jī)身結(jié)構(gòu)的機(jī)械手。 2.2 機(jī)械手的運(yùn)動自由度 物體上任何一點(diǎn)都與坐標(biāo)軸的正交集合有關(guān)。物體能夠?qū)ψ鴺?biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目稱為自由度（DOF degree of freedom）。自由度是指描述物體運(yùn)動所

31、需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)，為了抓取空間中任意位置和方位的物體，三維空間需要6個自由度 。物體所能進(jìn)行的運(yùn)動有沿著坐標(biāo)軸的三個平移自由度和繞坐標(biāo)軸的三個旋轉(zhuǎn)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計的關(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。 一般固定程序的機(jī)械手，動作比較簡單，自由度數(shù)較少。工業(yè)機(jī)器人自由度數(shù)較多，動作靈活性和通用性較大。一般說來，機(jī)器人靠近機(jī)座的3個自由度是用來實(shí)現(xiàn)手臂末端的空間位置的，再用幾個自由度來定出末端執(zhí)行器的方位；7個以上的自由度是冗余自由度，是用來躲避障礙物的。 自由度的選擇也與生產(chǎn)要求有關(guān)，若批量大，操作可靠性要求高，運(yùn)行速度快，周圍設(shè)備構(gòu)成比較復(fù)雜，

32、工件質(zhì)量輕時，機(jī)械手的自由度數(shù)可少；如果要便于產(chǎn)品更換，增加柔性，則機(jī)械手的自由度要多一些。 計算機(jī)械手的自由度時，末端執(zhí)行器的夾持器動作是不計入的，因?yàn)檫@個動作不改變工件的位置和姿態(tài)。在滿足機(jī)械手工作要求前提下，為簡化機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制，應(yīng)使自由度數(shù)最少。 本設(shè)計的通用機(jī)械手的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，在圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的基本方案選定后，根據(jù)設(shè)計任務(wù)，為了滿足本次設(shè)計要求，在本設(shè)計中關(guān)于機(jī)械手的自由度的選擇為5個。分別為立柱回轉(zhuǎn)、小臂升降、手臂伸縮、手腕旋轉(zhuǎn)、手爪夾緊放松。 2.3機(jī)械手的各部分結(jié)構(gòu) 機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和環(huán)境交互系統(tǒng)一樣，是組成機(jī)械手這一整體的

33、重要組成部分，下面將分別對此設(shè)計的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和其設(shè)計進(jìn)行詳述。 2.3.1手部的設(shè)計 機(jī)械手的手部是重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)械手的手部分為兩大類：夾持類手部和吸附類手部，各類又分為很多種，如夾持類又可分為夾鉗式手部、鉤托式手部和彈簧式手部。我們可根據(jù)設(shè)計的要求，選擇外夾夾鉗式v型指手部結(jié)構(gòu)。其傳力機(jī)構(gòu)根據(jù)題目要求，可選擇齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)，故本設(shè)計的氣動機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)形式如圖2.1所示。其手指夾緊工件是由夾緊氣缸1中的齒條活塞桿8在壓縮空氣作用下右移，經(jīng)齒條推動齒輪7并帶動扇形齒軸5回轉(zhuǎn)，因手指6與扇形齒輪5固結(jié)為一體，所以兩個手指同時回轉(zhuǎn)而夾緊工件。同時由于采用雙向電磁閥，可實(shí)現(xiàn)其手部的夾

34、緊和松開。手部結(jié)構(gòu)中的齒輪齒條屬于傳力機(jī)構(gòu)。 9 8 7 6 5 4 3 2 1 3彈簧 4氣缸端蓋 5扇形齒輪 6.手指 7齒輪 8.齒條活塞桿 9.銷軸 2.活塞 1.夾緊氣缸 圖2.1 齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu) 手部夾力及驅(qū)動力的計算： 手指在件上的夾力，是設(shè)計手部的主要依據(jù)。 在此次設(shè)計中，我們可有如下參數(shù) 要求抓取工件的重量為30N,V型指的角度2θ=120，b=60mm，R=40mm，摩擦系數(shù)f=0.1。 當(dāng)工件重量，手指指形，工件的形狀和夾持的方位確定后（可有圖2.1 的形狀和方位確定），可得(1)夾力的計算公式： =13

35、0N (2)根據(jù)手部機(jī)構(gòu)的傳動示意圖2.2所示，其驅(qū)動力為 圖2.2 齒輪齒條式手部結(jié)構(gòu)示意圖 （3）實(shí)際驅(qū)動力 P—驅(qū)動力，N —手部的機(jī)械效率，一般取0.85~0.95 —安全系數(shù)，通常為1.2~2.0 —工作狀況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，K2可按下式估計， —被抓取工件運(yùn)動時的最大加速度， —運(yùn)載時工件最大上升速度 —系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時間，一般選取0.03 ~0.5s g—重力加速度，g=9.8m∕ G—被抓取工件所受重力（N） 在此設(shè)計中，因?yàn)閭鲃訖C(jī)構(gòu)為齒輪齒條機(jī)構(gòu)，故取η=0.9，取=1.5, 機(jī)械手達(dá)到最高響應(yīng)時間0

36、.5s ， 2.3.2 手腕 此設(shè)計的手腕上端連著絲桿，從而使整個手部可以順利水平移動，下端連著手部，將載荷從手部傳遞到桿上。手腕是由上升下降氣缸，旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)和一些機(jī)械裝置構(gòu)成，結(jié)構(gòu)緊密。 氣缸選的是CDM2B10－30型號，其電磁閥選型是二位五通雙電控電磁閥，選用的是AIRTAC公司型號為4V110－M5的產(chǎn)品。供電電壓是DC24V.兩位五通電磁閥具有1個進(jìn)氣孔(接進(jìn)氣氣源)、1個正動作出氣孔和1個反動作出氣孔(分別提供給目標(biāo)設(shè)備的一正一反動作的氣源)、1個正動作排氣孔和1個反動作排氣孔(常常安裝消聲器)。其工作原理為：給正動作線圈通電，則正動作氣路接通(正動作出氣孔有氣)，

37、即使給正動作線圈斷電后正動作氣路仍然是接通的，將會一直維持到給反動作線圈通電為止。 給反動作線圈通電，則反動作氣路接通(反動作出氣孔有氣)，即使給反動作線圈斷電后反動作氣路仍然是接通的，將會一直維持到給正動作線圈通電為止。當(dāng)要下降手部時，PLC給正動作線圈通電，機(jī)械手手部下降，當(dāng)要手部提升時，只需給反動作線圈通電即可，每次通電都要維持一段時間（大約2秒鐘）。 氣缸和下面承載的夾持器一體轉(zhuǎn)動，從而可以控制手的順利轉(zhuǎn)動180，這樣大大提高了機(jī)械手的活動空間。在本設(shè)計中是有兩個傳送帶，機(jī)械手置于中間，需要在兩個傳送帶之間進(jìn)行移動并抓取工件。所以要求機(jī)械手轉(zhuǎn)動手部，使夾持器保持合適的角度來夾取物塊

38、。 手腕的示意圖如下： 圖2 .3 手腕示意圖 2.3.3 臂部 設(shè)計中手臂是使機(jī)械手手部前伸和后縮的重要組成部分，手臂是用滾珠絲桿作用的，絲桿的后端螺母連著手腕整體，通過絲桿將機(jī)械手的手部進(jìn)行水平移動。 滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲桿被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器中，是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的理想的產(chǎn)品。其實(shí)物圖如下： 圖2 .4 滾珠實(shí)物圖 滾珠絲桿具有很多優(yōu)點(diǎn)： 1、與滑動絲桿相比驅(qū)動力矩為1/3； 2、高精度的保證； 3、運(yùn)動平穩(wěn)； 4、同步性好。 絲桿的參數(shù)

39、如下表： 表2.1絲桿的參數(shù) 導(dǎo)程（mm） 軸向平均負(fù)載（ms） 軸向平均轉(zhuǎn)速(r/m) 絲桿的長度 (mm) 20 200 2000 920 其型號為KURODA GG1520AS-BALR系列的。 2.3.4 機(jī)身 機(jī)身包括立柱和底座，立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和升降（或俯仰）運(yùn)動均與立柱有密切的聯(lián)系，機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。立柱的下端連著底座，上端連著機(jī)械手的手臂，對手臂起支撐和將載荷傳到底座的作用。其示意圖為： 圖2.5 機(jī)身示意圖 2.3

40、.5旋轉(zhuǎn)編碼盤 機(jī)械手底盤和軀干每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個脈沖，并把信號送回可編程控制器來得到轉(zhuǎn)過的準(zhǔn)確的角度。編碼盤的機(jī)構(gòu)如圖2.6。 圖2.6旋轉(zhuǎn)編碼盤 可以通過改變程序中計數(shù)器C0的初值來確定所要轉(zhuǎn)過的角度，這里可以通過用計算機(jī)讀出指令表，然后修改得到不同的控制角度。 2.4 電源與傳動整體 本設(shè)計總體需求電機(jī)2個，電源2種，分別是步進(jìn)電機(jī)與鼠籠式三項(xiàng)異步電機(jī)。電源為220V交流電源與24V直流電源。其中直流電源分屬電磁閥供電電源與PLC的DC24V電源。 2.4.1 控制電源 PLC的電源分AC220V與DC24V兩種。220V為直接接入電源，24V為工作控制電源。電磁閥

41、工作電源為24V供電電源。如圖2.7 圖2.7總體電路圖 2.4.2 傳動整體 外部電機(jī)為傳送帶用電機(jī)，通過電動機(jī)帶動傳送帶工作，貨物至擋板，再通過機(jī)械手抓取至下一傳送帶。見圖2.8 圖2.8 整體示意圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3機(jī)械手的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 河南城

42、建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 機(jī)械手的硬件設(shè)計及驅(qū)動 3機(jī)械手的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 PLC的特點(diǎn) 可編程控制器是在計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。 高可靠性（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10～20ms；（3）各模塊均采用屏蔽

43、措施，以防止輻射干擾；（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。（5）對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選；（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大；（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。 豐富的I/O接口模塊PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。 編程簡單易學(xué) PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，

44、對使用者來說，不需要具備計算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 安裝簡單，維修方便 PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 3.2 PLC的結(jié)構(gòu)功能 可編程控制器是一種工業(yè)控制微型計算機(jī)，它的結(jié)構(gòu)原理與微型計算機(jī)相似。硬件構(gòu)成有微處理器、存儲器和各種輸入、輸出接口。系統(tǒng)程序和接口器件又與微機(jī)不同，這使它的操作使用方法、編程語言、工作方式等與微型機(jī)有所不同。PLC是用微處理器實(shí)現(xiàn)繼電器、定時器和計數(shù)器以及A/D、D/

45、A模擬轉(zhuǎn)換器件的組合體的功能，采用軟件編程進(jìn)行它們之間的聯(lián)系。 PLC主要由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置和電源 57 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 機(jī)械手的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 等組成?；窘Y(jié)構(gòu)如圖所示： 圖3.1 PLC的基本機(jī)構(gòu) CPU: CPU是PLC的控制中樞。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。CPU在系統(tǒng)的監(jiān)控程序的控制下工作，通過掃描方式，將外部輸入信號的狀態(tài)寫入輸入映象寄存區(qū)域，PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送、邏輯運(yùn)算等，然

46、后將結(jié)果送到輸出映象寄存區(qū)域。 存儲器： PLC的存儲器由只讀存儲器ROM、隨機(jī)存儲器RAM和可電擦寫的存儲器EEPROM三大部分構(gòu)成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。 基本I/O接口單元： PLC內(nèi)部輸入電路的作用是將PLC外部電路提供的符合PLC輸入電路要求的電壓信號，通過光電耦合電路送至PLC內(nèi)部電路。PLC外部輸出電路的作用是將輸出映像寄存器的結(jié)果通過輸出接口電路驅(qū)動外部的負(fù)載。 外設(shè)接口： 外設(shè)接口電路用于連接編程器或其他圖形編程器、文本顯示器、觸摸屏、變頻器等，并能通過外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。 電源： 電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電

47、源。外部連接的電源，通過PLC內(nèi)部配有的一個開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源，并為外部輸入元件提供24V直流電源，而驅(qū)動PLC負(fù)載的電源由用戶提供。 3.3 PLC的選擇 對于PLC的選擇，我們必須考慮多方面的因素。例如輸入、輸出的最多點(diǎn)數(shù)，掃描速度，內(nèi)存容量，指令條數(shù)，功能模塊等。同時還要考慮其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性以及工作環(huán)境對其的影響。 ①.常用PLC介紹 PLC發(fā)展這么多年，技術(shù)成熟，各種型號的也很多，各個廠家生產(chǎn)的也有一定區(qū)別，各個重點(diǎn)發(fā)展方向也不同，所以我們必須根據(jù)自己設(shè)計需要，考慮如何選擇。 西門子的中國業(yè)務(wù)是其亞太地區(qū)業(yè)務(wù)的主要支柱，活躍在中

48、國的信息與通訊、自動化與控制、電力、交通、醫(yī)療、照明以及家用電器等各個行業(yè)中，其核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和工業(yè)解決方案。 歐姆龍S7-200系列PLC 突出的特點(diǎn)：可靠性高、操作簡便；豐富的內(nèi)置集成功能；強(qiáng)勁通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊；簡單、易用的Micro/WIN編程軟件。 OMRON的可編程序控制器更加小型化。SYSMAC CPM1A的大小僅相當(dāng)于一個PC卡(對于10點(diǎn)的機(jī)型來說)，從而使安裝體積大幅度減小，同時也進(jìn)一步節(jié)省了控制柜的空間。它不僅具備了以往小型PLC所具備的功能，而且還可連接可編程序終端，為生產(chǎn)現(xiàn)場創(chuàng)造了新的環(huán)境。編程環(huán)境與CQM1及SYSMAC A等機(jī)種相同。由于原有

49、SYSMAC支持軟件及編程器都可繼續(xù)使用，故而系統(tǒng)的擴(kuò)展及維護(hù)都可簡單進(jìn)行。 三菱FX系列可編程控制器是當(dāng)今國內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在FX中，除基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形土編程及對應(yīng)機(jī)械動作流程進(jìn)行順序設(shè)計的SFC順序功能圖編程，而且這些程序可互相轉(zhuǎn)換。在FX系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計數(shù)器，對來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。其FX2N PLC還可以采用作為擴(kuò)展設(shè)備的硬件計數(shù)器，可獲取最高50kHz的高速脈沖。 ②. 確定型號 綜上，對于被控對象，采用PLC系統(tǒng)與采用其它形式的控制系統(tǒng)相比較，力求具有較好的性價比，使用和維

50、修方便；選用的PLC主機(jī)和配置、控制功能等必須能滿足被控對象的各種控制要求；選用的PLC主機(jī)及配置必須是功能較強(qiáng)的新一代PLC機(jī)型，一般最好不要選用舊機(jī)型（若采用三菱公司的PLC，則選FX系列，不選F1系列）。同時還應(yīng)當(dāng)考慮將來工藝的變化和擴(kuò)展，在滿足確定的要求外，留有一定的余量；確保整個控制系統(tǒng)可靠。還要考慮大家對產(chǎn)品的熟悉程度，以及編程指令的易懂性。 在此，我選用三菱FX1N來做控制核心。FX系列PLC是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC產(chǎn)品。其中FX2是近年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC，近幾年來又連續(xù)推出了將

51、眾多功能凝集在超小型機(jī)殼內(nèi)的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有較高的性能價格比，應(yīng)用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。 FX1N PLC的特點(diǎn)： FX1N系列是功能很強(qiáng)大的微PLC，，并且能增加特殊功能模塊或擴(kuò)展板。通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項(xiàng)使得FX1N在體積、通信和特殊功能模塊和能源控制等重要的應(yīng)用方面非常完美。 主機(jī)點(diǎn)數(shù)14/24/40/60，分為晶體管輸出/繼電器輸出，交流電源/直流電源，可擴(kuò)展到128點(diǎn)。 8000步存儲容量，并且可以連接多種擴(kuò)展模塊，特殊功能模塊，最大可擴(kuò)展到多達(dá)128I/O點(diǎn)。 定位和

52、脈沖輸出功能：一個PLC單元中每相能同時輸出2點(diǎn)100KHz脈沖。PLC配備有7條特殊的定位指令，包括零返回、絕對或相對地址表達(dá)方式及特殊脈沖輸出控制。 通過擴(kuò)展板連接顯示模塊或模擬量，擴(kuò)展輸入輸出點(diǎn)數(shù)：可以使用擴(kuò)展板增加模擬電位器，輸入輸出點(diǎn)數(shù)增加。并且能安裝顯示模塊FX1N-5DM，能監(jiān)控和編輯定時器、計數(shù)器和數(shù)據(jù)寄存器。還能通過FX1N-2AD-BD，F(xiàn)X1N-1DA-BD實(shí)現(xiàn)模擬量輸入，輸出。 網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信功能：通過連接擴(kuò)展板或特殊適配器能實(shí)現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 機(jī)械手的控制系統(tǒng)硬件設(shè)

53、計 3.4 PLC的I/O分配 根據(jù)機(jī)械手動作的要求，輸入、輸出分配如表3.1所示。 表3.1 PLC輸入/輸出分配表 輸入信號 輸出信號 手動 SA X0 上升/下降步進(jìn)電機(jī) YA0 Y0 回原位 SA X1 YA1 Y1 連續(xù) SA X2 YA2 Y2 回原位 SB1 X3 前進(jìn)/后退步進(jìn)電機(jī) YA3 Y3 啟動 SB2 X4 YA4 Y4 停止 SB3 X5 YA5 Y5 下降 SB4 X6 夾緊 YA6 Y6 上升 SB5 X7 手順轉(zhuǎn) YA 7 Y

54、7 夾緊 SB6 X10 手逆轉(zhuǎn) YA 8 Y10 松開 SB7 X11 底盤順轉(zhuǎn) YA 9 Y11 手順轉(zhuǎn) SB8 X12 底盤逆轉(zhuǎn) YA10 Y12 手逆轉(zhuǎn) SB9 X13 底盤順轉(zhuǎn) SB10 X14 底盤逆轉(zhuǎn) SB11 X15 下限位 SQ1 X16 上限位 SQ2 X17 前限位 SQ3 X20 后限位 SQ4 X21 底盤順限位 SQ5 X22 底盤逆限位 SQ6 X23 手逆限位 S

55、Q8 X25 底旋轉(zhuǎn)脈沖 X26 前行 SB12 X30 后退 SB13 X31 PLC外部電氣接線圖如下圖3.2 圖3.2 PLC的接線圖 3.5控制面板 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來，在手動方式時可以通過手動按鈕來實(shí)現(xiàn)，其控制面板如下圖3.3。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時，系統(tǒng)自動地回到右上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向連續(xù)時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當(dāng)旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才

56、能實(shí)現(xiàn)。 圖3.3 控制面板示意圖 3.6 PLC梯形圖中的編程元件 設(shè)計選用FX1N－60MR，其輸入繼電器（X）36點(diǎn)，輸出繼電器(Y)24點(diǎn)，輔助繼電器(M)384點(diǎn)，狀態(tài)繼電器(S)1000點(diǎn)，定時器(T)256點(diǎn)，計數(shù)器(C)，數(shù)據(jù)寄存器(D)等。 特殊輔助繼電器 M8000——運(yùn)行監(jiān)控（PLC運(yùn)行時自動接通，停止時斷開）； M8002——初始脈沖（僅在PLC運(yùn)行開始時接通一個掃描周期）； M8005——PLC后備鋰電池電壓過低時接通； M8011——10ms時鐘脈沖； M8013——100ms時鐘脈沖； M8012——1s時鐘脈沖；

57、 M8014——1min時鐘脈沖。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 機(jī)械手的控制系統(tǒng)軟件件設(shè)計 4 機(jī)械手的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 PLC的程序設(shè)計 機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的程序總體結(jié)構(gòu)如圖4.1，分為公用程序、自動程序、手動程序和回原位程序等四部分。其中自動程序包括單步、連續(xù)運(yùn)動程序，因它們的工作順序相同所以可將它們和編在一起。CJ（FNC00）是條件跳轉(zhuǎn)應(yīng)用指令，指針標(biāo)號PX是其操作數(shù)。該指令由于某種條件下跳過CJ指令和指針標(biāo)號之間的程序，從指針標(biāo)號處繼續(xù)執(zhí)行，以減少程序執(zhí)行時間。如

58、果選擇“手動”工作方式，即X0為ON，X1為OFF則PLC執(zhí)行完公用程序后將跳過自動程序到P0處，由于X0動斷觸點(diǎn)斷開所以直接執(zhí)行“手動程序”。由于P1處的X1的動斷觸點(diǎn)閉合，所以又跳過回原位程序到P2處。如果選擇“回原位”工作方式，同樣只執(zhí)行公用程序和回原位程序，如果選擇“連續(xù)”方式，則只執(zhí)行公用程序和自動程序。 圖4.1 程序總的結(jié)構(gòu)圖 4.1.1 公用程序 公用程序如圖4.2，簡要說明如下：當(dāng)Y6復(fù)位（電磁閥松開）、后限位X21和上限位X17接通時，輔助繼電器M0變?yōu)镺N，表示機(jī)械手在原位。如果開始執(zhí)行用戶程序（M8002為ON）、系統(tǒng)處于手動或回原位狀態(tài)（X

59、0或X1為ON），那么初始步對應(yīng)的M10被置位，連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果M0為OFF，M10被復(fù)位，系統(tǒng)不能進(jìn)入連續(xù)工作方式。指令ZRST是成批復(fù)位應(yīng)用指令，以防止系統(tǒng)從自動方式轉(zhuǎn)換手動方式，再返回自動方式時出現(xiàn)兩種不同的活動步。 圖4.2公用程序梯形圖 4.1.2 自動操作程序 自動操作順序功能流程圖見圖4.3所示。當(dāng)機(jī)械手處于原位時，按啟動X4接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S1，驅(qū)動前伸Y3，當(dāng)?shù)竭_(dá)前限位使行程開關(guān)X20接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S2，而S1自動復(fù)位。驅(qū)動手順轉(zhuǎn)Y7，X24接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S3，驅(qū)動下降Y2，X16接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S4，S4驅(qū)動Y6置位，延時1秒，以使電磁

60、力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S5，驅(qū)動Y0上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X17接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S6。S6驅(qū)動Y4后退。移到后限位，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S7底逆轉(zhuǎn)Y12，狀態(tài)到S8，X20接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S9下降。下降到最低位，X16接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時1秒。延時時間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S11上升。上升到最高位，X25接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S13后退。后退到后限位，使X21接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S14，底盤順轉(zhuǎn)是X21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(jìn)順控的編

61、程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。 自動連續(xù)程序說明：當(dāng)系統(tǒng)處于自動連續(xù)方式時，X2為ON，它的動合觸點(diǎn)閉合，在初始步時按下啟動按鈕X4，M1得電并保持，就按照圖4.3自動功能圖進(jìn)行工作。按下停止按鈕X7后，M1變?yōu)镺FF，系統(tǒng)不會立即停止，而是完成當(dāng)前的工作周期后，機(jī)械手最終停止在原位。 圖4.3 自動的功能流程圖 根據(jù)自動功能流程圖的順序編寫的自動程序梯形圖為圖4.4 圖4.4 自動程序梯形圖 4

62、.1.3手動單步操作程序　 如下圖所示。圖中上升/下降，左移/右移都有連鎖和限位保護(hù)。 手動程序說明：用對應(yīng)機(jī)械手的上下前后移動和夾緊松開按鈕。按下不同的按鈕，機(jī)械手執(zhí)行相應(yīng)的動作。在前后移動的程序中串聯(lián)上線位置開關(guān)的動合觸點(diǎn)是為了避免機(jī)械手在較低位置移動時碰撞其他工件。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，程序之間還進(jìn)行必要的連鎖。 圖 4.5手動程序梯形圖 4.1.4 回原位程序 回原位程序；在系統(tǒng)處于回原位工作狀態(tài)時，按下回原位按鈕（X3），M3變?yōu)镺N，機(jī)械手松開和上升，當(dāng)升到上限位（X17變?yōu)镺N），機(jī)械手后退，直到后限位（X21為ON）才

63、停止，并且M3復(fù)位。 . 圖4.6回原位程序梯形圖 梯形圖程序經(jīng)過檢驗(yàn)語法錯誤以及邏輯上的可靠性后,編譯成指令表，以便后傳入PLC中。并可以運(yùn)用軟件在線監(jiān)測PLC的運(yùn)行情況，同時可以用手持編程器根據(jù)現(xiàn)場要求修改程序中的各參數(shù)，達(dá)到任意位置的目的。 4.2 PLC程序模擬調(diào)試 (1)將梯形圖程序輸入到計算機(jī)。 (2)對程序進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。 a．將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA旋至“手動”檔，按下相應(yīng)的動作按鈕，觀察機(jī)械手的動作情況； b．將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA旋至“回原位”檔，按下回原位按鈕，觀察機(jī)械手是否回原位； c．將SA旋至“

64、單步”檔，每按起動按鈕，觀察機(jī)械手是否向前執(zhí)行下一動作； d．將SA旋至“單周期”檔，每按一次起動按鈕，觀察機(jī)械手是否運(yùn)行一個周期就停下； e．將SA旋至“連續(xù)”檔，按下起動按鈕，觀察機(jī)械手是否連續(xù)運(yùn)行。 (3)記錄調(diào)試程序的結(jié)果。 設(shè)計好的程序必須要經(jīng)過嚴(yán)格的調(diào)試，在調(diào)試之前首先要檢查硬件連接圖，待硬件連接圖無誤后，接通電源，并啟動機(jī)械手。調(diào)試的工作是很繁瑣的，但只有經(jīng)過調(diào)試，并能長期工作或具有一定的容錯能力的程序才是關(guān)鍵。 在仿真過程中出現(xiàn)了一系列的問題，但最終都一一解決了。在使用STL指令編程時，剛開始由于對STL指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯誤，加上機(jī)械手模型

65、裝置本身存在的一些問題，所以在調(diào)試程序時，機(jī)械手動作不符合控制要求。經(jīng)過不斷查閱資料，研究、改進(jìn)，最終程序調(diào)試成功。機(jī)械手運(yùn)行良好，動作正確、符合控制要求。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 結(jié)論 結(jié)論 本次畢業(yè)設(shè)計是在修完大學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，進(jìn)行了一系列的生產(chǎn)實(shí)習(xí)和以前各次課程設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次綜合性的大總結(jié)。旨在培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識去分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力及培養(yǎng)正確的設(shè)計思想，并通過運(yùn)用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊、和查閱有關(guān)技術(shù)資料

66、去進(jìn)行理論計算、結(jié)構(gòu)思考、繪制圖樣、寫相關(guān)說明性材料，為我們走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次設(shè)計的是基于PLC控制的的機(jī)械手，主要用于自動線上。隨著生產(chǎn)率水平的提高，人們對產(chǎn)品精度和質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格，企業(yè)生產(chǎn)線的自動化程度要求越來越高，工業(yè)機(jī)械手已成為多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)線上必不可少的設(shè)備。本次設(shè)計主要是設(shè)計了機(jī)械手的一些參數(shù)、驅(qū)動和控制程序。由于自己精力和時間有限，且現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)不足，而且設(shè)計較難、任務(wù)繁重，所以在設(shè)計中會含有一些我無法克服的缺陷及錯誤，請老師批評指正。 總之，我覺得本次設(shè)計給我一個很大的考驗(yàn)，也讓我體會到了設(shè)計這一整套的過程，可以認(rèn)為這是我以后工作和學(xué)習(xí)的一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，能夠從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為將來的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)： [1] 巫莉.電氣控制與plc應(yīng)用[M]. 北京：中國電力出版社，2