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

1、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 學(xué) 號(hào) 02030801013 專業(yè)班級(jí) 機(jī)電一體化（1）班 指導(dǎo)老師 機(jī)電工程系 搬運(yùn)機(jī)械手plc控制系統(tǒng)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

2、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)絧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(jiǎn)況21.2 機(jī)械手的應(yīng)用意義31.3 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、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)1 操作面板及動(dòng)作說明2 i/o分配3 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

4、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23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

5、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(jiǎn)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

6、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

7、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| | 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

8、、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

9、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(chǎng)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(jiǎn)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

10、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

11、擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。5060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。6070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?？傊?，目前機(jī)械手的主要經(jīng)

12、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| | 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

13、、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，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

14、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(cè)，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(cè)距儀（即距離傳感器）以及

15、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

16、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(jiǎn)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(jiǎn)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

17、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| | 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

18、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

19、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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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1.2

20、kw。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(chǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)單、通用性強(qiáng);編程簡(jiǎn)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(chǎng)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31所示： 圖21機(jī)

21、械手的動(dòng)作周期2.2機(jī)械手的控制過程如圖32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)s

22、q4，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| | 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：?jiǎn)尾?、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

23、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

24、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32所示圖32：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)sq1sq9用于檢測(cè)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(cè)開關(guān)；sq2為小車原位檢測(cè)開關(guān)；sq3、sq4分別為機(jī)械手下降上升是否到位檢測(cè)開關(guān)；sq5、sq6分別為機(jī)械手夾緊放松檢測(cè)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

25、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

26、，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33所示：圖33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：信號(hào)i/o設(shè)備i/o點(diǎn)數(shù)信號(hào)i/o設(shè)備i/o點(diǎn)數(shù)輸 入操作方式選擇旋鈕開關(guān)手動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)選擇按鈕啟動(dòng)停止按鈕行程開關(guān)5829輸 出交流接觸器控制線圈電磁閥動(dòng)作指示原點(diǎn)指示4381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f160mr 36/24型，樣圖見圖3-4所示：圖34 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35所示。電氣接線圖見附圖

27、圖35 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| | 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36所示。圖36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

28、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37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37 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m575一直保持到停機(jī)按鈕按下為止。另一面采用m100檢

29、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38所示。圖38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

30、，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38所示。圖38 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖通過對(duì)37和38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

31、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

32、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39所示。圖39 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| | 位位置。故返回原位梯形圖如圖310所示：圖310 返回原位梯形圖4.“自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖圖311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y

33、436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。圖311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312所示的功能表圖： 圖312 搬運(yùn)機(jī)械手自動(dòng)工作功能表圖根據(jù)圖312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313所示。圖313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

34、始化開始的一系列梯形圖，按照總體結(jié)構(gòu)圖（圖36）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(chǎng)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(jiǎn)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?？删幊炭刂破鱬lc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

35、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

36、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

37、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| | 位老師給予批評(píng)和指正。參考文獻(xiàn)1 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制.第三版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年：146-1622 王本軼. 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年：283-2883 丁樹模. 液壓傳動(dòng). 北京

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