機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文數(shù)控機(jī)床自動(dòng)裝卸工件機(jī)械手設(shè)計(jì)-PLC控制系統(tǒng)

1、鄭州旅游職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：數(shù)控機(jī)床自動(dòng)裝卸工件機(jī)械手設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)姓名：連豐祿學(xué)號(hào)：XXxx年級(jí)：08級(jí)系另U：機(jī)電系 專(zhuān)業(yè)：數(shù)控設(shè)備應(yīng)用于維護(hù)*=1 tB| =_=_=1指導(dǎo)教師XXxx2010年05月20日數(shù)控機(jī)床自動(dòng)裝卸工件機(jī)械手設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)-i -畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信聲明書(shū)本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文數(shù)控機(jī)床自動(dòng)裝卸工件機(jī)械手設(shè) 計(jì)一一PLC控制系統(tǒng)是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立研究、寫(xiě)作的成果，論 文中所引用他人的無(wú)論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中加 以說(shuō)明；有關(guān)教師、同學(xué)和其他人員對(duì)本文的寫(xiě)作、修訂提出過(guò)并為我在 論文中加以米納的意見(jiàn)、建議，均已在我

2、的致謝辭中加以說(shuō)明并深致謝意。本論文和資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。論文作者： （簽字）時(shí)間：年月日指導(dǎo)教師已閱： （簽字）時(shí)間：年月日數(shù)控機(jī)床自動(dòng)裝卸工件機(jī)械手設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)- II -鄭州旅游職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：數(shù)控機(jī)床自動(dòng)裝卸工件機(jī)械手設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)學(xué)生姓名：X專(zhuān)業(yè)班級(jí)：08高數(shù)一班學(xué)號(hào)：XXxx主要任務(wù)：1通過(guò)PLC編程控制使機(jī)械手能夠模仿人手臂的某些動(dòng)作和功能，用于抓取，搬運(yùn)或 操作工具等2、按照指定命令系統(tǒng)自動(dòng)完成各步驟工作，并能循環(huán)指令動(dòng)作需要提交的文檔:開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)論文發(fā)出任務(wù)書(shū)日期：2010420完成期限：2010-5-20指導(dǎo)教師

3、：XXxx系部主任:XXxx數(shù)控機(jī)床自動(dòng)裝卸工件機(jī)械手設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)摘要機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。通過(guò)編程來(lái)完成各種動(dòng) 作，它的準(zhǔn)確性和多自由度，保證了機(jī)械手能在各種不同的環(huán)境中工作。機(jī)械手在工業(yè) 生產(chǎn)中應(yīng)用較多，機(jī)械手的使用能夠顯著的提高生產(chǎn)效率，減少人為因素造成的廢次品 率。機(jī)械手可以完成很多工作，它在自動(dòng)化車(chē)間中用來(lái)運(yùn)送物料，從事多種工藝操作。 它的特點(diǎn)是通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器人的部分優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機(jī)器人的精確到位。機(jī)械手是在機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)中逐步發(fā)展出的一種新型裝置。現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)械手 被廣泛的應(yīng)用到自動(dòng)生

4、產(chǎn)線中。機(jī)械手目前雖然不如人手的靈活多變，但它具有重復(fù)性, 無(wú)疲勞，不懼危險(xiǎn)，有大的抓舉力量，因此越來(lái)越多的被廣泛運(yùn)用。機(jī)械手技術(shù)涉及機(jī)械學(xué)、力學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、電氣液壓技術(shù)，計(jì)算機(jī) 可編程技術(shù)等，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。本課題在執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)和液壓組成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將PLC應(yīng)用于其自動(dòng)控制系統(tǒng)，完成機(jī)械手系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：數(shù)控；自動(dòng)裝卸；機(jī)械手；PLC-ill -數(shù)控機(jī)床自動(dòng)裝卸工件機(jī)械手設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)- IV -Abstract （英文摘要）Manipulator is developed in recent decades as a high-tech automa

5、ted production equipme nt. Programmed to complete a variety of acti on s, its accuracy and multiple degrees of freedom to ensure the robot can work in different environments. Robots are used mostly in in dustrial producti on, the use of mecha ni cal hand can sig nifica ntly improve product ion effic

6、ie ncy and reduce waste caused by huma n factors defective rate. Robots can do a lot of work, it is used in the automated plant in the transportation of materials in a variety of process operati on. It is characterized by a variety of program ming to complete the desired program ming operati on, the

7、 structure and performa nee adva ntages of both huma n and part robot, i n particular, reflect the flexible coord in ati on of huma n and robots precise place. Robot automation in the mechanical gradually developed a new type of device. Man ipulator moder n product ion process has bee n widely appli

8、ed to automatic product ion line. Although the robot as flexible staffi ng, but it has a repetitive, no fatigue, fear dan ger, there is great power sn atch, so more and more widely used.Robot tech no logy invo Ives mecha ni cs, mecha ni cs, automatic con trol tech no logy, sen sor tech no logy, elec

9、trical hydraulic tech no logy, computer programmable tech no logy, is a cross-discipli nary tech no logy.The subject of the executive body composed by the electrical and hydraulic structure will be PLC based control system used in its complete manipulator system hardware and software desig n.Key Wor

10、ds： NC; automatic loading and unioading; mechanical hand; PLC數(shù)控機(jī)床自動(dòng)裝卸工件機(jī)械手設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)- V -目 錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 摘要III HYPERLINK l bookmark10 o Current Document Abstract （英文摘要） IV HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第1章緒論 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Doc

11、ument 1.1課題背景 1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.2機(jī)械手的發(fā)展 2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.3 PLC的發(fā)展概況 2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.4可編程控制器的產(chǎn)生 3 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document PLC的定義 3 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document PLC的特點(diǎn) 4 HYPERLINK l bo

12、okmark28 o Current Document 1.7課題設(shè)計(jì)的目的和意義 4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第2章機(jī)械手的概述 62.1.1機(jī)械手的組成 62.1.2機(jī)械手的主要參數(shù) 72.1.3應(yīng)用機(jī)械手的意義 7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.2機(jī)械手采用 PLC控制的優(yōu)點(diǎn) 8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 第3章機(jī)械手的控制系統(tǒng) 9 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document

13、 3.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 9 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.2控制系統(tǒng)的要求 10 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 3.3系統(tǒng)及原理133.3.1系統(tǒng)原理 133.3.2操作系統(tǒng) 133.3.3回零程序 143.3.4 手動(dòng)操作程序 143.3.5自動(dòng)操作程序 153.3.6傳送梯形圖 16 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 結(jié)論 18 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 參考文獻(xiàn)

14、19 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 附錄指令一覽表 20 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 致謝21數(shù)控機(jī)床自動(dòng)裝卸工件機(jī)械手設(shè)計(jì)一一 PLC控制系統(tǒng)- -第1章緒論1.1課題背景隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活水平日益提高，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。為了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài)，緩解日趨緊張的供求關(guān)系，我們就得研究開(kāi)發(fā)機(jī)械手。 新中國(guó)成立特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)社 會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)取得了舉世矚目的偉大成就。同時(shí)，必須清醒地看到，我國(guó)正處于并將長(zhǎng)期處于社會(huì)

15、主義初級(jí)階段。全面建設(shè)小康社會(huì)，既面臨難得的歷史機(jī)遇，又面 臨一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)過(guò)度依賴(lài)能源資源消耗， 環(huán)境污染嚴(yán)重；經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不 合理，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后；自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè) 核心競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益有待提高。在擴(kuò)大勞動(dòng)就業(yè)、理順?lè)峙潢P(guān)系、提供健康保 障和確保國(guó)家安全等方面，有諸多困難和問(wèn)題亟待解決。從國(guó)際上看，我國(guó)也將長(zhǎng)期 面臨發(fā)達(dá)國(guó)家在經(jīng)濟(jì)、科技等方面占有優(yōu)勢(shì)的巨大壓力。為了抓住機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn)， 我們需要進(jìn)行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加 強(qiáng)社會(huì)管理等。與此同時(shí)，我們比以往任何時(shí)候都更加需要緊緊依靠科技進(jìn)步和創(chuàng)新， 帶動(dòng)

16、生產(chǎn)力質(zhì)的飛躍，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中大國(guó)，加快科學(xué)技術(shù)發(fā)展、縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，還需要較長(zhǎng)時(shí) 期的艱苦努力，同時(shí)也有著諸多有利條件。中華民族擁有5000年的文明史，中華文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成獨(dú)特的創(chuàng)新文化。只要我們?cè)鰪?qiáng)民族自信心， 貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，深入實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略， 奮起直追、迎頭趕上， 經(jīng)過(guò)15年乃至更長(zhǎng)時(shí)間的艱苦奮斗，就一定能夠創(chuàng)造出無(wú)愧于時(shí)代的輝煌科技成 就。科技工作的指導(dǎo)方針是：自主創(chuàng)新，重點(diǎn)跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來(lái)。自主創(chuàng)新， 就是從增強(qiáng)國(guó)家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強(qiáng)原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新

17、。 重 點(diǎn)跨越，就是堅(jiān)持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)、關(guān)系國(guó)計(jì)民生和國(guó) 家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點(diǎn)突破，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展，就是從現(xiàn)實(shí)的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵、共性技術(shù)，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。 引領(lǐng)未來(lái)，就是著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，超前部署前沿技術(shù)和基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造新的市場(chǎng)需求，培育 新興產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。這一方針是我國(guó)半個(gè)多世紀(jì)科技發(fā)展實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 的概括總結(jié)，是面向未來(lái)、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要抉擇。 要把提高自主創(chuàng)新能 力擺在全部科技工作的突出位置。 在對(duì)外開(kāi)放條件下推進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，必須認(rèn)真學(xué)習(xí)和充分借鑒人類(lèi)一切優(yōu)秀文明成果。 改革開(kāi)放20多年來(lái)，

18、我國(guó)引進(jìn)了大量 技術(shù)和裝備，對(duì)提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要作用。但是，必須清醒 地看到，只引進(jìn)而不注重技術(shù)的消化吸收和再創(chuàng)新，勢(shì)必削弱自主研究開(kāi)發(fā)的能力， 拉大與世界先進(jìn)水平的差距?？傊?，必須把提高自主創(chuàng)新能力作為國(guó)家戰(zhàn)略，貫徹到 現(xiàn)代化建設(shè)的各個(gè)方面，貫徹到各個(gè)產(chǎn)業(yè)、行業(yè)和地區(qū)，大幅度提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力。我 國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總體目標(biāo)是：自主創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，科技促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保 障國(guó)家安全的能力顯著增強(qiáng)，為全面建設(shè)小康社會(huì)提供強(qiáng)有力的支撐； 基礎(chǔ)科學(xué)和前 沿技術(shù)研究綜合實(shí)力顯著增強(qiáng)，取得一批在世界具有重大影響的科學(xué)技術(shù)成果，進(jìn)入 創(chuàng)新型國(guó)家行列，為在本世紀(jì)中葉成為世界科技強(qiáng)國(guó)奠定

19、基礎(chǔ)， 形成比較完善的中國(guó) 特色國(guó)家創(chuàng)新體系。1.2機(jī)械手的發(fā)展機(jī)械手一般為三類(lèi)：一是不需要人工控制的通用型機(jī)械手。它是不屬于其他主機(jī)的獨(dú)立裝置?？梢愿鶕?jù)任務(wù)需要編制獨(dú)立程序完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它的特點(diǎn)是具備不同裝置的性能之外還具備通用機(jī)械及記憶功能的三元型機(jī)械。二是需要人工操作的， 起源于原子，軍事工業(yè)。先是通過(guò)操作完成特定工序，后來(lái)逐步發(fā)展到無(wú)線遙控操作。 第三類(lèi)是專(zhuān)用機(jī)械手，通常依附于自動(dòng)生產(chǎn)線上，用于機(jī)床的上下料和裝卸工件。這 種機(jī)械手國(guó)外叫做“ Mecha nical Ha nd ”。它由主機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)服務(wù)，工作程序固定，一 半是專(zhuān)用的。機(jī)械手首先是在美國(guó)開(kāi)始研制。第一臺(tái)機(jī)械手是在1958

20、年美國(guó)聯(lián)合控制公司研究制作出來(lái)的。結(jié)構(gòu)是：主機(jī)安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，長(zhǎng)臂頂端有電磁抓放機(jī)構(gòu)。日本在工業(yè)上應(yīng)用機(jī)械手最多，發(fā)展最快的國(guó)家，自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后開(kāi)始大力研發(fā)機(jī)械手。前蘇聯(lián)自六十年代開(kāi)始發(fā)展和應(yīng)用，自1977年，前蘇聯(lián)使用的機(jī)械手一半來(lái)自國(guó)產(chǎn)一半來(lái)自進(jìn)口。現(xiàn)代工業(yè)中，自動(dòng)化在生產(chǎn)過(guò)程中已日趨突出，機(jī)械手就是在機(jī)械工業(yè)中為實(shí)現(xiàn) 加工、裝配、搬運(yùn)等工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，機(jī)械手的出現(xiàn) 大大減輕了人類(lèi)的勞動(dòng)，提高了生產(chǎn)效率。采用機(jī)械手已為目前研究的熱重點(diǎn)。目前機(jī)械手在工業(yè)上主要用于機(jī)床加工、鑄造，熱處理等方面，但是還不能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。1.3 PLC

21、的發(fā)展概況可編程控制器是在計(jì)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(kāi)發(fā)起來(lái)的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。 它以微處理器為核心，用編寫(xiě)的程 序 進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái) 控 制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。1.4可編程控制器的產(chǎn)生PLC是在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中產(chǎn)生的，20世紀(jì)60年代末，美國(guó)汽車(chē)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激 烈。為適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，美國(guó)通用汽車(chē)公司（GM對(duì)控制系統(tǒng)提出要 求 為：（1）能替代各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其主令電器等按一定的邏輯關(guān)系用導(dǎo)線連接起來(lái)的控制系統(tǒng)，既傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制，它簡(jiǎn)單易懂，價(jià)格低廉，能 夠滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝

22、改動(dòng)頻繁的需要；（2）編程簡(jiǎn)單；（3）模塊式結(jié)構(gòu)；輸入、輸出 電 壓是交流115V （美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)），輸出能直接驅(qū)動(dòng)繼電器和電磁閥；（4）抗電磁干擾強(qiáng)；（5）具有數(shù)據(jù)通信功能。就是把繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能齊全、靈活性、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，用計(jì)算機(jī)的編程軟件邏輯易于修改來(lái)代替繼電-接觸器控制的硬接線邏輯不易修改。美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC在1969年根據(jù)上述 要求， 研制出世界上首臺(tái)可編程控制器，并在美國(guó)通用汽車(chē)公司的汽車(chē)裝配線上應(yīng) 用成功， 實(shí)現(xiàn)裝配線的自動(dòng)控制。1.5 PLC的定義PLC問(wèn)世以來(lái)，盡管時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國(guó) 電 氣制造商協(xié)會(huì) NEM（Na

23、tional Electrical Manufactory Association ）經(jīng)過(guò)四年的 調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為 PC（ Programmable Controller ），并給PC 作了如下定義：“ PC是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲(chǔ)存指令。用來(lái)執(zhí) 行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或類(lèi)似的輸入/輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行PC之功能被視為PC,但不包括鼓式或類(lèi)似的機(jī)械式順序控制器。”以后國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）又先后頒布了 PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿,并在 1987年2月通過(guò)了對(duì)它的定

24、義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì) 的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定 時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種 類(lèi) 型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系5統(tǒng) 聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！笨傊?，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)， 它是專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具 有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品 并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用 時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置， 其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)

25、計(jì)編制。1.6 PLC的特點(diǎn)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(chǎng)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(shí)間常數(shù)一般為1020ms3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。4）采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。5）對(duì)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(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，女口：交流或直流；開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流； 脈沖或

26、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(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按 鈕；行程開(kāi)關(guān)；接近開(kāi)關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外， 絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU,電源，I/O等均采 用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī) 架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶(hù)的需要自行組合。編程簡(jiǎn)單易學(xué)PLC的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需 要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理 解和掌握。安裝簡(jiǎn)單，維修方便PLC不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直

27、接運(yùn) 行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)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(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障。1.7課題設(shè)計(jì)的目的和意義自改革開(kāi)放，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，機(jī)械手早期應(yīng)用在汽車(chē)制造業(yè)。當(dāng)面臨人工無(wú) 法實(shí)現(xiàn)的工作時(shí)，機(jī)械手成為了替代人工的替代品。 機(jī)械手的使用能夠顯著的提高生 產(chǎn)效率，減少人為因素造成的廢次品率。 機(jī)械手可以完成很多工作，它在自動(dòng)化車(chē)間 中用來(lái)運(yùn)送物料，從事多種工藝操作。它的特點(diǎn)是通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)， 在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器人的部分優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機(jī)器人的精 確到位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械手

28、的安全性，可靠性，準(zhǔn)確性有了充分的認(rèn)識(shí)， 同時(shí)對(duì)其要求也越來(lái)越高?？删幊炭刂破鲬{其穩(wěn)定性，簡(jiǎn)單性，強(qiáng)大性成為了目前應(yīng) 用最廣的工業(yè)自動(dòng)化支柱之一。本課題在執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)和液壓組成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將PLC應(yīng)用于其自動(dòng)控制系統(tǒng)，完成機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第2章機(jī)械手的概述2.1機(jī)械手的概述2.1.1機(jī)械手的組成機(jī)械手的形式是多樣的，但是其基本的組成都是相似的。一般機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。（圖2.1.1機(jī)械手的組成及相互關(guān)系）執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手、關(guān)節(jié)、手臂和支柱組成，與人體手臂相似。手為抓取機(jī)構(gòu)，用于 抓取工件。關(guān)節(jié)是連接手與手臂的關(guān)鍵性原件，具有多方位旋轉(zhuǎn)特性。支柱用來(lái)支撐

29、 手臂，可做活動(dòng)支柱方便機(jī)械手多方位移動(dòng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。常用的有機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)， 電力傳動(dòng)等形式。控制系統(tǒng)機(jī)械手按照制定的程序，步驟，參數(shù)進(jìn)行動(dòng)作完成該指定工作要依靠控制系統(tǒng)來(lái) 實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)易機(jī)械手通常情況下不使用專(zhuān)用的控制系統(tǒng)， 只有動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手采用可 編程控制器，微型計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行動(dòng)作。輔助裝置輔助裝置主要是連接機(jī)械手各部分元件的裝置。機(jī)械手按用途分類(lèi)為：專(zhuān)用機(jī)械手、通用機(jī)械手。按照傳動(dòng)方式分類(lèi)為：液壓式機(jī)械手、氣動(dòng)式機(jī)械手、機(jī)械式機(jī)械手和電動(dòng)機(jī)械 手。2.1.2機(jī)械手的主要參數(shù)傳動(dòng)方式反應(yīng)速度尺寸和重量負(fù)荷能力控制方式操控范圍反應(yīng)速度定位自由度安全

30、性實(shí)用性2.1.3應(yīng)用機(jī)械手的意義隨著科技的發(fā)展，機(jī)械手應(yīng)用的越來(lái)越多。在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手應(yīng)用的意義概 括如下：提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度，增強(qiáng)生產(chǎn)效率。機(jī)械手方便與材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換等自動(dòng)化過(guò)程，從而提高勞 動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)投入，從而降低生產(chǎn)成本。改善勞動(dòng)條件在車(chē)間的勞動(dòng)環(huán)境下，高溫、高壓、噪音、灰塵等污染會(huì)嚴(yán)重影響人的身體健康， 人在車(chē)間工作不可避免的會(huì)接觸到危險(xiǎn)，而應(yīng)用機(jī)械手可以替代人安全的完成作業(yè)， 從而改善勞動(dòng)條件。在一些簡(jiǎn)單，重復(fù)的工作中以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作可以避免因疲勞和疏忽造成 的事故。減少人力資源，便于節(jié)奏生產(chǎn)。機(jī)械手的應(yīng)用增強(qiáng)了自動(dòng)化生產(chǎn)，會(huì)減少人力的使用

31、。機(jī)械手可以長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)性 連續(xù)完成工作，這是人工無(wú)法實(shí)現(xiàn)并完成的。生產(chǎn)線增加使用機(jī)械手以減少人力和精 準(zhǔn)的生產(chǎn)節(jié)拍，有利于節(jié)奏性的工作生產(chǎn)。綜上所述，機(jī)械手的合理利用是機(jī)械行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。2.2機(jī)械手采用PLC控制的優(yōu)點(diǎn)機(jī)械手不止有一種控制系統(tǒng)，一些控制系統(tǒng)或多或少會(huì)存在一些缺點(diǎn)，而這些缺 點(diǎn)在自動(dòng)化生產(chǎn)中會(huì)造成不可避免的損失。而PLC控制的機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用上表現(xiàn)最 為突出，我們從幾方面論述一下 PLC控制機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)?？刂品绞剑弘姎饪刂茖儆谟步泳€，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能非常 困難；而PLC控制是軟接線，改變控制程序即可實(shí)現(xiàn)邏輯的改變或增加功能。工作方式：電氣控制是并行工作，而

32、 PLC是串行工作，不受制約。控制速度：電氣控制速度慢，觸電易動(dòng)；PLC通過(guò)半導(dǎo)體控制，速度快，無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)抖動(dòng)?？煽啃阅埽弘姎饪刂朴|點(diǎn)多，會(huì)產(chǎn)生磨損和電弧燒傷，接線多，可靠性差；PLC無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，具有自診功能，執(zhí)行程序監(jiān)控，調(diào)試和維護(hù)方便。第3章機(jī)械手的控制系統(tǒng)3.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的主要步驟，如下圖3.1所示:記錄運(yùn)行緖果并分析（圖3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟圖）在機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中需考慮以下幾點(diǎn)：1、了解分析機(jī)械手工藝設(shè)計(jì)和控制要求。2、確定I/O設(shè)備。根據(jù)機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能要求確定所需的用戶(hù)輸入輸出設(shè) 備。常用的輸入設(shè)備有行程開(kāi)關(guān)、按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、傳感器等，

33、輸出設(shè)備有 繼電器、指示燈、接觸器等。3、選擇適合I/O點(diǎn)數(shù)的PLC4、分配PLC的I/O點(diǎn)，編制輸入輸出分配表接線圖。5、設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖，根據(jù)需要設(shè)計(jì)完整的梯形圖程序。6、測(cè)試PLC程序，查找錯(cuò)誤。7、調(diào)試機(jī)械手，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，查找問(wèn)題。3.2控制系統(tǒng)的要求機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程：自原點(diǎn)起，按下啟動(dòng)按鈕，下降電磁閥通電，機(jī)械手開(kāi)始下降。 當(dāng)機(jī)械手下降碰到限位開(kāi)關(guān)時(shí)， 下降電磁閥斷電，機(jī)械手停止下降；同時(shí)接通夾緊電 磁閥，機(jī)械手夾緊，上升電磁閥通電，機(jī)械手開(kāi)始上升，直至碰到上限開(kāi)關(guān)，上升電 磁閥斷電停止上升。使用伺服電機(jī)控制機(jī)械手開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，180后機(jī)械手停止旋轉(zhuǎn)。接通右移電磁閥使機(jī)械手向右移

34、動(dòng)直至碰到右限位開(kāi)關(guān)，右移電磁閥斷電，機(jī)械手停止右移。左工作臺(tái)無(wú)物料時(shí)光電開(kāi)關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。直至碰到 下限位開(kāi)關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手停止下降，同時(shí)夾緊電磁閥斷電機(jī)械手放松， 完成物料搬送。機(jī)械手放松后上升電磁閥通電使機(jī)械手開(kāi)始上升，碰到上限位開(kāi)關(guān)上升電磁閥斷電，上升停止；接通左移電磁閥，機(jī)械手左移，碰到左限位開(kāi)關(guān)，機(jī)械手 停止左移，機(jī)械手底座旋轉(zhuǎn)180回到原點(diǎn)，完成一周期動(dòng)作。（圖3.2.1機(jī)械手動(dòng)作簡(jiǎn)圖）（圖322機(jī)械手功能圖示） 2)崔修 T1 ON匸lz工件rn(3JKAS A”性作面攝OXl手動(dòng)X6X7上升左移OOOOO電泡ki2K11XIIX0FOX13右穆O

35、昔H W停止OK5ft OPT (（圖3.2.3機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)及控制面板示意圖）* 代號(hào)i輸入 憂(yōu)號(hào)斗昨入*專(zhuān)出SBIXOSB5X1O電融館卜辭YV1YOF限行程SQIIXI檢松SB6XII電鐵縄先緊YV2Y1hlKfjfVSQ2X2單歩1：升SH?X12電出槪t ftYV32右限fi粹SQJX?單第卜降SBRX13電 KMfrYV4Y3左限和押SQ4X4即形A樣SIWX14電!左打YV5Y4停止SB2X5單步右樣SBIOX15J床點(diǎn)拒番F(xiàn)1.YSMGX6SB11X16違按操竹SH4X7I件檢測(cè)SQ5X17廈IBVICWEO3oh:-卸總Hfe* tt槪S #* gTap（圖3.2.4機(jī)械手傳

36、送系統(tǒng)I/O點(diǎn)分配表）（圖333控制系統(tǒng)原理接線圖）3.3系統(tǒng)及原理3.3.1系統(tǒng)原理PC11數(shù)據(jù)線PLC機(jī)械手到住栓KU升降限位 檢測(cè)K夾緊磁 松檢測(cè).機(jī)械 手皀動(dòng)控老等 開(kāi)關(guān)至輸入借 號(hào)機(jī)械手卄降 夾辱放松控 制.機(jī)械手 工作狀態(tài)指 示狀態(tài)等輸出 信號(hào)（圖3.3.1系統(tǒng)原理圖）3.3.2操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)包括回復(fù)原點(diǎn)程序，手動(dòng)單步操作程序及自動(dòng)連續(xù)操作系統(tǒng)。如圖所示:（圖3.3.2機(jī)械手操作系統(tǒng)程序）原理:把旋鈕重置于原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動(dòng)返回原點(diǎn)，Y5驅(qū)動(dòng)指示燈顯示。把旋鈕 置于手動(dòng)，X6接通，常閉觸頭打開(kāi)，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為跳轉(zhuǎn)指令，CJ驅(qū)動(dòng)跳至指針 P所指P0處）開(kāi)始執(zhí)行手動(dòng)程序。

37、之后執(zhí) CJ指令時(shí)由于行X7常閉觸點(diǎn)將跳至P1所指的結(jié)束位置。旋鈕置于自動(dòng)，即X6閉合X7打開(kāi)，程序執(zhí)行時(shí)將跳過(guò)手動(dòng)程序執(zhí)行 自動(dòng)程序。3.3.3 回零程序回零 程序如圖3.3.3所示。S10S12作為回零 操作原件。當(dāng)使用S10S19作為 回零操作在最后狀態(tài)復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器 M8043置1。（圖3.3.3回零狀態(tài)示意圖）3.3.4手動(dòng)操作程序如圖所示。圖中 上升/下降，左移/右移有連鎖和限位保護(hù)。Mfl(10卄舊 T001on m twoHI_UJ Z002 IDM Y001l!2(HI_IWfIfZOO IW Y001Tlf_（圖334手動(dòng)單步操作系統(tǒng)圖）3.3.5自動(dòng)操作程序如圖所示

38、，當(dāng)機(jī)械手處于原位按下啟動(dòng)按鈕 X0,狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20,驅(qū)動(dòng)下降丫0, 到達(dá)下 限位行程開(kāi)關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移S21, S20自動(dòng)復(fù)位。S21驅(qū)動(dòng)丫1延遲一秒 以便使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng) T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22,驅(qū)動(dòng)丫2上升，當(dāng)上升 達(dá)到上限位X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23,驅(qū)動(dòng)Y3右移。達(dá)到右限位X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn) 移到S24下降，當(dāng)達(dá)到下 限位X1接通，電磁鐵放松，并延遲一秒。后 T1接通，狀 態(tài)轉(zhuǎn)移S26上升，達(dá)到上 限位X2接通，S27左移，達(dá)到左限位X4接通，返回初始 狀態(tài)。一次循環(huán)完成。S221自環(huán)片丈4JJ姑出爛乏軒移開(kāi)加咒十下P巨住丁 I-S21TOK1X2S2 2二二下隈血

39、J 1 K 1 平弓 |路豐善存顒 s3現(xiàn) |X 1S 詁 |Y2 3 上升占二P上升蠟更一Ma左超卩艮侶E（圖335自動(dòng)操作流程圖圖）336傳送梯形圖如圖所示，第0行到第27行為復(fù)位狀態(tài)。第28行到第66行為手動(dòng)單步操作程 序。第67行到129行為自動(dòng)操作程序。這三部分模塊是圖3.3.2的操作系統(tǒng)運(yùn)行的?；亓?程序和自動(dòng)操作系統(tǒng)是用步進(jìn)順控方式編程。回零 程序不能自動(dòng)返回初始狀態(tài)S1，自動(dòng)操作程序可以自動(dòng)返回初始狀態(tài) S2。11!a02I ISI 10164STL_| |(SWiSU5 (str si sn sioRST TOOIKT TOGOT002SET SI IST 1003T00sn

40、 sn72T587929S914?S2 tool Xtnz JUXH X3| |_| I一|$20誓TL I0C1HFS2t(STL TOHIS22JSTL XOOO I Fl102105HFS23 -(STL J-.rar iax tooig II_W1moo loos36 T I一H1如 X014X002 roril 1003g一II一I卜拌卄4MO X015 1002 1003 W0461T ii H 卜甘_T0O5cj rooSET TO01H2T W01TOOCY iX)TOMY003cj nS2SHSTLT1HI1m S2 1 set sao 1TWO sn S2i sn tooi

41、 j to no 卄T002 jsn sis IIMS 1SIT $2嗎 1TOOO I sn S25 j Rsr ran T1 E10SET S25 T002)SIT S27】Y0(M S?) HR 1 !W （圖336機(jī)械手傳送梯形圖）結(jié) 論本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的操作過(guò)程是由電動(dòng)機(jī)和氣缸組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)采用可編程控制器控制，運(yùn)用步進(jìn)順序控制編程，程序簡(jiǎn)單且便于調(diào)試。通過(guò)PLC 本身通信接口與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、修改、調(diào)整，使系統(tǒng) 處于最佳工作狀態(tài)。利用PLC控制機(jī)械手相對(duì)于其它控制方式，具有很高的可靠性， 較好的性?xún)r(jià)比，較強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性。就本課題設(shè)計(jì)的

42、目的，實(shí)際應(yīng)用運(yùn)行良好， 大大方便了工作和生活。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)工作的細(xì)心得 到 了提高，認(rèn)識(shí)到自己在這方面的不足。并且，對(duì)本設(shè)計(jì)的內(nèi)容有了更好的了解，比如 加深了解了有關(guān)可編程控制器的功能，還有機(jī)械手的工作原理等等。通過(guò)做這個(gè)設(shè)計(jì)， 對(duì)以前不足的知識(shí)進(jìn)行彌補(bǔ)，在指導(dǎo)老師那里學(xué)到了很多寶貴的東西， 這些都是對(duì)我 很有幫助的。1李國(guó)平編著,2常曉玲編著,3范建東編著,4李乃夫編著,5郝海青編著,參考文獻(xiàn)基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手實(shí)驗(yàn)裝置的研制電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器可編程控制器原理及應(yīng)用可編程控制器原理、應(yīng)用J，液壓與氣動(dòng)，2003，北京；機(jī)械工業(yè)出版社,，廣州；華南理工大學(xué)出版社,，北京；中國(guó)輕工業(yè)出版社,串聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)械手的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)200420032003，萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)碩博士論文,2002附錄指令一覽表0 LD