三菱FX plc 機(jī)械手課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 0805班 10號(hào)學(xué)生姓名 彭交清 . 指導(dǎo)教師 伍新 吳晨曦 .完成日期 2011年11月23日 .湖南工程學(xué)院機(jī)械工程系湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目： 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓名 系別 機(jī)械工程 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì) 班級(jí) 08級(jí) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師 伍 新 吳晨曦 教研室主任 陳小異 一、設(shè)計(jì)要求及任務(wù)1設(shè)計(jì)要求（1）用PLC進(jìn)行控制；（2）自動(dòng)循環(huán)工作方式；（3）有必要的連鎖保護(hù)。2設(shè)計(jì)任務(wù)（1）繪制工作流程框圖或順序功能圖；（2）繪制PLC的硬件接線圖；（3）相關(guān)元器件的計(jì)算

2、與選型，制定元器件明細(xì)表；（4）編寫全程序梯形圖或指令表，并通過(guò)調(diào)試；（5）編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。二、進(jìn)度安排及完成時(shí)間1設(shè)計(jì)時(shí)間：兩周，2011年11月 13日至2011年11月25日。2進(jìn)度安排第12周：布置設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱資料，熟悉設(shè)計(jì)要求及任務(wù)，軟硬件設(shè)計(jì)。第13周：調(diào)試程序，整理資料，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，答辯，交設(shè)計(jì)作業(yè)。（打印稿及電子文檔）。目 錄摘要1 一引言2二機(jī)械手的工作原理8 （一）機(jī)械手的概述8 （二）機(jī)械手的工作方式8三機(jī)械手控制的硬件設(shè)計(jì)10 （一）輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖 10四.控制程序 11 （一）通用部分梯形圖設(shè)計(jì)11 （二）手動(dòng)操作梯形圖11 （三）返回原位流程圖

3、12 （四）返回原位梯形圖13（五）“自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖13（六）“自動(dòng)”狀態(tài)流程圖15（七） 搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖及指令表16五總結(jié)與評(píng)價(jià)20六致謝21參考文獻(xiàn)22摘要:伴隨著機(jī)電一體化在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制成分顯得越來(lái)越重要，由于某些工作環(huán)境如高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù),它能部分地代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配從而大大改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。本設(shè)計(jì)

4、采用三菱Q系列PLC作為控制機(jī)對(duì)工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行控制及監(jiān)控。關(guān)鍵詞：可編程控制器PLC;機(jī)械手;伺服馬達(dá)一、 引言1.1可編程控制器PLC，它是20世紀(jì)70年代以來(lái)，在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方面以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化得支柱產(chǎn)品。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在PLC技術(shù)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面發(fā)展很快，除有許多從國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線，國(guó)產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備已越來(lái)越多地采用PLC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)。與繼電-接觸器系統(tǒng)相比更加可靠；占位空間更??；價(jià)格上與繼電

5、-接觸器控制系統(tǒng)能形成競(jìng)爭(zhēng)；易于在現(xiàn)場(chǎng)變更程序；便于使用、維護(hù)、維修；能直接推動(dòng)電磁閥、接觸器與之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央執(zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。本課題在對(duì)一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)和液壓缸組成的工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，將PLC應(yīng)用于其控制系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)該機(jī)械手的工作特點(diǎn)，采用步進(jìn)順序控制方式，是程序簡(jiǎn)化，便于調(diào)試。將PC與PLC組成分布式控制系統(tǒng)，進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信，工作人員可在上位機(jī)上編程、監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行修改、調(diào)整，使系統(tǒng)工作與最佳狀態(tài)。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(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在機(jī)械

6、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(guó)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(guó)內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路

7、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)的笨重體力勞動(dòng)，很久以來(lái)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(guó)內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門，已采

8、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(lái)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(guò)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

9、。（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(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)

10、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(guò)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(wú)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(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來(lái)，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

11、，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。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

12、元化發(fā)展?？傊壳皺C(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(kāi)環(huán)式，沒(méi)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(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、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(jué)機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過(guò)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(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛

13、、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(guó)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

14、憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)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(guó)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(guó)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(jué)功能和觸覺(jué)功能。視覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)

15、測(cè)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(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)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(guò)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(guò)裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來(lái)控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊S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

16、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(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(lái)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(wèn)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。

17、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(shuō)凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來(lái)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

18、等。（2）用于模擬量控制PLC通過(guò)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)。 1.5 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用（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，

19、PLC的平均無(wú)故障間隔時(shí)間高，日本三菱公司的F1系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間間隔長(zhǎng)達(dá)30萬(wàn)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(lái)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(kāi)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

20、，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(chǎng)合來(lái)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)。二、機(jī)械手的工作原理（一）機(jī)械手的概述機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛

21、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(lái)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。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(lái)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(lái)裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來(lái)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）在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的

22、裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。（5）宇宙及海洋的開(kāi)發(fā)。（6）軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。（二）機(jī)械手的工作方式機(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(dòng)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(lái)。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計(jì)該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。1本次課程設(shè)計(jì)的機(jī)械手用于車間生產(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(guò)程及控制要求分析，機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如下圖所示：圖1 機(jī)械手的動(dòng)作周期如圖所示機(jī)械手

23、能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、回復(fù)位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。手動(dòng)工作方式時(shí)，用各按鈕的點(diǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作；回復(fù)位工作方式時(shí)，按下“回復(fù)位”按鈕，則機(jī)械手自動(dòng)返回原位；單步工作方式時(shí)，每按一次起動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一步；選擇單周期工作方式時(shí)，每按一次起動(dòng)按鈕，機(jī)械手只運(yùn)行一個(gè)周期就停下；連續(xù)工作方式時(shí)，機(jī)械手向前執(zhí)行一步；只要按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手就會(huì)連續(xù)循環(huán)動(dòng)作，直到按下停止按鈕，機(jī)械手才會(huì)最后運(yùn)行到原位并停下；而在傳送工件的過(guò)程中，機(jī)械手必須升到最高位置才能左右移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)碰到其它工件。圖2 機(jī)械手傳送示意及操作動(dòng)作傳送圖圖3 機(jī)械手傳送示意及操作動(dòng)作執(zhí)行圖三、機(jī)械手控制的硬件

24、設(shè)計(jì)（一）輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖表1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表輸入觸點(diǎn)功能輸入觸點(diǎn)功能輸入觸點(diǎn)功能輸出觸點(diǎn)功能X1-SQ2左限位X10手動(dòng)X16啟動(dòng)Y0上升X2-SQ2右限位X11回原點(diǎn)X17停止Y1下降X4-SQ2上限位X12單步X20夾緊Y2右行X5-SQ2下限位X13單周期X21松開(kāi)Y3左行X14連續(xù)X22上升Y4夾緊/放松X23下降X24右行X25左行表1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表圖4 機(jī)械手硬件控制連線圖四、控制程序（一）通用部分梯形圖設(shè)計(jì)公用程序用于自動(dòng)程序和手動(dòng)程序相互切換處理。左限位開(kāi)關(guān)X1、上線位開(kāi)關(guān)X4的常開(kāi)觸點(diǎn)和表示夾緊裝置松開(kāi)的Y4的常閉觸點(diǎn)組成

25、的串聯(lián)電路接通時(shí)，“遠(yuǎn)點(diǎn)條件”輔助繼電器M5變?yōu)镺N。當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)（M5為ON），在開(kāi)始執(zhí)行用戶程序（M8002為ON）、系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)或回原點(diǎn)狀態(tài)（X10或X11為ON）時(shí)，初始步對(duì)應(yīng)的M0將被置位，為進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式工作方式作好準(zhǔn)備。如果此時(shí)M5為OFF狀態(tài)，M0將被復(fù)位，初始步為不活動(dòng)步，進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式工作后按啟動(dòng)按鈕也不會(huì)轉(zhuǎn)換到下一步，因此禁止了單步、單周期和連續(xù)工作方式的運(yùn)行。系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將除初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的輔助繼電器（M20M27）復(fù)位。在非連續(xù)方式，將表示連續(xù)工作狀態(tài)的M7復(fù)位。否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)方式切換到手動(dòng)方式，然后

26、又返回自動(dòng)方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。（二） 手動(dòng)操作梯形圖 1.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(lái)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(kāi)，當(dāng)松開(kāi)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Y000保持接通；按下下降按鈕，Y001保持接通；在上限位按下右行按鈕，右行輸出Y002接通，至行程開(kāi)關(guān)SQ2閉合。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X001閉合）或右限位（即X002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X005接通）機(jī)械手的加緊放松

27、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(kāi)關(guān)，防止線圈同時(shí)接通造成的短路。故手動(dòng)操作時(shí)梯形圖如圖所示：手動(dòng)操作梯形圖 從梯形圖可以看出，用上限位開(kāi)關(guān)X4為ON作為手動(dòng)左行和右行的條件，禁止機(jī)械手在較低的位置水平運(yùn)動(dòng)（三）.返回原位流程圖在“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所示：（四）. 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

28、限位位置。故返回原位梯形圖如圖所示：返回原位梯形圖（五）.“自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖 自動(dòng)程序里面有單步與非單步、單周期與連續(xù)的區(qū)分，工作于單步的時(shí)，X12的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，這時(shí)M6為OFF不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換：在連續(xù)工作方式，X14為ON，按下啟動(dòng)按鈕X16，連續(xù)標(biāo)志M7變?yōu)镺N并鎖存。在單周期工作方式，因?yàn)閄14為OFF,M7不會(huì)變?yōu)镺N。程序流程圖如下：(六)“自動(dòng)”狀態(tài)流程圖（七）搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖及指令表：搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖五總結(jié)與評(píng)價(jià)機(jī)械手的控制對(duì)于很多場(chǎng)合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動(dòng)作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。對(duì)于控制程序的編寫，這里給出的只是一種實(shí)現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實(shí)現(xiàn)這樣的控制，針對(duì)所用的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計(jì)人員可以選用不同的方法來(lái)編寫程序。機(jī)械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機(jī)械