畢業(yè)設(shè)計--基于plc的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　設(shè)計題目 基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重

2、要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。</p><p>　　機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，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、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，

3、從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機械工業(yè)的。 </p><p>　　機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中

4、的工作。</p><p>　　機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。</p><p><b>　　abstract</b></p>

5、<p>　　Manipulator hand and arm can imitate the certain movements function, according to fixed program to grab, transporting or operating tool for automatic operation of the device. It can replace the hard labor in

6、order to realize people the mechanization of manufacturing and automation, can in harmful environment operation to protect the personal safety and so widely used. </p><p>　　The type of manipulator, according

7、 to drive mode can be divided into hydraulic, pneumatic, electric and mechanical manipulator; According to applicable range can be divided into robots for and general manipulator two; According to the trajectory control

8、mode can be divided into position control and continuous track control robots. </p><p>　　The design of the manipulator and add plane rotation type and structure, the action of the manipulator by pneumatic cy

9、linder driving, pneumatic cylinder of the corresponding electromagnetic valve to control, electromagnetic valve controlled by PLC. Drive the implementation of the component finish, can very convenient embedded in all kin

10、ds of industrial production line. Manipulator used PLC control, and has high reliability, change program flexible, and other advantages, whether for time control </p><p>　　Keywords: manipulator electromagne

11、tic valve PLC </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　abstract3</p><p><b>　　第一章 緒論3</b></p><p>　　1.1機械手的概述

12、3</p><p>　　1.1.1機械手的簡介3</p><p>　　1.1.2機械手的類型3</p><p>　　第二章 機械手總體方案的設(shè)計3</p><p>　　2.1機械手的工作過程及控制要求3</p><p>　　2.1.1 機械手的基本結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.1.

13、2機械手的控制要求3</p><p>　　2.2.3 機械手的控制方案設(shè)計3</p><p>　　2.2.4 機械手的手部結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.2.5機械手的主要參數(shù)3</p><p>　　第三章 PLC的介紹與選擇3</p><p>　　3.1 PLC的特點3</p><p

14、>　　3.2 PLC的選型3</p><p>　　3.3機械手PLC控制的設(shè)計3</p><p>　　3.3.2確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備I/O點數(shù)3</p><p>　　3.4 PLC的選擇3</p><p>　　分配PLC I/O點的編號（定義號）3</p><p>　　3.5 PLC程序設(shè)計

15、3</p><p><b>　　自動操作程序3</b></p><p><b>　　設(shè)計小結(jié)3</b></p><p><b>　　致 謝3</b></p><p><b>　　主要參考文獻3</b></p><p>&

16、lt;b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 第一章 緒論</p><p><b>　　1.1機械手的概述</b></p><p>　　1.1.1機械手的簡介</p><p>　　機械手是模仿著人手的部分動作，按照給定程序、軌跡和要求能實現(xiàn)自動抓取、搬運的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應用的機械

17、手叫做“工業(yè)機械手”。在實際生產(chǎn)中，應用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率，可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(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)境下，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，在機械加工、沖壓、鍛、鑄、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應用。</p><p>　　

18、國內(nèi)外對機器人及機械手所作的定義不盡相同。國際標準化組織(ISO)對機器人的定義:“機器人是一種能自動定位、可控的可編程的多功能操作機。這類操作機具有幾個軸，在可編程序操作下，能處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務。”</p><p>　　美國國家標準(NBS)對機器人的定義:“一種可編程，并在自動化控制下執(zhí)行某種特定操作和移動作業(yè)任務的機械裝置?！比毡竟I(yè)機器人協(xié)會對工業(yè)機器人的定義:“一種裝備有

19、記憶裝置和最終執(zhí)行裝置，能夠完成各種移動來代替人類勞動的通用機器?！彼址譃橐韵聝煞N情況來定義:(1)工業(yè)機器人:“一種能執(zhí)行與人的上肢類似動作的多功能機器?！?2)智能機器人:“一種具有感覺和識別能力，并能夠控制自身行為的機器?！?lt;/p><p>　　1.1.2機械手的類型</p><p>　　機械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機械手，它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。

20、它可以根據(jù)任務的需要編制程序，以完成各項規(guī)定工作。它的特點是除具備普通機械的物理性能外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號操作機械手來進行探測月球、火星等。第三類是專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用于解決機床上下料和工件傳送。這種機械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機服務的，由主機驅(qū)動，除

21、少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。</p><p>　　第二章 機械手總體方案的設(shè)計</p><p>　　2.1機械手的工作過程及控制要求</p><p>　　2.1.1 機械手的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　機械手是一個水平、垂直運動的機械設(shè)備，用來將工件由左工作臺搬到右工作臺。有上升、下降運動，左移、右移運動和夾緊、放松動作和位

22、置控制。簡易機械手在各類全自動和半自動生產(chǎn)線上應用得十分廣泛，主要用于零部件或成品在固定位置之間的移動，替代人工作業(yè)，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。本設(shè)計中的機械手采用上下升降加平面轉(zhuǎn)動式結(jié)構(gòu)，機械手的動作由氣動缸驅(qū)動，氣動缸由相應的電磁閥來控制，電磁閥由PLC控制驅(qū)動執(zhí)行元件完成，能十分方便的嵌入到各類工業(yè)生產(chǎn)線中。圖2-1為機械手簡圖,其中 1-執(zhí)行氣爪，2-水平伸縮氣缸，3-旋轉(zhuǎn)軸，4-豎直氣缸，5-底座，6-工件，。</p>&

23、lt;p>　　圖2-1 機械手簡圖</p><p>　　這個機械手具有二個直線運動和一個旋轉(zhuǎn)運動自由度用于將源工作臺上的物品搬到其左側(cè)或右側(cè)目的工作臺上。機械手的直線動作由氣缸驅(qū)動，氣缸由電磁閥控制，整個機械手在工作中能實現(xiàn)上升/下降、左傳/右轉(zhuǎn)、夾緊/放松功能，是目前較為簡單的、應用比較廣泛的一種機械手。其升降運動通過升降氣缸、垂直導柱、滑動導柱、垂直導軌及升降位置微動開關(guān)相互配合完成，升降工作行程為0~

24、100mm、轉(zhuǎn)動是通過旋轉(zhuǎn)氣缸實現(xiàn)、轉(zhuǎn)動工作行程為0~180°；手爪是通過氣缸、彈簧的作用來夾持物品，夾持力是靠調(diào)節(jié)彈簧的預壓縮調(diào)整。</p><p>　　機械手的基本結(jié)構(gòu)由感知部分、控制部分、主機部分和執(zhí)行部分四個方面組成。采集感知信號及控制信號均由氣動缸驅(qū)動。主機部分采用了標準型材輔以模塊化的裝配形式，使得氣動機械手能拓展成系列化、標準化的產(chǎn)品。人們根據(jù)應用工況的要求，選擇相應功能和參數(shù)的模塊，像積

25、木一樣隨意的組合，這是一種先進的設(shè)計思想，代表氣動技術(shù)今后的發(fā)展方向，也將始終貫穿著機械手的發(fā)展及實用性模塊化拼裝的氣動機械手比組合導向裝置更具有靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。由于采用了模塊化拼裝結(jié)構(gòu)，可組成立柱型氣動機械手、門架型氣動機械手及滑塊型氣動機械手，及其它各種類型的機械手。這些模塊化機械手組裝方便，動作靈活，具有較高的定位精度，但工作空間比較小，主要應用于一般的送料自動線上。氣動

26、機械手具有三個自由度，即水平(Z)方向自由度、垂直(Y)方向自由度和旋轉(zhuǎn)自由度，并可以采用多種靈活的控制方案。</p><p>　　圖2-1中工件所處位置為原點位置，根據(jù)要求：機械手初始位置在原點位置，每次循環(huán)動作都從原點位置開始，完成上升、下降運動，左移、右移運動和夾緊、放松動作和位置控制，并能實現(xiàn)手動操作和自動操作方式。當機械手在原點位置下啟動按鈕，系統(tǒng)啟動，左傳送帶運轉(zhuǎn)。當光電開關(guān)檢測到物品后，左傳送帶停止

27、運行。根據(jù)分析可得出機械手的工作流程圖，如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 機械手工作流程圖</p><p>　　可見，實現(xiàn)要求功能需要如下條件：</p><p>　　(1)底座與橫梁之間需要旋旋轉(zhuǎn)氣缸，旋轉(zhuǎn)氣缸有葉片式和齒輪齒條式。葉片式是圓筒型缸筒內(nèi)部有個圍繞芯軸轉(zhuǎn)動的葉片，在葉片兩側(cè)通氣時，氣壓推動葉片繞芯軸轉(zhuǎn)動形成轉(zhuǎn)動。齒輪齒條式，是由齒輪和齒條

28、嚙合組成，氣壓推動齒條做直線運動，齒條與齒輪嚙合，齒條的運動會形成齒輪的轉(zhuǎn)動。</p><p>　　(2)橫梁在普通情況下，長度是固定的，如果工作臺不進行調(diào)整，橫梁長度可永遠不變。由于課題任務要求手臂可以伸出縮短，本設(shè)計中在橫梁上安裝了執(zhí)行氣缸，可使用手動按鈕調(diào)整橫梁長度。</p><p>　　(3)豎直方向上是頻繁上下工作的機構(gòu)，可選用電機傳動的齒輪齒條嚙合機構(gòu)，也可選用執(zhí)行氣缸，后者是

29、新技術(shù)更經(jīng)濟、環(huán)保、噪音低，也更符合課題要求。</p><p>　　(4)抓緊機構(gòu)也可選用氣動執(zhí)行爪和執(zhí)行氣缸并用組成氣動執(zhí)行模塊。 </p><p>　　(5)光電開關(guān)在控制方面是作為輸入量的信號源之一，它可以選擇模擬輸入和數(shù)字輸入，根據(jù)課題要求和后面PLC的各輸入量的情況，選用數(shù)字輸送式的光電開關(guān)更方便簡捷。</p><p>　　根據(jù)以上分析，機械構(gòu)造方案基本固

30、定。整個機械手一共用到三個氣缸，PLC需要控制每個氣缸的動作：橫梁長氣缸的內(nèi)外調(diào)，執(zhí)行氣爪的夾持與放松、豎導桿氣缸的升降、各氣缸的定位控制和旋轉(zhuǎn)軸的定位控制，另外兩個是工件計數(shù)和故障報警。</p><p>　　2.1.2機械手的控制要求</p><p>　　機械手的操作方式分為手動操作和自動操作，自動操作又分為單周期操作和連續(xù)操作方式。手動操作是指用按鈕對機械手的每一步運動單獨進行控制；單

31、周期操作指機械手從原點開始，按啟動按鈕，機械手自動完成1個周期的動作后停止；連續(xù)操作指機械手從原點開始，按啟動按鈕，機械手的動作將自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按停止按鈕，機械手將繼續(xù)完成1個周期的動作后，回到原點自動停止。</p><p>　?。?）機械手的自動運行：</p><p>　　① 下降：當機械手檢測到傳送帶A上有工件時，有原點位置開始下降，下降到位時，碰到下極限開關(guān)

32、，機械手停止下降，同時接通加緊電磁閥線圈。</p><p>　?、?加緊工件：當機械手加緊到位時，壓力繼電器動合觸電閉合，接通上升電磁閥線圈。</p><p>　?、?上升：當機械手夾緊到位時，機械手開始上升，上升到位時，碰到上極限開關(guān)，機械手停止上升，同時接通右移電磁閥線圈。</p><p>　?、?右移：當機械手上升到位時，機械手開始右移，右移到位時，碰到有極限

33、開關(guān)，機械手停止右移，同時接通下降電磁閥線圈。</p><p>　　⑤ 下降：當機械手右移到位時，機械手重新開始下降，下降到位時，碰到下極限開關(guān)，機械手停止下降，同時釋放加緊電磁閥線圈。</p><p>　?、?放松工件：放松動作為時間控制，設(shè)為2秒。</p><p>　?、?上升：工件放松后，機械手開始上升，上升到位時，碰到上極限開關(guān)，機械手停止上升，同時接通左移

34、電磁閥線圈。</p><p>　　⑧ 左移：機械手上升到位后，開始左移，左移到位時，碰到左極限開關(guān)，機械手停止左移。</p><p>　?、?回到原位：機械手左移到位后，回到原點位置，再次自動啟動傳送帶A，當光電開關(guān)檢測到工件后，又開始新的工作循環(huán)周期。</p><p><b>　　機械手的手動運行</b></p><p&g

35、t;　?。?）手動運行是指機械手的上升、下降、左移、右移及夾緊操作通過對應的手動操作按鈕控制，與操作順序無關(guān)。</p><p>　　PLC模塊選擇：電源模塊，CPU模塊，輸入模塊，輸出模塊。其中輸入和輸出模塊都選用數(shù)字量的類型，輸入量較多，選擇32路模塊，輸出量較少選擇16路的模塊。</p><p>　　2.2 機械手的方案設(shè)計及其主要參數(shù)</p><p>　　2.

36、2.1機械手的主要類型和自由度選擇</p><p>　　手臂的機構(gòu)基本上決定了操作機的工作空間范圍，按機械手手臂運動的不同運動的坐標形式和形態(tài)來進行分類，其座標型式可分為直角座標式、圓柱座標式、球座標式和關(guān)節(jié)式。（1）直角坐標型具有三個移動關(guān)節(jié)（PPP），可使手部產(chǎn)生三個互相垂直的獨立位移。由于其運動方程可獨立處理，且為線性的，具有定位精度高，控制簡單等特點，但操作靈活性較差，運動速度低的特點。（2）圓柱坐標型具

37、有兩個移動關(guān)節(jié)和一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)（PPR），受部的坐標為(z，r，θ)。這種操作機的優(yōu)點是所占的空間尺寸較小，相對工作范圍較大，結(jié)構(gòu)簡單，手部可獲得較高的速度。而缺點是手部外伸離中心軸愈遠，其切向線位移分辨精度愈低。通常用于搬運機器人。（3）球座標型具有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)（RRP），優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間尺寸小，但目前應用較少。（4）關(guān)節(jié)型是模擬人的上肢而構(gòu)成的。它具有三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)（RRR），可繞鉛垂軸轉(zhuǎn)動和繞兩個平行于水平面的軸

38、轉(zhuǎn)動。具有結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積少，相對工作空間大等特點，用于復雜設(shè)備當中。</p><p>　　由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，在操作機中主動關(guān)節(jié)的數(shù)目應等于操作機的自由度，因此，采用圓柱座標型式，相應的機械手具有三個自由。</p><p>　　2.2.2 機械手的驅(qū)動方案設(shè)計</p><p>　　由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應靈敏，阻力損失

39、和泄漏較小，成本低廉因此本機械手采用氣壓傳動方式。</p><p>　　2.2.3 機械手的控制方案設(shè)計</p><p>　　考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC)對機械手進行控制。當機械手的動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。</p><p>　　2.2.4 機械手的手部結(jié)構(gòu)</p><

40、;p>　　為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計成可更換結(jié)構(gòu)，當工件是棒料時，使用夾持式手部;當工件是板料時，使用氣流負壓式吸盤。本文設(shè)計的是抓握直徑為ø5~ ø20的零件。按照抓取工件的要求，本機械手的手臂有三個自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由氣缸來實現(xiàn)。手臂的伸縮、升降運動由伸縮氣缸來實現(xiàn)，回轉(zhuǎn)由回轉(zhuǎn)氣

41、缸實現(xiàn)。</p><p>　　第三章 PLC的介紹與選擇</p><p>　　對于機械手的控制系統(tǒng)可以采用多種方式，如繼電器控制、單片機控制、PLC控制等。但由于PLC可編程控制器操作靈活性強和穩(wěn)定性較好，所以，我們選擇PLC控制。</p><p>　　3.1 PLC的特點</p><p>　　可編程控制器是在計算機技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控

42、制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進行邏輯控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。</p><p>　　3.3機械手PLC控制的設(shè)計</p><p>　　送料機械手的動作示意圖如圖3-1 所示。啟動控制有2種，1個由啟動開關(guān)安裝在現(xiàn)場，1個由通過組態(tài)王軟件控制。在控制面板上，安裝一

43、個檔位開關(guān)，分手動和自動兩大檔位，手動擋包括調(diào)試和回原位兩檔，自動擋分單步、半自動和全自動三檔，要求自動擋的操作必須在回原位的基礎(chǔ)上才能進行。</p><p>　　原位 下降 夾緊 上升 右移</p><p>　　左移 上移 放松 下降</p><p>　　圖3-1送料機械手的工作示意圖</p>

44、;<p>　　3.3.1 根據(jù)工藝過程分析控制要求</p><p>　　機械手的全部動作有汽缸驅(qū)動，而汽缸又由相應的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制。例如當下降電磁閥通電時，機械手下降；當下降電磁閥斷電時，機械手下降停止。只有當上升電磁閥通電時，機械手才上升；當上升電磁閥端電時，機械手上升停止。同樣，左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機械的放松/

45、加緊由一個單線圈兩位置電磁閥（稱為加緊電磁閥）控制。當該線圈通電時，機械手加緊，該線圈斷電時，機械手放松。</p><p>　　當機械手處于原點時（即左限位開關(guān)和上限位開關(guān)合上），啟動以后，機械手移向A點，加緊工件，然后回到原位，移向B點，放下工件，再回到原位完成一次動作。</p><p>　　當機械手右移到位并準備下降時，為了確保安全，必須在右工作臺上無工作時才允許機械手下降。也就是說，

46、若上一次搬運到右工作臺上的工件尚未搬走時，機械手應自動停止下降。</p><p>　　機械手的動作過程如圖3-2所示。從原點開始，按下啟動按鈕時，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂時，碰到上位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥，機械手右移。右移到位時，碰到右限位開關(guān)，右移電磁

47、閥斷電，右移停止。若此時右工作臺上無工作，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通左移電磁閥，機械手左移。左移到原點時，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手經(jīng)過八步動作完成一個周期。</p><p>　　機械手

48、的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。</p><p><b>　　手動操作</b></p><p>　　手動操作：就是用按鈕操作對機械手的每一種運動單獨進行控制。例如，當選擇上/下運動時，按下啟動按鈕，機械上升；按下停止按鈕，機械手下降。當選擇左右運動時，按下起動按鈕，機械手左移；按下停止按鈕，機械手右移。當選擇夾緊

49、/放松運動時，按下起動按鈕，機械手夾緊；按下停止按鈕，機械手放松。</p><p><b>　　單步操作</b></p><p>　　單步操作：每按一次起動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止</p><p><b>　　單周期操作</b></p><p>　　單周期操作：機械手從原點開始，按一下起動

50、按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手停止重新起動時，需要手動操作方式將機械手移回原點，然后按一下起動按鈕，機械手又重新開始單周期操作。</p><p><b>　　連續(xù)操作</b></p><p>　　連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下起動按鈕，機械手的動作將自動的、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。</p><p>

51、;　　在工作中若按一下停止按鈕，則機械手動作停止。重新起動時，須用手動操作方式將機械手移回原點，然后按一下起動按鈕，機械手又重新開始連續(xù)操作。</p><p>　　在工作中若按一下復位按鈕，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。</p><p>　　3.4 PLC的選擇</p><p>　　該機械手的控制為純開關(guān)量控制，且所要的I/O點數(shù)不多，因此

52、選擇一般小型抵擋機即可。</p><p>　　該控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的是步進控制，可以用一般PLC所具有的移位寄存器和移位指令來編程，但若選擇具有步進指令功能或鼓型控制器功能的PLC，則實現(xiàn)步進控制就更加方便了。</p><p>　　由于所要的I/O點數(shù)為15/6點，考慮到機械手操作的工藝固定，PLC的I/O點基本上可不留裕量。根據(jù)資料的機型，可選擇：</p><p>　

53、　(1)ACMY-S256可選用32點主機（I/O點數(shù)為16/16）或40點主機（I/O點數(shù)為24/16）。</p><p>　　(2)GE-I/J（SR-10）其主機I/O點數(shù)為15/9。或選用GE-I（SR-20），采用5槽主機框架，一塊16點輸入模塊，一塊8點輸出模塊（或兩塊8點輸入模塊，一塊8點輸出模塊）。</p><p>　　(3)F1-40M其主機I/O點數(shù)為24/16點。&l

54、t;/p><p>　　(4)具體選擇何種機型，還需要比較價格，同時考慮使用維修方便等因素，使之更加經(jīng)濟合理。故選擇F1-40M機型。</p><p>　　3.4.1 分配PLC I/O點的編號（定義號）3.3.2確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備I/O點數(shù)</p><p>　　由于不同記性的PLC，其I/O點的編號不同，因此應根據(jù)所選擇的機型，對PLC的I/O點分配編號。如圖

55、3-4 所示的編號。 </p><p>　　3.5 PLC程序設(shè)計</p><p>　　為了便于編程,先繪制出整個控制程序的結(jié)構(gòu)框圖,如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5總結(jié)構(gòu)程序框圖</p><p>　　在該結(jié)構(gòu)框圖中，當操作方式選擇開關(guān)置于“手動”時，輸入點X407接通，其輸入繼電器常閉接點斷開，執(zhí)行手動操作程序。<

56、/p><p>　　當操作選擇開關(guān)置于“單步”、“單周期”、“連續(xù)”時，其對應的輸入點X410、X411、X412接通，其輸入繼電器常閉接點斷開，執(zhí)行自動操作程序。</p><p>　　在執(zhí)行自動操作時，如選擇開關(guān)置于“連續(xù)”時，起動后輔助繼電器M200接通，程序自動循環(huán)。操作選擇開關(guān)置于“單步”時，M200同樣接通，程序也可以循環(huán)，但必須是每按一次起動按鈕執(zhí)行一步。如果操作選擇開關(guān)置于“單周期

57、”或運行過程中按下復位按鈕時，則輔助繼電器N200復位，程序執(zhí)行完一個周期（即機械手回到原點）時自動停止。</p><p>　　由于手動程序和自動程序采用了跳轉(zhuǎn)指令，因此在著兩個程序段可以采用同樣的一套輸出繼電器。</p><p>　　下面是各程序的設(shè)計。</p><p>　　3.5.2自動操作程序</p><p>　　本設(shè)計是一個按順序動作

58、的典型步進控制。</p><p>　　步進控制可以用一般PLC都具有的位移寄存器來實現(xiàn)，但更方便的是用步進指令和鼓形控制來實現(xiàn)。F1-40M具有位移寄存器和步進指令的功能，本設(shè)計用位移寄存器編程。</p><p><b>　　用移位器編程：</b></p><p>　　由于自動操作的控制比較，不容易直接設(shè)計出梯形圖，因此可以先畫出自動的操作流程

59、圖，用以表明動作的順序和條件，如圖3-7</p><p>　　圖3-7自動操作流程圖</p><p>　　圖3-7中，矩形方框代表完成某一動作的控制程序，方框之間的箭頭線用以表示程序的轉(zhuǎn)換，箭頭線上的小橫線用以表示轉(zhuǎn)換的條件。</p><p>　　當機械手處于原點時，壓下上限位開關(guān)和左限開關(guān)，輸入點X402和X404接通，產(chǎn)生原點指示輸出。</p>&

60、lt;p>　　機械手的動作從按下起動按鈕開始，執(zhí)行第一程序，產(chǎn)生下降輸出，機械手下降。當機械手下降到底碰到下限位開關(guān)時， 輸入點X401接通，轉(zhuǎn)入第二程序，產(chǎn)生夾緊輸出并開始計時，機械手夾緊，經(jīng)3S延時后。計時器T450動作，轉(zhuǎn)入第三程序，產(chǎn)生上升輸出，機械手上升。當機械手上升。當機械手上升到頂碰到上限位開關(guān)時，輸入點X402接通，轉(zhuǎn)入第四程序，產(chǎn)生右移輸出，機械手右移。當機械手右移到位碰到右限位開關(guān)時，輸入點X403接通，轉(zhuǎn)入第

61、五程序，當右工作臺無工件時，光電開關(guān)發(fā)出信號使輸入點X405接通，產(chǎn)生下降輸出，機械手下降。當機械手下降到底碰到下限位開關(guān)X401時，轉(zhuǎn)入第六成程序，產(chǎn)生放松輸出并開始計時，機械手放松，經(jīng)過2s延時后，計時器T451動作，轉(zhuǎn)入第七程序，產(chǎn)生上升輸出，機械手上升到頂碰到上限位開關(guān)X402時，轉(zhuǎn)入第八程序，產(chǎn)生左移輸出，機械手左移。當機械手左移到原點位碰到左限位開關(guān)X404時，又產(chǎn)生原點指示輸出，完成了一個周期的動作。這時，如果是單周期操作

62、，則輔助繼電器M200斷開，機械手停止在原位，不在循環(huán)執(zhí)行程序。如果是連續(xù)操作，則輔助繼電器M200接通，又開始從第一程序往下執(zhí)行，然后不斷</p><p>　　根據(jù)自動操作的流程圖，就可以設(shè)計自動操作的梯形圖如圖3-8所示。</p><p><b>　　梯形圖的控制原理：</b></p><p>　?。?）連續(xù)及單周期操作</p>

63、<p>　　在連續(xù)及單周期操作方式下，單步輸入點X410斷開，輸入繼電器X410常閉接點閉合，將位移寄存器的位移輸入直接接入輸入端。</p><p>　　當機械手處于原點時，壓下上限位開關(guān)和左限位開關(guān)，輸入點X402和X404接通，Y435接通，原點指示燈亮。</p><p>　?、?#160;按下起動按鈕，M120接通并自保，移位器數(shù)據(jù)輸入端接通，M100置“1”，Y430

64、接通，下降電磁閥得電，機械手下降。</p><p>　?、?#160;下降到底碰到下限位開關(guān)時，輸入繼電器X401接通，Y430斷開，下降停止，同時產(chǎn)生移位信號，將M100的“1”態(tài)移到M101。M101的常開接點將Y431接通，夾緊電磁閥的電，機械手夾緊工件，T450開始計時。同時，M101的常閉接點將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開，使M100置“0”。</p><p>　?、跿450延3s后

65、，其常開接點閉合，產(chǎn)生移位信號，將M102置“1”，M101置“0”。M102的常開接點將Y432接通，上升電磁閥得電，機械手上升。同時，M102的常閉接點將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。</p><p>　?、苌仙巾斉龅缴舷尬婚_關(guān)時，輸入繼電器X402接通，Y432斷開，上升停止，同時產(chǎn)生移位信號，將M103置“1”，M102置“0”，M103的常開接點將Y433接通，右移電磁閥得電，機械手右移。同時，M103的

66、常閉接點將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。</p><p>　　⑤ 右移到位碰到右限位開關(guān)時，輸入繼電器X402接通，Y432斷開，右移停止，同時產(chǎn)生移位信號，將M104置“1”，M103置“0”。M104的常開接點閉合，若此時右工作臺無工件，則光電開關(guān)因露光而導通，其常開接點使輸入繼電器X405接通，Y430再次接通，機械手下降。同時，M104的常閉接點將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。若右工作臺有工件，則光電開關(guān)因遮光面

67、斷開，X405斷開，Y430不能接通，機械手暫停等待。</p><p><b>　　圖3-8操作梯形圖</b></p><p><b>　　設(shè)計小結(jié)</b></p><p>　　1、本次設(shè)計的是氣動自動上下料機械手，相對于專用機械手，此機械手可用于各種生產(chǎn)中機械上下料，可配合不同的機械共同運作，適用面較廣。</p&g

68、t;<p>　　2、采用氣壓傳動，動作迅速，反應靈敏，能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。工作環(huán)境適應性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會污染環(huán)境。同時成本低廉。</p><p>　　3、機械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點，無論是進行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設(shè)定PLC程序來實現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機械手的動作順序修改程序，使機械手的通用性更強。<

69、/p><p>　　4、手的控制對于很多場合需求很大，不論是機床使用的小型系統(tǒng)還是流水線的這類設(shè)備，其基本動作要求類似，所以控制的實驗也可以相互借鑒。</p><p>　　5、控制程序的編寫這里給出的只是一種實現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實現(xiàn)這樣的控制真的所有的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計人員可以選用不同的方法來編寫程序</p><p>　　6、手高效的工作效率，準

70、確的定位精度，以及極簡單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能代替的，機械手的使用也越來越廣泛。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計是對所學知識的綜合運用。這次畢業(yè)設(shè)計使我們對所學的專業(yè)知識有了完整的了解，較系統(tǒng)的理解和掌握，系統(tǒng)的分析與設(shè)計過程也是對學習的總結(jié)過程，更是進一步學習和探索的過程。在這個過程中我對可編控制器的工作原理有了進一步的掌握，對控制的分析與設(shè)計有了切身的認識和體會，并在學習和實踐過程中增長知識，豐富了經(jīng)驗。查

71、閱資料后，對元器件的選擇，對方案的確定有了進一步的認識。</p><p>　　在設(shè)計中，體會到理論必須和實際相結(jié)合。要邊學習，邊實踐，遇到新的問題就要不段的探索和努力即可獲得問題的解決。因本人第一次搞設(shè)計，在此設(shè)計中必然存在或多或少的不足之處，還望老師給予批評指正。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這三年中我

72、學到了許多專業(yè)知識，提高了理論與實踐相結(jié)合的能力，提高了自學能力，感謝老師的細心教導和培養(yǎng)，在此，我向給予我教育和幫助的老師說聲謝謝。在校期間所學到的東西應該對我以后工作和生活有很大幫助。</p><p>　　經(jīng)過近半年的努力我終于完成了這篇論文，PLC課程是我們的主要課程，自從接觸了這門課程我便對它產(chǎn)生了濃厚的興趣，所以在做畢業(yè)設(shè)計時我毅然的選擇了PLC設(shè)計。</p><p>　　回首這

73、幾個月來的設(shè)計過程，可以說是收獲良多，也付出了不少心力。它檢驗了我對PLC這門課程的掌握程度，通過老師們的幫助今天我的設(shè)計終于做完了。雖然在畢業(yè)設(shè)計中遇到很多困難，但在做的過程中我真正掌握和領(lǐng)會了各項知識。面對問題仔細揣摩，查閱各方文件資料，也得到老師和同學的幫助。。</p><p>　　感謝帶畢業(yè)設(shè)計的江老師在本次設(shè)計中給予我的幫助和指導！也感謝對本次設(shè)計提供幫助的人。</p><p>

74、<b>　　主要參考文獻</b></p><p>　　1.《機械設(shè)計》 邱宣懷 等編著 </p><p>　　2.李壯云.液壓元件與系統(tǒng). 北京:機械工業(yè)出版社,2005.</p><p>　　3.吳振彪編.工業(yè)機器人[M].武漢：華中科技大學出版社.1997.</p><p>　　4/ 張軍,馮志輝. 多工步搬運機械手