電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計-plc在機械手控制中的應(yīng)用

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　PLC在機械手控制中的應(yīng)用</p><p>　所在學(xué)院</p><p>　專業(yè)班級電氣工程及其自動化</p><p>　學(xué)生姓名</p>

2、<p>　指導(dǎo)教師</p><p>　完成日期</p><p>　　PLC在機械手控制中的應(yīng)用</p><p>　　摘要:機械手是工業(yè)自動化范疇中經(jīng)常遇到的一種控制現(xiàn)象，可編程控制器（PLC）是專為工業(yè)環(huán)境中運用而設(shè)計的實時工業(yè)控制設(shè)備。機械手在美國、以色列等國家應(yīng)用較多，如用過時采摘手采摘水果、裝配工業(yè)線上應(yīng)用智能機器人等。能模仿人手肢體的某些動作功能，

3、用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作設(shè)備。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的安全化、機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身的安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工、探索和原子能等部門。本文主要研究的是PLC在機械手控制中的應(yīng)用，通過設(shè)計編制研究機械手構(gòu)成、PLC程序、畫制梯形圖來實現(xiàn)機械手模型控制系統(tǒng)的自動控制，實現(xiàn)機械手的伸縮、抓取、移位。</p&g

4、t;<p>　　關(guān)鍵詞：PLC ,機械手, 梯形圖</p><p>　　Application of PLC in manipulator control</p><p>　　Abstract The manipulator is a kind of control phenomenon in the field of industry automation, and th

5、e programmable controller (PLC) is the real time industrial control equipment designed for industrial environment.. Robots in the United States, Israel and other countries, such as more applications, such as picking pick

6、ing fruits, assembly line of industrial applications smart robots, etc.. It can imitate the function of certain movement of the human body, and use the automatic operation equipme</p><p>　　Keywords: PLC, man

7、ipulator, ladder diagram</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著工業(yè)自動化水平的提高，工業(yè)現(xiàn)場的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動場合必將由機器人所替代。這一方面能夠減輕工人的勞動強度，另一方面可以飛速的提高勞動生產(chǎn)率。例如，目前在我國的許多中小型汽車生產(chǎn)以及輕工業(yè)生產(chǎn)中，往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料，既費時吃

8、力又影響效率。為此，我們把上下料機械手作為本文目標(biāo)。</p><p>　　在現(xiàn)今的生活上,科技日新月益的進展之下,機械人手臂與有人類的手臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度。也就是機械手的最大優(yōu)勢可以重復(fù)的做同一動作在機械正常情況下永遠(yuǎn)也不會覺得累！可為機械手臂的應(yīng)用也將會越來越廣泛，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，作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力。</p><p>　　工業(yè)

9、機械手機器人的一個重要分支。機械手種類按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式。特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，構(gòu)造和性能上兼有人和機械手機器各自的優(yōu)點 。</p><p>　　工業(yè)機械手是工業(yè)物流自動化中上網(wǎng)重要設(shè)備之一，是當(dāng)今世界新技術(shù)革命的一個重要標(biāo)識。工業(yè)機械手是典型的機電一體化產(chǎn)品。  </p><p>　　工業(yè)機械手的產(chǎn)生和推廣是社會生產(chǎn)和發(fā)展

10、的需要，也是現(xiàn)代生產(chǎn)和科技發(fā)展的新技術(shù)產(chǎn)品。工業(yè)機械手已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)、資源開發(fā)、社會服務(wù)、排險救災(zāi)以及軍事技術(shù)等方面發(fā)揮著愈來愈大的應(yīng)用。   </p><p>　　工業(yè)機械手的應(yīng)用和推廣已經(jīng)并將獲得極大的效益。例如在機械制造工業(yè)、汽車工業(yè)等生產(chǎn)中采用電焊、弧焊、噴漆等機械手，可以大大提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件。又如在微電子、醫(yī)藥等生產(chǎn)部門，采用機械手操作，可以消除人對產(chǎn)品的污

11、染、確保產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　機械手可以在有毒、噪音、高溫、易燃、易爆等危險有害的環(huán)境中代替人長期穩(wěn)定的工作，從根本上解決了操作者的安全保障問題。因而在這方面應(yīng)用和推廣機器人技術(shù)是十分迫切和必要的。近代工業(yè)機械手的原型可以從本世紀(jì)40代算起。當(dāng)時適應(yīng)核技術(shù)的發(fā)展需要開發(fā)了處理放射性材料的主從機械手。50年代初美國提出了“通用重復(fù)操作機器人”的方案，59年研制出第一工業(yè)機械手原型。由于歷史條件和技術(shù)水平關(guān)

12、系，在60年代機械手發(fā)展較慢。進入70年代后，焊接、噴漆機械手相繼在工業(yè)中應(yīng)用和推廣。隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)、人工智能的發(fā)展、機械手技術(shù)得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了更為先進的可配視覺、觸覺的機器人所應(yīng)用的機械手。如美國Unimation公司PUMA系列工業(yè)機器人相關(guān)的機械手，即使由直流伺服驅(qū)動、關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)、多cpu微機控制、采用專用語言編程的技術(shù)先進的機械手。到了80、90年代機器人及相關(guān)的機械手開始在工業(yè)上普及應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計1980年全世界約

13、有兩萬臺機器人在工業(yè)上應(yīng)用，而到今年 增長更快。今年已近開發(fā)出具有視覺、觸覺及力覺感受的高性能機器人以及各種智能裝配機械手，并投入工業(yè)應(yīng)用。</p><p>　　1 國內(nèi)外機械手研究概況</p><p>　　我國的工業(yè)機械手發(fā)展主要是逐步擴大其應(yīng)用范圍。在應(yīng)用專業(yè)機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，研制出示教式機械手工業(yè)機械手是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，始于40年代的美國

14、橡樹嶺國家實驗室的搬運核原料的遙控機械操作手研究，它是一種主從型的控制系統(tǒng)。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。它的結(jié)構(gòu)是：機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的；1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上，又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲存裝置。不少球面坐標(biāo)式機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；普曼公司專門生產(chǎn)工業(yè)

15、機械手聯(lián)邦德國機器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)：聯(lián)邦德國K公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制；日本是工業(yè)機器人發(fā)展最快，應(yīng)用國家最多的國家，自1969年從美國引進兩種典型機械手后，開始大力從事機械手的研究，目前以成為世界上工業(yè)機械手應(yīng)用最多的國家之一。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應(yīng)用機械手，主要用于機械化、自動化程序較低、繁</p><p>　　我國工

16、業(yè)機械手的研究與開發(fā)始于20世紀(jì)70年代。1972年我國第一臺機械手開發(fā)于上海，隨之全國各省都開始研制和應(yīng)用機械手。從第七個五年計劃（1986-1990）開始，我國政府將工業(yè)機器人的發(fā)展列入其中，并且為此項目投入大量的資金，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機器人，有由北京機械自動化研究所設(shè)計制造的噴涂機器人，廣州機床研究所和北京機床研究所合作設(shè)計制造的點焊機器人，大連機床研究所設(shè)計制造的氬弧焊機器人，沈陽工業(yè)大學(xué)設(shè)計制造的裝卸載機器人等等

17、。這些機器人的控制器，都是由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所和北京科技大學(xué)機器人研究所開發(fā)的，同時一系列的機器人關(guān)鍵部件也被開發(fā)出來，如機器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機，編碼器，DC—PWM等等。</p><p>　　計算機控制機械手和組合式機械手等?？梢詫C械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機構(gòu)，組裝成各種用途的機械手，即便于設(shè)計制

18、造，又便于更換工件，擴大了應(yīng)用范圍。</p><p>　　機械手的種類，按驅(qū)動方式分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手;按適用范圍可以分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡可以分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。</p><p>　　2 控制系統(tǒng)硬件選型</p><p><b>　　2.1機械手介紹</b></p><

19、;p>　　2.1.1 機械手簡介</p><p>　　能模仿人手和手臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。</p><p>　　在現(xiàn)今的生活上,科技日新月異的

20、進展之下,機械人手臂與人類的手臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度。也就是機械手的最大優(yōu)勢可以重復(fù)的做同一動作在機械正常情況下永遠(yuǎn)也不會覺得累！機械手臂的應(yīng)用也將會越來越廣泛,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，作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力。</p><p>　　2.1.2機械手分類</p><p>　　機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和

21、傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。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物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。機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機械手。</p><p>　　2.1.3 機械手優(yōu)勢</p><p>　　機械手可以減省工人、提高效

22、率、降低成本、提高產(chǎn)品品質(zhì)、安全性好、提升工廠形象。</p><p>　　多關(guān)節(jié)機械手的優(yōu)點是:動作靈活、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近機座的工件，并能繞過機體和工作機械之間的障礙物進行工作.隨著生產(chǎn)的需要，對多關(guān)節(jié)手臂的靈活性，定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。多關(guān)節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念，其關(guān)節(jié)數(shù)量可以從三個到十幾個甚至更多，其外形也不局限于像人的手臂，而根據(jù)不同的場合有所變化，多關(guān)節(jié)手臂的優(yōu)良性能是

23、單關(guān)節(jié)機械手所不能比擬的。</p><p><b>　　1.節(jié)省人工 </b></p><p>　　機械手替代以往的人工從模內(nèi)取物，節(jié)省人工，防止工人流動或疲勞作業(yè)造成產(chǎn)品交期的延誤。隨著現(xiàn)在中國新勞動法的推出，工人工資的不斷上漲，工人的流動性越來越高，企業(yè)將來的缺工問題會越來越嚴(yán)重，機械手可以節(jié)省工人，提升工人的素質(zhì)，保證更好的工作品質(zhì)。</p>&l

24、t;p><b>　　2.提升企業(yè)形象 </b></p><p>　　自動化生產(chǎn)車間與先進企業(yè)接軌，方便了管理，也穩(wěn)定了高品質(zhì)的客戶定單。隨著中國工業(yè)的發(fā)展，自動化生產(chǎn)已經(jīng)成為了工業(yè)的必然趨勢，也是客戶選擇優(yōu)秀供應(yīng)商的首要條件之一。 </p><p><b>　　3.提高產(chǎn)能</b></p><p>　　機械手24小

25、時穩(wěn)定快速（0.7秒每模）的取物時間，可提升產(chǎn)能20%到30%左右，特別作業(yè)疲勞，喝水、吃飯等造成的時間浪費。</p><p><b>　　4.穩(wěn)定品質(zhì)</b></p><p>　　穩(wěn)定的生產(chǎn)周期可防止原料炭化造成的產(chǎn)品不良及人員取物不當(dāng)造成的損壞等。</p><p><b>　　5.確保生產(chǎn)安全 </b></p&g

26、t;<p>　　機械手雙重鎖模安全保護，確保機械手取物安全，也可防止工人作業(yè)不慎造成工傷。</p><p>　　且機械手產(chǎn)品取出確認(rèn)，可防止產(chǎn)品取出不良壓傷模具。</p><p>　　2.1.4 機械手構(gòu)成</p><p>　　機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。執(zhí)行機構(gòu)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

27、、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。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有2～3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機

28、的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。</p><p><b>　　2.2 PLC簡介</b></p><p>　　2.2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與

29、微型計算機相同，基本構(gòu)成為：電源、中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊。其中最為重要的便是前三個。</p><p><b>　　1.電源</b></p><p>　　可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交

30、流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。</p><p>　　2.中央處理單元(CPU)</p><p>　　中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入

31、運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。</p><p>　　為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，對大型可編程邏輯控制

32、器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。</p><p><b>　　3.存儲器</b></p><p>　　存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。</p><p>　　存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。</p><p>　　2.2.2 PLC

33、的基本功能</p><p><b>　　1.邏輯控制功能</b></p><p><b>　　2.定時控制功能</b></p><p><b>　　3.計數(shù)控制功能</b></p><p><b>　　4.步進控制功能</b></p><

34、;p><b>　　5.數(shù)據(jù)處理功能</b></p><p><b>　　6.回路控制功能</b></p><p><b>　　7.通信聯(lián)網(wǎng)功能</b></p><p><b>　　8.監(jiān)控功能</b></p><p><b>　　9.停電記

35、憶功能</b></p><p>　　10.故障診斷功能 </p><p>　　2.2.3 PLC的特點</p><p><b>　　1.靈活通用</b></p><p><b>　　2.安全可靠</b></p><p><b>　　3.環(huán)境適應(yīng)性好<

36、;/b></p><p>　　4.使用方便、維護簡單</p><p>　　5.速度較慢、價格較高</p><p>　　2.2.4 PLC應(yīng)用范圍</p><p>　　目前，PLC已廣泛的應(yīng)用于冶金、化工、機械、電子、電力、輕工、建筑建材、交通等幾乎所有的工業(yè)控制領(lǐng)域。但是。不同檔次的PLC又有不同的應(yīng)用范圍。低檔小型PLC可廣泛的代替繼

37、電器控制電路，進行邏輯控制，適應(yīng)于開關(guān)量較多、沒有或只有很少幾路模擬量的場合，如起重機的自動控制等。中檔PLC可廣泛應(yīng)用于具有較多開關(guān)量、少量模擬量的場合，如自動加工機床等。高檔PLC適應(yīng)于具有大量開關(guān)量和模擬量的場合，如化工生產(chǎn)過程等。

38、 </p><p><b

39、>　　3 機械手的控制</b></p><p><b>　　3.1 預(yù)備知識</b></p><p>　　1. 跳轉(zhuǎn)指令JMP和跳轉(zhuǎn)結(jié)束指令JME</p><p>　　跳轉(zhuǎn)指令JMP和跳轉(zhuǎn)結(jié)束指令JME的梯形圖符號如圖1所示。JMP和JME指令一</p><p>　　起實現(xiàn)程序的跳轉(zhuǎn)，JMP指令定義跳轉(zhuǎn)

40、的起點，JME指令定義跳轉(zhuǎn)的目的地。當(dāng)JMP指</p><p>　　令的輸入條件為ON時，沒有跳轉(zhuǎn)；當(dāng)JMP指令的輸入條件為OFF時，程序跳轉(zhuǎn)到與該跳轉(zhuǎn)指令JMP具有相同編號的JME處，執(zhí)行程序。</p><p>　　圖3-1 JMP和JME指令的梯形圖符號</p><p>　　2. JMP和JPE指令的特點</p><p>　　JMP和JM

41、E指令用于控制程序的跳轉(zhuǎn)。當(dāng)JMP條件(即JMP輸人的狀態(tài))是OFF時，使用JMP和JME的分支程序就轉(zhuǎn)向控制JME后面的第1條指令，也就是說跳過了JMP和JME之間的程序。</p><p>　　當(dāng)一個程序中有多個跳轉(zhuǎn)時，就用跳轉(zhuǎn)編號N來區(qū)分不同的JMP/JME對。在00和99之間的任何一個兩位數(shù)都可以作為一個跳轉(zhuǎn)編號。</p><p>　　JMP是一個特殊情況。當(dāng)JMP00和JME00之

42、間的指令具有被跳過時，這些指令仍被處理但是不被執(zhí)行，這樣就需要占用掃描時間。另一方面，在00以外跳轉(zhuǎn)編號的JMP和JME之間的指令都不需要占用掃描時間，可以全部跳過。</p><p>　　JMP/JME可以在程序中多次使用.但是非零跳轉(zhuǎn)編號在程序中只能使用一次。</p><p>　　3.2 機械手動作控制要求</p><p>　　圖2為某自動化生產(chǎn)車間的自動化搬運機

43、械手，用于將左工作臺上的工件搬到右工作</p><p>　　臺上。機械手的全部動作由氣壓驅(qū)動，氣缸由電磁閥控制，對于上升/下降、左移/右移，其運動由雙線圈兩位電磁閥控制，即上升電磁閥得電時機械手上升，下降機械閥得電時機械手下降。對于夾緊/放松，其運動由單線圈兩位電磁閥控制，線圈得電時機械手夾緊，斷電時機械手放松。</p><p>　　圖3-2 機械手的動作示意圖</p>&l

44、t;p>　　3.3 機械手動作過程分析</p><p>　　機械手的動作過程如圖3所示。從原點開始，按下啟動按鈕。下降電磁閥通電，機械手通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下限電磁閥斷電，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，下降停止，機械手上升。上升到頂后，碰到上限位開關(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，碰到右線位開關(guān)，右移電磁閥

45、斷電，右移停止。若此時右工作臺上無工件，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底是，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。上升到頂后，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。左移到原點后，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手通過8次動作完成了一個周期的動作。</p><p>　　

46、圖3-3 機械手的動作過程</p><p>　　3.4 機械手的操作方式</p><p>　　機械手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步進、單周期和連續(xù)操作方式。</p><p>　　手動操作：就是用按鈕操作對機械手的每一步運動單獨進行操控。例如，當(dāng)選擇上/下運動時，按下啟動按鈕，機械手下降；按下停止按鈕，機械手上升。當(dāng)選擇左/右運動時，按

47、下啟動按鈕，機械手右移；按下停止按鈕，機械手左移。當(dāng)選擇夾緊/放松運動時，按下啟動按鈕，機械手夾緊；按下停止按鈕，機械手放松。</p><p>　　步進操作：每按一次啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。</p><p>　　單周期操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期得動作后停止。</p><p>　　連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下啟

48、動按鈕，機械手的動作將自動地、連續(xù)不斷的周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，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>　　3.5 PLC的I/O接線</p><p>　　輸入/輸出設(shè)備與PLC的I/O配置見表1。</p><p>　　表3-1 輸入/輸出設(shè)備與PLC的I/O配置</p><p>　　機械手的動作

49、過程圖中電磁閥用PLC的輸出繼電器控制，他們的線圈接在PLC的輸出端。按鈕、限位開關(guān)。光電開關(guān)等用來給PLC提供控制命令和反饋信號，他們的觸點接在PLC的輸入端。機械手步進控制PLC外部接線圖如圖4所示。</p><p>　　圖3-4 機械手步進控制PLC外部接線圖</p><p>　　3.6 畫機械手步進控制順序功能圖</p><p>　　3.6.1 順序功能圖簡

50、介</p><p>　　順序功能圖（SFC，Sequential Function Chart）采用IEC標(biāo)準(zhǔn)的語言，用于編制復(fù)雜的順控程序。利用這種先進的編程方法，初學(xué)者也很容易編出復(fù)雜的順控程序，大大提高了工作效率，也為調(diào)試、試運行帶來許多言傳的方便。</p><p>　　順序功能圖是一種較新的編程方法，它將一個完整的控制過程分為若干階段，各階段具有不同的動作，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，

51、轉(zhuǎn)換條件滿足就實現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上一階段動作結(jié)束，下一階段動作開始。它提供了一種組織程序的圖形方法。在順序功能圖中可以用別的語音嵌套編程，步、路徑和轉(zhuǎn)換是順序功能圖的3種主要元素。順序功能圖主要用來描述開關(guān)量順序控制系統(tǒng)，根據(jù)它可以很容易畫出順序控制梯形圖程序。</p><p>　　3.6.2 順序功能圖的注意事項</p><p>　　1.兩個步絕對不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)換將它們隔開。&#

52、160;</p><p>　　2.兩個轉(zhuǎn)換絕對不能直接相連，必須用一個步將它們隔開。 </p><p>　　3.初始步必不可少，否則無法表示初始狀態(tài)，系統(tǒng)也無法返回停止?fàn)顟B(tài)。 </p><p>　　4.自動控制系統(tǒng)應(yīng)能多次重復(fù)執(zhí)行同一工藝過程，應(yīng)組成閉環(huán)，即最后一步返回初始步，（單周期）或下一周期開始運行的第一步（連續(xù)循環(huán)）。</p>

53、<p>　　5.只有當(dāng)前一步是活動步，該步才可能變成活動步。一般采用無斷電保持功能的編程元件代表個步時，進入RUN工作方式時，它們均處于斷開狀態(tài)，系統(tǒng)無法工作。必須使用初始化脈沖M8002的常開作為轉(zhuǎn)換條件，將初始步預(yù)置為活動步。</p><p>　　3.6.3 順序功能圖基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　順序功能圖的組成PLC順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入

54、信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。</p><p><b>　　1.步</b></p><p>　　將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步，可以用編程元件來代表各步。</p><p><b>　　2.初始步</b></p><

55、p>　　與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應(yīng)的步稱為初始步，初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待起動命令的相對靜止的狀態(tài)。</p><p><b>　　3.活動步</b></p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。</p><p><b>　　4 .動作</b></p><p&

56、gt;　　在某一步中要完成某些命令或動作統(tǒng)稱為動作。</p><p><b>　　5.有向連線</b></p><p>　　有向連線規(guī)定了步的活動狀態(tài)的進展路線和方向。</p><p><b>　　6.轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　轉(zhuǎn)換用有向連線上與有向連線垂直的短劃線來表示，轉(zhuǎn)換將相鄰兩步分隔

57、開。</p><p><b>　　7.轉(zhuǎn)換條件</b></p><p>　　與轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯命題，轉(zhuǎn)換條件可以用文字語言、布爾代數(shù)表達(dá)式或圖形符號標(biāo)注在表示轉(zhuǎn)換的短線的旁邊。</p><p>　　3.6.4 畫出順序功能圖</p><p>　　圖4是機械手步進控制順序功能圖，順序功能圖將復(fù)雜的任務(wù)和過程分解成了若干個工序

58、（狀態(tài)）。無論多么復(fù)雜的過程均能分化為小的工序，有利于程序的機構(gòu)化設(shè)計。相對于某一個具體工序來說，控制任務(wù)實現(xiàn)了簡化，并給局部程序的編寫帶來了方便。整體程序是局部程序的綜合，只要弄清各工序成立的條件、工序轉(zhuǎn)移的條件和轉(zhuǎn)移的方向，就可以進行這類圖形的設(shè)計。順序功能圖容易理解，可讀性強，能清晰的反應(yīng)全部控制工藝過程。順序功能圖基本上是以機械控制的流程表示狀態(tài)的流程。</p><p>　　圖3-5 機械手步進控制順序功

59、能圖</p><p>　　3.7 畫機械手梯形圖</p><p>　　3.7.1 完成I/O分配</p><p>　　表3-2 機械手輸入輸出原件地址分配表</p><p>　　3.7.2 編寫梯形圖程序</p><p><b>　　1.梯形圖基本概念</b></p><p&g

60、t;　　梯形圖語言沿襲了繼電器控制電路的形式，梯形圖是在常用的繼電器與接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡化了符號演變而來的，具有形象、直觀、實用等特點，電氣技術(shù)人員容易接受，是目前運用上最多的一種PLC的編程語言。</p><p>　　在PLC程序圖中，左、右母線類似于繼電器與接觸器控制電源線，輸出線圈類似于負(fù)載，輸入觸點類似于按鈕。梯形圖由若干階級構(gòu)成，自上而下排列，每個階級起于左母線，經(jīng)過觸點與線圈，止于右母線。<

61、/p><p><b>　　2.梯形圖編程</b></p><p>　　PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng)。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉

62、觸點斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。</p><p>　　梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線(Bus bar)。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線（左母線和右母線）之間有一個左正右負(fù)的直流電源電壓，母線之

63、間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。</p><p>　　根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸點的狀態(tài)來進行的。</p><p>　　梯形圖程序主要有三部分，圖6為

64、機械手的控制程序，圖7為機械手的手動程序，而圖8為機械手的自動程序。</p><p>　　圖3-6 機械手的控制程序圖3-7 機械手的手動程序</p><p>　　3.7.3 分析程序</p><p>　　在控制程序中，使用了跳轉(zhuǎn)指令JMP (004) /JME (005)控制手動操作與自動操作之間的切換。當(dāng)0.07為ON時執(zhí)行手動程序，否則跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行自動程序。在

65、自動程序中，0.08, 0.09和0.10分別用于選擇單步、單周期和連續(xù)的運行方式，當(dāng)選擇其中一種運行方式后，需將其對應(yīng)的執(zhí)行條件置ON。當(dāng)選擇連續(xù)運行方式時，輔助繼電器200.02接通，程序可自動循環(huán)。下面對選擇自動操作中的連續(xù)運行程序做簡要說明。</p><p>　　1.互鎖指令I(lǐng)L和互鎖清除指令I(lǐng)LC</p><p>　　互鎖指令I(lǐng)I和互鎖清除指令I(lǐng)LC的梯形圖特號如圖9所示，IL需

66、要啟動條件，ILC不需要啟動條件，互鎖指令I(lǐng)L和互鎖清除指令I(lǐng)LC是用來控制程序流向的。</p><p>　　(1)不論IL的輸人條件是ON還是OFF, CPU都要對IL和ILC之間的程序進行掃描。</p><p>　　(2)只有IL的執(zhí)行條件為ON時，IL和ILC之間的程序被執(zhí)行，否則不執(zhí)行。</p><p>　　(3)IL指令和ILC指令可以成對使用，也可以多個

67、IL指令配一個ILC指令，但是不</p><p><b>　　允許嵌套使用。</b></p><p>　　其應(yīng)用如圖10所示，當(dāng)0.00為ON時，IL和ILC之間的程序執(zhí)行，100.00和</p><p>　　100.01的狀態(tài)取決于左邊0.01, 0.02, 0.03的狀態(tài)。當(dāng)0.00為OFF時，IL和ILC之間的程序不執(zhí)行.不論0.01,

68、0.02. 0.03的狀態(tài) ON 還是OFF，100. 00 和100. 01 都是 OFF。</p><p>　　2. 結(jié)束指令END</p><p>　　結(jié)束指令的梯形圖符號如圖11所示，其功能是結(jié)束該指令后面的所有指令的執(zhí)行。</p><p><b>　　圖3-8 自動程序</b></p><p>　　圖3-9 I

69、L和ILC梯形圖符號</p><p>　　圖3-10 IL和ILC指令的應(yīng)用</p><p>　　圖3-11 END指令 圖3-12 SBS的梯 圖3-13 SBN和RET指令</p><p>　　梯形圖符號 形圖符號 梯形圖符號</p><p>　　3.

70、子程序調(diào)用指令SBS和子程序定義指令</p><p>　　子程序調(diào)用指令的梯形圖符號如圖12所示，其功能是當(dāng)執(zhí)行條件為ON時，調(diào)用標(biāo)號為N的子程序口。</p><p>　　子程序定義指令的梯形圖如圖13所示，SBN定義子程序N的開始。RET指令定義子程序的結(jié)束</p><p>　　使用子程序調(diào)用指令應(yīng)注意:</p><p>　　(1)SBS指

71、令必須在滿足條件的前提下，才能調(diào)用子程序。</p><p>　　(2)子程序段必須用SBN/RET來定義</p><p>　　(3)子程序必須放在主程序之后，指令END之前。</p><p>　　4.子程序不能自調(diào)用</p><p>　　如圖14所示子程序調(diào)用指令的應(yīng)用，這段程序執(zhí)行過程為:在執(zhí)行主程序段1時，若SBS 000的執(zhí)行條件為ON

72、，立即停止主程序的執(zhí)行。而去執(zhí)行SBN 000和RET之間的0</p><p>　　圖3-14 子程序調(diào)用指令的應(yīng)用</p><p>　　號子程序。該程序執(zhí)行完畢，返回到調(diào)用子程序指令SBS 000的下一條指令，繼續(xù)執(zhí)行主程序段2。在執(zhí)行主程序段2時，若SBS 001的執(zhí)行條件為ON，立即停止執(zhí)行主程序，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行SBN 001和RET之間的1號子程序。該程序執(zhí)行完畢，返回到調(diào)用子程序SB

73、S 0001 DE下一條指令，繼續(xù)執(zhí)行主程序段3。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金

74、、電子、輕工和原子能等部門。</p><p>　　機械手在機械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于注塑輔機上自動取出產(chǎn)品、機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。</p&

75、gt;<p>　　近幾年來,隨著自動化工業(yè)的不斷發(fā)展,機械手也將隨之壯大起來.在未來幾年里它的發(fā)展趨勢如下:</p><p>　　1.工業(yè)機械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)。</p><p>　　2.機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機械手整機;國外已有模塊化裝配

76、機械手產(chǎn)品問市。</p><p>　　3.工業(yè)機械手控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　4.傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機械手則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器

77、的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用?！　?lt;/p><p>　　5.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機械手?！　?lt;/p><p>　　6.當(dāng)代遙控機械手系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機械手的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控

78、遙控操作系統(tǒng)，使智能機械手走出實驗室進入實用化階段。</p><p>　　那么中國作為制造業(yè)大國，要實現(xiàn)制造業(yè)自動化必然缺不了機械手的應(yīng)用，誰將會肩負(fù)重任完成這一偉大的使命呢？外國品牌機械手在技術(shù)上和做工上達(dá)到先進的水平，但我們不能一味依賴外國品牌，我們要始終堅持自主創(chuàng)新，做強做大我們的民主品牌。作為國產(chǎn)自主創(chuàng)新品牌的廣東拓斯達(dá)機械手目前在國內(nèi)制造業(yè)市場中份額每年逐漸攀升，廣東拓斯達(dá)機械手榮獲廣東省名牌產(chǎn)品，并且

79、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，以及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、先進制造業(yè)產(chǎn)品。拓斯達(dá)自動化主張“讓工業(yè)文明回歸自然之美”品牌價值，打造中國制造業(yè)自動化第一品牌，實現(xiàn)無人化車間，積極推動機器換人時代，而努力奮斗前行，</p><p>　　機械手市場前景開闊為工業(yè)的制造生產(chǎn)帶來變化的不僅僅是機械手使用的現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)，而且隨之而來的現(xiàn)代化管理模式也大大改變了企業(yè)的生機和活力和市場競爭力。機械手的應(yīng)用對于企業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，

80、升級轉(zhuǎn)型，是一個良好的契機。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]鄭亞紅，馬蘭，郭銀環(huán).圖解PLC梯形圖[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2013.117-128.</p><p>　　[2]孫同景，陳桂友.PLC原理及工程應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社,2008.360-362.</p>&

81、lt;p>　　[3]吳紅霞，劉洋，周明.電氣控制及PLC原理與應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出社,2011.182-187.</p><p>　　[4] 余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.96-123.</p><p>　　[5]張萍萍. 基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設(shè)計[D].成都:電子科技大學(xué)，2013.</p><p&g

82、t;　　[6]郭劍暉. 機械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計[D].南昌：南昌大學(xué)，2012.</p><p>　　[7]駱智. 可編程控制器(PLC)運行系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京：北方工業(yè)大學(xué)，2004.</p><p>　　[8]譚威. 基于PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2007.</p><p>　　[9]陳成勇.軟PLC技術(shù)研究與開發(fā)[D

83、].四川：西華大學(xué)，2008.</p><p>　　[10]張巍. PC/PLC機電控制系統(tǒng)研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2003.</p><p>　　[11]羅艷華. 嵌入式軟PLC技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2006.</p><p>　　[12]胡睿智. 五自由度機械手臂及控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].沈陽：東北大學(xué)，2011.</p>

84、<p>　　[13]劉鑫. 多自由度機械手臂魯棒控制技術(shù)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2008.</p><p>　　[14]張奕霏. 鋼拱架安裝機械手臂控制研究[D].河南：河南科技大學(xué)，2014.</p><p>　　[15]Fang Yan,Qiang Fu. PLCε1: A potential target of RNA interference therapy

85、for gastric cancer[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications,2014,04:119.</p><p>　　[16]Jielang Zhao,Shaoze Yan,Jianing Wu. Analysis of parameter sensitivity of space manipulator with harmonic

86、drive based on the revised response surface method[J]. Acta Astronautica,2014,01:017.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　四年的學(xué)習(xí)生活如同白駒過隙，眨眼間便過去了，而于我的人生來說卻僅僅只是一個起步，我將面對新的征程的開始。這篇論文是在我的導(dǎo)師李有安的親切

87、關(guān)懷和耐心的指導(dǎo)下完成的。這時我不禁想起您教導(dǎo)我們的一幕幕，那些實用的細(xì)小環(huán)節(jié)以及注意事項仍然猶覺在耳邊輕語。也許我不是您最印象最深的學(xué)生，但您卻是我所最崇拜的老師。您是如此的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，視野廣闊，思想深刻，您用心為我營造一種良好的學(xué)術(shù)環(huán)境，讓我的論文更加的嚴(yán)謹(jǐn)。</p><p>　　同時，我還要感謝一下一起幫我完成畢業(yè)論文的同學(xué)們，如果沒有你們的支持和傾心的指導(dǎo)和查詢，我是無法解決這些困難，最終能夠讓本