機(jī)械手畢業(yè)論文

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1、 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 系 部： 電子與通信工程系 學(xué)生姓名： 儲(chǔ)赟 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電子10C1 學(xué) 號(hào)： 102211116 指導(dǎo)教師： 居敏花 年 月 日 聲 明 本人所呈交的機(jī)械手的設(shè)計(jì) ，是我在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和查閱相關(guān)著作下獨(dú)立進(jìn)行分析研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)

2、容外，本論文不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 【摘要】 隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)和機(jī)械制造工藝水平的飛速發(fā)展，機(jī)器手的工業(yè)領(lǐng)域逐步拓展到各大領(lǐng)域。機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器。 本設(shè)計(jì)中主要對(duì)控制機(jī)械手PLC的結(jié)構(gòu)選型，機(jī)械手自動(dòng)控制是類(lèi)順序控制類(lèi)，采用步進(jìn)狀態(tài)編程，其次利用組態(tài)王軟件產(chǎn)生各個(gè)

3、方向上的極限開(kāi)關(guān)信號(hào)，提供給PLC，用內(nèi)存整型變量來(lái)控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，夾爪的夾緊與松開(kāi)等。并用仿真軟件進(jìn)行程序編程。上載程序用仿真軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過(guò)程調(diào)試分析以此來(lái)改善程序設(shè)計(jì)，直到得出滿(mǎn)意的結(jié)果為止。 最終成果：滿(mǎn)足機(jī)械手抓運(yùn)物體的設(shè)計(jì)要求。 【關(guān)鍵詞】：可編程控制器PLC 機(jī)械手 步進(jìn)電機(jī) ABSTRACT With the microelectronics technology, sensor technology, control technology and the rapid development of the mechanical manufacturing p

4、rocess level, and gradually expand to all major industrial areas of the robot field. The robot is an automated positioning control and can be re-programmed to change in the multi-purpose machine. Mainly in the design of the control structure of the robot PLC Selection robot automatic control

5、the class sequence control class, to stepper state programming, followed by the configuration the king software limit switch signal in all directions, to the PLC, the memory whole type variable to control the movement of the manipulator, the clamping jaws and release the like. Programming and simula

6、tion software. Upload procedures motion the process of debugging analysis using simulation software to improve program design, until satisfied with the results so far. Final results: meet the design requirements of the mechanical clutch transported objects. 【 key words 】 : programmable log

7、ic controller PLC robot stepper motor 目 錄 引言 1 一、機(jī)械手的介紹及工作原理 2 （一） 機(jī)械手的基本組成結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 2 （二） 機(jī)械手的工作原理 4 二、控制系統(tǒng)的PLC選型 5 （一）PLC程序結(jié)構(gòu)形式的選擇 5 （二）對(duì)輸入/輸出點(diǎn)的選擇 5 （三）對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇 6 （四）對(duì)I/O響應(yīng)時(shí)間 6 （五）根據(jù)輸出負(fù)載特點(diǎn)選型 6 三、控制系統(tǒng)的硬件 7 （一）按鈕與限位開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 7 （二）繼電器的選擇設(shè)計(jì) 9 （三）PLC的I/O地址分配表 10 （四）PLC梯形圖中的編程元件

8、11 四 、控制系統(tǒng)軟件 12 （一）機(jī)械手的運(yùn)行流程設(shè)計(jì) 12 （二）控制源程序設(shè)計(jì)介紹 14 4.2.1初始位置輔助繼電器 14 4.2.2向下運(yùn)動(dòng) 14 4.2.3夾工件 15 4.2.4向上運(yùn)動(dòng) 15 4.2.5向右運(yùn)動(dòng) 16 4.2.6放下工件 16 4.2.7向左運(yùn)動(dòng) 17 （三）PLC程序的上載與下載 18 總 結(jié) 20 致謝 21 參考文獻(xiàn) 22 附錄 23 1、機(jī)械手主電路圖 23 2 、機(jī)械手梯形圖 23 3、PLC外部接線 25 4、機(jī)械手元件清單 26 引言 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)越來(lái)越高，生產(chǎn)工況也有趨于惡

9、劣的態(tài)勢(shì)，這對(duì)一線工人的操作技能也提出了更高的要求，同時(shí)操作工人的工作安全也受到了相應(yīng)的威脅。工人工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡(jiǎn)單化，對(duì)于一些往復(fù)的工作由機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的物質(zhì)對(duì)人體造成傷害，如冶金、化工、醫(yī)藥、航空航天等。 在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料以及焊接、噴漆等作業(yè)，它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，有些還具備有傳感反饋能力，能應(yīng)付外界的變化。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時(shí)，會(huì)引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞，但若有了傳感反饋?zhàn)詣?dòng)，機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高

10、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。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。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，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。 借助PLC強(qiáng)大的工業(yè)處理能力，很容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化?；诖怂悸吩O(shè)計(jì)的機(jī)械手，在實(shí)現(xiàn)各種要求的工序前提下，大大提高了工業(yè)過(guò)程的質(zhì)量，而且大大解放了生產(chǎn)力，改善了工作環(huán)境，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率

11、，具有十分重要的意義。 同時(shí)，借助組態(tài)軟件的輔助作用，大大提高了系統(tǒng)的工作效率。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)。 工業(yè)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。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 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) 一、機(jī)械手的介紹及工作原理 （一） 機(jī)械手

12、的基本組成結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，工業(yè)上機(jī)械手的應(yīng)用業(yè)越來(lái)越廣泛，對(duì)機(jī)械手的控制要求和精度也越來(lái)越高。下面一三菱公司的PLC為例，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械手移動(dòng)工件控制系統(tǒng)。圖a所示為一簡(jiǎn)易物料搬運(yùn)機(jī)械手的工藝流程圖。該機(jī)械手石一個(gè)水平/垂直位移的機(jī)械設(shè)備，其操作是將工件從左工作臺(tái)搬運(yùn)到右工作臺(tái)。 機(jī)械手移動(dòng)工件的基本結(jié)構(gòu)圖如圖a所示。 圖a 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)構(gòu)成。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手臂和軀干。手部裝在手臂前端，可以轉(zhuǎn)動(dòng)、開(kāi)閉手指。機(jī)械

13、手手部的構(gòu)造系統(tǒng)模仿人的手指，分為無(wú)關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指、四指等，其中以二指用得最多。可根據(jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。本設(shè)計(jì)采用二指的構(gòu)造。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確地工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確地定位?？傊?，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開(kāi)直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服液壓馬達(dá)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)架。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣

14、驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以電氣、氣動(dòng)用得最多，占90％以上，液壓、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用得較少。通用機(jī)械手則考慮采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流或交流的伺服電動(dòng)機(jī)、變速箱等。 機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度和加減速度等。機(jī)械手的控制分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩種，目前以點(diǎn)位控制為主，占90％以上。 控制系統(tǒng)可以根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用順序控制，它首先要編制程序加以?xún)?chǔ)存，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手工作。對(duì)動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)控制的系統(tǒng)。 目前工業(yè)機(jī)械手主要用于流水線傳送、焊接、裝配、機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面都能滿(mǎn)足工業(yè)

15、生產(chǎn)發(fā)展的需要。 在國(guó)內(nèi)主要是發(fā)展各方面的機(jī)械手，逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專(zhuān)用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，專(zhuān)用條件還要研制示教機(jī)械手、組合機(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)，以及用于不同類(lèi)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，選用不同的典型部件，即可組成不同用途的機(jī)械手，即便于設(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)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。 本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用小型可編程控制器實(shí)現(xiàn)，具有編程簡(jiǎn)單、修改容易、可靠性高等。

16、 圖1 常見(jiàn)機(jī)械手圖 （二） 機(jī)械手的工作原理 機(jī)械手移動(dòng)工件通過(guò)限位開(kāi)關(guān)和電機(jī)來(lái)控制。 （1） 機(jī)械手分別通過(guò)前進(jìn)/后退電機(jī)、上升、下降電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)上、下、左、右移動(dòng)，移動(dòng)的最大位置通過(guò)上、下、左、右4個(gè)限位開(kāi)關(guān)控制。 （2） 夾放工件通過(guò)夾緊、放下電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制。夾緊工件通過(guò)定時(shí)器來(lái)控制，即憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)定一個(gè)時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，機(jī)械手能完全夾緊工件。放下工件通過(guò)松限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制。

17、（3） 按下啟動(dòng)按鈕，整個(gè)系統(tǒng)按照PLC程序的設(shè)定有序的運(yùn)行；正常停車(chē)時(shí)，按下正常停車(chē)按鈕，等機(jī)械手運(yùn)行到初始位置，停車(chē)。當(dāng)按下即停按鈕時(shí)，系統(tǒng)不管運(yùn)行到什么狀態(tài)，都要立即停止。 啟動(dòng)按鈕 前進(jìn)/后退電機(jī) P L C 停止按鈕 上升/下降電機(jī) 急停按鈕 夾取/放下電機(jī) 限位開(kāi)關(guān)（上、下、左、右、松） 圖 1.4 機(jī)械手總體框圖 二、控制系統(tǒng)的PLC選型 （一）PLC程序結(jié)構(gòu)形式的選擇 FX2N系列PLC是三菱公司的高性能疊裝式機(jī)種。可以分配不同的單元：基本單元、擴(kuò)展單元和特殊單元?；締卧獌?nèi)含有

18、CPU，存儲(chǔ)器和I/O電路，要增加系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)可聯(lián)接擴(kuò)展單元，增加系統(tǒng)的控制功能，則可以連接相應(yīng)的特殊單元。在本系統(tǒng)中，配置基本單元就可以滿(mǎn)足控制要求。不同的負(fù)載對(duì)PLC的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的PLC有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價(jià)格相對(duì)較便宜，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級(jí)范圍大等。所以動(dòng)作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的PLC。即選用FX2N-32MR繼電器輸出型PLC作為機(jī)械手移動(dòng)工件的控制系統(tǒng)。 機(jī)械手移動(dòng)工件控制以三菱

19、公司的FX2N 系列PLC為例，PLC框架配置如圖1－C所示: 圖 1-C （二）對(duì)輸入/輸出點(diǎn)的選擇 要先弄清楚控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點(diǎn)數(shù)。在本設(shè)計(jì)中 I/O總點(diǎn)數(shù)為16，所以所需PLC點(diǎn)數(shù)需要在20以上。 另外要注意，一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對(duì)同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制，一般同時(shí)接通的輸入點(diǎn)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)的 60 ％；本設(shè)計(jì)中的輸入點(diǎn)為8，所以PLC所需的輸入的總輸入點(diǎn)需要大于14。 PLC 每個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力（ A/ 點(diǎn)）也是有限的，有的 PLC

20、 其每點(diǎn)輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時(shí)要考慮這些問(wèn)題。 PLC 的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類(lèi)和電壓等級(jí)，但這種 PLC 平均每點(diǎn)的價(jià)格較高。如果輸出信號(hào)之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。 （三）對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇 用戶(hù)對(duì)存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算。在僅對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘 10 字 / 點(diǎn)＋輸出總點(diǎn)數(shù)乘 5 字 / 點(diǎn)來(lái)估算，本設(shè)計(jì)中的開(kāi)關(guān)量為830；計(jì)數(shù)器 / 定時(shí)器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個(gè)估算，本設(shè)

21、計(jì)中有一個(gè)定時(shí)器。最后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。 （四）對(duì)I/O響應(yīng)時(shí)間 PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時(shí)間延遲（一般在 2 ～ 3 個(gè)掃描周期）等。對(duì)開(kāi)關(guān)量控制的系統(tǒng)， PLC 和 I/O 響應(yīng)時(shí)間一般都能滿(mǎn)足實(shí)際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問(wèn)題。 （五）根據(jù)輸出負(fù)載特點(diǎn)選型 不同的負(fù)載對(duì) PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。本設(shè)計(jì)中的在負(fù)載都式動(dòng)作不頻繁的交、直流負(fù)載，因此選用繼電器輸出型的。繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價(jià)格相對(duì)較便宜，承受瞬時(shí)

22、過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級(jí)范圍大等。 三、控制系統(tǒng)的硬件 （一）按鈕與限位開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 按鈕是最常用的主令電器，在低壓控制電路中用于手動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)。它由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸頭和外殼等組成。按用途和結(jié)構(gòu)的不同，分為啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、急停按鈕和復(fù)合按鈕等。 在機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，選用分別選用了一個(gè)啟動(dòng)按鈕，一個(gè)停止按鈕，一個(gè)急停按鈕，其原理分別為：?jiǎn)?dòng)按鈕帶有常開(kāi)觸頭，手指按下鈕帽，常開(kāi)觸頭閉合；手指松開(kāi)，常開(kāi)觸頭復(fù)位。停止按鈕帶有常閉觸頭，手指按下按鈕帽，常閉觸頭斷開(kāi)；手指松開(kāi)，常閉觸

23、頭復(fù)位。急停按鈕按下之后，機(jī)械手移動(dòng)工件立即停止；急停按鈕解除后，所有輸出重新開(kāi)始。一按按鈕，機(jī)床就能鎖住，解除的方法是旋轉(zhuǎn)后解除。 注1：緊急停時(shí)，電機(jī)的電源被切斷。 注2：在解除急停以前，要消除機(jī)械手異常的因素。在機(jī)械手設(shè)備中，所選用按鈕的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如表1－1所示： 表1－1 按鈕的技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 觸頭組合 按鈕顏色 LA25－10 —常開(kāi) 綠色 LA25－01 —常閉 紅色 KA5－4211 —常開(kāi)—常閉 灰色 限位開(kāi)關(guān)(又稱(chēng)行程開(kāi)關(guān))，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開(kāi)關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于

24、生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開(kāi)關(guān)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此，行程開(kāi)關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類(lèi)似。行程開(kāi)關(guān)廣泛用于各類(lèi)機(jī)床和起重機(jī)械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。在電梯的控制電路中，還利用行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制開(kāi)關(guān)轎門(mén)的速度、自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)的限位，轎廂的上、下限位保護(hù)。 本設(shè)計(jì)為機(jī)械手移動(dòng)工件的設(shè)計(jì)，該控制系統(tǒng)中出現(xiàn)了機(jī)械手向下/上運(yùn)動(dòng)，向左/右運(yùn)動(dòng)和松開(kāi)工件，從而需要五個(gè)限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制，直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān) 其動(dòng)作原理與按鈕開(kāi)關(guān)相同，但其觸點(diǎn)的分合速度取決于生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行速度，不宜用于速度低于0．4m／min的場(chǎng)所，在機(jī)械手控制系統(tǒng)選用直流

25、防護(hù)式限位開(kāi)關(guān)。限位開(kāi)關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)如表1－2所示： 表1－2 限位開(kāi)關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 額定電壓/V 額定電流/A 觸頭數(shù)量 結(jié)構(gòu)形式 個(gè)數(shù) 交流 直流 常開(kāi) 常閉 JLXK1-311 500 440 5 1 1 直動(dòng)防護(hù)式 5 （二）繼電器的選擇設(shè)計(jì) 繼電器的工作原理是當(dāng)某一輸入量(如電壓、電流、溫度、速度、壓力等)達(dá)到預(yù)定數(shù)值時(shí)，使它動(dòng)作，以改變控制電路的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)既定的控制或保護(hù)的目的。在此過(guò)程中，繼電器主要起了傳遞信號(hào)的作用。在本設(shè)計(jì)中需要6個(gè)正反轉(zhuǎn)繼電器和1個(gè)

26、輔助繼電器。本設(shè)計(jì)所選用的輔助繼電器的型號(hào)為L(zhǎng)Y2-0 DC48V，正反轉(zhuǎn)繼電器的技術(shù)數(shù)據(jù)如表1－3與常用繼電器如圖1.4所示： 表1－3 正反轉(zhuǎn)繼電器的技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 觸點(diǎn)數(shù)量 觸電容量 工作電壓 個(gè)數(shù) JZF-5 3個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn) AC250V 5A 220V 6 圖 1.4 常用繼電器圖 （三）PLC的I/O地址分配表 由于CPU模塊有16點(diǎn)數(shù)字量輸入，16點(diǎn)數(shù)字量的輸出，因此不再需要輸入/輸出模塊。I/O分配采用自動(dòng)分配方式，模塊上的輸入端子

27、對(duì)應(yīng)的輸入地址是X000～X007，輸出端子對(duì)應(yīng)的輸出地址是Y000～X017。 表1－4 I/O地址表 對(duì)應(yīng)地址 對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備 輸入地址 X000 啟動(dòng)按鈕 X001 停止按鈕 X002 緊急停止按鈕 X003 上限位開(kāi)關(guān) X004 下限位開(kāi)關(guān) X005 左限位開(kāi)關(guān) X006 右限位開(kāi)關(guān) X007 松限位開(kāi)關(guān) 輸出地址 Y000 前進(jìn)/后退電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器（前進(jìn)） Y001 前進(jìn)/后退電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器（后退） Y002 上升/下降電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器（上升） Y003 上升/下降電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器（下降）

28、Y004 夾緊/放下電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器（夾緊） Y005 夾緊/放下電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器（放下） 功能 定時(shí)器 T0 夾緊工件時(shí)定時(shí)5S 內(nèi)部繼電器 M0 機(jī)械手的初始位置 （四）PLC梯形圖中的編程元件 設(shè)計(jì)選用FX2N－60MR，其輸入繼電器（X）36點(diǎn)，輸出繼電器(Y)24點(diǎn)，輔助繼電器(M)384點(diǎn)，狀態(tài)繼電器(S)1000點(diǎn)，定時(shí)器(T)256點(diǎn)，計(jì)數(shù)器(C)，數(shù)據(jù)寄存器(D)等。 特殊輔助繼電器 M8000——運(yùn)行監(jiān)控（PLC運(yùn)行時(shí)自動(dòng)接通，停止時(shí)斷開(kāi)）； M8002——初始脈沖（僅在PLC運(yùn)行開(kāi)始時(shí)接通一個(gè)掃描周期

29、）； M8005——PLC后備鋰電池電壓過(guò)低時(shí)接通； M8011——10ms時(shí)鐘脈沖； M8013——1s時(shí)鐘脈沖； M8012——100ms時(shí)鐘脈沖； M8014——1min時(shí)鐘脈沖。 26 四 、控制系統(tǒng)軟件 （一）機(jī)械手的運(yùn)行流程設(shè)計(jì) ，當(dāng)正常運(yùn)行流程圖正常運(yùn)行流程圖，如圖1－D所示：（由于圖較大見(jiàn)下一頁(yè)） 緊急停止流程圖，緊急停止流程圖如圖1－E所示：

30、 圖1－E 緊急停止的流程圖 圖1－D 正常運(yùn)行流程圖 （二）控制源程序設(shè)計(jì)介紹 4.2.1初始位置輔助繼電器 M0是初始位置輔助繼電器，當(dāng)機(jī)械手的位置在左上方時(shí)，M0得電。它的助記符程序?yàn)椋? LD X003 AND X005 OUT M0 ;機(jī)械手在初始位置 所對(duì)應(yīng)得梯形圖如圖1-F所示： 圖1-F 初始位置輔助繼電器梯形圖 4.2.

31、2向下運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手在初始位置時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到最下端停止；當(dāng)機(jī)械手夾著工件運(yùn)動(dòng)到最右邊時(shí)，開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到下端停止；當(dāng)緊急停止按鈕按下時(shí)，停止向下運(yùn)動(dòng)。它的助記符程序?yàn)椋? LD X000 OR Y003 AND M0 ANI X004 LD X006 ANI X002 ORB ANI X001

32、 OUT Y003 ；機(jī)械手向下運(yùn)動(dòng) 所對(duì)應(yīng)得梯形圖如圖1－G所示： 圖1－G 向下運(yùn)動(dòng)梯形圖 4.2.3夾工件 當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到左下方時(shí)，開(kāi)始夾工件，夾5S；當(dāng)緊急停止按鈕按下時(shí)，停止夾工件。它的助記符程序?yàn)椋? LD X004 ANI T0 AND X005 OUT Y004 ；機(jī)械手夾工件 OR Y004 O

33、UT T0 K50定時(shí)5S鐘 ANI X002 所對(duì)應(yīng)的梯形圖如圖1－H所示: 圖1－H 夾工件梯形圖 4.2.4向上運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手夾緊工件后或者工件放下后，開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到最上端停止；當(dāng)緊急停止按鈕按下時(shí)，停止向上運(yùn)動(dòng)。它的助記符程序?yàn)? LD T0 ANI X003 OR X007 ANI X002 OR Y002

34、 OUT Y002 ；機(jī)械手向上運(yùn)動(dòng) 所對(duì)應(yīng)的梯形圖如圖1－I所示： 圖1－I 向上運(yùn)動(dòng)梯形圖 4.2.5向右運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手夾緊工件，上升到最上端后，開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到最右端停止；當(dāng)緊急停止按鈕按下時(shí)，停止向右運(yùn)動(dòng)。它的助記符程序?yàn)? LDI X007 ANI X006 AND X003 ANI X002 OR Y000 OUT Y000 ；機(jī)械手

35、夾著工件向右移動(dòng) 所對(duì)應(yīng)的梯形圖如圖1－J所示： 圖1－J 向右運(yùn)動(dòng)梯形圖 4.2.6放下工件 當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到最右、最下端時(shí)，開(kāi)始放下工件；當(dāng)緊急停止按鈕按下時(shí)，停止放下工件。它的助記符程序?yàn)椋? LD X004 ANI X007 AND X006 ANI X002 OR Y005 OUT Y005 ；機(jī)械手放下工件 所對(duì)應(yīng)的梯形圖

36、如圖1－K所示： 圖1－K 放下工件梯形圖 4.2.7向左運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手放下工件，上升到最上端后，開(kāi)始向左運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到最左端停止；當(dāng)緊急停止按鈕按下時(shí)，停止向左運(yùn)動(dòng)。它得助記符程序?yàn)椋? LD X003 ANI X005 AND X006 ANI X002 OR Y001 AND X007

37、 OUT Y001 ；機(jī)械手向左移動(dòng) 所對(duì)應(yīng)得梯形圖如圖1－L所示： 圖1－ L 向左運(yùn)動(dòng)梯形圖 （三）PLC程序的上載與下載 所謂PLC程序的上載,就是把PLC中的程序讀入到計(jì)算機(jī)中,其操作步驟如下： 1、通信電纜的連接。應(yīng)使用編程轉(zhuǎn)換接口電纜SC－09連接好計(jì)算機(jī)的RS－232C接口和PLC的RS－422編程器接口。 2、端口設(shè)置。選擇“PLC”菜單下的“端口設(shè)置”菜單命令，可選擇計(jì)算機(jī)與PLC通信的RS－232C串行口（COM1~COM4）和“傳送速率”（9600或19200bi

38、t/s）。 3、程序上載。選擇“PLC”菜單下的“傳送”子菜單中的“讀入”，就會(huì)彈出如圖4-10所示的“PLC類(lèi)型選擇對(duì)話框”，選擇實(shí)際型號(hào)的PLC類(lèi)型后，點(diǎn)“確定”按鈕后，將PLC中的程序讀入到計(jì)算機(jī)中。 圖4-9 程序讀入PLC類(lèi)型選擇對(duì)話框 所謂PLC程序的下載，就是把計(jì)算機(jī)中的程序?qū)懭氲絇LC中，其操作步驟是“通信電纜的連接”和“端口設(shè)置”，同“PLC的程序的上載”中的步驟1和2。而PLC程序的下載的操作步驟是： 在執(zhí)行下載功能時(shí)，首先應(yīng)將PLC上的主機(jī)開(kāi)關(guān)撥在“ST

39、OP”位置，如果使用了RAM或EEPROM存儲(chǔ)器卡，其寫(xiě)保護(hù)在處于關(guān)斷狀態(tài)。選擇“PLC”菜單下“傳送”子菜單中“寫(xiě)出”，將計(jì)算機(jī)中的程序發(fā)送到PLC中，在彈出的窗口中選擇“范圍設(shè)置”，如圖4-11所示，可減少寫(xiě)入所需的時(shí)間。 圖4-10 程序?qū)懗鰧?duì)話框 另外，執(zhí)行菜單命令“PLC——傳送——校驗(yàn)”是用來(lái)比較計(jì)算機(jī)和PLC中的順序程序是否相同。如果二者不符合，將顯示與PLC不相符的指令的步序號(hào)。選中某一步序號(hào)，可顯示計(jì)算機(jī)和PLC中該步的序號(hào)指令。 總 結(jié) 通過(guò)本次

40、畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我更進(jìn)一步的了解了三菱公司FX系列單片機(jī)的特點(diǎn),并且學(xué)會(huì)如何對(duì)按鈕、電磁閥、編碼盤(pán)以及其他一些輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)械手模型的手動(dòng)和自動(dòng)控制。設(shè)計(jì)中我采用PLC進(jìn)行工業(yè)機(jī)械手模型運(yùn)行控制，對(duì)電機(jī)、行程開(kāi)關(guān)及其他一些輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械加工中移動(dòng)工件的自動(dòng)化。機(jī)械手作為工件取送設(shè)備雖然應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，其具體的工作情況不同，但本質(zhì)的工作過(guò)程卻是類(lèi)似的。采用PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制也是目前常見(jiàn)的控制方式，本設(shè)計(jì)給出的機(jī)械手控制程序，控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，系統(tǒng)的可靠性和靈活性都大大提高，可以應(yīng)用于大部分的類(lèi)似場(chǎng)合。 這期間提高了我構(gòu)建實(shí)際PLC控制系統(tǒng)的能力以

41、及了解了對(duì)程序調(diào)試的步驟和方法。熟悉了PLC的I/O的連接方法。和對(duì)一些硬件根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我對(duì)所涉及的知識(shí)有了更進(jìn)一步的掌握，對(duì)實(shí)用化的技術(shù)理論有了更清晰了解。知道設(shè)計(jì)的方法，如何去查閱資料，怎樣去解決問(wèn)題，為以后做設(shè)計(jì)鋪平道路。 當(dāng)然我的設(shè)計(jì)中有不足的地方，如設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可運(yùn)行的步驟少，機(jī)械手的靈活性不夠高。希望將來(lái)的學(xué)生能將這個(gè)機(jī)械手功能豐富，并講究工藝水平，使這個(gè)機(jī)械手變得更美觀、更具有實(shí)際應(yīng)用性。針對(duì)我自己所設(shè)計(jì)的機(jī)械手，提出進(jìn)一步開(kāi)展研究的展望和設(shè)想：設(shè)置機(jī)械手的底座是可以旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的，這樣機(jī)械手的活動(dòng)范圍更廣；機(jī)械手的肢體關(guān)節(jié)，可有成角

42、度的彎曲，這樣更有利于抓拿放物體時(shí)，對(duì)工件進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。 致謝 感謝我的指導(dǎo)老師，在論文的選題、開(kāi)題報(bào)告以及論文的撰寫(xiě)過(guò)程中居老師多次詢(xún)問(wèn)研究進(jìn)程，自始至終我都得到了居老師的指導(dǎo)、熱情幫助，，并為我指點(diǎn)迷津幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。 感謝所有老師這兩年來(lái)的教導(dǎo)，其中吳振英老師，樸老師，戴老師你們一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的教學(xué)態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神給我留下深刻的印象，不僅傳授我知識(shí)，而且教我做人，雖歷時(shí)兩載，卻使我終生受益。對(duì)你們的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。此外也感謝其他所有任課教師等對(duì)我的教育培養(yǎng)

43、。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。 感謝我們的學(xué)校為我們提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境以及學(xué)習(xí)設(shè)備，為我不斷吸取新知識(shí)提供了良好的源泉。 感謝評(píng)閱我論文的各位老師，你們耐心查閱并給我指出不足之處，使我的論文進(jìn)一步完善，符合標(biāo)準(zhǔn)。 參考文獻(xiàn) 【1】 殷慶縱 李洪群《可編程控制器件》 清華大學(xué)出版社 2010年3月 【2】 殷洪義 吳建華主編.《PLC原理與實(shí)踐》北京清華大學(xué)出版社,2008年10月 299-308 【3】 肖明耀《三菱FX系列PLC應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)》中國(guó)電力出版社 2010年6月 111-117 【4】 夏辛明 《可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用》 北京

44、理工大學(xué)出版社，2008年10月 【5】 王也仿 《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2008年6月 【6】 汪志鋒 《可編程序控制器原理與應(yīng)用》 西安電子科技大學(xué)出版社 2008年9月 附錄 1、機(jī)械手主電路圖  2 、機(jī)械手梯形圖 3、PLC外部接線 機(jī)械手控制系統(tǒng)外部接線圖如圖1－N所示： 4、機(jī)械手元件清單 元器件名稱(chēng) 型號(hào) 數(shù)量 生產(chǎn)公司 備注 啟動(dòng)按鈕 LA25－10 1 三菱 常開(kāi) 停止按鈕 LA25－01 1 三菱 常閉 急停按鈕 KA5－4211 1 三菱 常開(kāi)－常閉 行程開(kāi)關(guān) JLXK1-311 5 三菱 直流防護(hù)式 輔助繼電器 LY2-0 DC48V 1 三菱 3個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn) 正反轉(zhuǎn)繼電器 JZF－5 6 三菱 AC250V 5A