Xinyu University
毕业设计(论文)
基于PLC的机械手控制系统设计
学生姓名:何友良
学号:1201231016
专业:电气工程及其自动化
指导教师:谢富珍副教授
学院:电气与电子工程
江西·新余
独创性声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。其中除加以标注和致谢的地方，以及法律规定允许的之外，不包含其他人已经发表或撰写完成并以某种方式公开过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材料。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并表示谢意。
本毕业设计（论文）成果是本人在新余学院期间在指导教师指导下取得的，成果归新余学院所有。
特此声明。
作者签名（手写）：签名日期：年月日
版权使用授权书
本毕业设计（论文）作者及指导教师完全了解新余学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）的复印件和磁盘，允许毕业设计（论文）被查阅和借阅。
作者签名（手写）：指导教师签名（手写）：
日期：年月日日期：年月日
摘要
论文题目：基于PLC的机械手控制系统设计
专业：电气工程及其自动化
学生姓名：何友良
指导教师：谢富珍副教授
摘要
随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。
在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
本文主要论述了基于PLC设计的机械手控制系统。首先，对可能用到的可编程控制器进行了相关的介绍，再选择设计所用到的PLC型号。然后，通过对机械手的控制方式及各功能的实现方式进行研究，确定各功能的实现方案和设计控制系统所用到的器材。最后，对PLC控制系统的软件程序和硬件结构进行设计。
关键词：工业自动化；可编程控制器；机械手；远程控制；传感反馈
Title: Design of manipulator based on PLC control
Specialty: Electrical Engineering and automation
Applicant: Youliang He
Supervisor: Fuzhen Xie associate professor
Abstract
With the development of modern industrial technology, industrial automation technology is more and more high, the production conditions also tended to bad situation, the front-line workers skills also put forward higher requirements, and the operation safety of workers has also been a corresponding threat. The workers work environment and work content also requires ideal for some simple, reciprocating work by robot remote control or automatic completion is very important This can avoid some people can not contact with the human body damage, such as metallurgy, chemical, pharmaceutical, aerospace, etc..
In the mechanical manufacturing industry, the application of mechanical hand more, the development of faster. At present, it is mainly used in machine tools, forging press under the material and welding, painting and other operations, it can be in accordance with pre established operating procedures to complete the prescribed operation, and some also have with sensor feedback ability, can cope with external changes. Application of the manipulator, to improve the material transfer, workpiece loading and unloading, tool replacement and machine assembly automation, which can improve labor productivity, reduce production costs, accelerate the pace of industrial production mechanization and automation.
This paper mainly discusses the design of manipulator control system based on PLC. First, the possible use of the programmable controller is related to the introduction, and then choose the design of the PLC model. Then, through the control mode of the manipulator and the realization way of each function, the realization scheme of each function and the equipment used in the design control system are determined. Finally, the software program and hardware structure of PLC control system are designed.
Keywords: industrial; automation programmable controller ; manipulator；
Remote control；sensor feedback
目录
1 绪论 (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 机械手的定义与分类 (1)
1.3 机械手的应用及相关组成 (2)
1.4 机械手的发展趋势 (3)
1.5 总体设计要求 (3)
2 PLC的介绍与选择 (5)
2.1 PLC的特点 (5)
2.2 PLC的选型 (5)
2.3 三菱FX系列的结构功能 (6)
2.4 PLC的保护 (7)
3 机械手系统组成 (9)
3.1 机械手模型的机能特性 (9)
3.2 夹紧机构 (9)
3.3 躯干 (9)
3.4 旋转编码盘 (10)
4 控制系统设计 (11)
4.1 控制系统硬件设计 (11)
4.1.1 PLC梯形图中的编程元件 (12)
4.1.2 PLC的I/O分配 (12)
4.1.3 机械手控制系统的外部接线图 (13)
4.2 控制系统软件设计 (14)
4.2.1公用程序 (14)
4.2.2自动操作程序 (15)
4.2.3 手动单步操作程序 (24)
4.2.4 回原位程序 (29)
4.3 PLC程序的上载和下载 (34)
4.3.1 PLC程序的上载 (34)
4.3.2 PLC程序的下载 (34)
5 设计总结 (35)
5.1 总结 (35)
5.2 展望 (35)
参考文献 (37)
致谢 (39)
1 绪论
1.1 课题背景
在我国飞速发展的现代化经济中，工业生产力的高低是衡量发展快慢的重要因素。在不断发展的工业经济中，操作工人的生产环境愈加恶劣，这使得在要求提高工人操作技能的同时，也使他们的工作安全也受到了不同程度的威胁。随着一系列现代化设备的推进，大大的减轻了操作工人的劳动强度，对于以前那些操作困难、操作危险的工业操作，都是通过操作工人远程控制自动化设备自动完成生产的。这不但可以避免一些有害物质对操作工人的伤害，还可以提高工厂的生产效率。
在各国的工业制造中，机械手技术是应用最为广泛的一种技术[1]。它能够按照人们的事先要求完成相应的操作，有的机械手还带反馈能力，能够根据生产条件的变化自动的调整生产操作，使生产的质量和稳定性得到提高。目前在一些生产的机床和焊接的行业中，得到大量的应用。机械手的使用不但缩减了工业的生产成本，还提高了工业的生产效率和生产质量，促进了社会的现代化发展。
机械手技术是一门涉及多领域的跨学科综合性技术。近年来，机械手的发展越加的迅速，电子技术、计算机技术、传感器技术以及一些最新的技术也在机械手中有了应用[2]。机械手技术的使用，已经是我国的工业发展的重要组成部分。
PLC技术能够远程的控制工业生产对象，实现工业的自动化生产。PLC技术在机械手中的应用，在满足完成工业生产操作的同时，也大大的改善了工人的操作环境，提高了产品的质量，对自动化技术的发展有着重要的意义。
同时，机械手可以能够借助软件的编程，对不同的生产对象，完成不同的控制，提高了生产的效率。目前，在一些对人力要求较高的工业中，基本上都有使用机械手技术，用来减轻人力的需求和更好的控制，实现产业的最大化。
机械手有着40多年的发展历史，是一种类似于机器人的生产设备。它能够完成事先编辑好的操作程序，在各种工业条件都能有条不紊的作业。它有着人的智能性和机器的适应性，在现代化经济发展中有着广阔的前景。
1.2 机械手的定义与分类
机械手是一种能够在各种条件下工作的设备，它的工作主要是模仿人手的操作，并且可以通过改变控制程序实现不同的操作的多功能机器[3]。
机械手因其对工业生产具有积极作用而被人们所认识。因它能代替人们在一
些条件恶劣的场合，在保证生产质量的同时完成生产工序，大大的提高了工业生产率，受到了各国的强烈重视。尤其在一些带有放射性和强污染性的场合，投入研究的财力和物力更加之多。
机械手大致可分为三类。第一类独立机械手，第二类人工操作机械手，第三类专用机械手。独立机械手又可称为通用机械手，独立机械手顾名思义就是独立的不需要人工操作的机械手，而且它不附属于主机，在拥有一般机械手传统功能的同时还拥有记忆智能功能。人工操作机械手简称操作机，它由原子和军事工业发展而来，后来发展到通信行业，在星球的探测中用通信设备控制机械手对星球进行探测。专业机械手是专门用来工厂机床的下料和传送的机械手，它一般附属于自动生产的生产线上或生产机床上，除少数工序外，它的操作工序都是由主机驱动且固定地为主机服务。
本设计所设计的机械手属于独立机械手，即通用机械手。
1.3 机械手的应用及相关组成
目前，机械手应用已经触达各个领域。在热加工方面，对人们不能胜任的高温锻造工业中，机械手可以实现自动化完成下料和铸造，大大的减轻了操作负担，提高了生产质量好生产效率；在冷加工方面，对生产过程中的零配件进行下料和安装，代替人的手工操作，已经成为生产线上的重要设备；甚至在拆、装、修方面也有应用，例如在劳动强度高的铁路部门，利用机械手拆装铁路的阀门，清除路况等，大大的降低了工人的劳动强度。
机械手主要由：用于执行动作的执行机构和用于驱动各动作运动的驱动机构，以及用于控制机械手运动的控制系统构成。
执行机构又由用来支撑整个机械手的躯干和手臂、手爪组成。手臂是用来引导机械手抓取物体的部件，在手爪抓取物体后并承担运输的任务，将抓取的物体运送到该工件需要加工的位置，手臂还应具有多个自由度，能够自由的旋转，以完成机械手工作过程的精准。手爪是用来模仿人类手指的功能，能够对物体进行抓取，手爪的手指数量可以根据工作的需求设计出不同的手指数[4-6]。
驱动机构是用来驱动机械手各部件运动的机构。目前应用最多的驱动技术主要是电气驱动和气压驱动，当然在一些自动化工业生产还有一些其他驱动技术，如液压驱动和机械驱动等。
控制系统时用来控制机械手加工的顺序，加工的快慢和在加工过程中加入适当的延时，保证系统平稳运行的装置。在机械手中一般采用PLC作为它的控制系统，PLC控制系统它的可靠性比较高，使用方便，编程也相对简单，完全能够满足以点动和连动为主的机械手控制。在控制过程中，首先需要弄清机械手所要完
成的操作步骤，然后根据操作步骤设计合理的控制程序，用来控制机械手的运行。在一些复杂的生产工艺中，有的还采用计算机控制系统等对机械手进行控制。本设计采用的是小型PLC控制系统。
1.4 机械手的发展趋势
随着社会的不断进步，各种技术也在不断的完善。机械手技术的性能也在不断的提高，目前，机械手发展的方向主要有以下几个方面：
1.加大在热加工行业的应用
热工业行业因其工作温度高，工作环境复杂。这使得工业的生产受到了一定的影响，机械手技术能够很好的解决这一现况，为锻造、焊接、热处理等加工行业提供很好的服务。随着工业生产的发展，机械手在这些热加工行业的使用也将逐步的扩大。
2.提高机械手的工作性能
目前，市场的机械手性能优劣不一，价格也不尽相同，性能的好坏会直接影响到生产的质量和效率。快速性和平稳性是衡量机械手性能的主要指标，提高二者的性能必定是机械手今后发展的有力方向。
3.发展新型组合式机械手
从工业的长远发展来说，拓展和更新功能越强的机械手，其发展前景越好；但是这类机械手的生产成本过于高昂，使的这类机械手的推广受到了限制；而专用机械手虽然价格低廉，但是其适用性远不如功能全面的机械手。为了使机械手的应用领域拓宽和更好的发展，组合式机械手将会是一种具有发展前途的机械手[7]。组合式机械手可以根据工业的实际需求，将机械手的基本部件进行基本的组合，完成工业生产的目的。
4.开发具有观感能力的智能机械手
对于一些需要人工判断的场合如事故、障碍和情况变化的场合，传统的机械手已经不能够代替人的工作了。因此，需要对机械手提出更高的要求，设计出具有感官能力的智能型机械手能很好的解决这一现况。这种机械手对于一些精密的操作方面，有着不错发展前景。
1.5 总体设计要求
1. 机械手结构图
图1-1 机械手结构图
2.机械手工作流程
机械手工作流程是:运行机械手后，首先判断当前机械手是否在初始位置，如若不在，通过电机的驱动使机械手回到原来位置；然后开始由电机驱动，使机械手完成前伸动作，到达位置后，电机驱动手爪旋转，通过检测元件检测限位磁头所在的位置，使电动机停止工作；由PLC控制手爪的张开，经过一段延时后，电机驱动机械手向下运动，下降到一定位置后，PLC又控制手爪的闭合；再经过一段延时后，电机又驱动机械手向上运动，同时驱动机械手的手臂、底盘运动；当机械手到达规定位置后，又驱动机械手完成前伸动作，前伸到一定位置后旋转并向下运动，到达规定位置后，手爪张开；再经过一段延时使机械手回到初始位置，接着进行下一周期运动[8]。
3.控制要求
能够按控制要求实现手爪抓取物件后，手臂能够完成上下左右的运动，手腕能够在电机的驱动下按控制做出旋转，机械手能够完成整个工序周期内所有的操作动作。
2 PLC的介绍与选择
2.1 PLC的特点
PLC控制器由继电器控制技术、计算机技术等发展而来的，如今已经使用的非常广泛，在各个领域都有应用[9]。它的核心部件是微型处理器，通过编辑程序实现对机器的控制、计数等功能，还可以改变输入/输出方式来控制各环节的机械制造过程。
PLC的特点主要包括:
(1)较高的可靠性：在PLC中每个I/O接口都是相对独立的，各个模块之间都有相应的抗干扰屏蔽措施，PLC所使用的部件都是通过严格的筛选，且具有较好的自我诊断能力，一旦运行发生异常，CPU就会立即采取相关控制措施，防止故障的进一步扩大；在一些要求比较高的场合还采用了多CPU结构，使设备的稳定性更加可靠。
(2)I/O接口丰富：PLC的接口针对在不同的使用场合，有不同的接口模块用来对设备进行通信和控制
(3)模块化的结构：PLC的各个功能都是通过不同的模块实现的，每个模块之间相互独立，可以人为的根据对设备的需求自由的组合。
(4)编程语言简单：PLC使用的编程相对简单，通常采用梯形图的形式，并不需要其他学科的专业知识，能够很快的被操作人员所熟悉掌握。
(5)安装、维修简易：PLC能在各种环境下工作，不需要建立独立的机房。将各设备的接口与相对应的PLC接口连接，就可以直接投入生产运行。PLC每个模块都有正常工作和故障报警指示的装置，对用户了解生产状况有着极大的帮助。
总而言之，PLC类似于一台计算机，它能够适应各种恶劣的环境，且功能丰富；在工业的生产中得到了较多的应用。
2.2 PLC的选型
在选择PLC的型号时，我们除了要考虑PLC的I/O接口点数、指令条数等PLC性能外，还需要考虑它的经济性和实用性以及工作环境的影响[10]。
1.常用PLC类型
PLC技术经过这些年的发展，技术已经相当成熟。不同厂家生产的PLC在侧重功能上也不尽相同；因此，我们在选择PLC要根据设计所需的功能，合理地
选择PLC型号。
西门子公司生产的PLC，在我国的各个行业应用已经相当广泛。他们生产PLC 不仅活跃在工业自动化控制方面，就连基础设施建设方面也与涉及。
OMRON S7-200系列的PLC在内置功能和通讯方面有着突出的特点，而且使用的编程软件Micro/win也简单易学。
欧姆龙的PLC设计趋于小型化。SYSMAC CPM1A只有一张PC卡那么大，在大幅度缩减安装体积的同时，也节省了PLC控制台的空间。它还具有一些小型PLC 不具备的功能，它能够连接程序的终端，塑造出全新的工业生产环境。
三菱公司生产的FX系列PLC在国内国外都独具特色，是当前的最新PLC的代表。这种PLC具备以往PLC所有的指令，还能够使用梯形图编辑程序和对一些需要有步骤的机械流程进行顺序功能设计，并且这些程序之间都是可以相互变换的。三菱PLC中还采用高速计数器，能够对继电器产生中断处理，拓宽了PLC 的使用范围。
2. 确定使用型号FX1N-60MR
在选择使用PLC控制系统与其他控制系统时，应该尽量的提高所选器材的性价比，并且在维修和使用方面都要相对简单；所选择的PLC要保证能够实现相应的控制要求；不宜选用较落后的PLC机型，尽量选用功能完善的PLC新机型。同时还要为长远考虑，对以后工艺的拓宽留有余量；所选用的系统要能够平稳可靠运行[11]。本设计选用三菱的FX1N为核心部件。FX系列的PLC是原来的F系列的替代品，是近些年三菱公司推出的新型PLC，它的体积相对较小，性价比较高在各领域得到了广泛应用。
3. FX1N的优越性
FX1N的CPU处理速度相对较高，完成一个指令只需要0.065us。设备内的RAM存储器达到了64k。拥有两百多条指令，更加完善了指令功能[12]。
内置元件中还增加了新的指令：定位指令。能够实现对表格、中断单速等的定位。还内置了6个100KHZ的计数器，能够进行多相多频计数。
在通信方面上，有高达115.2kbps的通信口，而且能同时使用多个通信口。还增加了新的I/O适配器，这些新的适配器并不占用原来的系统I/O点数，使用也相对方便，可以连接多台适配器，实现多路高频高速计数的功能。
2.3 三菱FX系列的结构功能
PLC实质是应用在工业上的一台微型计算机，且结构也计算机类似。CPU、I/O接口、存储器是PLC的主要组成部分。因为它的程序接口与微机的程序接口有差异，使得它的编程语言以及操作方式也与微机有所差异。PLC的定时、计数、
数模转换等功能都是通过微处理器采用编程的形式进行联系实现的。
几乎所有的PLC 硬件组成结构都相同，图2-1为PLC 结构示意图；在PLC 中数据的传送和指令的传送都是通过总线的结构而进行的，编程器则为用户提供编辑控制程序而被作为PLC 的外设[13]。
图2-1 PLC 结构示意图
PLC 的运行过程大致可描述为：首先，外部输入信号经PLC 输入端进入PLC 内部的存储器，存储器对这些信号的数据和状态进行收集和锁存；再由CPU [14]按生产的实际要求对这些信号进行处理和运算；最后，将处理结果传送到输出端使执行结构产生动作，完成对现场设备的控制。
2.4 PLC 的保护
由于电感类元件，在电路的通断时会产生较高的电压，对PLC 的I/O 结口将造成损坏，所以需要在元件的两端采取相应的保护措施。当使用的是直流电源时，应该通过采取接入续流二极管的方式对电路进行保护；而当使用的是交流电源时，则需要通过接入阻容电路的方式对电路进行保护。图2-2为PLC 的I/O 端口保护电路示意图。
手持编程器或计算机计
接触器触点
KM 中央处理器 位置开关SQ SB
输 入 接 口 电源
系统存储器 用户存储器
输
出
接
口 外电源 电磁阀
YA KM
图2-2 I/O端的保护
3 机械手系统组成
3.1 机械手模型的机能特性
我们生活的空间是一个三维的空间，任何物体所在的位置都可以由三个坐标和方向来确定；因此，只要求得所要搬运物体的位置坐标和位置方向，就能确定物体的具体位置。机械手是一种用来替代人手的设备，每完成一个动作都需要有一个自由度，而制造的成本也与自由度的多少息息相关，自由度越多，成本也就越高。
3.2 夹紧机构
手爪是机械手的抓取结构。设计一台合格的机械手除了要考虑良好的灵敏度和准确性外，还需要考虑被夹物体的形状、大小、重量等因素来合理的设计机械手手爪的结构。手爪的夹紧力要设计合理，不能损坏被夹物体，可以在手爪内镶嵌弹性的垫片或软质的材料来保护被夹物体；同时还应有自锁的结构，防止当机械手因突然断电而使物体损落。
机械手的手爪结构形式多样，有的甚至还带有传感装置；在工业生产中最常见的有机械式、电磁式、吸盘式等。
机械式的手爪因其功能丰富、种类繁多，而被大量的应用在各种工业场合。本设计采用到是二指机械式手爪，手爪的开闭由PLC控制电磁阀的通断来控制，手爪的回旋则由一台直流电动机和两个限位开关共同作用控制。
3.3 躯干
躯干主要由底盘和手臂构成。
底盘在机械手中的作用是用来承载重物和带动手臂运动的机构。它由一台直流电动机和旋转编码盘及限位开关组成。正常工作时，直流电动机驱动底盘旋转并带动编码盘一起运动，底盘每发出一个脉冲信号旋转的角度就为3度，这些脉冲信号由传感器检测并传入到PLC中；因此，只要知道发出脉冲的个数，就能够知道底盘旋转的角度。
手臂是用来连接和承载手爪运动的重要机构。它由PLC控制电动机的运转情况来控制丝杆和螺母的运动，同时采用限位开关对这些运动进行限位，保证运动的精准和高效率运行。
3.4 旋转编码盘
旋转编码盘的结构示意图如图3-1所示。
图3-1 旋转编码盘
机械手每旋转3度就发出一个信号脉冲，只要改变PLC[15]程序计数器中的数值，就可以完成不同角度的旋转。
本设计选用器材如表3-1.
表3-1 设计选用器材
名称型号或规格数量名称型号或规格数量PLC FX1N-60MR 1 限位开关LX19-111 8 电磁阀VF3130 1 转换开关LW6-5 1 按钮LA10-1H 13 熔断器RC1A-30/15 2 连接导线若干
4 控制系统设计
4.1 控制系统硬件设计
设计出的机械手要能够实现手动控制和自动控制等控制方式，且正在工作的方式要能够简单明了的从操纵面板上反映出来。系统的控制面板如图4-1所示，旋钮开关可以控制机械手的手动和连动；当控制开关拨向手动时，机械手的每一步动作都需要按下相应的动作按钮才能够实现；当控制开关拨向自动时，机械手能够连续且循环的完成每一步动作；控制开关拨向回原点时，机械手又自动的原位待命。
图4-1 控制面板图 自动 回原位 手动 回原位 启动 停止 后退 上升 放松 手反转 底盘反转 前进 下降 夹紧 手顺转 底盘顺转
4.1.1 PLC梯形图中的编程元件
本设计采用FX1N-60MR[16]系列PLC，其内部元件如表4-1所示。
表4-1 内部元件表
名称点数或用途名称点数或用途输入继电器(X) 36点数据寄存器(D) 存储数据输出继电器(Y) 24点特殊继电器M8000 运行监控辅助继电器(M) 384点特殊继电器M8002 初始化脉冲状态继电器(S) 1000点特殊继电器M8005 电池异常报警定时器(T) 256点特殊继电器M8011 10ms时钟脉冲计数器(C) 计数特殊继电器M8012 1s时钟脉冲特殊继电器M8013 100ms时钟脉冲特殊继电器M8014 60s时钟脉冲
4.1.2 PLC的I/O分配
机械手的PLC输入、输出分配如表4-2所示。
表4-2 I/O分配表
输入信号输出信号
手动SA X0
上升/下降
步进电机YA0 Y0
回原位SA X1 YA1 Y1 连续SA X2 YA2 Y2
回原位SB1 X3
前进/后退
步进电机YA3 Y3
启动SB2 X4 YA4 Y4 停止SB3 X5 YA5 Y5 下降SB4 X6 夹紧YA6 Y6 上升SB5 X7 手顺转YA 7 Y7 夹紧SB6 X10 手逆转YA 8 Y10 松开SB7 X11 底盘顺转YA 9 Y11 手顺转SB8 X12 底盘逆转YA10 Y12 手逆转SB9 X13
底盘顺转SB10 X14
底盘逆转SB11 X15
下限位SQ1 X16
上限位SQ2 X17
前限位SQ3 X20
续表4-2
输入信号
后限位SQ4X21底盘顺限位SQ5X22
底盘逆限位SQ6X23
手顺限位SQ7X24
手逆限位SQ8X25
底旋转脉冲X26前行SB12X30
后退SB13X31 4.1.3 机械手控制系统的外部接线图
PLC外部接线示意图如图4-2所示
图4-2 PLC外部电气接线
4.2 控制系统软件设计
公用程序、手动程序、自动程序以及回原位程序是机械手控制系统的软件程序的主要组成部分[16]，其结构如图4-3所示。自动程序把工作顺序相同的单步运动程序和连续运动程序编在一起。本设计中应用最多的是条件跳转指令CJ，该指令能够按要求跳转程序，并从指针标号PX处继续执行下一条程序，能够减少不必要的程序执行时间。当PLC执行“手动”的工作方式时，PLC执行完公用程序将启用跳转指令，直接跳转到“手动程序”并执行；当PLC执行“自动”的工作方式时，PLC则只执行公用程序和自动程序；同样，当PLC执行“回原位”工作方式时，PLC只执行公用程序和回原位程序。
图4-3 程序结构图
4.2.1公用程序
公用程序如图4-4所示。Y6为复位键，X21和X17分别为后限位和上限位，当Y6、X21、X17和辅助继电器M0接通时，表示机械手在原位。若执行用户程序时，机械手处于手动状态或回原位状态，则M10被初始化置位，为自动状态做好准备。在辅助继电器M0断开时，M10被复位，PLC是不能够进入自动工作方式的。ZRST是全部复位指令，能够使所有继电器复位。
图4-4 公用程序梯形图
4.2.2自动操作程序
自动操作流程如图4-5所示。机械手在初始位置的时候，按下X4启动，运行状态S1，使完成动作前伸Y3接通，前伸到限位值后X20接通；状态跳转至S2，此时S1复位，手顺转Y7、X24接通；状态跳转至S3，使完成动作下降Y2、X16接通；状态跳转至S4，使Y6产生1秒的延时置位来增强夹紧力。当T0接通时，跳转至S5，使完成动作上升Y0，上升到限位值后X17接通；此时状态跳转至S6，使完成动作后退Y4；后退到限位值后，状态跳转至S9，使完成动作下降，下降到限位值后，X16接通，此时电磁铁断电完成松开动作。电磁铁的电磁力的消失需要适当的延时时间，延时1s后，T1开始接通，状态跳转至S13，完成后退动作，后退到限位值后，X21接通，接着跳转至S14，接通X21完成底盘顺转，并
返回初始状态，准备二次循环动作。
学院 课程设计说明书 题目:基于PLC控制的工业机械手 专业:机电一体化技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 二○一○年十一月三日
摘要 机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。 通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型工业机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。 关键词:机械手，气动控制，可编程控制器（PLC），自动化控制。
学院 课程设计说明书 题目:基于PLC控制的工业机械手 专业:机电一体化技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 二○一○年十一月三日
毕业设计任务书 机电工程系机电一体化技术专业 学生姓名学号 一、毕业设计题目：PLC控制的工业机械手设计 二、毕业设计时间 2010 年11月1日至2010年 11 月 28日 三、毕业设计地点： 四、毕业设计的内容要求： 1、系统的电路原理图。 2、元器件的明细表。 3、毕业设计说明书包含工作原理、系统结构、控制过程、控制流程图机控制程序等，字数不少于6000字。 4、设计格式按照要求完成。 指导教师年月日
目录 第一章绪论 1.1 项目的技术背景与研究意义 1.2 取苗装置的国内外研究现状 1.2.1国外取苗装置的研究现状 1.2.2国内取苗装置的研究现状 1.3论文的研究目标与研究内容 1.4论文研究的技术路线 第二章穴盘苗自动移栽机机械手整机方案设计 2.1 穴盘苗自动移栽机机械手工作原理和结构分析2.2 利用UG建立样机模型 第三章穴盘苗自动移栽机取苗装置的结构设计 3.1 取苗机构的基本构成 基本结构 （1）机械手 （2）穴盘定位平台 （3）驱动系统 （4）控制系统 PLC程序 （5）底座 3.2 取苗机构的工作原理 第四章穴盘苗自动移栽机送苗装置的设计要求分析1穴盘育苗及穴盘的选择 2送苗装置的工作原理和结构组成 3送苗机构的控制系统 第五章取苗装置的实验研究 1.取苗装置影响因素分析 2影响取苗成功率的因素 3取苗装置手臂角度的实验分析
第六章总结与展望1 全文总结 2研究展望 结束语 参考文献 致谢
第一章绪论 1.1项目的技术背景与研究意义 随着社会进步和人民生活水平的提高，设施农业已成为国民经济中的支柱产业，温室蔬菜、花卉及棉花生产对发展农村经济，增加农民收入，丰富人民的菜篮子，改善人民生活具有举足轻重的作用。穴盘苗移栽是近年才兴起的种植新技术，它具有缩短生育期，提早成熟，提高棉花单产，具有广阔的推广前景。过去几年温室大棚育出成品苗向大田移栽，全部是靠人工移栽。穴盘苗自动移栽技术是温室蔬菜或花卉生产实现工厂化和自动化而采用的一种重要的种植方式。目前，国内穴盘苗移栽的取苗、喂苗环节主要靠手工完成，劳动强度大，作业效率低，不能满足规模化生产的需要，从而制约了蔬菜生产的发展。因此，研制开发适合我国国情、结构简单、价格低廉、性能稳定可靠的中小型穴盘苗自动移栽机迫在眉睫，而移栽机械手是温室穴盘苗移栽自动化的关键部分，能够完成“穴盘定位—自动送苗—钵苗抓取—钵苗投放”这一系列连续动作，其性能直接影响移栽机的移栽质量。穴盘苗移栽机械手的研究对实现实现温室穴盘苗移栽生产过程自动化、减轻穴盘苗移栽作业的劳动强度、提高作物移栽质量，推进我国温室农业作物生产机械化和自动化进程，特别是我国“十二五”农业发展规划的顺利实施具有重大意义。 1.2 取苗装置的国内外研究现状 国外穴盘苗移栽机取苗装置的技术较成熟，而且大部分机型开始投入使用，尤其是应用于花卉、蔬菜等经济价值高的作物的大面积移栽，具有很好的经济价值。国内的研究主要集中在各大高校及科研院所，且大部分的研究成果只是样机的试制，尚没有成型的机型投入生产应用。 1.2.1国外取苗装置研究现状 20 世纪初期部分国家开始出现移栽机具。三十年代出现移栽装置或移栽器代替人工取苗。五十年代移栽的生产技术研究，研制出了不同结构的半自动移栽机。八十年代，半自动移栽机已在欧美国家的农业生产中广泛被使用，培育穴盘苗、移栽作物等，实现了制造机械、播种机械、移栽机等各种机械配套使用。到90年代,有关部门加强从育苗到栽植整个系统的研究,使育苗和栽植有机地结合,研制出多种全自动移栽机,如日本90年代初将穴盘苗自动移栽机列为农业机械急需开发的项目,日本农机研究所联合三家农机公司,于1993年至1995年期间开发出了三种型号的全自动移栽机（图1-1～1-3）,可移栽穴盘苗或纸钵苗,主要
毕业设计（论文）题目：气动机械手的设计 系部：机电工程系 专业：数控技术 班级： ： 学号：
目录 摘要 (3) 第一章前言 1.1机械手概述 (4) 1.2机械手的组成和分类 (4) 1.2.1机械手的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2.2机械手的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第二章机械手的设计方案 2.1机械手的坐标型式与自由度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.2机械手的手部结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.3机械手的手腕结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 2.4机械手的手臂结构方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.5机械手的驱动方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.6机械手的控制方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.7机械手的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.8机械手的技术参数列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章手部结构设计 3.1夹持式手部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.1手指的形状和分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1.2设计时考虑的几个问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
一、要求 机械手的PLC控制 1．设备基本动作：机械手的动作过程分为顺序的8个工步：既从原位开始经下降、夹紧、上升、右移、下降、放松、上升、左移8个动作后完成一个循环（周期）回到原位。并且只有当右工作台上无工件时，机械手才能从右上位下降，否则，在右上位等待。 2．控制程序可实现手动、自动两种操作方式；自动又分为单工步、单周期、连续三种工作方式。 3．设计既有自动方式也有手动方式满足上述要求的梯形图和相应的语句表。 4. 在实验室实验台上运行该程序。 二参考 1. “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200” 书中212页“8.1.3机械手的控制” 2. “机床电气控制”第三版王炳实主编 书中156页“三、机械手控制的程序设计”。 3．“可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式时手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。 注解： “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200”书中212页“8.1.3机械手的控制”例中只有手动和自动（连续）两种操作模式，使用顺序控制法编程。PLC 机型选用CPM2A-40型，其内部继电器区和指令与CPM1A系列的CPM有所不同。 “机床电气控制”第三版王炳实主编书中156页“三、机械手控制的程序设计”。本例中的程序是用三菱公司的F1系列的PLC指令编制。有手动、自动（单工步、单周期、连续）操作方式。手动方式与自动方式分开编程。参考其编程思想。 “可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式有手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。用CPM1A编程。 这里“误操作禁止”是指当自动（单工步、单周期、连续）工作方式时，按
天津机电职业技术学院毕业综合实践报告 专业电气自动化 班级电气自动化三班
目录 1 机械手的基本介绍 (1) 1.1 机械手的基本结构组成 (1) 1.1.1 气动手爪 (1) 1.1.2 伸缩气缸 (1) 1.1.3 回转气缸及垫板 (2) 1.1.4 提升气缸 (2) 1.2 直线运动传动组件 (2) 1.3 气动控制回路 (3) 2 传感器部分 (5) 2.1 传感器简介 (5) 2.2 磁性开关 (5) 2.3 光电传感器和光纤传感器 (5) 3 伺服电机应用 (7) 3.1 伺服系统 (7) 3.2 交流伺服系统的位置控制模式 (8) 3.3 接线 (10) 3.4 伺服驱动器的参数设置与调整 (10) 3.4.1 参数设置方式操作说明 (11) 3.4.2 面板操作说明： (11) 3.4.3 部分参数说明 (11) 3.5 最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED）12 3.6 移动包络 (13) 4 PLC程序编写 (15) 4.1 PLC的选型和I/O接线 (15) 4.2 伺服电机驱动器参数设置 (15) 4.3 编写和调试PLC控制程序 (16) 4.4 初态检查复位子程序和回原点子程序 (19) 4.5 急停处理子程序 (20) 个人收获 (23) 参考文献 (24) 附录 (25) 致谢 (28)
1 机械手的基本介绍 1.1 机械手的基本结构组成 1.1.1 气动手爪 用于在各个工作站物料台上抓取/放下工件。由一个二位五通双向电控阀控制。见图 1-1 图 1-1 气动手爪 1.1.2 伸缩气缸 用于驱动手臂伸出缩回。由一个二位五通单向电控阀控制。见图 1-2 图 1-2 伸缩气缸
前言 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。 本文将通过西门子PLC控制机械手，PLC是可编程控制器（Programmable Logic Controller）的简称，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能。目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展。该系统利用西门子PLC，在步进电机驱动下，完成对机械手在搬运过程中的下降、夹紧、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全过程自动化控制，并对非正常情况实行自动报警和自动保护，实现企业的机电一体化，提高企业的生产效率。
摘要 随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展，机器人的应用领域逐步从汽车拓展到其它领域。在各种类型的机器人中，模拟人体手臂而构成的关节型机器人，具有结构紧凑、所占空间小、运动空间大等优点，是应用最为广泛的机器人之一。尤其由柔性关节组成的柔性仿生机器人在服务机器人及康复机器人领域中的应用和需求越来越突出。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT With the development of microelectronic technology, sensor technology, the rapid development of control technology and machinery manufacturing technology level, the application of robots gradually expanded from cars to other fields. In all types of robots, the articulated robot arm simulation human form, has the advantages of compact structure, small occupied space, large moving space, is one of the most widely used robots. Especially flexible biomimetic robot composed of flexible joint in the field of service robot and rehabilitation robot application and demand more and more prominent. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
毕业设计报告 课题：气动机械手PLC控制系统的设计 系部：电气工程系 专业：机电一体化技术 班级：机电092 姓名：XXX 学号：XXXXXXX 指导老师：XXXX 2011．3
江苏信息职业技术学院毕业设计报告 目录 摘要 (3) 第一章机械手的简介 (4) 1．1 概述 (4) 1．2 机械手的组成 (4) 1．3 机械手的应用 (4) 1．4 机械手应用 (4) 第二章机械手机械设计 (5) 2．1 机械手总体结构设计 (5) 2．2 机械手的工作原理 (6) 2．3 机构模块化设计 (7) 2．4 手部结构设计 (8) 第三章机械手机械控制设计 (10) 3．1 工作过程与控制要求 (10) 3．2 气动驱动设计的简述 (11) 3．3 PLC控制系统设计 (12) 结束语 (20) 谢辞 (21) 参考文献 (22)
气动机械手PLC控制系统的设计 气动机械手PLC控制系统的设计 摘要:气动技术具有一系列显著优点，在工业生产中得到越来越广泛的应用，己成为自动化不可缺少的重要手段。进入 90 年代后，气动技术更突破传统死区，经历着飞跃性进展。再者，冲压自动化是解决冲压生产成本及安全问题、提高冲压生产企业效益的必然选择，而冲压机械手是冲压自动化的重要组成部分。但是，目前冲压机械手高昂的价格却使国内众多的中小冲压企业望而却步。 PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术技术有效抑制外部干扰源对PLC的影响，此外PLC还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业的的发展具有很重要的意义。 关键词：意义，应用，原理，plc，机械手，气动控制技术
毕业设计论文题目：气动机械手的设计 设计人： 指导教师： 所属院系： 专业班级： 2014年11月10日
第1章前言 1.1工业机械手概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很
液压机械手设计毕业设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
一、引言 1.1机械 液压通用机械手，就其本质上来说，属于工业机器人的范畴，机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果，体现了光机电一体化技术的最新成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要课题。 “机械手”（Machanical Hand）：多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装臵（国内一般称作机械手或专用机械手）。如自动线、自动机的上下料，加工中心的自动换到的自动化装臵。 1.2机械手特点、结构与研究意义 1.2.1机器人的特点 机器人的主要特点体现在它的通用性和适应性等方面。 1.通用性 机器人的通用性指具有执行不同功能和完成多样简单任务的实际能力；通用性也意味着，机器人是可变的几何结构。或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 2.适应性 机器人的适应性是指具有对环境的自适应能力，及机器人能够自主执行实现经规划的中间任务，而不管执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。 1.2.2机器人的系统结构 一个机器人系统一般由四个相互作用的部分组成，即机械手、环境、任务和控制器。 工业机器人的本体机械系统即为通常的机械手装臵，他由肩、臂、腕、机身或行走机构组成，组合为一个相互依赖的运动机构。 环境即指机器人所处的周围状态，环境不仅由机和条件决定，而且有环境和它所包含的每个事物的全部自然特性决定。 机器人体系结构中的任务一般定义为环境的两种状态（初始状态和目标状态）间的差别，必须用适当的程序语言来描述，并能为计算机所理解。 机器人控制器一般为控制计算机，接收来自传感器的信号，对其进行数据处理，并按照预存信息，即机器人的状态及环境情况等，生成控制信号来驱动机器人的各个关节运动。
本科毕业论文 题目：三自由度圆柱坐标型工业机器人设计 学院：机械工程学院 专业：机械制造（辅修） 年级：2009 姓名：李介博 指导教师：赵华洋 完成日期：2012.04.03
三自由度圆柱坐标型工业机器人设计 摘要：在工业上，随着自动控制系统广泛的应用，工业自动化机床控制、计算机系统、机器人等高科技技术也得到了长足的发展。其中工业机器人是相对较新的电子设备，它综合应用了机械电子自动控制等先进技术以及物理生物等学科的基础知识，因而能实现机械化与自动化的有机结合而广泛应用与工业生产的各个部门，逐步的改变现代化工业面貌。 工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用在自动加工线和柔性制造系统中传递和装卸的工件或夹具。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。 本设计为三自由度圆柱坐标型工业机器人，其工作方向为两个直线方向和一个旋转方向。在控制器的作用下，它可执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一简单的动作，本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。 关键词：三自由度；圆柱坐标；工业机器人；自动化
Three degrees of freedom cylindrical coordinate industrial robot design Abstract: In industry, along with the automatic control system of a wide range of applications, industrial automation machine control, computer systems, robots and other high-tech technology are also got rapid progress. Including industrial robot is relatively new electronic equipment, it comprehensive application of mechanical and electronic automatic control and other advanced technology and physics biological sciences foundation knowledge, and can therefore realize mechanization and automation organically and is widely used in industrial production of various sectors, gradually change modern industrial outlook. Industrial robot is a body independent of freedom movements, the program can be more flexible changes, can arbitrary positioning, high automation automatic operate machinery. Mainly used in automatic processing lines and flexible manufacturing system transfer and loading and unloading work piece or fixture. Industrial robot arm with rigid high for the subject than people, can have faster movement speed, can carry more weight, and positioning accuracy quite high, and it may, according to the signals, automatic external to operate. This scheme introduced a cylindrical robot for three degree of freedom. It is composed of two linear axes and one rotary axis current control only allows these devices move from one assembly line to other assembly line in space, perform relatively simple tasks. This paper is more comprehensive introduction and summing-up for the for the whole design work. Key words: three degrees of freedom; cylindrical; industrial robot; automation
第一章绪论 1. 1 PLC简介 可编程控制器简称PLC(Progrsmmable Logic Controller, PLC),它是以微处理器为基础服务夫人通用工业控制装置。国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输出和输入，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器是一种通用的工业控制计算机。它的程序是可以控制不同的对象。具有更大的灵活性，再加上体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善，适应性强，安装接线简单等众多优点，它可以方便地应用在各种场合，PLC釆用了典型的计算机结构，主要是山微处理器(CPU)、存储器(RAM/R0M)、输入输出接口(I/O)电路、通信接口及电源组成。 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 PLC的主要特点，可靠性高、抗干扰能力强功能完善、应用领域广编程简单，易学易用系统安装简单、体积小、价格低可编程控制器的应用领域PLC在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业的应用也越来越广泛，主要有以下儿个方面的控制，开关量的逻辑、控制模拟量控制、运动控制过程控制、数据处理通信及联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着现代社会计算机技术的提高，网络通讯技术的不断发展，它也将和其他的工业控制计算
理工学院毕业设计(论文)开题报告 题目：铣床自动上下料点位控制机械手的设计 学生姓名：韩抟彬学号： 10L0551370 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：陈继荣 2014年3月31日
毕业设计开题报告 摘要； 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术有效抑制外部干扰源对PLC的影响，此外PLC还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业的的发展具有很重要的意义。 1．课题研究的目的和意义 1.1本课题的意义 机械手又名工业机器人，是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的
机械手毕业设计 篇一：机械手毕业设计 目录 摘要 ................................................ . (2) ABSTRACT .......................................... (3) 第一章绪论 ................................................ . (4) 1.1机械手的概述 ................................................ ................................................... (4) .............................................. . (4) .............................................. . (4) 1.2 气动机械手的发
展................................................. . (6) 第二章机械手总体方案的设计 (7) 2.1机械手的工作过程及控制要求 ................................................ (7) 2.1.1 机械手的基本结构 ................................................ (7) .............................................. (9) 2.2 机械手的方案设计及其主要参数................................................. (10) .............................................. .. (10) 2.2.2 机械手的驱动方案设计 ................................................ . (11) 2.2.3 机械手的控制方案设
１．０引言?本文以某物流控制中的机械手控制为例，分析了PLC与步进驱动装置的控制方法,本系统涉及的主要硬件是S７-200 PLC和ＳH－２H０57步进驱动器。 (1）Ｓ7-200 PＬC系列是西门子公司的可编程控制器,这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令,使得Ｓ7-２00 PＬC可以满足小规模的控制要求。此外,丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。 1台S7－2０0 ＰLC包括一个单独的S7-２0０CＰU,或者带有各种各样的可选扩展模块。S7-200 ＣＰU模块包括一个中央处理单元（CPU）、电源以及数字量Ｉ/Ｏ点,这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。 l CPU负责执行程序和存储数据,以便对工业自动化控制任务或过程进行控制; l 输入和输出是系统的控制点:输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备； l 电源向ＣＰU 及其所连接的任何设备提供电力; l通讯端口允许将S7－200 CＰU同编程器或其他一些设备连起来；?l 状态信号灯显示了ＣPU 的工作模式(运行或停止),本机I/O的当前状态,以及检查出来的系统错误;?ｌ通过扩展模块可提供其通讯性能; l通过扩展模块可增加CPU的I/O点数(CPU ２21不扩展);?l 一些CPＵ有内置的实时时钟,或添加实时时钟卡;?ｌEEPROM卡可以存储CPU程序,也可以将一个CPＵ中的程序送到另一个CPU中; 2）SH l 通过可选的插入式电池盒可延长ＲAM中的数据存储时间;?l最大I/O配置。?( -2H057驱动器输入信号共有三路,他们是:步进脉冲信号ＣP、方向电平信号ＤＩR、脱机电平信号FREＥ.他们在驱动器内部分别通过2７０Ω的限流电阻接入光耦的负输入端，且电
毕业设计（论文）说明书 设计题目：送料机械手 系部：机械工程系 专业：机电一体化 班级： 08机电（1）班 姓名：何沙沙学号： G082308 指导教师：黄晓萍 年月
目录 摘要 (1) 第一章机械手设计任务书 (1) 1.1毕业设计目的 (1) 1.2本课题的内容和要求 (2) 第二章机身机座的结构设计 (4) 2.1电机的选择 (4) 2.2减速器的选择 (6) 2.3螺柱的设计与校核 (6) 第三章液压系统原理设计及草图 (7) 3.1手部抓取缸 (7) 3.2腕部摆动液压回路 (8) 3.3小臂伸缩缸液压回路 (10) 3.4总体系统图 (11) 第四章抓取机构............................................................................ (12) 4.1手部设计计算 (12) 4.2 腕部设计计算 (15) 4.3臂伸缩机构设计 (17) 第五章机械手的定位与平稳性 (20) 5.1常用的定位方式 (20) 5.2影响平稳性和定位精度的因素 (20) 5.3机械手运动的缓冲装置 (21) 第六章机械手的控制 (22) 第七章机械手的组成与分类 (23) 7.1机械手组成 (23) 7.2机械手分类 (24) 参考资料 (26)
送料机械手设计 摘要 本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。 第一章机械手设计任务书 1.1毕业设计目的 毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。 其主要目的： 一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力， 拓宽和深化学生的知识。 二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的 一般程序规范和方法。
Xinyu University 毕业设计(论文) 基于PLC的机械手控制系统设计 学生姓名:何友良 学号:1201231016 专业:电气工程及其自动化 指导教师:谢富珍副教授 学院:电气与电子工程 江西·新余
独创性声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。其中除加以标注和致谢的地方，以及法律规定允许的之外，不包含其他人已经发表或撰写完成并以某种方式公开过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材料。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并表示谢意。 本毕业设计（论文）成果是本人在新余学院期间在指导教师指导下取得的，成果归新余学院所有。 特此声明。 作者签名（手写）：签名日期：年月日 版权使用授权书 本毕业设计（论文）作者及指导教师完全了解新余学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）的复印件和磁盘，允许毕业设计（论文）被查阅和借阅。 作者签名（手写）：指导教师签名（手写）： 日期：年月日日期：年月日
摘要 论文题目：基于PLC的机械手控制系统设计 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：何友良 指导教师：谢富珍副教授 摘要 随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。 在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 本文主要论述了基于PLC设计的机械手控制系统。首先，对可能用到的可编程控制器进行了相关的介绍，再选择设计所用到的PLC型号。然后，通过对机械手的控制方式及各功能的实现方式进行研究，确定各功能的实现方案和设计控制系统所用到的器材。最后，对PLC控制系统的软件程序和硬件结构进行设计。 关键词：工业自动化；可编程控制器；机械手；远程控制；传感反馈