PLC机械手设计_plc机械手设计

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摘 要

当面临人工无法实现的工作时，机械手成为了替代人工的替代品。在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。机械手就在这样诞生了,机械手是工业机 器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的使用能够显著的提高生产效率，减少人为因素造成的废次品率。机械手可以完成很多工作，它在自动化车间中用来运送物料，从事多种工艺操作。它的特点是通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器人的部分优点，尤其体现了人的灵活协调和机器人的精确到位。随着科学技术的发展，人们对机械手的安全性，可靠性，准确性有了充分的认识，同时对其要求也越来越高。可编程控制器凭其稳定性，简单性，强大性成为了目前应用最广的工业自动化支柱之一。

关键词：数控；自动装卸；机械手；PLC

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目 录

摘 要 ················································································································································· I Abstract（英文摘要）························································································································ II

械手后开始大力研发机械手。

前苏联自六十年代开始发展和应用，自1977年，前苏联使用的机械手一半来自现代工业中，自动化在生产过程中已日趋突出，机械手就是在机械工业中为实现国产一半来自进口。

加工、装配、搬运等工序的自动化而产生的。随着工业自动化的发展，机械手的出现大大减轻了人类的劳动，提高了生产效率。采用机械手已为目前研究的热重点。

目前机械手在工业上主要用于机床加工、铸造，热处理等方面，但是还不能够满足现代工业发展的需求。

1.3 PLC的发展概况

可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发 起来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程 序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来 控制机械设备或生产过程。

1.4 可编程控制器的产生

PLC 是在激烈的市场竞争中产生的，20 世纪60 年代末，美国汽车制造业竞争激 烈。为适应生产工艺不断更新的需要，美国通用汽车公司（GM）对控制系统提出要 求为：（1）能替代各种继电器、定时器、接触器及其主令电器等按一定的逻辑关系 用导线连接起来的控制系统，既传统的继电－接触器控制，它简单易懂，价格低廉，能够满足生产工艺改动频繁的需要；（2）编程简单；（3）模块式结构；输入、输出 电压是交流115V（美国标准），输出能直接驱动继电器和电磁阀；（4）抗电磁干扰强；（5）具有数据通信功能。就是把继电器控制的优点与计算机的功能齐全、灵 活性、通用性强的特点结合起来，用计算机的编程软件逻辑易于修改来代替继电－ 接触器控制的硬接线逻辑不易修改。美国数字设备公司（DEC）在 1969 年根据上述 要求，研制出世界上首台可编程控制器，并在美国通用汽车公司的汽车装配线上应 用成功，实现装配线的自动控制。

1.5 PLC的定义

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国 电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Aociation）经过四年 的调查工作，于1984 年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给 PC 作了如下定义：

绝大多数 PLC 均采 用模块化结构。PLC 的各个部件，包括 CPU，电源，I/O 等均采用模块化设计，由机 架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

④ 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需 要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

⑤ 安装简单，维修方便 PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的 各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障 指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

1.7课题设计的目的和意义

自改革开放，我国经济高速发展，机械手早期应用在汽车制造业。当面临人工无法实现的工作时，机械手成为了替代人工的替代品。机械手的使用能够显著的提高生产效率，减少人为因素造成的废次品率。机械手可以完成很多工作，它在自动化车间中用来运送物料，从事多种工艺操作。它的特点是通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器人的部分优点，尤其体现了人的灵活协调和机器人的精确到位。随着科学技术的发展，人们对机械手的安全性，可靠性，准确性有了充分的认识，同时对其要求也越来越高。可编程控制器凭其稳定性，简单性，强大性成为了目前应用最广的工业自动化支柱之一。

本课题在执行机构由电动和液压组成的结构基础上将PLC应用于其自动控制系统，完成机械手系统的硬件及软件设计。

电力传动等形式。

·控制系统

机械手按照制定的程序，步骤，参数进行动作完成该指定工作要依靠控制系统来实现。简易机械手通常情况下不使用专用的控制系统，只有动作复杂的机械手采用可编程控制器，微型计算机控制进行动作。

·辅助装置

辅助装置主要是连接机械手各部分元件的装置。机械手按用途分类为：专用机械手、通用机械手。

按照传动方式分类为：液压式机械手、气动式机械手、机械式机械手和电动机械手。

2.1.2机械手的主要参数

·传动方式

·反应速度 ·尺寸和重量 ·负荷能力 ·控制方式 ·操控范围 ·反应速度 ·定位 ·自由度 ·安全性 ·实用性

2.1.3应用机械手的意义

随着科技的发展，机械手应用的越来越多。在机械工业中，机械手应用的意义概·提高生产过程自动化程度，增强生产效率。

机械手方便与材料的传送、工件的装卸、刀具的更换等自动化过程，从而提高劳·改善劳动条件

在车间的劳动环境下，高温、高压、噪音、灰尘等污染会严重影响人的身体健康，括如下：

动生产率和降低劳动投入，从而降低生产成本。

（图3.2.2 机械手抓放运送功能）

3.3 系统及原理

（图3.3 控制系统原理图）

3.4 PLC的概述

PLC 是可编程控制器的简称。PLC 源于继电器控制技术，通过运行存储在其 内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所需要的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普通计算机进行输入输出信息变换时，大多只考虑信息本身，信

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断和外诊断。PLC 的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的 要求。

（四）可编程控制器机型的选择 可编程控制器的种类繁多，型号各异，要选出适合本设计的 PLC 产品就要通 过对输入和输出点数的选择、对存储容量的选择、对响应时间的选择以及负载情况等进行分析。最后我决定使用三菱公司生产的FX 系列的FX2N-48MR 型号的可编程控制器作为机械手的控制器。

3.6 I/O接线图

系统的控制电路设计主要是 PLC 的输入、输出接线图设计，根据机械手的动 作过程和控制要求，确定 PLC 的型号和传感器，合理分配输入、输出点，得到系 统的PLC 输入、输出接线图，如图3.6 所示。

（图3.6 系统I/O接线图）

（图3.8.1 系统自动控制状态转移图）

自动控制程序就是编好程序后，按启动按钮就行。而手动控制程序则用于实现机械手升降、夹板夹紧放松、机械手旋转和运动快慢的点动控制和状态转移。当机械手在工作中突然出现停电或系统发生故障时，可使机械手手动复位。本次设计的系统手动控制程序梯形图如图3.8.2 所示。

但是机械手没有回到初始位置，所以还有半个周期的动作过程。机械手把物件放松后，就开始上升。上升到顶时停止；同时机械手缩回机械手臂内。左移到位时，碰到左限位开关，机械手停止左移。机械手的机座旋转回到原点，至此，机械手完成一个周期的动作。PLC 控制机械手的编程一般都是顺序控制，一个动作的结束信号，是另一个动作的开始信号，当动作到最后一步时，又循环到开始的参考文献

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