机械手电气控制设计的毕业设计

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1、机械手的设计机械手的设计1天天 津津 大大 学学 网网 络络 教教 育育 学学 院院毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书题目：机械手的设计机械手的设计完成期限：完成期限：2011年年9月月8日日 至至2011年年11月月10日日学学 习习 中中 心心 东东 莞莞 年年 级级 20092009 年秋季年秋季专专 业业 机机 械设计制造及其自动化械设计制造及其自动化 指指 导导 教教 师师 姓姓 名名 学学 号号 092032253004092032253004机械手的设计机械手的设计2目目 录录摘 要3第一章 绪论51.1 机械手简介51.2 机械手的设计的简介 5第二章 机械手控制要求

2、和总体设计 72.1 机械手控制要求72.2 PLC 的由来和定义92.3 PLC 的特点和主要应用92.4 机械手的总体设计10第三章 机械手的硬件和软件设计 113.1PLC 的 I/O 分配113.2 各种按钮选择133.3 总体流程设计133.4 软件系统设计143.5 系统设计中的问题及解决方法 143.5.1 硬件方面的问题143.5.2 软件方面的问题153.5.3 安装调试方面的问题 15第四章 总结17附件附图 梯形图：18附表语句表：23参考文献25致谢26机械手的设计机械手的设计3摘摘 要要传统的自动控制装置在机械手控制过程中,由于可靠性差、故障多、维修困难等原 因,已经

3、不能满足机械手控制的需求。以多关节机械手为研究对象,采用三菱 FX2N- 48MR 可编程控制器( PLC) 对其都电磁阀装置进行顺序控制,可以较好地解决这一问题,详 细讨论了机械手系统的机械结构、工作原理及 PLC 系统控制,运用应用指令可以方便快 捷的完成编程。 实践证明，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，如果没有机械手那么工人的劳动强度是很高的，有时候还要用行车员工件，生产速度大大延缓，这种情况采用机械手是很有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、

4、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。关键词关键词：机械手； PLC； 控制系统； FX2N48MR机械手的设计机械手的设计第一章第一章 绪绪 论论在工业生产和其他领域的某些工作中，人们经常处于高温或者有毒等对人身健康 有损害的环境中从事重复的劳动，这样生产成本不但高，而且又危及人们的生命安全。 随着工业自动化的发展、生产效率的提高和劳动强度的增大，机械手的出现使这些问 题得到了较好的解决，把人们从重复繁重的机械劳动中解放出来，处理更加复杂的生 产过程，既能提高产品质量，又可以使人们受到较小的伤害。机械手一般由耐高温、 耐腐蚀的材料制成，多用于恶劣的生产环境，以及要求精度

5、较高的工作场合。机械手的设计机械手的设计41.1机机械械手手简简介介机械手的出现和发展已经使传统工业生产发生了根本性变化，从手工式、机械式 的生产跨越到自动化、智能化的生产。一般的工业机器人指的就是一个机械臂带动一 个简单的夹紧机构组成，此类机器人用来完成大范围的工件转移或者加工，却不能实 现精细操作的功能，同时由于传统机器入的各个部件的尺寸通常较大，其运动定位的 精度就不高，所以无法进行装配及微小的操作。普通的机械手手爪结构多为形状简单 的夹钳式、托持式和吸附式等，只能用来抓握形状规则而且固定的工件，其抓握能用 性非常有限，如果工件为不规则物体且没有对应的夹具，就无法对其进行操作。但是 随着

6、工业化的进展，劳动强度和工作量的增大，容易造成对工人的伤害，同时，在一 些具有危险性和未知的环境中，需要一些精密的控制，所以对于能适应各种工件形状 的机械手的需求越来越多，于是机械手就逐渐发展起来了。1.2 机机械械手手的的设设计计的的简简介介传统的机械手采用继电器控制，由于其线路复杂、维护困难、可靠性差等缺点， 无法满足机械手控制的需要。可编程控制器(PLC)的出现使得这类问题得到解决，PLC 控制，具有结构简单、控制方便、可靠性高、编程简单、功耗低和改造方便的特点。 传统的机械手无法完成精确的操作工作，所以使用 PLC 控制机械手，并且能够完成动 作要求精度高的工作。随着社会进步和科学技术

7、的发展，工业生产的操作方式也发生着革命性的变化， 从手工作坊式的劳动，逐步演变成自动化、智能化的生产方式，人类也逐渐无法完成 某些生产过程，所以为了适应生产的需要出现了特殊的生产工具机械手。与此同 时也出现了一些新的生产活动，在这些生产活动中，有些是属于高危性的，对人体伤 害较大，有些领域不适宜人类工作，而机械手则正好适应这类工作。机械手的设计机械手的设计5第二章第二章 机械手控制要求和总体设计机械手控制要求和总体设计2.1 机机械械手手控控制制要要求求该系统的控制方式由操作面板的转换开关箭头指向的位置决定(参见图一).图一 操作方式面板布置图1.油泵启动及停车：单按钮操作，压下油泵启/停按钮

8、，油泵启动，再压一次，油 泵停车 2.机械手的操作分为手动和自动两种操作方式3.手动和自动两种工作方式不仅能各自独立工作，还能实现它们之间的互相转换， 自动转换到手动时夹紧要保持，其它的都要复位；手动转换到自动时，按下自动的任 意启动按扭，机械手能接着手动的动作继续运行 机械手在生产线上的主要任务是，将物品从传送带 A 点转移至 B 点，整个工作过程机X10X11X12油泵启停X16SBX13X15X14上升下降左移右移放松夹紧单周期自动手动回原点X5X3X7X6单步 x4 原点SBSBSBSBSBSB启动X1SB停止X2SBSBX17手动手动：选择手动方式，按手动按钮，结合限位开关，对各个动

9、作进行 单独控制回原点：选择回原点方式，按原点按钮，机械手回原点自动单步：选择单步方式，按启动按钮，机械手动作一个工步后自动停止单周期：选择单周期方式，按启动按钮，机械手动作一个周期后自动停止， 在动作过程中，按停止按钮，机械手立即停止自动：选择自动方式，按启动按钮，机械手周而复始动作，在动作过程中， 按停止按钮，机械手不立即停止，而是等到当前工作周期结束后再停止机械手的设计机械手的设计6械手包括以下动作： 机械手移动动作输入输出信号定义如图二所示。 左上作为原点，工件按下降、夹紧、上升、右行、下降、松开、上升、左行回原 点为一个工作周期的次序依次进行。上升下降、左行右行、夹紧松开均使用电 磁

10、阀控制液压系统实现。图二 机械手动作示意图左限位 x20原点启动 x1夹 钳夹 钳左移 y12右移 y13右限位 x21上限位 x22上限位 x22下降 y11下降 y11下限位 x23下限位 x23上升 y10上升 y2放松 y15夹紧 y14机械手的设计机械手的设计72.2 PLC 的的由由来来和和定定义义 可编程控制器(Programmable Controller)属于计算机家族中的一员，是为了工 业控制方面的应用而设计制造的。早期的可编程控制器被称为可编程逻辑控制器 (programmable logical Controller)，简称为 PLC，主要用来进行逻辑控制。随着计 算机

11、技术的进步，相继出现了微处理器和微型计算机，人们将微机的技术应用于这种 装置中，增加了运算、数据传送和处理的功能，其功能大大超过了逻辑控制的范围， 因此，这种装置被称为可编程控制器，简称 PC，但由于它和个人计算机(Personal Computer)的简称 PC 容易混淆，所以仍然称它为 PLC。 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境中应用而设计的。 它采用一类可编程的存储器，在其内部用于存储用户程序，并执行逻辑运算、顺序控 制、定时、计数和算术操作等用户的指令，并通过数字或模拟式输入肋出，控制各种 类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按照方便与工业控制

12、系 统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 2.3 PLC 的的特特点点和和主主要要应应用用 为了满足现代化工业生产日趋复杂，以及多样化的特点(例如，实现逻辑运算、 顺序控制、定时、计数和算术运算等操作)，对控制的要求也各不相同，目前普遍需要 通用性高的控制系统。PLC 的出现受到了广大工程技术人员的欢迎，其主要特点包括以 下几个方面。 (1) 功能完善。 (2)控制系统结构简单，通用性强。 (3)编程方便，使用简易。 (4)设计、施工和调试的周期短。 (5)抗干扰能力强，可靠性高。 (6)体积小，维护操作方便。PLC 在其产生的初期由于价格高等原因，使它的使用受到了限制。但近年来，PLC

13、 的应用逐渐广泛起来，主要原因有两个：一是微处理器的芯片和相关元件的价格不断 下降；二是 PLC 自身的功能大大增强。PLC 的应用面很广，在工厂自动化和计算机集成 制造系统(CMS)内占有重要地位。目前 PLC 在国内外己广泛应用于钢铁、采矿、石油、 化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、造纸、交通运输、环保及文化娱乐等各 个行业，使用情况大致可归纳为六种类型：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。机械手的设计机械手的设计82.4 机机械械手手的的总总体体设设计计 机械手控制系统设计主要包括两个方面：一个是机械方面的设计（动作示意图如 图图三所示） ，另

14、一个就是电气控制方面的设计（信号输入输出 表格一） 。这两个方面 既相互独立，又有很多的联系，在设计机械结构的时候不仅需要考虑电气部分是否能 够实现，而且也要考虑是否存在加工时的问题，在设计电气部分时，也要考虑是否有 这样的机械结构能够满足要求。机械手的设计机械手的设计9第三章第三章 机械手的硬件和软件设计机械手的硬件和软件设计3.1PLC 的的 I/O 分分配配及及 PLC 外外围围接接线线图图I/OI/O 分配表分配表x1启动x12左移x2停止x13右移x3回原点x14加紧x4单步x15放松x5单周期x16油泵启/停x6手动x17原点x7自动x20左限位X10上升x21右限位x11下降x22上限位x23下限位表格一 I/O 分配表格机械手的设计机械手的设计10PLCPLC 外围接线图外围接线图图三 PLC 的外围接线图机械手的设计机械手的设计113.2 各各种种按按钮钮选选择择及及功功能能 急停按