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1、1 前 言可编程控制器是 20 世纪 70 年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在 PLC 技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内的机床设备已越来越多采用 PLC 控制系统采用控制系统取代传统的继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处
2、理系统直接传播数据等。本课题是基于 PLC 控制四自由度机械手运行。 工业机械手是一种模仿人体上肢部分功能，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，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。有着广阔的发展前途。本课题通 PLC 自动控制对机械手实现机械手规定动作并实现回原点、手动方式和自动方式三种工作方式的选择，并对系统进行运行效率分析。 2 摘 要随着工业机械手的进一步发展，其发展将更趋向于人性化、智能化并将在更加广泛的领域得到应用。机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种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
3、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。 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，提高 劳动生产率和自动化水平。通过对机械制造与自动化大学专科三年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，确定机械手的工作原理和运动机理。设计了一种四自由度机械手，采用可编程序控制器（PLC）设计其控制系统,以提高其工作的稳定性能。关键词：机械手 梯形图 PLC 电磁阀AbstractWith the further development of industrial robots, and its development te
4、nds to be more humane, intelligent and in a wider range of applications. Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine, it can be scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment, industrial automation, promote the production o
5、f industrial production of the further development plays an important role .Manipulator noted extensively and welcome by people for it has powerful vitality. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation le
6、vel. Mechanical manufacturing and automation through the junior college for three years to integrate the knowledge of industrial manipulator mechanical structure and function of various parts of exposition and analysis to determine the robot motion principle and mechanism. Design a four-DOF manipula
7、tor to enhance the stability of their work for using the programmable logic controller to control system.Keywords: Manipulator Ladder diagram PLC Solenoid valve3 目 录前 言 .1摘 要 .2第一章 绪论.51.1 本课题设计的背景 .51.2 本课题设计的内容 .61.3 本课题设计的目的和意义 .7第二章 PLC 的概述 .82.1 PLC 介绍 .82.2 PLC 的构成 .92.3 PLC 的外部设备 .102.4 PLC 的
8、工作原理 .102.5 PLC 的优点 .12第三章 基于 PLC 的机械手控制方案的确定 .133.1 机械手的概述 .133.2 采用 PLC 控制机械手的优点 .133.3 机械手设计内容 .133.4 PLC 的选型 .143.5 三菱 FX 系列的结构功能 .16第 4 章 功能实现与控制方式 .184.1 机械手模型的机能和特性 .184.2 夹紧机构 .184.3 躯干 .194.4 旋转编码盘 .19第 5 章 控制系统设计 .215.1 控制系统硬件设计 .215.2 PLC 梯形图中的编程元件 .215.3 PLC 的 I/O 分配 .224 5.4 机械手控制系统的外部接
9、线图 .235.5 控制系统软件设计 .23致 谢 .36参 考 文 献 .37附录（指令表） .385 第一章 绪论1.1 本课题设计的背景1969 年美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
10、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。如果机械手发生某些偏离时，会引起零部件甚至机械本身的损坏，但若有了传感反馈自动，机械手就可以根据反馈自行调整。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 。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学
11、领域，是一门跨学科综合技术。近 些 年 ， 随 着 计 算 机 技 术 、电 子 技 术 以 及 传 感 技 术 等 在 机 械 手 中 越 来 越 多 的 应 用 ， 机 械 手 已 经 成 为 工 业 生 产中 提 高 劳 动 生 产 率 的 重 要 因 素 。借助 PLC 强大的工业处理能力，很容易实现工业生产的自动化。基于此思路设计的机械手，在实现各种要求的工序前提下，大大提高了工业过程的质量，而且大大解放了生产力，改善了工作环境，减轻了劳动强度，节约了成本，提高了生产效率，具有十分重要的意义。美国数字设备公司（DEC）研制出世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国（GM）的生产线上
12、。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称 PLC（Programmable Logic Controller） 。70 年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使 PLC 从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称 PC（Programmable Controller） 。但由于 PC 易于6 个人计算机（programmable computer）相混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程器的缩写。1985 年国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在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，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC 是继电器逻辑控
