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1、-学院学院PLC 控制课程设计题题 目目: :工业机械手控制工业机械手控制专专 业：机电一体化技术业：机电一体化技术班班 级：机电级：机电 班班 学学 号：号：姓姓 名：名：指导老师：指导老师：20152015 年年 月月 日日摘要摘要可编程逻辑控制器 PLC 于 70 年代产生于美国。1969 年，美国数字设备公司(BEC公司)，研制出了第一台可编程控制器 PDP-14,在美国通用公司的生产线上试用成功，并取得了满意的结果，可编程控制器由此产生。可编程控制器自问世以来，发展极为迅速。1971 年，日本开始生产可编程控制器，1973 年，欧洲开始生产可编程控制器。到现在世界各国的一些著名电器工
2、厂几乎都在生产可编程控制器装置，可编制控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。早期的可编程控制器主要有分立元件和小规模集成电路组成，它采用了一些计算机技术，但简化了计算机的内部电路，对工业现场环境适应性较好，指令系统简单一般只具有逻辑运算的功能。随着微电子技术和集成电路的发展，特别是微处理器和计算器的迅速发展，在 20 世纪 70 年代中期，美日 德等国的一些厂家在可编程控制器中开始更多的引入微机技术，微处理器及其他大规模集成 电路芯片成为其核心部件，使可编程控制器的性能价格比产生了新的突破。现在的可编程控制器都采用了微处理器（CPU),只读存储器（ROM）随机处理
3、器（RAM）或是单片机作为作为其核心。近来，可编程控制器的发展更为迅猛，更新换代周期大约为 3 年左右，其结构不断改进，功能日益增强，性能价格比越来越高。展望未来，可编程控制器在规模和功能上将向两大方向发展一方面大型可编程控制器不断高速，大容量和高功能方向发展。另一方面，发展简易经济的超小型可编程控制器，以适应单机控制，小型自动化的需要。关键词关键词：集成电路、单片机、自动化目录目录前 言.1 第一章 工业机械手的意义2 第二章 工业机械手的用途和现状3 2.1 工业机械手的用途 .3 2.2 工业机械手的现状 .4 第三章 PLC 的应用和任务分析 .8 3.1 PLC 应用.8 3.2 任
4、务分析9 第四章 机械手臂控制的硬件部分.10 4.1I/O 分配10 4.2 工业机械手接线图.11 第五章 机械手臂的软件部分12 5.1 工业机械手流程图.12 5.2 工业机械手梯形图.13 5.3 工业机械手助记符.14 总结15 参考文献161前前 言言可编程控制器是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。经过 30 多年的发展，在工业生产中获得极其广泛的应用。目前，可编程控制器成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置之一，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。由于早期的可编程控制器主
5、要是用来替代接触器继电器控制系统，因此功能较为简单，只能进行开关量逻辑控制，称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，20 世纪 70 年代后期微处理器被用作可编程控制器的中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），从而大大扩展了可编程控制器的功能，除了进行开关量逻辑控制外，还具有模型控制、高速计数、PID 回路调节、远程 I/O 和网络通信等许多功能。1980 年，美国电器制造商协会正式将其命名为可编程控制器（Programmable Logic Controller，P
6、LC）。2第一章第一章 工业机械手的意义工业机械手的意义工业机械手的意义如下：1 1、以提高生产过程中的自动化程度2 2、以改善劳动条件，避免人身事故3 3、可以减轻人力，并便于有节奏的生产综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。 机械手臂是具有模仿人类手臂功能并可完成各种作业的自动化设备，这种机器人系统有多关节连结并允许在平面或三度空间进行运动或使用线性位移动。构造上由机械主体、控制器、伺服机构和感应器所组成，可以根据产品的不同设置一定的指定动作。机器人的运作由电动机驱动移动一只手臂，张开或关闭一个夹子的动作，并精确的回馈至可编程逻辑的控制器。这种自动装置机械手，以完成“腕部以
7、及手部”的动作为主要素求，可以由熟练的操作者将作业顺序输入后，就能依样照作并且反复完成无数次的的正确规律运作。也就是说在经过最初的调试后，有不换产品的情况下，机械手可以一直不停的工作。3第二章第二章 工业机械手的用途和现状工业机械手的用途和现状2.12.1 工业机械手的用途工业机械手的用途用机械手不仅可以提高产品质量，更可以节省人工，提高生产效率，而且在有些人不能使用人工的作业环境下工业机器人就能帮作业。当人还有很多方面是我们必须使用机械手来帮我们完成的， 安全性高。使用人手进和模内取产品，如果注塑机故障或误按键造成合模，有夹伤工人手之危险，使用机械手确保安全。节省人工。机械手取出产品放置在输
8、入带或承接台上，只需一人看管或一人同时看两台甚至更多台注塑机，可节省人工，做成自动流水线更能节省厂地，所这整厂规划更小更紧凑精致。提高效率和品质。如一成型周期为 30 秒，人工取出时间为 6 秒，机械手取出为 1.5秒的 15 千瓦的 120 吨注塑机，人工取出产品一个班 8 小时来计算可以成型 800 模，使用机械手可提高到 915 模，生产效率提高了 14%,8 小时注塑机用电量为 120 度(以千瓦每小时 1 度电计算)便用机械手后用电量节省 120*14%=17 度。延长注塑机的使用寿命。人员取出产品需要频繁的开关安全门，会造成注塑机某些部件寿命减短甚至于损坏，影响生产。使用机要手则不
9、需要频繁的开关安全门。降低产品不良率。刚成型产品还有未完全冷确，存在余温人手取出会造成手痕且人工取出用力不均取出产品存在不均的变型。机械手采用无纹吸具抱具用力均匀使之产品质量大有提升。预防模具损坏。人员有时会忘了取出产品，合模会造成模具损坏，机械手若未取出产品，会自动报警停机，绝对不会伤到模具。节省原料，降低成本。人员取出时时间不定，会造成产品缩水、变型（料管若过火。需重新注塑会浪费原料）因机械手取出时间固定，所以品质稳定。节省人工。使用机械手，水口与产品可自动分开放置。不需要再挑选，可节省人工，若用随机粉碎自动抽到料桶内，可更节省时间和原料。优质客户也希望选择有机械手的注塑厂家合作，使用机械
10、手很大程度上克服了人工4的惰性可准确算出日产量与交期。使用机械手可增加企业的竟争力，更是一未来最大的趋势。市场是的焊机机器人多种多样，焊机产品没有 100 也有 50 之多，但是为什么 OTC焊机、OTC 机器人能够占领焊接市场，为众多商家购买使用，这和器独有的技术优势是分不开的。首先 OTC 机器人的控制箱，基于 OS 系统的机器人软件，可以在机器人控制箱内进行所有的有关操作，对各种应用功能都能适应。还有就是 PC 上的操作性能非常优良，保养工作也比较高效，同时利用先进的 PLC 功能。2 其次对于弧焊机器人机器人来说，装置更加优良a、电缆内藏机器人。由于同轴电缆内藏于机器人本体中，避免了与
11、工件及夹具的干涉。b、机器人 RS（回抽丝起弧）功能。使用机器人的自动化焊接生产线上影响生产性的一个重要现象是临时停止，而影响这一现象原因是起弧不良。而 OTC 机器人在使用伺服送丝装置时就开发了 RS 功能。c、焊接电源的控制。OTC 机器人在焊接电源上使用了CAN 通信技术，而 CAN 具有高反应性和高可靠性，且同时具有高耐温性和抗干扰性。最后，点焊机机器人利用 RH 的控制特性，具有以下的几个特点：掌握能量状态，减少点焊火花；即使使用已消耗的电极也能得到最佳的打点；能够减少由于间隙引起的打点不良；能够减少由于分流引起的打点不良；即使连续打点也没有不必要的电耗；由于连续打点的增加，延长了电
12、极修磨器的刀片的寿命。OTC 焊机、焊接机器人在市场上的应用非常广泛，这些都是与其优良的技术，先进的科技是分不开的，也是 OTC 机器人、OTC 焊机在市场上取得优良成绩的原因。2.22.2 工业机械手的现状工业机械手的现状机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动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，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。2.2.1 历史由来5它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于 20 世
13、纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是 1946 年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947 年开发了遥控机械手，1948 年又开发了机械式的主从机械手。机械手首先是从美国开始研制的。1954 年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现
14、机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是 1962 年美国 AMF 公司推出的“VERSTRAN”和 UNIMATION 公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动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，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。2.2.2 构成机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式
15、，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 23 个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或 dsp 等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。2.2.3 分类机械手的种类，按驱动方
16、式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制6和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手首先是从美国开始研制的。1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手。2.2.4 多关节机械手的优势多关节机械手的优点是:动作灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作.随着生产的需要，对多关节手臂的灵活性，定位精度及作业空间等提出越来越高的要求。多关节手臂也突破了传统的概念，其关节数量可以从三个到十几个甚至更多，其外形也不局限于象人的手臂，而根据不同
