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1、摘 要随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。搬运机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，本文介绍的是机械手模型基于PLC的控制系统设计。在设计中，通过对机械手手部结构的设计，臂部结构的设计，以及液压系统的设计，完成了搬运机械手的系统结构设计。在PLC控制系统设计中，首先，对可编程序控制器进行相应的介绍，选择了PLC的型号。然后，通过对机械手的各功能实现形式和
2、控制方式的研究，给出了各部分的实现方案并确定了控制系统的器材。最后，进行PLC控制系统的硬件结构和软件程序设计。关键词：搬运机械手；结构设计；液压系统；PLC控制IABSTRACTWith the popularization and development of industrial automation, control demand increased year by year, carrying manipulator application also gradually popular, mainly in the automotive, electronics, machinery
3、, food, medicine and other fields of production lines or cargo transport, can be better to save energy and improve the efficiency of transport equipment or products, in order to reduce other handling the limitation and inadequacy, meet the needs of modern economic development.Manipulator is a kind o
4、f automatic positioning control and can be programmed to change the multi-function machines, this paper introduces the mechanical hand model the control system design based on PLC. In the design, through the mechanical hand arm structure design, structure design, and the design of the hydraulic syst
5、em, completed the manipulator system structure design. In the design of PLC control system, first of all, to the programmable controller to carry out the corresponding introduction, selection of PLC models. Then, through the mechanical hand function implementation and Research on the control mode, d
6、iscussed some of the implementation scheme and the control system equipment. Finally, the PLC control system hardware structure and the software design.Key words：manipulator；structure design ；hydraulic system ；PLC control III目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1设计背景11.2机械手简介11.2.1机械手的发展概况11.2.2机械手的应用意义21.2.3搬运机
7、械手的应用简况31.2.4机械手的发展趋势41.3 PLC概况及在机械手中的应用41.4 设计目的61.5设计原则61.6 本设计的主要内容72.搬运机械手的整体设计82.1执行机构82.2驱动系统92.3 控制系统92.4 位置检测装置93 手部结构103.1 概述103.2 设计时应考虑的几个问题103.3 驱动力的计算103.4 两支点回转式钳爪的定位误差的分析123.5 手抓加持范围计算124臂部的设计144.1 臂部设计的基本要求144.2 手臂的典型机构以及结构的选择154.2.1 手臂的典型运动机构154.2.2 手臂运动机构的选择154.3 手臂直线运动的驱动力计算154.3.
8、1 手臂摩擦力的分析与计算154.3.2 手臂惯性力的计算164.3.3 密封装置的摩擦阻力175 臂部运动驱动力计算185.1 臂垂直升降运动驱动力的计算185.2 手臂回转运动195.3 臂水平伸缩运动驱动力的计算196 液压系统的设计216.1 液压系统简介216.2 液压系统的组成216.3 机械手液压系统的控制回路216.3.1 压力控制回路216.3.2 速度控制回路226.3.3 方向控制回路236.4 机械手的液压传动系统236.4.1 上料机械手的动作顺序236.4.2 自动上料机械手液压系统原理236.5 机械手液压系统的简单计算266.5.1 双作用单杆活塞油缸266.5
9、.2 无杆活塞油缸287 PLC控制回路的设计307.1 机械手工作流程307.2 电磁铁动作顺307.3 器件分配317.4 PLC梯形图PLC指令表327.5 PLC指令表33结 论35致 谢36参考文献37毕业设计（论文）1 绪论1.1设计背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、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。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的
10、工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ，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，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的
11、研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。1.2机械手简介1.2.1机械手的发展概况(1)机械手的发展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快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进
12、了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。早在40年代，随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。5060年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。6070年代，又相继把通用机械手用于
13、汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。80-90年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。总之，目前机械手的主要经历分为三代：第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，
14、把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。（2）液压机械手液压传动机械手是以压缩液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，液压动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于
15、高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。液压技术有以下优点: 1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击； 2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速； 3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换； 4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制； 5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长； 6）操纵控制简便，自动化程度高； 7）容易实现过载保护。1.2.2机械手的应用意义在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：（1）可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，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。（2）可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作
