机械手电气控制设计的毕业设计

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1、天津大学网络教育学院毕业设计（论文）任务书题目：机械手的设计完成期限： 2011年9月8日 至2011年11月10日学习中心东莞年级 2009年秋季专 业 机 械设计制造及其自动化 指 导教师姓名 学 号4目录摘要 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的特点和主要使用 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

2、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,运用使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

3、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、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：机械手；PLC；控制系统；FX2N-48MR机械手的设计第一章绪 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

4、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，以及要求精度较高的工作场合。1.1 机械手简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

5、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机械手的设计的简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

6、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一一机械手。和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。2.1机械手控制要求第二章机械手控制要求和总体设计该系统的控制方式由操作面板的转换开关箭头指向

7、的位置决定（参见图一）.原点XS7上升单步 x4回原点单周期X3X5左移X13自动 启动1油泵启/停XSB夹紧方式面X16由泵启动及停车：单按钮操作，压下油泵启/停按钮，油泵启动，再压一次，油泵1油停车2.机械手的SB3.手动和放松停止两种操作方式旷SB1SB、SE动工作方式不式能各手动按钮，作，限 其它的都要复位；分为手动和自动自动转换至甲力时夹紧要保持，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回原将物式、 械手包括以下动作:单步：选择单步方式，扌机械手移动动作输入/输出信号定关现它各个之间的互相转换，动转换到自动时，按下自动的任意按钮，机械手动作一个工步后自

8、动停止为一个工作周:原点次序減进择单周期紧升/下降右行行/降、松开、/松开均停止电磁阀 控制液压系统实现。启动x1左限位选择自动方式，按启动按钮，机械手周而复始动作， 在动作过程中, 图二机械手动作示意图按停止按钮，机械手不立即停止，而是等到当前工作周期结束后再停止左移y12下降y11原点I I右移y13|右限位x21上限位x22下降y11上限位x22下限位x23上升y2下限位x23上升y10夹紧y14放松y152.2 PLC的由来和定义可编程控制器(Programmable Controller)属于计算机家族中的一员，是为了工业 控制方面的使用而设计制造的。早期的可编程控制器被称为可编程逻

9、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，人们将微机的技术使用于这种装置中，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，专为在工业环境中使用而设计的。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

10、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，都按照方便和工业控制系统联成一 个整体，易于扩充其功能的原则设计。2.3 PLC的特点和主要使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。

11、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的使用逐渐广泛起来，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的使用面很广，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在国内外己广泛使用于钢铁、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。2.4机械手的总体设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

12、 图三所示），另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。第三章机械手的硬件和软件设计3.1PLC的I/O分配及PLC外围接线图I/O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PLC外围接线图停止回源点单歩单周期手动自动

13、上升下嘩左移Frr放松灣泵启/原点左卩艮位 右限位 上限使 下卩曼俚xl4Xs.5NylO6yllcomooV1231011=13slSal3L t11 1c cunJ UJ1LIsl4yl4xL5Z15ylG17coincoin2021x22y23com图三PLC的外围接线图3.2各种按钮选择及功能24V24V上升下降左移右務夹紧放松急停按钮采用带锁的，常闭触点，按下后旋转复位：手动/自动按钮采用旋扭，一 边常闭，一边常通；其余按钮均采用触点触发方式，按下即接通，松开即复位。在此系统中，共用勒4个限位开关：上升限位开关、下降限位开关、左限位开关和 右限位开关。限位开关主要是用来控制机械手在运动过程中的停止时刻和位置。(1) 上升限位开关。上升限位开关用于控制机械手在整体上升时的位置，防止机械手向上运动超出范围。事先在机械工作平台上方的合适位置上安装好限位开关，当机械手逐渐上升，直到接触到工作台上方的限位开关时，PLC控制机械手停止上升。(2) 下降限位开关。下降限位开关用于控制机械手在整体下降时的位置，防止机械手向下运动超出范围。事先在机械工作平台下方的合适位置上安装好限位开关，当机械手逐渐下降，直到接触到工作台下方的限位开关时，PLC控制机械手停止下降。(3)