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1、XXX学院毕业论文设计题 目： 工业机械手的PLC控制姓 名： 微小侯 单 位： XXX 学院 指导教师： 2012年 7月 3日设计任务书设计一个工业机械手的PLC控制系统。工业机械手工作示意图如下图所示，其任务是将传送带A的物品搬到传送带B上。设计要求1、机械手的原位是在传送带B上，开始工作时（按启动按钮），先是手臂上升到上限位时，上升限位开关LS4闭合，手臂左旋；左旋到位时，左旋限位开关LS2闭合，手臂下降；到下限位时，下降限位开关LS5闭合，传送带A运行。当光电开关PSl检测到物品已进入手指范围时，传送带A停止。手指抓物品。当物品抓紧时，抓紧压力开关LS1动作，手臂上升；到上限位时，上
2、升限位开关LS4闭合，手臂右旋；右旋到位时，右旋限位开关LS3闭合，手臂下降；下降到下限位时，下降限位开关LS5闭合。手指放松，物品被放到传送带B上。延时2S后，一个循环结束，再自动重复。按停车按钮后完成当前循环后停止运行。按紧急停车按钮后立即在当前位置停车。按启动按钮后若机械手不在初始位置，应首先返回初始位置（LS3，LS5闭合）。2、根据设计要求分析所要做的主要工作，应采用的PLC的基本要求。设计I/O分配表，编制程序，画出梯形图。然后画出电路接线图、原理图3、详细分析系统工作原理，说明梯形图中每一个触点和线圈的作用，以及整个控制系统的工作原理。结束语（设计小结、存在问题、意见建议等）。4
3、、论文使用A4纸打印。页面设置为左边距2.5厘米，其他三边边距均为2厘米，装订线0厘米。行距为多倍行距，设置值1.25。采用三级标题即：标题1二号字，标题2三号字，标题3小四号字。文字部分中文用宋体，英文用Times New Roman字号均为小四。图表全部居中，版式设置为上下型，并应有标号和说明（如：图1-1 主电路电气原理图）。摘 要随着社会市场经济的不断繁荣和发展，工业自动化的进程正在飞速发展。传统手工、半手工工艺加工，已经远远满足不了当代社会发展。各企业为了提高生产效益，赚的最大利润，纷纷改造车间，装配自动化生产线，机械手作为工业自动化生产中一个重要环节，越来越多的被人民重视，利用机械
4、手可以完成某些人类无法完成的动作，从而大大提高生产的安全性和可靠性的同时生产效益也得到提高，本文就是介绍如何利用PLC编程来实现这一目的。关键词：机械手、控制、PLC目 录第一章 机械手的发展与分类21.1 概述21.2 机械手的分类及工作原理31.3 机械手的组成部件5第二章 工业机械手设计方案92.1机械手设计程序92.2机械手PLC控制系统的组成102.3机械手的性能分析12第三章 可编程控制器的结构与工作原理143.1 PLC的结构143.2可编程控制器的基本结构143.3开关量I/0模块163.4可编程控制器的工作原理163.5 西门子S7-200CN系列特点17第四章 PLC控制程
5、序设计194.1I/O分配194.2 顺序控制法204.3 PLC设计梯形图20设计总结25参考文献29致谢30附录一 .第一章 机械手的发展与分类1.1概述机械手的定义及其应用领域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。机械手的发展史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世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年
6、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
7、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”。机械手的应用优势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。1.2机械手的分类及工作原理机械手的分类比较复杂，一般从不同的角度进行分类:a.按抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。b. 按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手
8、；c. 按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；d. 按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手的工作原理概述运动机构，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
9、片机或sp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。1.2机械手的组成部件工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。A. 执行机构（1）手部 既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。 （2）腕部 是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强
10、。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。 目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。 （3）臂部 手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。 臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的
11、姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。 手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。 （4）行走机构 有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。 B. 驱动机构驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱
12、动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。C. 控制系统分类在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。第二章 工业机械手设计方案PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与
13、装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。 2.1工业机械手设计程序目前，工业机械手在我国迅速的发展，在一定程度上占有很大的市场。而在今天选择控制机械手运动的设备已经从传统的继电器接触器转变成可编程序控制器（PLC）。可编程序控制器（PLC）与其他计算机控制相比较：个人计算机有很强的数据处理功能和图形显示功
14、能，有丰富的软件支持，但是它们是为办公室自动化和家庭设计的，对环境要求很高，抗干扰能力不强，一般不适合在工业现场使用。单片机只是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制，还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大，要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践经验。工业控制计算机（简称工控机）也是为工业控制设计的，目前比较流行的是PC总线工控机，它与个人计算机兼容。工控机采用总线式结构，各厂家产品的兼容性强。工控机一般是在通用微机的基础上发展起来的，有实时操作系统的支持，因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域占有优势。工控机的
15、价格较高，将它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。工控机的外部I/O接线一般都用多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如可编程序控制器的接线端子那样方便可靠。以上各种计算机用语控制的程序一般都是用汇编语言编写的，不像可编程续控制器的梯形图语言那样易于被工厂的电气人员掌握。可编程序控制器是专为工厂现场应用环境设计的，结构上采取整体密封或插件组合型，对印刷电路板、电源、机架、插座的制造和安装，均采用了严密的措施。可编程序控制器由于具有前述的各种优点，在工业控制领域具有不可比拟的竞争力。当然在机械手的控制领域也具有重要的地位，把可编程序控制器用于电梯运动的核心部分是很合理的选择
