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1、浙江广厦建设职业技术学院课程设计浙江广厦建设职业技术学院电气自动化技术专业毕业论文论文题名：金属搬运机械手学生姓名：王伟松学 号：0220100225指导教师：吴丽丽专 业：电气自动化年 级：G10电气（2）班摘 要机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可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，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬
2、件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。本设计的机械手用于金属加工的生产线上。关键词: 机械手，气动控制，s7-226 摘 要3前言4课题背景与现实意义4一 气动机械手的操作要求及功能51.1操作要求512机械手的功能及原理5二 机械手62.2
3、机械手简介72.3机械手的选择7三 机械手硬件设计73.1 PLC73.1.1 PLC简介73.1.2 PLC的结构及基本配置83.2 plc的选择83.3 机械手的电机选择93.4 机械手驱动的选择9四 机械手软件设计1041 编程设计1042 主程序1243自动运行自子程序1344 手动运行子程序15心得体会15参考文献16 前言机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。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，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转
4、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 键参数越多、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。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、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和连续轨迹控制机械手等课题背景与现实意义随着人类的发展、文明的进步，工业正不断发展着，需要人们完成的工作量也不断增大（尤其是那种重复性大的工作，像传运货物），涉及到危险性
5、的工作也日趋增多，机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，从而节省人的劳动，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单。编程简单、使用、维护方便；组合方便、功能强、应用范围广；体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合，本设计正是以PLC控制为基础从而实现机械手的各种动。：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。一 气动机械手的操作要求及功能1.1操作要求a.在传送带的
6、A端，暗转光电开关PS，用来检测是否有工件。检测到工件后可进行下一步的操作。b.机械手在原点时，接通启动按钮，A开始运转，光电开关检测到物品后，传送带A停止运转.c.传送带A停止后，机械手进行工作，将工件由A搬运到传送带B。d.机械手返回原点后，自动在启动传送带A，进行下一组工作。e.按下停止按钮后，机械手全部完成本次的操作后返回原点，停止工作。f.机械手的上移、下移、左移、右移均由一个两位双电控的电磁阀控制。夹紧、放松工作由一个单电控电磁阀控制12机械手的功能及原理简易物料搬运机械手工艺流程如下图所示。该机械手是一个可水平和垂直移动的机械装置。其操作是将工件从左传送带A搬运到有传送带B。用光
7、耦合VLC检测传送带上是否有工件。机械手气缸驱动而工作，气缸由电磁阀控制。垂直运动和水平运动各由一个两位双电控的电磁阀控制，对工件的夹紧和放松由一个单电控电磁阀控制。机械手最先为于原点位置，每次循环均有此开始。当机械手在原点时，穷传送带A，当光电开关检测到共建后，A停止工作。建议机械手工艺操作过程如下所述。机械手自动运行过程：a. 检测工件：光点开关检测传送带A上有无工件。b. 机械手下移：如果检测到工件，则机械手从原点下移，直到下移位置开关。c. 机械手夹紧工件：接通夹紧电磁阀，机械手将工件夹紧。d. 机械手上移：为保证公斤被夹紧，加紧电磁阀持续工作五秒后在接通上移电磁阀使机械手上移。e.
8、机械手右移：机械手上移到上移位置开关，接通右移电磁阀，机械手夹着工件向右移动。f. 机械手下移：当机械手右移到位时，机械手就开始下降，下降到位时，碰到下限开关，机械手停止下降，同时释放加紧电磁阀。g. 放置工件：放松动作作为时间控制，持续2S。h. 机械手上移：工件放松动作完成后，机械手开始上升，上升到位，碰到上限开关停止上移并接通左移电磁阀。i. 机械手左移：机械手上移移到位后，开始左移，碰到左限开关后停止移动。j. 机械手返回原点：机械手左移到限位后，即回到原点，可以开始下一次工作了。（2）机械手单周期运行；单周期运行是指按下启动按钮后，机械手从原点开始运动，完成上述aj工作后停止运行。（
9、3）机械手手动运行：手动运行是指机械手的各个运行过程，均通过手动操作按钮来控制.1.3 机械手的流程图简易机械手工作流程图二 机械手2.1 设计目标. 抓重:70Kg (夹持式手部)2、座标型式:圆柱座标3、最大工作半径:1600mm4、手臂最大中心高:1492mm5、手臂运动参数伸缩行程：1200mm伸缩速度：93mm/s升降行程：300mm升降速度：77mm/s2.2机械手简介1执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需
10、要做成移动。2传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。3.控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。2.3机械手的选择本设计的机械手有2个自由度。手抓采用夹持型。由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性能可靠。并且根据要求，本设计的是气动机械式三 机械手硬件设计
11、3.1 PLC3.1.1 PLC简介可编程控制器（简称PLC）：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。3.1.2 PLC的结构及基本配置一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然
12、按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。CPU：PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 存储器：可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。I/
13、O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的。电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。PLC 的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类1. 编程设备2. 监控设备3. 存储设备. 4. 输入输出设备3.2 plc的选择。简单机械手搬运控制系统有水平运动和垂直运动，还有夹紧的运动。根据已知的控制有求，进行如下的操作分析。输入
14、继电器16个：输出继电器6个：由于市场的需求和西门子PLC的广泛应用所以本设计选取的是S7-266.S7-200系列是一类可编程逻辑控制器（Micro PLC）。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。S7-266 CPU模块包括一个中央处理器单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中3.3 机械手的电机选择（1）直流电机的特点：易调速，转矩比较大，维修简单方便 缺点：制造比较贵，有碳刷。有明显的火花。寿命比较短，并且噪音比较大。（2）交流电机：制造便宜，现在随着变频技术的发展，特别是矢量变频技术的发展，已经可以模拟成直流电机。、结合本设计的要求，所以本设计选用交流电动机 。3.4 机械手驱动的选择气动伺服控制技术作为自动控制手段，在众多工业领域中已经获得成功得了应用。气动系统有着速度快、结构简单、成本低、有较高的重复定位精度，还有着安全，环保的特点。所以本设计采用气动驱动传动方式。3.5 系统流程动作周期框图36 I/O口的分配 编程元件I/O端子电路元件作用编程元件I/O端子电路元件作用输入继电器I0.0SB1自动启动
