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1、河北农业大学机电学院毕业论文题 目：基于PLC的四自由度机械的手控制系统 基于PLC的四自由度机械手控制系统摘要 可编程序控制器（Programmable controller）简称PLC，由于PLC的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，所以PLC的应用领域在迅速扩大。对早期的PLC，凡是有继电器的地方，都可采用。而对当今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不段增强，所以，目前PLC在国内外已被广泛应用于各个行业。本文介绍的机械手是由PLC输出多路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动
2、开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC主机，通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。关键词：机械手 PLC AbstractProgrammable is referred as to the PLC. With the high reliability, adaptability in environment and flexibility, the PLC is widely used
3、 and expanding in the fields of application. Where there need control systems, the PLC can be used. Especially in recent years, the low cost, increased feature without enhancement, therefore, he current PLC has been widely used in various industries inland and abroad. This paper presents a manipulat
4、or by several PLC output pulses, driving horizontal, the vertical axis transducer, controlling manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, micro-switches position signal transmission which send message to PLC. Location signal is to be the feedback from switching from the mainfram
5、e to the PLC. With the exchange of Motor reversion to control the open and join of the manipulator, accurate manipulator movement functions can be realized. The topic is to develop the manipulator grasping objects in space, moving flexibly. Whats more, it can replace the artificial to conducted oper
6、ations in heat and dangerous zones. According to the workpiece， we can change the work process and change the relevant parameters if the requirements need. Key Words: Manipulator PLC control 2目 录1 绪论41.1现状41.2机械手的发展概况41.3 PLC的发展概况51.4 PLC的定义61.5 PLC的特点71.6 PLC的工作原理71.7本课题的目的和意义102系统结构的确定112.1工业机械手概述
7、112.2机械手设计112.2.1机械手组成1122.2机械手参数132.3四自由度机械手的结构及动作过程142.4控制器件选型152.4.1步进电机152.4.2步进电机驱动器162.4.3 直流电机182.4.4旋转编码器：182.4.5 PLC的选型193控制系统的设计203.1 系统设计的基本步骤203.2 控制系统的要求213.3 系统及原理 图3-2213.4 系统接线图223.4.1 I/O口接线图223.4.2 PLC控制的安装与布线233.4.3机械手控制系统的外部接线253.5 PLC程序设计263.5.1编程指令的选择263.5.2 PLC程序设计流程263.5.3编写程
8、序303.5.4 梯形图程序303.5.5机械手控制程序的调试304结束语30参考文献30致 谢311 绪论1.1现状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，
9、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
10、义的。1.2机械手的发展概况机械手一般为三类：一是不需要人工控制的通用型机械手。它是不属于其他主机的独立装置。可以根据任务需要编制独立程序完成各项规定操作。它的特点是具备不同装置的性能之外还具备通用机械及记忆功能的三元型机械。二是需要人工操作的，起源于原子，军事工业。先是通过操作完成特定工序，后来逐步发展到无线遥控操作。第三类是专用机械手，通常依附于自动生产线上，用于机床的上下料和装卸工件。这种机械手国外叫做“Mechanical Hand”。它由主机驱动来服务，工作程序固定，一半是专用的。机械手首先是在美国开始研制。第一台机械手是在1958年美国联合控制公司研究制作出来的。结构是：主机安装一
11、个回转长臂，长臂顶端有电磁 抓放机构。日本在工业上应用机械手最多，发展最快的国家，自1969年从美国引进两种机械手后开始大力研发机械手。前苏联自六十年代开始发展和应用，自1977年，前苏联使用的机械手一半来自国产一半来自进口。现代工业中，自动化在生产过程中已日趋突出，机械手就是在机械工业中为实现加工、装配、搬运等工序的自动化而产生的。随着工业自动化的发展，机械手的出现大大减轻了人类的劳动，提高了生产效率。采用机械手已为目前研究的热重点。目前机械手在工业上主要用于机床加工、铸造，热处理等方面，但是还不能够满足现代工业发展的需求。1.3PLC的发展概况机械手一般为三类：一是不需要人工控制的通用型机
12、械手。它是不属于其他主机的独立装置。可以根据任务需要编制独立程序完成各项规定操作。它的特点是具备不同装置的性能之外还具备通用机械及记忆功能的三元型机械。二是需要人工操作的，起源于原子，军事工业。先是通过操作完成特定工序，后来逐步发展到无线遥控操作。第三类是专用机械手，通常依附于自动生产线上，用于机床的上下料和装卸工件。这种机械手国外叫做“Mechanical Hand”。它由主机驱动来服务，工作程序固定，一半是专用的。机械手首先是在美国开始研制。第一台机械手是在1958年美国联合控制公司研究制作出来的。结构是：主机安装一个回转长臂，长臂顶端有电磁 抓放机构。日本在工业上应用机械手最多，发展最快
13、的国家，自1969年从美国引进两种机械手后开始大力研发机械手。前苏联自六十年代开始发展和应用，自1977年，前苏联使用的机械手一半来自国产一半来自进口。现代工业中，自动化在生产过程中已日趋突出，机械手就是在机械工业中为实现加工、装配、搬运等工序的自动化而产生的。随着工业自动化的发展，机械手的出现大大减轻了人类的劳动，提高了生产效率。采用机械手已为目前研究的热重点。目前机械手在工业上主要用于机床加工、铸造，热处理等方面，但是还不能够满足现代工业发展的需求。PLC 是在激烈的市场竞争中产生的，20 世纪60 年代末，美国汽车制造业竞争激 烈。为适应生产工艺不断更新的需要，美国通用汽车公司（GM）对
14、控制系统提出要 求为：（1）能替代各种继电器、定时器、接触器及其主令电器等按一定的逻辑关系 用导线连接起来的控制系统，既传统的继电接触器控制，它简单易懂，价格低廉， 能够满足生产工艺改动频繁的需要；（2）编程简单；（3）模块式结构；输入、输出 电压是交流115V（美国标准），输出能直接驱动继电器和电磁阀；（4）抗电磁干扰强；（5）具有数据通信功能。就是把继电器控制的优点与计算机的功能齐全、灵 活性、通用性强的特点结合起来，用计算机的编程软件逻辑易于修改来代替继电 接触器控制的硬接线逻辑不易修改。美国数字设备公司（DEC）在 1969 年根据上述 要求，研制出世界上首台可编程控制器，并在美国通用
15、汽车公司的汽车装配线上应 用成功，实现装配线的自动控制。1.4 PLC的定义PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国 电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年 的调查工作，于1984 年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给 PC 作了如下定义： “PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执 行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块， 以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC 之功能被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了 PLC 标准的草案第一稿，第二稿,并在 1987 年2 月通过了对它的定义：“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
