機(jī)械手控制畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目錄摘要······························1一、設(shè)計(jì)任務(wù)···············

2、;···········2二、設(shè)計(jì)方案··························3三、PLC的編程與仿真·········

3、3;············6致謝······························8參考文獻(xiàn)······&#

4、183;·····················9附錄一（機(jī)械手電氣控制原理圖）附錄二（PLC外圍接線圖）附錄三（PLC梯形圖）摘要 機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)中常用的進(jìn)行水平垂直位移的機(jī)械設(shè)備，它的動作由氣缸驅(qū)動，氣缸又由相應(yīng)的電磁閥控制?？刂葡到y(tǒng)如采用傳統(tǒng)的繼電接觸控制，機(jī)械觸點(diǎn)多，接線復(fù)雜，因而控制裝置體積很大，并且故障率高，可靠性差，動作精確度低。PLC以中央處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)和

5、自動控制等先進(jìn)技術(shù)，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。使用PLC 的自動控制系統(tǒng)體積小，可靠性大大提高，故障率大大降低，動作精度高，因此該課題具有實(shí)際意義。通過設(shè)計(jì)，讓學(xué)生將所學(xué)的知識綜合運(yùn)用，了解本專業(yè)在社會中的一些應(yīng)用，提高學(xué)生專業(yè)外語水平，增加他們的見識，增強(qiáng)他們的動手能力、創(chuàng)新能力和綜合分析能力，學(xué)會專業(yè)軟件的應(yīng)用，能熟練的使用計(jì)算機(jī)，提高學(xué)生檢索資料的能力，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，為今后的學(xué)習(xí)生活打下良好的基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)通過PLC的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手的手動自動控制，機(jī)械手可以自動完成上下左右的循環(huán)動作，也可以手動控制機(jī)械手完成上下左右的動作，由于本人

6、能力有限，以下文章雖仔細(xì)整改數(shù)次，但也難免有不足之處，敬請審閱老師能夠批評指正！關(guān)鍵詞：PLC，機(jī)械手 一 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1、畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)：設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)，包括硬件電路和軟件編程。硬件電路主要由PLC，機(jī)械手，電機(jī)及其他相關(guān)部分構(gòu)成，軟件編程包括PLC流程圖，梯形圖和程序。 1.2、設(shè)計(jì)基本要求： 、技術(shù)要求：（1）設(shè)計(jì)方案可行； （2）機(jī)械手能進(jìn)行前后左右移動； （3）有半自動工作方式和手動工作方式，當(dāng)位于手動工作方式時(shí)，用按動按鈕去控制機(jī)械手動作；當(dāng)位于半自動工作方式時(shí)，在機(jī)械手處于原位情況下，按動起動按鈕，機(jī)械手就能自動完成一個(gè)循環(huán)過程并停在原位待命； （4）有能力的可以對系統(tǒng)進(jìn)行

7、仿真； （5）整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。 、文本要求：（1）論文結(jié)構(gòu)合理，條理分明；（2）電路圖繪制正確，排版美觀；（3）撰寫開題報(bào)告與調(diào)研報(bào)告，格式與要求要符合規(guī)定；（4） 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告，要求用打印稿，論文格式必須使用學(xué)校的統(tǒng)一模板。二 設(shè)計(jì)方案2.1、機(jī)械手簡介：械手是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機(jī)械手研究始于20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替

8、人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。機(jī)械手首先是從美國開始研制的，1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手，它的結(jié)構(gòu)是；機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的，隨著計(jì)算機(jī)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展,農(nóng)業(yè)機(jī)械將進(jìn)入高度自動化和智能化時(shí)期，機(jī)械手機(jī)器人的應(yīng)用可以提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,改善勞動條件,解決勞動力不足等問題.機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和

9、吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有24個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)、PLC或DSP等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。2.2、機(jī)械手控制系統(tǒng)原理：根據(jù)題目的控制要求，在PLC編程

10、之前首先做出電氣控制原理圖，然后以電氣控制原理圖為準(zhǔn)為PLC設(shè)計(jì)梯形圖。圖1即為機(jī)械手電氣控制原理圖(詳細(xì)見附錄一)。SBa為手動方式開關(guān)；SBb為自動方式開關(guān)；SBc為手動方式運(yùn)行開關(guān)；ST1、ST2、ST3、ST4分別為右方向、下方向、左方向、上方向限位開關(guān)；SB1、SB2、SB3、SB4、分別為機(jī)械手的手動方式右方向、下方向、左方向、上方向運(yùn)行開關(guān)。圖12.3、PLC簡介：PLC為 Programmable Logic Controller的縮寫，中文意思為可編程邏輯控制器，由美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）在1969年研制，它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類

11、可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。PLC主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，PLC已經(jīng)成為了工業(yè)生產(chǎn)必不可少的部分之一。PLC主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1） 功能完善，組合靈活，擴(kuò)展方便，實(shí)用性強(qiáng)?，F(xiàn)代P

12、LC所具有的功能及其各種擴(kuò)展單元、智能單元和特殊功能模塊，可以方便、靈活地組成不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。以開關(guān)量控制為其特長；也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。2（2） 使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。 PLC的運(yùn)用能夠做到在線修改程序，改變控制的方案而無需拆開機(jī)器設(shè)備。它能在不同環(huán)境下運(yùn)行，可靠性十分強(qiáng)悍。（3）安裝簡單，容易維修。PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O

13、端相連接，寫入程序即可運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。PLC還有強(qiáng)大的自檢功能，這為它的維修提供了方便。（4）抗干擾能力和可靠性能力都強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。隔離和濾波，是抗干擾的兩大主要措施。對PLC的內(nèi)部電源還采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保證供電質(zhì)量。另外使輸入/輸出接口電路的電源彼此獨(dú)立，以免電源之間的干擾。正確的選擇接地地點(diǎn)和完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。為適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，還采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)。通過以上措施，保證了PLC能在惡劣環(huán)境中可靠工作，使平均故障間隔時(shí)間長，故障修復(fù)時(shí)間短

14、。（5）環(huán)境要求低。PLC的技術(shù)條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠工作。這是PLC產(chǎn)品的市場生存價(jià)值。 （6）易學(xué)易用。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。PLC編程大多采用類似繼電器控制電路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識，因此，很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。2.4、PLC的選擇：根據(jù)機(jī)械手的電氣控制原理圖，整個(gè)控制輸入點(diǎn)為11個(gè)，輸出點(diǎn)也為11個(gè)，所以我選擇了歐姆龍CPM1A-30CDR-A型PLC即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的全部控制。三 PLC的編程與仿真 3.1、PLC編程軟件的選擇：本設(shè)

15、計(jì)所選用的PLC為歐姆龍CPM1A-30CDR-A型PLC，所以PLC編程軟件就選擇了歐姆龍CPM1A系列專用的編程軟件CX-Programmer7.1。3.2、 繪制PLC梯形圖：在做PLC仿真之前，我先將機(jī)械手電氣控制原理圖手工轉(zhuǎn)換為PLC梯形圖，即對原理圖上的每一個(gè)開關(guān)和線圈進(jìn)行初步編號，然后根據(jù)編號進(jìn)行PLC梯形圖的繪制。在這里，開關(guān)0.00為復(fù)位鍵，線圈10.00為復(fù)位線圈；0.01為自動方式開關(guān)，10.01為自動方式的開關(guān)；0.02為手動方式的開關(guān)，10.02為手動方式的線圈；0.03為自動方式運(yùn)行開關(guān)，10.03為機(jī)械手向右移動線圈，TIM000代替右方向限位開關(guān)（由于沒有機(jī)械手

16、實(shí)物，所以就沒有辦法觸動限位開關(guān)，為了完成仿真所以用時(shí)間繼電器替代）；10.04為機(jī)械手向下移動線圈，TIM001為下方向限位開關(guān)；10.05為機(jī)械手向左移動線圈，TIM002代替左方向限位開關(guān)；10.06為向上移動線圈，TIM003代替上方向限位開關(guān)；0.04為機(jī)械手向右移動點(diǎn)動開關(guān)，11.00為機(jī)械手向右移動線圈；0.05為機(jī)械手向下移動點(diǎn)動開關(guān)，11.01為機(jī)械手向下移動線圈；0.06為機(jī)械手向左移動點(diǎn)動開關(guān)，11.02為機(jī)械手向左移動線圈；0.07為機(jī)械手向上移動點(diǎn)動開關(guān)，11.02為機(jī)械手向上移動線圈；完成之后見圖2（詳細(xì)見附錄二）。3.3、PLC仿真過程： 梯形圖完成之后，首先按C

17、trl+F7編譯，發(fā)現(xiàn)無錯(cuò)誤，然后按Ctrl+W在線工作，連接PLC實(shí)驗(yàn)箱之后按Ctrl+T把程序傳送到PLC，再按Ctrl+4，是PLC進(jìn)入運(yùn)行模式。 PLC試驗(yàn)箱上的0號按鍵為復(fù)位鍵，1號按鍵為自動方式開關(guān)，2號按鍵為手動方式開關(guān)，3號按鍵為自動方式運(yùn)行開關(guān)， 4號按鍵為機(jī)械手向右移動點(diǎn)動開關(guān)， 5號按鍵為機(jī)械手向下移動點(diǎn)動開關(guān)， 6號按鍵為機(jī)械手向左移動點(diǎn)動開關(guān)， 7號按鍵為機(jī)械手向上移動點(diǎn)動開關(guān)。 在仿真之前首先按0號復(fù)位鍵，然后按1號鍵選擇自動運(yùn)行方式，再按3號鍵運(yùn)行自動方式，可見PLC的控制線圈指示燈依次亮起。再按復(fù)位鍵復(fù)位，然后按2號鍵選擇手動運(yùn)行方式，4號、5號、6號、7號鍵依

18、次為機(jī)械手的點(diǎn)動控制，按下按鍵是會看見PLC的線圈指示燈亮起。圖23.4、PLC程序：LD 0.00OUT 10.00LD 0.01OR 10.01ANDNOT 10.02ANDNOT 10.00OUT 10.01LD 0.02OR 10.02ANDNOT 10.01ANDNOT 10.00OUT 10.02LD 10.01OUT TR0LD 0.03OR 10.03ANDLDANDNOT TIM000OUT 10.03TIM 000 #20LD TR0LD TIM000OR 10.04ANDLDANDNOT TIM001OUT 10.04TIM 001 #20LD TR0LD TIM001OR 10.05ANDLDANDNOT TIM002OUT 10.05TI