工業(yè)機械手控制課程設計

1、-學院PLC控制課程設計題 目:工業(yè)機械手控制 專 業(yè)：機電一體化技術 班 級：機電 班 學 號：姓 名： 指導老師：2015 年 月 日摘要可編程邏輯控制器PLC于70年代產生于美國。1969年，美國數字設備公司(BEC公司)，研制出了第一臺可編程控制器PDP-14,在美國通用公司的生產線上試用成功，并取得了滿意的結果，可編程控制器由此產生?？删幊炭刂破髯詥柺酪詠恚l(fā)展極為迅速。1971年，日本開始生產可編程控制器，1973年，歐洲開始生產可編程控制器。到現在世界各國的一些著名電器工廠幾乎都在生產可編程控制器裝置，可編制控制器已作為一個獨立的工業(yè)設備被列入生產中，成為當代電控裝置的主導。早期

2、的可編程控制器主要有分立元件和小規(guī)模集成電路組成，它采用了一些計算機技術，但簡化了計算機的內部電路，對工業(yè)現場環(huán)境適應性較好，指令系統(tǒng)簡單一般只具有邏輯運算的功能。隨著微電子技術和集成電路的發(fā)展，特別是微處理器和計算器的迅速發(fā)展，在20世紀70年代中期，美日 德等國的一些廠家在可編程控制器中開始更多的引入微機技術，微處理器及其他大規(guī)模集成 電路芯片成為其核心部件，使可編程控制器的性能價格比產生了新的突破?，F在的可編程控制器都采用了微處理器（CPU),只讀存儲器（ROM）隨機處理器（RAM）或是單片機作為作為其核心。近來，可編程控制器的發(fā)展更為迅猛，更新?lián)Q代周期大約為3年左右，其結構不斷改進，功

3、能日益增強，性能價格比越來越高。展望未來，可編程控制器在規(guī)模和功能上將向兩大方向發(fā)展一方面大型可編程控制器不斷高速，大容量和高功能方向發(fā)展。另一方面，發(fā)展簡易經濟的超小型可編程控制器，以適應單機控制，小型自動化的需要。關鍵詞：集成電路、單片機、自動化目錄前 言1第一章 工業(yè)機械手的意義2第二章 工業(yè)機械手的用途和現狀32.1 工業(yè)機械手的用途32.2 工業(yè)機械手的現狀4第三章 PLC的應用和任務分析83.1 PLC應用83.2任務分析9第四章 機械手臂控制的硬件部分104.1I/O分配104.2工業(yè)機械手接線圖11第五章 機械手臂的軟件部分125.1工業(yè)機械手流程圖125.2工業(yè)機械手梯形圖1

4、35.3工業(yè)機械手助記符14總結15參考文獻16前 言可編程控制器是以微處理器為核心，綜合計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。經過30多年的發(fā)展，在工業(yè)生產中獲得極其廣泛的應用。目前，可編程控制器成為工業(yè)自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置之一，居工業(yè)生產自動化三大支柱（可編程控制器、機器人、計算機輔助設計與制造）的首位。由于早期的可編程控制器主要是用來替代接觸器繼電器控制系統(tǒng)，因此功能較為簡單，只能進行開關量邏輯控制，稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。隨著微電子技術、計算機技術和通信技術的發(fā)展，20

5、世紀70年代后期微處理器被用作可編程控制器的中央處理單元（Central Processing Unit，CPU），從而大大擴展了可編程控制器的功能，除了進行開關量邏輯控制外，還具有模型控制、高速計數、PID回路調節(jié)、遠程I/O和網絡通信等許多功能。1980年，美國電器制造商協(xié)會正式將其命名為可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。16第一章 工業(yè)機械手的意義工業(yè)機械手的意義如下：1、以提高生產過程中的自動化程度2、以改善勞動條件，避免人身事故3、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產   綜上所述，有效的應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必

6、然趨勢。 機械手臂是具有模仿人類手臂功能并可完成各種作業(yè)的自動化設備，這種機器人系統(tǒng)有多關節(jié)連結并允許在平面或三度空間進行運動或使用線性位移動。  構造上由機械主體、控制器、伺服機構和感應器所組成，可以根據產品的不同設置一定的指定動作。機器人的運作由電動機驅動移動一只手臂，張開或關閉一個夾子的動作，并精確的回饋至可編程邏輯的控制器。這種自動裝置機械手，以完成“腕部以及手部”的動作為主要素求，可以由熟練的操作者將作業(yè)順序輸入后，就能依樣照作并且反復完成無數次的的正確規(guī)律運作。也就是說在經過最初的調試后，有不換產品的情況下，機械手可以一直不停的工作。第二章 工業(yè)機械手的用途和現

7、狀2.1 工業(yè)機械手的用途用機械手不僅可以提高產品質量，更可以節(jié)省人工，提高生產效率，而且在有些人不能使用人工的作業(yè)環(huán)境下工業(yè)機器人就能幫作業(yè)。當人還有很多方面是我們必須使用機械手來幫我們完成的，        安全性高。使用人手進和模內取產品，如果注塑機故障或誤按鍵造成合模，有夾傷工人手之危險，使用機械手確保安全。  節(jié)省人工。機械手取出產品放置在輸入帶或承接臺上，只需一人看管或一人同時看兩臺甚至更多臺注塑機，可節(jié)省人工，做成自動流水線更能節(jié)省廠地，所這整廠規(guī)劃更小更緊湊精致。 &#

8、160;提高效率和品質。如一成型周期為30秒，人工取出時間為6秒，機械手取出為1.5秒的15千瓦的120噸注塑機，人工取出產品一個班8小時來計算可以成型800模，使用機械手可提高到915模，生產效率提高了14%,8小時注塑機用電量為120度(以千瓦每小時1度電計算)便用機械手后用電量節(jié)省120*14%=17度。  延長注塑機的使用壽命。人員取出產品需要頻繁的開關安全門，會造成注塑機某些部件壽命減短甚至于損壞，影響生產。使用機要手則不需要頻繁的開關安全門。  降低產品不良率。剛成型產品還有未完全冷確，存在余溫人手取出會造成手痕且人工取出用力不均取出產品存在

9、不均的變型。機械手采用無紋吸具抱具用力均勻使之產品質量大有提升。  預防模具損壞。人員有時會忘了取出產品，合模會造成模具損壞，機械手若未取出產品，會自動報警停機，絕對不會傷到模具。  節(jié)省原料，降低成本。人員取出時時間不定，會造成產品縮水、變型（料管若過火。需重新注塑會浪費原料）因機械手取出時間固定，所以品質穩(wěn)定。  節(jié)省人工。使用機械手，水口與產品可自動分開放置。不需要再挑選，可節(jié)省人工，若用隨機粉碎自動抽到料桶內，可更節(jié)省時間和原料。  優(yōu)質客戶也希望選擇有機械手的注塑廠家合作，使用機械手很大程度上克服了人工的

10、惰性可準確算出日產量與交期。使用機械手可增加企業(yè)的竟爭力，更是一未來最大的趨勢。  市場是的焊機機器人多種多樣，焊機產品沒有100也有50之多，但是為什么OTC焊機、OTC機器人能夠占領焊接市場，為眾多商家購買使用，這和器獨有的技術優(yōu)勢是分不開的。  首先OTC機器人的控制箱，基于OS系統(tǒng)的機器人軟件，可以在機器人控制箱內進行所有的有關操作，對各種應用功能都能適應。還有就是PC上的操作性能非常優(yōu)良，保養(yǎng)工作也比較高效，同時利用先進的PLC功能。2其次對于弧焊機器人機器人來說，裝置更加優(yōu)良a、電纜內藏機器人。由于同軸電纜內藏于機器人本體中，避免了與工件及夾具的干涉。

11、b、機器人RS（回抽絲起?。┕δ?。使用機器人的自動化焊接生產線上影響生產性的一個重要現象是臨時停止，而影響這一現象原因是起弧不良。而OTC機器人在使用伺服送絲裝置時就開發(fā)了RS功能。c、焊接電源的控制。OTC機器人在焊接電源上使用了CAN通信技術，而CAN具有高反應性和高可靠性，且同時具有高耐溫性和抗干擾性。最后，點焊機機器人利用RH的控制特性，具有以下的幾個特點：掌握能量狀態(tài)，減少點焊火花；即使使用已消耗的電極也能得到最佳的打點；能夠減少由于間隙引起的打點不良；能夠減少由于分流引起的打點不良；即使連續(xù)打點也沒有不必要的電耗；由于連續(xù)打點的增加，延長了電極修磨器的刀片的壽命。 

12、60; OTC焊機、焊接機器人在市場上的應用非常廣泛，這些都是與其優(yōu)良的技術，先進的科技是分不開的，也是OTC機器人、OTC焊機在市場上取得優(yōu)良成績的原因。2.2 工業(yè)機械手的現狀機械手是能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現的工業(yè)機器人，也是最早出現的現代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。2.2.1歷史由來它是在早期出現的古代機器人基礎上發(fā)展起來的，機械手研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術的發(fā)展，特別

13、是1946年第一臺數字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的進展，又為機器人的開發(fā)奠定了基礎。另一方面，核能技術的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機械手，1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手。機械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節(jié)，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人?，F有的機器人差不多都采用這種控制方式。195

14、8年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產品最早的實用機型（示教再現）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 2.2.2構成 機械手主要由手部、運動機構和控制系統(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)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動

15、）、移動或復合運動來實現規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有23個自由度。控制系統(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時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或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現所要功能。 2.2.3 分類 機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為

16、專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產能力，改善熱、累等勞動條件。機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械手。  2.2.4 多關節(jié)機械手的優(yōu)勢多關節(jié)機械手的優(yōu)點是:動作靈活、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近機座的工件，并能繞過機體和

17、工作機械之間的障礙物進行工作.隨著生產的需要，對多關節(jié)手臂的靈活性，定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。多關節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念，其關節(jié)數量可以從三個到十幾個甚至更多，其外形也不局限于象人的手臂，而根據不同的場合有所變化，多關節(jié)手臂的優(yōu)良性能是單關節(jié)機械手所不能比擬的。 2.2.5油田鉆柱操作機械手 本產品由山東科技大學研發(fā)而成，主要用于鉆井時的鉆桿、鉆鋌等的裝、卸工作。操作機械手設計有兩個，一個坐落在一層臺井口旁邊2米左右處，簡稱為下手；一個坐落在二層臺上的中心臺上，簡稱為上手。下手的腰部回轉角度120°，最大伸縮距離為5.7米，有5個運動關節(jié)，在手臂做伸縮運動時，手部保持

18、水平平動。上手的腰部回轉角度為310°，最大伸縮距離2800mm，上手有9個運動關節(jié)，手臂做伸縮運動時，手部保持水平平動。機械手采用手動比例閥控制下的液壓控制方式。機械手可以完成的操作對象參數為：鉆柱高30m；鉆桿重量為：40Kg/m，總重1200Kg；鉆鋌（七英寸直徑）重量為：180Kg/m，總重5400Kg。 2.2.6 硬臂式助力機械手 硬臂式助力機械手與氣動平衡吊和軟索式助力機械手一樣都具有全行程“漂浮”功能，區(qū)別是在有扭矩產生的情況下無法使用氣動平衡吊或是軟索式助力機械手，而必須選用硬臂式助力機械手。比如在工件重心遠離臂懸掛點，或是工件需要翻轉或傾斜情況下，必須選

19、用硬臂式助力機械手，還有在廠房高度有限情況下，可以選用硬臂式助力機械手。硬臂式助力機械手可以實現提升最大500Kg的工件，半徑最大可以達到3000mm，提升高度最大2500mm。根據起吊工件重量不同，應選擇符合最大工件重量的最小型號的機器，如果我們用最大負載200Kg的機械手來搬運30Kg的工件，那么操作性能肯定不好，感覺很笨重。配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個循環(huán)，同時會報警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。并設有安全系統(tǒng)，在搬運過程中或是工件沒有被放置在安全表面時，操作者不能釋放工件。上海永乾制造的助力機械手（含硬臂式、軟索式）還可以在用戶現場氣壓不足的

20、情況下，增加增壓泵，可以使設備運行更加平穩(wěn)。配合各種非標夾具，硬臂式助力機械手可以實現起吊各種形狀的工件。安裝形式可以是地面固定、懸掛固定或是導軌移動。2.2.7軟索式機械手軟索式機械手的功能與氣動平衡吊類似，具有全行程的“漂浮”功能，但是提升位移比氣動平衡吊要小，最大只有3000mm，而且最大負載只有450Kg。配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個循環(huán)，同時會報警，提醒操作者。配合各種非標夾具，軟索式助力機械手可以實現起吊各種形狀的工件。安裝形式可以固定地面或懸掛固定使用，不能使用導軌式。 2.2.8T型助力機械手  區(qū)別于硬臂式助力機械手的是T型助力機械手沒有雙關節(jié)機

21、械臂，它的前后左右位移靠導軌來實現。由于T型助力機械手沒有機械臂，因而它比硬臂式顯得小巧，更適合于操作空間狹小的場合。T型助力機械手的最大負載要比硬臂式小，只有200Kg，但提升高度可以根據客戶要求設計，而且搬運范圍要比硬臂式大的多。配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個循環(huán)，同時會報警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。并設有安全系統(tǒng)，在搬運過程中或是工件沒有被放置在安全表面時，操作者不能釋放工件。配合各種非標夾具，硬臂式助力機械手可以實現起吊各種形狀的工件。安裝形式為導軌移動。第三章 PLC的應用和任務分析3.1 PLC應用目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、

22、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：1.開關量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。2.工業(yè)過程控制在工業(yè)生產過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應的A/D和D/A轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的

23、應用。3.運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4.數據處理PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。數據處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5.通信及聯(lián)網 PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網絡的發(fā)展，現在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3.2任務分析 按下啟動按鈕，輸入繼電器X0接通。內部輔助繼

24、電器R1接通并自鎖，機械手開始工作。在R1接通瞬間，經上升沿微分，使R2接通一個掃描周期，執(zhí)行MV指令，將常數K1送入移位寄存器WR1。使R10=1，則R10的常開觸點閉合，輸出繼電器Y3接通，手臂上升。當手臂上升到上限為時，輸入繼電器X5接通，內部輔助繼電器R3接通，其常開觸點接在移位指令SR的CP端，使移位寄存器WR1中的各位左移1位，即R11接通，輸出繼電器Y1接通，手臂左旋。當手臂作旋到位時，輸入繼電器X3接通，內部輔助繼電器R3發(fā)一個移位脈沖，移位寄存器WR1左移1位。即R12接通，輸出繼電器Y4接通，手臂下降。當手臂降到下限位時。輸入繼電器X6接通，內部輔助繼電器R3發(fā)一個移位脈沖

25、，移位寄存器WR1左移1位，即R13接通，輸出繼電器Y0接通，傳送帶A運行。當光電開關檢測到物品時，輸入繼電器X7接通，內部輔助繼電器R3發(fā)一個移位脈沖，移位寄存器WR1左移1位，即R14接通，輸出繼電器Y5接通，手指抓緊。當物品已抓緊時，輸入繼電器Y2接通，內部輔助繼電器R3發(fā)一個移位脈沖，移位寄存器WR1左移1位，即R15接通，輸出繼電器Y3接通，手臂上升。當手臂上升到上限位時，輸入繼電器X5接通，內部輔助繼電器R3發(fā)一個移位脈沖，移位寄存器WR1左移1位，即R16接通，輸出繼電器Y2接通，手臂右旋。當手臂右旋到位時，輸入繼電器X4接通，內部輔助繼電器R3發(fā)一個移位脈沖，移位寄存器WR1左

26、移1位，即R17接通。輸出繼電器Y4接通，手臂下降，當手臂降到下限位時，輸入繼電器X6接通，內部輔助繼電器R3發(fā)一個移位脈沖，移位寄存器通道WR1左移1位，即R18接通，輸出繼電器Y6接通。第四章 機械手臂控制的硬件部分4.1I/O分配 機械手臂控制PLC輸入/輸出點分配如下（表1）：輸入電器輸入點輸出電器輸出點啟動按鈕X0輸送帶A驅動接觸器KMY0停止按鈕（常開）X1手臂左旋電磁閥YV1Y1手臂抓緊檢測開關LS1X2手臂右旋電磁閥YV2Y2手臂左旋檢測開關LS2X3手臂上升電磁閥YV3Y3手臂右旋檢測開關LS3X4手臂下降電磁閥YV4Y4手臂上升檢測開關LS4X5手臂抓緊電磁閥YV5Y5手臂下降檢測開關LS5X6手臂放松電磁閥YV6X6物品檢測光電開關PS1X7表1機械手臂控制PLC輸入/輸出點分配4.2工業(yè)機械手接線圖如下（圖1）：（圖1）第五章 機械手臂的軟件部分5.1工業(yè)機械手流程圖如下（圖2）：圖2工業(yè)機械手流程圖5.2工業(yè)機械手梯形圖如下（圖3）：圖3工業(yè)機械手梯形圖5.3工業(yè)機械手助記符如下（圖4）： 圖4工業(yè)機械手助記符總結通過這一次設計，讓我熟悉了PLC軟件的運作，對機械手的發(fā)展和運行有了很多認識。特別是驚嘆于多關節(jié)機械手的人性化控制。在裝配線上采用PLC控制