光源上泡机械手课程设计Word文档格式.docx

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械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。

机械手的使用能够显著的提高生产效率，减少人为因素造成的废次品率。

机械手可以完成很多工作，它在自动化车间中用来运送物料，从事多种工艺操作。

它的特点是通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器人的部分优点，尤其体现了人的灵活协调和机器人的精确到位。

随着科学技术的发展，人们对机械手的安全性，可靠性，准确性有了充分的认识，同时对其要求也越来越高。

可编程控制器凭其稳定性，简单性，强大性成为了目前应用最广的工业自动化支柱之一。

关键词：

数控；

自动装卸；

机械手；

PLC

Abstract（英文摘要）

Whenfacedwiththeworkofmancannotbeachievedwhentherobothasbecomeasubstituteartificialsubstitutes.Inindustrialproductionandotherareas,duetotheneedsofwork,oftenbyhightemperatures,corrosiveandtoxicgashazardsandotherfactors,anincreaseoflaborintensity,andevenlifecrisis.Manipulatorwasborninthisway,theindustrialrobotmanipulatorsystem,thetraditionaltaskofimplementingagencies,isoneofthekeycomponentsoftherobot.Theuseofmechanicalhandcansignificantlyimproveproductionefficiencyandreducewastecausedbyhumanfactorsdefectiverate.Robotscandoalotofwork,itisusedintheautomatedplantinthetransportationofmaterialsinavarietyofprocessoperation.Itischaracterizedbyavarietyofprogrammingtocompletethedesiredoperation,structureandperformanceinbothpartsoftherobotandtheadvantagesofflexibilityinparticular,whoembodiestheprecisecoordinationandplacerobot.

Withthedevelopmentofscienceandtechnology,peoplerobotsafety,reliability,accuracywithafullunderstanding,whilealsoincreasingtheirdemands.Programmablecontrollerbyvirtueoftheirstability,simplicity,robustnesshasbecomethemostwidelyusedoneofthepillarsofindustrialautomation.

KeyWords：

NC;

automaticloadingandunioading;

mechanicalhand;

第1章概述

1.1课题背景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，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义的。

1.2机械手背景介绍机械手一般为三类：

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“MechanicalHand”。

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。

1.3控制要求

在光源机械中，上泡机械手的功能是从间歇运转的上泡盘上抓取泡壳，并将其送到运转的封口机上。

为此上泡机械手在一个工作循环中需要完成上升、下降、左旋和右旋、抓泡与放泡等一系列动作。

在自动化生产线上，工作开始后，上泡机械手在一个工作循环中需要按顺序依次完成以下动作：

上升、左旋、下降、抓泡、上升、右旋、下降、放泡。

采用PLC实现机械手运动的自动控制，需要设置检测各步动作是否到位的传感器，并确定从一个工步到下一个工步的转步条件。

第2章硬件设计

2.1CPU224

选择西门子S7-200系列PLC作为多维机械手控制系统的控制主机。

在西门子S7-200系列PLC中有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等。

多维机械手控制系统总共有8个数字量输入，7个数字量输出，共需15个I/O口，根据I/O口数及程序容量，选择CPU224作为本控制系统的主机。

图2-1西门子CPU224的PLC

2.2各种限位开关

限位开关主要用来控制机械手在运动过程中的停止时刻和停止位置。

在多

维机械手控制系统中，共用了5个限位开关，即上升限位开关、下降限位开关、左旋限位开关、右旋限位开关、抓紧限位开关。

1）上升限位开关。

上升限位开关用于控制机械手在整体上升时的位置。

在机械工作平台上方的合适位置上安装好限位开关，然后当机械手上升到可以接触到上升限位开关时，PLC就控制机械手停止上升。

2）下降限位开关。

下降限位开关用于控制机械手在整体下降时的位置。

在机械工作平台下方的合适位置上安装好限位开关，然后当机械手下降到可以接触到下降限位开关时，PLC就控制机械手停止下降。

3）左旋限位开关。

左旋限位开关用于控制机械手手臂向左旋转时的定位。

在机械工作平台的合适位置上安装好限位开关，然后当机械手手臂向左旋转接触到左旋限位开关时，PLC就控制机械手停止向左运动。

4）右旋限位开关。

右旋限位开关用于控制机械手手臂向右旋转时的定位。

在机械工作平台的合适位置上安装好限位开关，然后当机械手手臂向右旋转接触到右旋限位开关时，PLC就控制机械手停止向右运动。

5）抓紧限位开关。

抓紧限位开关用于控制机械手手指在从传送带A上取物品时抓取物品的松紧程度。

在机械手的合适位置上安装好限位开

关，安装的根据是既要保证物品能够被机械手抓牢，又不能被抓的太紧而损坏物品本身。

当机械手手指抓紧接触到抓紧限位开关时，PLC

就控制机械手手指停止动作。

2.3光电开关

安装有光电开关。

光电开关主要是用来指示物品到达了合适机械手抓起的位置，这也是安装光电开关的依据，既要保证机械手能够抓起物品，又要使得机械手抓取物品时所受的力不至于过大。

2.4各种电磁阀

在机械手控制系统中，选择应用液压系统来驱动机械手。

而液压系统是由电磁阀来控制的，即PLC控制电磁阀，从而控制液压系统，再由液压系统来驱动机械手。

根据机械手不同的动作，主要有上升电磁阀、下降电磁阀、左旋电磁阀、右旋电磁阀、抓紧电磁阀、放开电磁阀。

2.5上泡盘电动机接触器

上泡盘不需要时刻连续的运转传送，并且它也不可能一直连续传送物品。

它是根据机械手的当前工作情况，由控制机械手的控制系统来一同控制上泡盘的工作与否，该在什么时候停止、启动。

因此，就必须要在上泡盘的电动机部分，安装一个可以控制电动机是否运转的接触器，再通过PLC来控制接触器，最后达

到控制目的。

2.6机械手控制系统硬件连接图

图2-2机械手控制系统硬件连接图

2.7PLC外部接线图

下夹上右左原

移紧移移移位

图2-3PLC外部接线图

第3章软件设计3.1系统的I/O分配

在上述详细分析的基础上，S7-200系列PLC系统的I/O分配见表3-1所示

表3-1S7-200系列PLC系统的I/O分配

输入设备

输入点编号

输出设备

输出点编号

上升限位开关SB1

I0.0

上升电磁阀

Q0.0

下降限位开关SB2

I0.1

下降电磁阀

Q0.1

左旋限位开关SB3

I0.2

左旋电磁阀

Q0.2

右旋限位开关SB4

I0.3

右旋电磁阀—

Q0.3

抓紧限位开关SB5

I0.4

抓紧电磁阀

Q0.4

光电开关SB6

I0.5

放开电磁阀

Q0.5

启动按钮SB7

I0.6

上泡盘接触器

Q0.6

停止按钮SB8

I0.7

3.2主程序流程图

根据机械手控制系统的工作过程，设计系统流程图如图3-1所示

＞上泡盘传送物品

抓泡

»

机械手臂上升

机械手下降

*机械手放泡

3.3主程序

第4章系统调试

4.1系统实际接线图

4.2PLC及机械手工作过程图及分析

图4.2所示的是没有给机械手启动信号时，机械处于原位的状态。

由

于机械手在停止状态时需完成一次循环动作后在按照PLC控制下回于原位

状态所以，上限位和左限位是PLC给机械手回原位状态所下的指令。

图4.3启动后机械手下移到下限位

图4.3是在按下启动按钮后，机械手根据PLC所给的下移指令开始下

移当达到下移下限位时，下限位灯亮起，机械手跟据PLC控制进行下一动

作。

图4.4是机械手在夹紧物品后，右移到右限位。

在PLC给出下移步控

制指令后机械手可以执行下移动作

心得体会

本次课设完成的光源机械上泡机械手的PLC控制，采用的是顺序功能图的程序编写方式，成功的完成了对机械手的控制要求。

在该程序中，在按下启动按钮后，机械手从原位开始动作，下移到下限位时，下限位开关工作，机械手执行夹紧动作，夹紧动作执行后，机械手开始上移，上移到上限位时，上限位开关工作，机械手右移，右移到右限位时，右限位开关工作，机械手下移，下移到下限位时，下限位开关工作，机械手执行放松动作，放松动作执行后，机械手开始上移，如果有停止信号的输入则，机械完成本次循环后回到原位，停止信号可以随时输入。

如果没有停止信号输入则继续循环。

对所设计内容、方法、通过本次的课程设计使我们学到了很很多知识，不仅使我们对PLC应用技术了解和理解更加加深了，而且也让我们学会了分析问题、解决问题的的方法，我了解了前机械手的工作原理，并进一步学习了控制系统的数学模型，系统的PLC控制，如何编写梯形图程序等方面的知识。

让我们学会了分析问题、解决问题的的方法巩固了所学的知识，学会了如何利用学校的资源。

学会了团队合作的精神以及刻苦专研的精神，学会一些课本没有提及到的东西。

加强了理论知识与实践统一的能力，加强了自己动手操作能力。

同时，也让我接触了很多书本之外的知识，大大地丰富了我的见闻，拓展了我的视野。

由于PLC应用技术适用于很多领域。

应用于各行各业，在做本次设计的同时也让我接触、学习了许多其他专业的领域知识，丰富了我的知识储备。

参考文献

[1]李国平编著，《基于PLC控制的气动机械手实验装置的研制[J]》，液压与气动，2003

[2]常晓玲编著，《电气控制系统与可编程控制器》，北京；

机械工业出版社，2004

[3]范建东编著，《可编程控制器原理及应用》，广州；

华南理工大学出版社，2003

[4]李乃夫编著，《可编程控制器原理、应用》，北京；

中国轻工业出版社，2003

[5]郝海青编著，《串联关节式机械手的控制系统分析与设计》，万方数据库硕博士论文，2002

⑹范永胜，电器控制及PLC盈盈技术，北京：

清华大学出版社，2004

[7]任涛等,可编程控制器入门与应用实例,北京：

电子工业出版社,1997

[8]张万忠，关于PLC控制的机械手,北京：

北京航空航天大学出版社,2000