基于PLC控制的机械手机械手毕业设计Word文件下载.docx
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PLC。
Abstract:
Thepaperelucidatesmainrobotinmechanizationandautomationprocessofanewdevice.inrecentyears,withspecialelectronictechnologyiscomputerwidelyused,robotdevelopmentandproductionhasbecomeahightechnologyfieldquicklydevelopanewtechnology,whichevenpromotedthedevelopmentofrobot,robotcanbetterimplementationofautomationandmechanizationandtheorganiccombination.Maderobotcanbetterimplementationofautomationandmechanizationandtheorganiccombination.
robotalthoughtheremightaswellasflexiblehands,butithastoconsrobottantlyrepeatedworkandlabor,nofatigue,unafraidofrisks,thesnatchheavyweightsthantheotherhand,therefore,robotbeenmanydepartment,andmorewidelybeenused,forexample.
（1）machiningoftheloadingandunloading,especiallyinautomationlatheandmachinetoolsweuseacombinationofthegeneralassembly.
（2）workwidelyusedintheelectronicsindustrytotheassemblyofprintedcircuitboardinmachineryindustry,itcanbeusedtoassembletheprovidedpartsandcomponents.
（3）inworkingconditions,itsrepetitivetasksouttotheworkingconditionsofworkinplaceoflabour.
（4）indangeroussituations,suchastheloadingandunloading,andwarindustrydangerouscargoandinjuranthandlingetc.
（5）theuniverseandmarinedevelopment.
（6）militaryconstructionandbiomedicalresearchandtesting.
Keywords:
robot；
stepintoanelectricmotordrive；
step；
pneumaticcontrolmechanism；
plc.
绪论
在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。
自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。
机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。
机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。
机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。
广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
本设计所用机械部件有滚珠丝杠、滑轨、气控机械抓手等。
电气方面有可编程控制器（PLC）、步进电机、步进电机驱动器、直流电机、开关电源、电磁阀、操作台等部件。
可编程控制器发出两路脉冲到步进电机驱动器，分别驱动横轴、竖轴的步进电机运转；
直流电机拖动底座和手腕的旋转；
行程开关、微动开关、将位置信号反馈给主机，由主机发出指令来实现对手臂的伸缩、上下、转动位置的控制；
主机发信号到气动电磁阀，以控制手爪的张合来抓放物体。
本设计可根据工件的变化及运动流的要求随时更改相关参数，具有很大的灵活性和可操作性。
1基于PLC的机械手的设计
1.1设计目的
（1）.进一步加深对所学基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。
（2）.系统开发PLC的综合训练，掌握PLC应用系统设计的一般方法和实施。
获得从事科研工作的初步训练，培养独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其注重充分利用网络等途径获取新知识的能力。
（3）.培养设计计算、工程绘图、实验方法、数据处理、文件编辑、文字表达、文献查阅、计算机应用等基本工作实践能力以及外文资料翻译与使用能力。
（4）.树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、善于合作等作风，培养创新意识。
1.2设计内容
PLC的选型及电动机的选择，编制机械手PLC控制程序，设计机械手模型的电气线路原理图，绘制设计图样，撰写毕业设计说明书。
1.3设计依据与可行性
参照已学课程：
电工与电子技术、机电传动与控制及可编程控制器应用技术原理与应用等相关知识，综合相关实训课程完成设计内容，机电实训室提供的PLC实训场地和气动生产线及机电一体化组合试验实训平台能够用于毕业设计程序的调试。
1.4设计步骤
（1）.根据设计要求深入了解系统的基本组成、主要运动形式及工作流程。
（2）.进行电动机的种类及驱动方式的选择。
（3）.确定输入/输出设备和PLC型号，编制现场设备与PLC输入/输出对照表、所需的PLC机内编程软元件及I/O接线图。
（4）.完成PLC控制程序的编制。
（5）.设计系统电气线路。
（6）.综合调试
（7）.撰写毕业设计说明书，列出详细的材料清单
2机械手的概述与设计原理
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。
2.1机械手的工作方式
机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。
工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。
当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。
当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。
当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。
以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。
2.1.1机械手传送工件系统示意图
如图2-1所示。
图2-1机械手传送示意及操作面板图
2.1.2机械手动作分解图
如图2-2所示
图2-2
2.2机械手输入和输出点分配表及原理接线图
表1机械手传送系统输入和输出点分配表
名称
代号
输入
输出
启动
SB1
X0
夹紧
SB5
X10
电磁阀下降
YV1
Y0
下限行程
SQ1
X1
放松
SB6
X11
电磁阀夹紧
YV2
Y1
上限行程
SQ2
X2
单步上升
SB7
X12
电磁阀上升
YV3
Y2
右限行程
SQ3
X3
单步下降
SB8
X13
电磁阀右行
YV4
Y3
左限行程
SQ4
X4
单步左移
SB9
X14
电磁阀左行
YV5
Y4
停止
SB2
X5
单步右移
SB10
X15
原点指示
EL
Y5
手动操作
SB3
X6
回原点
SB11
X16
连续操作
SB4
X7
工件检测
SQ5
X17
图2-3PLC接线原理图
2.3PLC控制程序及控制图
操作系统
操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图2-4所示。
图2-4
其原理是：
把旋钮置于回原点，X16接通，系统自动回原点，Y5驱动指示灯亮。
再把旋钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。
之后，由于X7常闭触点，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。
如果旋钮置于自动位置，（既X6常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。
回原位程序
回原位程序如图2-5所示。
用S10~S12作回零操作元件。
应注意，当用S10~S19作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器M8043置1。
图2-5
2.3.1机械手手动单步操作程序：
如图2-6所示。
图中上升/下降，左移/右移都有联锁和限位保护。
图2-6
2.3.2机械手自动操作程序：
自动操作状态转移见图2-7所示。
当机械手处于原位时，按启动X0接通，状态转移到S20，驱动下降Y0，当到达下限位使行程开关X1接通，状态转移到S21，而S20自动复位。
S21驱动Y1置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。
当T0接通，状态转移到S22，驱动Y2上升，当上升到达最高位，X2接通，状态转移到S23。
S23驱动Y3右移，移到最右位，X3接通，状态转移到S24下降。
下降到最低位，X1接通，电磁铁放松。
为了使电磁力完全失掉，延时1秒。
延时时间到，T1接通，状态转移到S26上升。
上升到最高位，X2接通，状态转移到S27左移。
左移到最左位，使X4接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。
图2-7
2.3.3总体机械手PLC控制程序图：
2.3.4总体PLC控制结构图：
2.3.5机械手自动连续运行顺序功能图：
2.4机械手传送系统梯形图及指令表
图中从第0行到第27行为回原位状态程序。
从第28行到第66行，为手动单步操作程序。
从第67行到第129行为自动操作程序。
这三部分程序（又称为模块）是图3的操作系统运行的。
回原位程序和自动操作程序。
是用步进顺控方式编程。
在各步进顺控末行，都以RET结束本步进顺控程序块。
但两者又有不同。
回原位程序不能自动返回初始态S1。
而自动操作程序能自动返回初态S2。
2.4.1机械手传送系统梯形图
图2-8
2.4.2机械手传送系统
2.5机械手工作流程图及气动回路图
2.6气动回路图
3机械手夹持器和机座的设计
3.1机械手夹持器
机械手的机械夹持器多为双指手抓式，按其手抓的运动方式可分为平移型和回转型。
回转型手抓有可分为单支点和双支点回转型，按夹持方式可以分为外夹式和内撑式。
按驱动方式可以电动、液压和气动三种。
回转型夹持器结构较简单，但当所夹持的工件直径有变动时，将引起工件轴心的偏移。
对平移型夹持器，工件直径的变化不影响其轴心的位置。
但其机械机构繁杂，体积大，制造精度要求高。
所以当设计机械手夹持器的时候，在满足工件的定位精度要求的条件下，尽可能的采用结构比较简单回转型夹持器。
本文设计的机械手采用的是楔槽杠杆式回转型夹持器。
如右图3-1所示，装在杆上端的滚子3和楔块之间为滚动接触。
当电机带动连杆前进时，通过楔块4的斜面和杠杆1，使两个手抓产生加紧动作和加紧力。
当楔块后移时，靠弹簧的拉力使手指松开。
这种末端执行器由于楔块和滚子之间为滚动接触，摩擦力小，活动灵活，且机构简单。
图3-1
3.2机座的设计
机座是机械手的支撑部件，机座承受机械手的全部重量和工作载荷，所以机座应有足够的强度、刚度和承载能力。
另外机座还要求有足够大的安装基面，以保证机械手工作时的稳定行。
如图3-2所示，机械手采用普通轴承作为支撑元件的机座支撑结构。
这种结构有制造简单、成本低、安装调整方便等优点。
图中电动机3经减速器4、主动小齿轮5、中间齿轮6、大齿轮7驱动丝杆2旋转，从而驱动升降台上下运动。
整个机座安装在基座8上。
1轴承2丝杆3电动机4减速器5、6、7机座8齿轮
图3-2
结束语
转眼之间，历经整整大三的下半个学期、近两个月的毕业设计马上就要结束了，这是我们大学之中最后一个也是最重要的一个设计、一个阶段。
毕业设计是考验我们大学这三年来的所学，它要求我们将大学这三年来所学到的知识能够融会贯通、熟练应用，并要求我们能够理论联系实际，培养我们的综合运用能力以及解决实际问题的能力。
在这两个月里，我不断学习新的知识、不断积累经验并且不断的提高。
在几位老师的悉心指导下，我从最初的选题开始做起，进行设计方案的确定；
对以前所学的机械、电子电工、计算机、CAD等基础知识的全面综合应用。
在此还综合运用了传感器、低压电器、可编程控制器、气动传动、机械制图知识的技能，模拟进行现场监视与控制。
这次的毕业设计，是对我这三年来所学的专业知识是否踏实的检验，让我对这三年中所学知识进行了综合，也让我温习了一些已经快要淡忘的专业知识，并且还学到了一些实际工程经验。
与此同时，我也充分认识到自身的许多不足：
基础知识学得不够扎实，缺乏综合运用及理论联系实际的能力等。
采用PLC控制的自动化机械手，硬件结构简单，成本低廉，响应速度快，性能、价格比很高，和单片机系统相比具有极高的可靠性。
经现场使用考验，性能稳定，运行可靠。
另外还可以根据实际需要很方便地进行扩展。
程序稍作修改，就可以满足用户不同的控制要求，体现出极大的灵活性和适应性，具有极高的实际推广价值。
这次的设计对我来说真的很重要，让我学会了理论联系实际、实际再联系理论的学习方法，也让我真正地认识到学好专业知识的必要性和重要性。
在以后的学习工作中我们会加倍用心地去学习好我的专业知识。
谢辞
走的最快的总是时间，来不及感叹，大学生活已近尾声，两年多的努力与付出，随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。
本论文设计在陈荷教授的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体的写作过程，没有陈教授这样的指导和帮助，我不会这么顺利的完成毕业设计。
在此向陈教授表示深深的感谢和崇高的敬意！
在临近毕业之际，我还要借此机会向在这两年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们两年来的辛勤栽培。
不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。
我还要感谢各位同学以，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢！
最后我还要感谢我的母校对我这两年多的栽培。
参考文献
1.《PLC应用开发实用子程序》作者：
贾德胜人民邮电出版社出版
出版日期：
2006年1月
2《PLC程序设计和实例应用》作者：
霍罡电子工业出版社
2010-04
3.《毕业设计指导书》作者：
刘超英青岛海洋出版社
2009-10-10
4.《PLC技术与应用》作者：
程周福建科学技术出版社
2004年1月1日
5.《可编程序控制器应用技术》作者:
张发玉重庆大学出版社
出版日期:
2006-8-1
6《液压与气动技术》作者：
李新德
许毅清华大学出版社
2009年8月
7.《电气控制及PLC》作者:
王永华清华大学出版社
2009年9月
8.《机械设计与制造基础》作者：
阎秀华,苗淑杰机械工业出版社
20089月6日
9.网上资料
时间：
2010年11月10日至2010年12月27日共7周
学号：
专业：
指导单位或教研室：
西安航空自动化工程系
指导教师：
职称：
西安航空制
毕业设计（论文）进度计划表
日期
工作内容
执行情况
指导教师
签字
2010年11月10日—11月18日
论文资料的搜集及论文格式要求的整理
完成
1月19日-
11月20日
机械手的整体学习及了解
11月21日-
11月25日
机械手机械部分设计
11月26日-
11月30日
机械手气动控制的设计
11月1日-
12月15日
机械手的PLC控制程序设计
12月16日
-
12月19日
基于PLC控制的机械手论文总结姐参考文献的整理
12月20日-
12月27日
全面检查，针对论文的要求格式、字体、段落
第二次修改
教师对进度计划实施情况总评
签名
年月日
本表作评定学生平时成绩的依据之一。
毕业设计（论文）审查意见书
指导教师对学生所完成的题目为
的毕业设计（论文）进行情况、完成质量的审查意见：
成绩：
指导教师：
年月日
毕业设计（论文）评阅意见书
评阅人对学生所完成的题目为
的毕业设计（论文）评阅意见为：
评阅人：
毕业设计（论文）答辩结果
毕业设计（论文）答辩委员会对学生所完成的题目为
的毕业设计（论文）及答辩评语为：
经答辩委员会研究，确定成绩为：
毕业设计（论文）答辩委员会主任：
答辩委员会委员：
年月日
该生的毕业设计（论文）经汇总前面的各项成绩，
最终成绩为：
升级会员 