机械手的程序设计.doc
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渤海船舶职业学院（毕业论文）专用纸
毕业论文中文摘要
题目：
机械手的PLC程序设计
摘要
工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。
特别适合于多品种、变批量的柔性生产。
它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设各，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备.
搬运或操作的自动机械装置。
在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。
生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:
可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。
因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。
关键词：
机械手，PLC.程序流程图
目录
摘要 -1-
前言 -3-
1机械手简介 -3-
1.1机械手历史 -4-
1.2机械手构成 -4-
1.3机械手分类 -5-
2设计目标 -6-
3机械手移动工件控制系统程序设计 -7-
3.1 编程软件及应用 -7-
3.2 程序流程图 -7-
4 机械手移动工件控制系统PLC程序 -9-
4.1 系统资源分配 -9-
4.2 源程序 -11-
4.2.1 总体安排 -11-
4.2.2 手动操作程序 -12-
4.2.3 自动操作程序 -14-
4.2.4 操作系统总程序 -17-
5结论 -22-
6参考文献 -23-
前言
工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和
维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。
机械结构向模块化、可重构化发展。
例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:
由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。
工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:
大大提高
机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。
美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
1机械手简介
1.1机械手历史
机械手是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。
同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。
另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。
在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。
机械手首先是从美国开始研制的。
1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。
该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。
这就是所谓的示教再现机器人。
现有的机器人差不多都采用这种控制方式。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。
作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。
这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
1.2机械手构成
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械手有2～3个自由度。
控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。
同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。
控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。
1.3机械手分类
机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。
有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。
机械手首先是从美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
2.设计目标
当机械手在原点时，按下启动按钮，接通状态S20,其接点接通Y3，执行下降动作。
当碰到下限位开关时X4接通，又接通下一个状态S21，接着执行下一步动作。
当机械手夹紧工件时，计时器计时结束，计时器的常开触点闭合，接通状态S22，执行上升动作。
当碰到上限开关时，X3接通，输入继电器的常开触点闭合，接通下一个状态S23，机械手前进。
当前进到最右边时，当碰到右限开关时，X6接通，输入继电器的常开触点闭合，接通下一个状态S24，机械手开始下降。
当碰到下限开关时，X4接通，输入继电器的常开触点闭合，接通下一个状态S25，机械手松开。
当机械手完全松开时，碰到松限开关时，X7接通，其输入继电器的常开触点闭合，接通下一个状态S26，机械手上升。
再碰到上限开关时，X3接通，其输入继电器的常开触点闭合，接通下一个状态S27，机械手后退。
碰到左限开关时，X5接通，其输入继电器的常开触点闭合，接通下一个状态S20，机械手重复上个周期的操作。
3 机械手移动工件控制系统程序设计
3.1 编程软件及应用
由于本设计采用的是三菱FX2N-48MR-001模块，故选择三菱GXDeveloper编程软件。
GX-Developer是三菱公司所制作的PLC编程软件，它包含了LLT仿真软件，用户可在个人计算器上模仿PLC的运作情况，大大减低测试的时间。
它可以对三菱的所有PLC进行编程，包括FX系列PLC、A系列PLC和Q系列PLC。
它对计算机要求的最低配置为：
1）Pentium级CPU，主频90MHz或者更快。
2）最少16MB内存配置，40MB硬盘空间。
3）微软Windows环境（MicrosoftWindows95或者更新版本，或MicrosoftWindowsNT4.0ServicePack3或者更新版本）。
4）800×600SVGA或者更高分辨率显示系统。
当程序编辑完成以后，运行程序，程序自动写入PLC的存储器，若以后固定使用该程序，则可拔除RS-232C数据通讯线，用CPU模块自带的RUN/STOP开关来运行/停止程序。
需要改动程序时，先将PLC设定在STOP的状态下，连接PC，运行GX-Developer编程软件，修改程序并写入PLC存储器，也可使用编程器进行编程和程序修改[11]。
3.2 程序流程图
1）正常运行流程图
正常运行的流程图如图3-1所示：
图3-1正常运行流程图
2）紧急停止流程图
紧急停止流程图如图3-2所示：
图3-2紧急停止流程图
4 机械手移动工件控制系统PLC程序
4.1 系统资源分配
1）数字输入部分
这个控制系统的输入有启动按钮，停止按钮，急停按钮，上、下、前、后、松限位开关，手动，单步，单周期，连续操作方式选择，正/反、上/下、夹/松运动选择共15输入点，具体的输入分配如下：
x000→启动按钮
x001→停止按钮
x002→急停按钮
x003→上限位开关
x004→下限位开关
x005→后限位开关
x006→前限位开关
x007→松限位开关
x010→手动操作方式选择
x011→单步操作方式选择
x012→单周期操作方式选择
x013→连续操作方式选择
x014→左/右运动选择
x015→夹/松运动选择
X016→上/下运动选择
2）数字量输出部分
这个控制系统需要控制的外部设备有正转/反转旋转电磁阀线圈，正转/反转旋转电磁阀线圈，正转/反转旋转电磁阀线圈3个设备和一个原点指示灯，每个电磁阀线圈有两个状态，所以输出点应该有7点。
具体的输出分配如下：
Y000→正转/反转旋转电磁阀线圈（正转）
Y001→正转/反转旋转电磁阀线圈（反转）
Y002→正转/反转旋转电磁阀线圈（上升）
Y003→上升/下降电磁阀线圈（下降）
Y004→正转/反转旋转电磁阀线圈（夹紧）
Y005→夹紧/放松电磁阀线圈（放松）
Y006→原点指示
3）定时器部分
这个控制系统夹紧工件时需要定时器来控制夹紧程度。
根据现场设备的控制要求和工艺要求，设定夹紧/放下电磁阀线圈（夹紧）通电5s后即夹紧动作完成。
由此，选择定时器T0，其参数设置为K50。
4）内部继电器部分
在机械手移动工件控制系统中，需要根据所选择的不同操作方式来实现程序的不同流程。
另外，在自动操作过程中，由于按下“停止按钮”的时间是任意的，但是又不需要系统立即停止，而是完成一个周期的运动后自动的停止在原点，即完成一个周期的运动后，之前的按下“停止按钮”的动作才开始起作用，因此，也需要一个内部继电器把之前按下“停止按钮”的动作（电信号）存储起来。
因此需要选择的内部继电器如下：
M0
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