機(jī)械手控制畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p>　　機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要·············&

2、#183;················1</p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)···············

3、;···········2</p><p>　　二、設(shè)計(jì)方案····················

4、83;·····3</p><p>　　三、PLC的編程與仿真······················6</p><p&g

5、t;　　致謝······························8</p><p>　　參考文獻(xiàn)·

6、···························9</p><p>　　附錄一（機(jī)械手電氣控制原理圖）</p><p&g

7、t;　　附錄二（PLC外圍接線圖）</p><p>　　附錄三（PLC梯形圖）</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　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(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，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(dòng)

8、作精確度低。PLC以中央處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)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(jiǎn)單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。使用PLC 的自動(dòng)控制系統(tǒng)體積小，可靠性大大提高，故障率大大降低，動(dòng)作精度高，因此該課題具有實(shí)際意義。通過(guò)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)綜合運(yùn)用，了解本專業(yè)在社會(huì)中的一些應(yīng)用，提高學(xué)生專業(yè)外語(yǔ)水平，增加他們的見(jiàn)識(shí)，增強(qiáng)他們的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合分析能力，學(xué)會(huì)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

9、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)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)通過(guò)PLC的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的手動(dòng)自動(dòng)控制，機(jī)械手可以自動(dòng)完成上下左右的循環(huán)動(dòng)作，也可以手動(dòng)控制機(jī)械手完成上下左右的動(dòng)作，由于本人能力有限，以下文章雖仔細(xì)整改數(shù)次，但也難免有不足之處，敬請(qǐng)審閱老師能夠批評(píng)指正！</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC，機(jī)械手</p><p&

10、gt;<b>　　一 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　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。 </p><p>　　1.2、設(shè)計(jì)基本要求： </p><p>　　1.2.1、技術(shù)要求：</p><

11、;p>　　（1）設(shè)計(jì)方案可行； </p><p>　?。?）機(jī)械手能進(jìn)行前后左右移動(dòng)； </p><p>　?。?）有半自動(dòng)工作方式和手動(dòng)工作方式，當(dāng)位于手動(dòng)工作方式時(shí)，用按動(dòng)按鈕去控制機(jī)械手動(dòng)作；當(dāng)位于半自動(dòng)工作方式時(shí)，在機(jī)械手處于原位情況下，按動(dòng)起動(dòng)按鈕，機(jī)械手就能自動(dòng)完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程并停在原位待命； </p><p>　?。?）有能力的可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真

12、； </p><p>　　（5）整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。 </p><p>　　1.2.2、文本要求：</p><p>　?。?）論文結(jié)構(gòu)合理，條理分明；</p><p>　?。?）電路圖繪制正確，排版美觀；</p><p>　　（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；</p><p>

13、;　?。?） 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。</p><p><b>　　二 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1、機(jī)械手簡(jiǎn)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(lái)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(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，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

14、方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)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)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國(guó)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(guó)開始研制的，1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)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(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展,農(nóng)業(yè)

15、機(jī)械將進(jìn)入高度自動(dòng)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(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,改善勞動(dòng)條件,解決勞動(dòng)力不足等問(wèn)題.</p><p>　　機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)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、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和

16、姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)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2～4個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)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?？刂葡到y(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(guò)對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。

17、</p><p>　　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(jiàn)附錄一)。SBa為手動(dòng)方式開關(guān)；SBb為自動(dòng)方式開關(guān)；SBc為手動(dòng)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(dòng)方式右方向、下方向、

18、左方向、上方向運(yùn)行開關(guān)。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　2.3、PLC簡(jiǎn)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(guó)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)。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯

19、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(guò)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(guò)程。是工業(yè)控制的核心部分。PLC主要用來(lái)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(guò)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(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程序控制器簡(jiǎn)稱PLC。經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，PLC已

20、經(jīng)成為了工業(yè)生產(chǎn)必不可少的部分之一。</p><p>　　PLC主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　（1） 功能完善，組合靈活，擴(kuò)展方便，實(shí)用性強(qiáng)?，F(xiàn)代PLC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(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過(guò)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DC

21、S等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的綜合自動(dòng)化。[2]</p><p>　?。?） 使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)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(wú)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。</p><p>　　（3）安裝簡(jiǎn)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(chǎng)的各種

22、設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O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。</p><p>　?。?）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(duì)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

23、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(chǎng)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(guò)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(zhǎng)，故障修復(fù)時(shí)間短。</p><p>　　（5）環(huán)境要求低。PLC的技術(shù)條件能在一般高溫、振動(dòng)、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(chǎng)生存價(jià)值。</p>

24、<p>　?。?）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(yǔ)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(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此，很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。</p><p>　　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PL

25、C即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的全部控制。</p><p>　　三 PLC的編程與仿真</p><p>　　3.1、PLC編程軟件的選擇：本設(shè)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。</p><p>　　3.2、 繪制PLC梯形圖：</p><p&

26、gt;　　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(duì)原理圖上的每一個(gè)開關(guān)和線圈進(jìn)行初步編號(hào)，然后根據(jù)編號(hào)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(dòng)方式開關(guān)，10.01為自動(dòng)方式的開關(guān)；0.02為手動(dòng)方式的開關(guān)，10.02為手動(dòng)方式的線圈；0.03為自動(dòng)方式運(yùn)行開關(guān)，10.03為機(jī)械手向右移動(dòng)線圈，TIM000代替右方向限位開關(guān)（由于沒(méi)有機(jī)械手實(shí)物，所以就

27、沒(méi)有辦法觸動(dòng)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(dòng)線圈，TIM001為下方向限位開關(guān)；10.05為機(jī)械手向左移動(dòng)線圈，TIM002代替左方向限位開關(guān)；10.06為向上移動(dòng)線圈，TIM003代替上方向限位開關(guān)；0.04為機(jī)械手向右移動(dòng)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，11.00為機(jī)械手向右移動(dòng)線圈；0.05為機(jī)械手向下移動(dòng)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，11.01為機(jī)械手向下移動(dòng)線圈；0.06為機(jī)械手向左移動(dòng)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，11.02為機(jī)械手向左移動(dòng)線圈；

28、0.07為機(jī)械手向上移動(dòng)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，11.02為機(jī)械手向上移動(dòng)線圈；完成之后見(jiàn)圖2（詳細(xì)見(jiàn)附錄二）。</p><p>　　3.3、PLC仿真過(guò)程：</p><p>　　梯形圖完成之后，首先按Ctrl+F7編譯，發(fā)現(xiàn)無(wú)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。</p><p>　　PL

29、C試驗(yàn)箱上的0號(hào)按鍵為復(fù)位鍵，1號(hào)按鍵為自動(dòng)方式開關(guān)，2號(hào)按鍵為手動(dòng)方式開關(guān)，3號(hào)按鍵為自動(dòng)方式運(yùn)行開關(guān)， 4號(hào)按鍵為機(jī)械手向右移動(dòng)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)， 5號(hào)按鍵為機(jī)械手向下移動(dòng)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)， 6號(hào)按鍵為機(jī)械手向左移動(dòng)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)， 7號(hào)按鍵為機(jī)械手向上移動(dòng)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)。</p><p>　　在仿真之前首先按0號(hào)復(fù)位鍵，然后按1號(hào)鍵選擇自動(dòng)運(yùn)行方式，再按3號(hào)鍵運(yùn)行自動(dòng)方式，可見(jiàn)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(hào)

30、鍵選擇手動(dòng)運(yùn)行方式，4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)鍵依次為機(jī)械手的點(diǎn)動(dòng)控制，按下按鍵是會(huì)看見(jiàn)PLC的線圈指示燈亮起。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　3.4、PLC程序：</p><p><b>　　LD 0.00</b></p><p><b>　　OUT 10.0

31、0</b></p><p><b>　　LD 0.01</b></p><p><b>　　OR 10.01</b></p><p>　　ANDNOT 10.02</p><p>　　ANDNOT 10.00</p><p><b>　　OUT 10.0

32、1</b></p><p><b>　　LD 0.02</b></p><p><b>　　OR 10.02</b></p><p>　　ANDNOT 10.01</p><p>　　ANDNOT 10.00</p><p><b>　　OUT 10.0

33、2</b></p><p><b>　　LD 10.01</b></p><p><b>　　OUT TR0</b></p><p><b>　　LD 0.03</b></p><p><b>　　OR 10.03</b></p>

34、<p><b>　　ANDLD</b></p><p>　　ANDNOT TIM000</p><p><b>　　OUT 10.03</b></p><p>　　TIM 000 #20</p><p><b>　　LD TR0</b></p><

35、;p><b>　　LD TIM000</b></p><p><b>　　OR 10.04</b></p><p><b>　　ANDLD</b></p><p>　　ANDNOT TIM001</p><p><b>　　OUT 10.04</b>

36、</p><p>　　TIM 001 #20</p><p><b>　　LD TR0</b></p><p><b>　　LD TIM001</b></p><p><b>　　OR 10.05</b></p><p><b>　　ANDLD

37、</b></p><p>　　ANDNOT TIM002</p><p><b>　　OUT 10.05</b></p><p>　　TIM 002 #20</p><p><b>　　LD TR0</b></p><p><b>　　LD TIM002

38、</b></p><p><b>　　OR 10.06</b></p><p><b>　　ANDLD</b></p><p>　　ANDNOT TIM003</p><p><b>　　OUT 10.06</b></p><p>　　TIM

39、 003 #20</p><p><b>　　LD 10.02</b></p><p><b>　　OUT TR0</b></p><p><b>　　AND 0.04</b></p><p>　　ANDNOT 11.02</p><p><b&g

40、t;　　OUT 11.00</b></p><p><b>　　LD TR0</b></p><p><b>　　AND 0.05</b></p><p>　　ANDNOT 11.03</p><p><b>　　OUT 11.01</b></p>&

41、lt;p><b>　　LD TR0</b></p><p><b>　　AND 0.06</b></p><p>　　ANDNOT 11.00</p><p><b>　　OUT 11.02</b></p><p><b>　　LD TR0</b>&

42、lt;/p><p><b>　　AND 0.07</b></p><p>　　ANDNOT 11.01</p><p><b>　　OUT 11.03</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)將近半個(gè)學(xué)期的時(shí)間終于完成了這個(gè)

43、設(shè)計(jì)，在這期間，老師給了我無(wú)數(shù)的幫助，使我的設(shè)計(jì)一點(diǎn)一點(diǎn)的接近完美。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但使我將大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識(shí)再次回顧學(xué)習(xí)，而且 也使我學(xué)到了專業(yè)領(lǐng)域中一些前沿的知識(shí)。 非常感謝在本次設(shè)計(jì)中曾給予我耐心指導(dǎo) 和親切關(guān)懷的老師以及幫助過(guò)我的同學(xué)， 正是由于他們的幫助和鼓勵(lì)才使我能夠在畢 業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學(xué)識(shí)和為人也深深地影響著我，在此，請(qǐng)?jiān)试S我再次向曾經(jīng)給予我多次指導(dǎo)的導(dǎo)師表示最忠誠(chéng)的敬意！<

44、;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張鳳池 曹榮敏. 現(xiàn)代工廠電氣控制. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[2] 余雷聲. 電器控制與PLC應(yīng)用[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[3] 郭洪紅 賀繼林. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù). 北京：西安電子科技