機械手控制畢業(yè)設計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設計說明書</b></p><p>　　機械手控制系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要·············&

2、#183;················1</p><p>　　一、設計任務···············

3、;···········2</p><p>　　二、設計方案····················

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·

6、···························9</p><p>　　附錄一（機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>　　機械手是工業(yè)生產中常用的進行水平／垂直位移的機械設備，它的動作由氣缸驅動，氣缸又由相應的電磁閥控制。控制系統(tǒng)如采用傳統(tǒng)的繼電接觸控制，機械觸點多，接線復雜，因而控制裝置體積很大，并且故障率高，可靠性差，動

8、作精確度低。PLC以中央處理器為核心，綜合了計算機和自動控制等先進技術，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點。使用PLC 的自動控制系統(tǒng)體積小，可靠性大大提高，故障率大大降低，動作精度高，因此該課題具有實際意義。通過設計，讓學生將所學的知識綜合運用，了解本專業(yè)在社會中的一些應用，提高學生專業(yè)外語水平，增加他們的見識，增強他們的動手能力、創(chuàng)新能力和綜合分析能力，學會專業(yè)軟件的應用，能熟練的使用計算機，提高學生檢索資料的

9、能力，養(yǎng)成良好的學習習慣和嚴謹的工作作風，為今后的學習生活打下良好的基礎。</p><p>　　本設計通過PLC的應用實現對機械手的手動自動控制，機械手可以自動完成上下左右的循環(huán)動作，也可以手動控制機械手完成上下左右的動作，由于本人能力有限，以下文章雖仔細整改數次，但也難免有不足之處，敬請審閱老師能夠批評指正！</p><p>　　關鍵詞：PLC，機械手</p><p&

10、gt;<b>　　一 設計任務</b></p><p>　　1.1、畢業(yè)設計課題任務：設計機械手控制系統(tǒng)，包括硬件電路和軟件編程。硬件電路主要由PLC，機械手，電機及其他相關部分構成，軟件編程包括PLC流程圖，梯形圖和程序。 </p><p>　　1.2、設計基本要求： </p><p>　　1.2.1、技術要求：</p><

11、;p>　?。?）設計方案可行； </p><p>　?。?）機械手能進行前后左右移動； </p><p>　?。?）有半自動工作方式和手動工作方式，當位于手動工作方式時，用按動按鈕去控制機械手動作；當位于半自動工作方式時，在機械手處于原位情況下，按動起動按鈕，機械手就能自動完成一個循環(huán)過程并停在原位待命； </p><p>　?。?）有能力的可以對系統(tǒng)進行仿真

12、； </p><p>　?。?）整個系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。 </p><p>　　1.2.2、文本要求：</p><p>　?。?）論文結構合理，條理分明；</p><p>　?。?）電路圖繪制正確，排版美觀；</p><p>　?。?）撰寫開題報告與調研報告，格式與要求要符合規(guī)定；</p><p>

13、;　　（4） 撰寫畢業(yè)設計報告，要求用打印稿，論文格式必須使用學校的統(tǒng)一模板。</p><p><b>　　二 設計方案</b></p><p>　　2.1、機械手簡介：械手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

14、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，1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手，它的結構是；機體上安裝一個回轉臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統(tǒng)是示教形的，隨著計算機和自動控制技術的迅速發(fā)展,農業(yè)

15、機械將進入高度自動化和智能化時期，機械手機器人的應用可以提高勞動生產率和產品質量,改善勞動條件,解決勞動力不足等問題.</p><p>　　機械手主要由執(zhí)行機構、驅動機構和控制系統(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）、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

16、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2～4個自由度?？刂葡到y(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?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機、PLC或DSP等微控制芯片構成，通過對其編程實現所要功能。

17、</p><p>　　2.2、機械手控制系統(tǒng)原理：根據題目的控制要求，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為PLC設計梯形圖。圖1即為機械手電氣控制原理圖(詳細見附錄一)。SBa為手動方式開關；SBb為自動方式開關；SBc為手動方式運行開關；ST1、ST2、ST3、ST4分別為右方向、下方向、左方向、上方向限位開關；SB1、SB2、SB3、SB4、分別為機械手的手動方式右方向、下方向、

18、左方向、上方向運行開關。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　2.3、PLC簡介：PLC為 Programmable Logic Controller的縮寫，中文意思為可編程邏輯控制器，由美國數據設備公司（DEC）在1969年研制，它是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯

19、運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。是工業(yè)控制的核心部分。PLC主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種采用微型計算機技術的工業(yè)控制裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。經過了幾十年的發(fā)展，PLC已

20、經成為了工業(yè)生產必不可少的部分之一。</p><p>　　PLC主要有以下幾個特點：</p><p>　?。?） 功能完善，組合靈活，擴展方便，實用性強?，F代PLC所具有的功能及其各種擴展單元、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)，以適應各種工業(yè)控制的需要。以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DC

21、S等，實現生產過程的綜合自動化。[2]</p><p>　?。?） 使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現場調試容易。 PLC的運用能夠做到在線修改程序，改變控制的方案而無需拆開機器設備。它能在不同環(huán)境下運行，可靠性十分強悍。</p><p>　　（3）安裝簡單，容易維修。PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，只需將現場的各種

22、設備與PLC相應的I/O端相連接，寫入程序即可運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。PLC還有強大的自檢功能，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，遠高于其他各種機型。隔離和濾波，是抗干擾的兩大主要措施。對PLC的內部電源還采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，以減少外界干擾，保證供電質量。另外使輸入/輸出接口電路的電源彼此獨立，以免電源之間的干

23、擾。正確的選擇接地地點和完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。為適應工作現場的惡劣環(huán)境，還采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結構。通過以上措施，保證了PLC能在惡劣環(huán)境中可靠工作，使平均故障間隔時間長，故障修復時間短。</p><p>　?。?）環(huán)境要求低。PLC的技術條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強電磁干擾環(huán)境下可靠工作。這是PLC產品的市場生存價值。</p>

24、<p>　　（6）易學易用。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設備，接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。PLC編程大多采用類似繼電器控制電路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此，很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。</p><p>　　2.4、PLC的選擇：根據機械手的電氣控制原理圖，整個控制輸入點為11個，輸出點也為11個，所以我選擇了歐姆龍CPM1A-30CDR-A型PL

25、C即可實現機械手的全部控制。</p><p>　　三 PLC的編程與仿真</p><p>　　3.1、PLC編程軟件的選擇：本設計所選用的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，我先將機械手電氣控制原理圖手工轉換為PLC梯形圖，即對原理圖上的每一個開關和線圈進行初步編號，然后根據編號進行PLC梯形圖的繪制。在這里，開關0.00為復位鍵，線圈10.00為復位線圈；0.01為自動方式開關，10.01為自動方式的開關；0.02為手動方式的開關，10.02為手動方式的線圈；0.03為自動方式運行開關，10.03為機械手向右移動線圈，TIM000代替右方向限位開關（由于沒有機械手實物，所以就

27、沒有辦法觸動限位開關，為了完成仿真所以用時間繼電器替代）；10.04為機械手向下移動線圈，TIM001為下方向限位開關；10.05為機械手向左移動線圈，TIM002代替左方向限位開關；10.06為向上移動線圈，TIM003代替上方向限位開關；0.04為機械手向右移動點動開關，11.00為機械手向右移動線圈；0.05為機械手向下移動點動開關，11.01為機械手向下移動線圈；0.06為機械手向左移動點動開關，11.02為機械手向左移動線圈；

28、0.07為機械手向上移動點動開關，11.02為機械手向上移動線圈；完成之后見圖2（詳細見附錄二）。</p><p>　　3.3、PLC仿真過程：</p><p>　　梯形圖完成之后，首先按Ctrl+F7編譯，發(fā)現無錯誤，然后按Ctrl+W在線工作，連接PLC實驗箱之后按Ctrl+T把程序傳送到PLC，再按Ctrl+4，是PLC進入運行模式。</p><p>　　PL

29、C試驗箱上的0號按鍵為復位鍵，1號按鍵為自動方式開關，2號按鍵為手動方式開關，3號按鍵為自動方式運行開關， 4號按鍵為機械手向右移動點動開關， 5號按鍵為機械手向下移動點動開關， 6號按鍵為機械手向左移動點動開關， 7號按鍵為機械手向上移動點動開關。</p><p>　　在仿真之前首先按0號復位鍵，然后按1號鍵選擇自動運行方式，再按3號鍵運行自動方式，可見PLC的控制線圈指示燈依次亮起。再按復位鍵復位，然后按2號

30、鍵選擇手動運行方式，4號、5號、6號、7號鍵依次為機械手的點動控制，按下按鍵是會看見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>　　經過將近半個學期的時間終于完成了這個

43、設計，在這期間，老師給了我無數的幫助，使我的設計一點一點的接近完美。通過這次畢業(yè)設計，不但使我將大學期間所學的專業(yè)知識再次回顧學習，而且 也使我學到了專業(yè)領域中一些前沿的知識。 非常感謝在本次設計中曾給予我耐心指導 和親切關懷的老師以及幫助過我的同學， 正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢 業(yè)設計過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學識和為人也深深地影響著我，在此，請允許我再次向曾經給予我多次指導的導師表示最忠誠的敬意！<

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