目錄一、PLC概況及在機械手中的應(yīng)用21 可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況22 PLC的應(yīng)用概況23 PLC在機械手中的應(yīng)用3二、 機械手概況 41搬運機械手的應(yīng)用簡況42機械手的應(yīng)用意義53機械手的發(fā)展趨勢54機械手的分類 6 三、 搬運機械手總體設(shè)計方案71機械手的工作過程72機械手的控制過程73機械手的控制要求84 機械手模型 85I/O分配 96狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 107 梯形圖程序 11四、結(jié)論 18五、參考文獻(xiàn) 19一PLC概況及在機械手中的應(yīng)用1 可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況可編程序控制器（programmable controller），現(xiàn)在一般簡稱為PLC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。以其顯著的優(yōu)點在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單、易于掌握、價格便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對象改變時，原有的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。2 PLC的應(yīng)用概況PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴大，對于而今的PLC幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來PLC的性價比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。 按PLC的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個方面。1）. 用于邏輯控制這是PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機床的電氣控制、包裝機械的控制、自動電梯控制等。2）. 用于模擬量控制PLC通過模擬量I/O模塊，可實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對模擬量控制。3）. 用于機械加工中的數(shù)字控制現(xiàn)代PLC具有很強的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機械加工中的數(shù)字控制（NC）及計算機控制（CNC）緊密結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)字控制。4）. 用于工業(yè)機器人控制5）. 用于多層分布式控制系統(tǒng)高功能的PLC具有較強的通信聯(lián)通能力，可實現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與上位機之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。3 PLC在機械手中的應(yīng)用機械手通常應(yīng)用于動作復(fù)雜的場合來代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞動，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被應(yīng)用于動作簡單的電氣及流水線控制，而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強;控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單。編程簡單、使用、維護(hù)方便；組合方便、功能強、應(yīng)用范圍廣；體積小、重量輕、功耗低等有點被廣泛應(yīng)用于類似機械手的控制動作復(fù)雜的場合，本設(shè)計正是以PLC控制為基礎(chǔ)從而實現(xiàn)機械手的各種動。二 機械手概況1搬運機械手的應(yīng)用簡況在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法，程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實現(xiàn)機械化。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5。從這里可看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。國內(nèi)外機械工業(yè)、鐵路部門中機搬運械手主要應(yīng)用于以下幾方面：1.熱加工方面的應(yīng)用熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作。 2.冷加工方面的應(yīng)用冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用，成為機床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。3.拆修裝方面拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進(jìn)了機械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機務(wù)段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機械手，可用以對客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。近些年，隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機械手中越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素。2機械手的應(yīng)用意義在機械工業(yè)中，機械手的應(yīng)用意義可以概括如下：1.可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度2.可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。3.可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)應(yīng)用機械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。3機械手的發(fā)展趨勢目前國內(nèi)工業(yè)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造，又便于改換工作，擴大了應(yīng)用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機械手，并考慮于計算機聯(lián)用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計算機。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機械手進(jìn)行工作。觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達(dá)到自動調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到1995年，全世界約有50%的汽車由機械手裝配?，F(xiàn)今機械手的發(fā)展更主要的是將機械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。4機械手分類機械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機械手，它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項規(guī)定工作。它的特點是除具備普通機械的物理性能外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號操作機械手來進(jìn)行探測月球、火星等。第三類是專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用于解決機床上下料和工件傳送。這種機械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機服務(wù)的，由主機驅(qū)動，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。本項目要求設(shè)計的機械手模型可歸為第一類，即通用機械手。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動化程度較高，大量應(yīng)用機械手。通過本次設(shè)計，可以增強對工業(yè)機械手的認(rèn)識，同時并熟悉掌握PLC技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)等工業(yè)控制常用的技術(shù)。三 機械手總體設(shè)計方案1機械手工作過程本機械手用于生產(chǎn)線上工件的自動搬運，根據(jù)對機械手的工藝過程及控制要求分析，機械手的工作過程如圖1所示：初始位置左轉(zhuǎn)上升夾緊伸長下降右轉(zhuǎn)上升縮短張開下降圖1機械手的工作過程2機械手的控制過程機械手模型如圖2所示。初始時，機械手旋轉(zhuǎn)在右極限位置，升降在上極限位置，伸縮處于縮極限位置，機械手張開。按下開始按鈕SB1，機械手下降碰到行程開關(guān)SQ3。機械手開始前伸，直至碰觸到SQ4。此時，機械手開始收縮夾緊工件。3S后，機械手開始上升，上升至上極限位置，碰觸到SQ2。機械手開始左轉(zhuǎn)，直至左極限位置，碰到SQ1。機械手開始下降，直至下極限位置，碰到SQ3。機械手開始張開，放下貨物，完成了貨物的一次搬運。然后，機械手碰到行程開關(guān)SQ6開始縮短，碰到SQ5上升，碰到SQ2右轉(zhuǎn)，機械手回到了初始位置。按下SB2，機械手完成了一次貨物的搬運。若無任何動作，機械手開始循環(huán)往復(fù)的搬運貨物。3機械手的控制要求為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為自動操作、復(fù)位操作和手動放松操作自動操作：正常使用，當(dāng)機械手在原點并按下啟動按鈕時，機械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動作。復(fù)位操作：當(dāng)開始使用機械手搬運貨物時，由于機械手處于其他位置不利于搬運貨物，可按下復(fù)位按鈕，機械手即可按原路徑返回到原點位置。手動放松操作：當(dāng)機械手由于斷電或其它原因?qū)е聶C械手運行中途停止時，再次通電，按下復(fù)位按鈕，機械手即可按最短路徑的原則返回到原點位置。4機械手的模型 圖2 機械手的結(jié)構(gòu)示意圖5 I/O分配 I/O端子的分配結(jié)果如下表所示：輸入信號輸入端子功能輸出端子控制對象功能SB1X0開始Y0YA1左轉(zhuǎn)SB2X1停止Y1YA2上升SQ1X2左極限Y2YA3伸長SQ2X3上極限Y3YA4夾緊SQ3X4下極限Y4YA1右轉(zhuǎn)SQ4X5長極限Y5YA2下降SQ5X6短極限Y6YA3縮短SQ6X7張極限Y7YA4張開SQ7X10右極限SB3X11復(fù)位SB4X12手動放松6狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 S0Y005S10Y002S11 Y003S12T0 k30Y001S13Y000S14Y005S15Y007S16Y006S17Y001S18Y004S19 s07 梯形圖程序 四 心得體會 這次為期三天的課程設(shè)計比我以往一個學(xué)期的學(xué)習(xí)的知識還來得扎實，豐富。在以往的學(xué)習(xí)中只注重成績而沒有把PLC運用于生產(chǎn)實踐，在這三天的時間里我們通過在圖書館和在網(wǎng)絡(luò)查閱資料，豐富了自己的知識，也通過和同學(xué)的合作學(xué)會了如何和其他同學(xué)配合。 本課題所設(shè)計的機械手的操作過程是系統(tǒng)采用可編程控制器控制，運用步進(jìn)順序控制編程，程序簡單且便于調(diào)試。 通過PLC 本身通信接口與計算機聯(lián)網(wǎng)，對現(xiàn)場操作的各項參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測、修改、調(diào)整，使系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。利用 PLC 控制機械手相對于其它控制方式，具有很高的可靠性，較好的性價比，較強的可操作性和實用性。就本課題設(shè)計的目的，實際應(yīng)用運行良好，大大方便了工作和生活。 通過這次的課程設(shè)計，我學(xué)到了很多東西，在做設(shè)計的過程中對工作的細(xì)心得到了提高，認(rèn)識到自己在這方面的不足。并且，對本設(shè)計的內(nèi)容有了更好的了解，比如加深了解有關(guān)可編程控制器的功能，還有機械手的工作原理等等。通過做這個設(shè)計，對以前不足的知識進(jìn)行彌補，在老師那里學(xué)到了很多寶貴的東西，這些都是對我很有幫助的。五 文獻(xiàn)