畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)項(xiàng)目名稱 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) 專 業(yè) 機(jī) 電 一 體 化 班 級(jí) 09 級(jí) 2 班 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 機(jī)械與電子工程系 2012年 6月13日重慶三峽職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語及成績(jī)專業(yè)機(jī)電一體化班 級(jí)09級(jí)機(jī)電2班姓名 題目機(jī)械手設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)語：簽字： 年 月 日答辯記錄及評(píng)語：記錄員：年 月 日綜合成績(jī)： 答辯小組組長(zhǎng)簽字： 系主任簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)機(jī)電一體化班級(jí)09級(jí)機(jī)電2班姓名 題目機(jī)械手設(shè)計(jì)內(nèi)容1、對(duì)機(jī)械手的控制和運(yùn)行相關(guān)資料的收集整理 2、根據(jù)其工作原理設(shè)計(jì)其原理圖 3、完成設(shè)計(jì) 基本要求從原點(diǎn)開始按下起動(dòng)按鈕時(shí)，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)，碰到下限開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手下降停止；同時(shí)按夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限開關(guān)，上升電磁閥斷電，機(jī)械手上升停止；同時(shí)接同右移電磁閥，機(jī)械手右移。右移到位時(shí)，碰到右限開關(guān)，右移電磁閥斷電，機(jī)械手右移停止。若此時(shí)工作臺(tái)上無工件，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)，碰到下限開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手下降停止；同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移。左移到原點(diǎn)時(shí)，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過8步動(dòng)作完成了一個(gè)周期。重點(diǎn)研究問題1、機(jī)械手的設(shè)計(jì)2、設(shè)計(jì)其原理圖3、功能的實(shí)現(xiàn)主要技術(shù)指標(biāo)其它要說明的問題 指導(dǎo)教師簽字：年 月 日 重慶三峽職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度考核表起止日期畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)各階段工作任務(wù)完成情況指導(dǎo)教師簽字第1-2周開題報(bào)告完成第3周系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)完成第4周寫出設(shè)計(jì)提綱 統(tǒng)計(jì)出需要的元件完成第5周進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作完成第6周系統(tǒng)安裝和模擬調(diào)試。完成第7周撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)完成第8周上交畢業(yè)設(shè)計(jì)及其相關(guān)資料 進(jìn)行設(shè)計(jì)總結(jié)及畢業(yè)答辯完成 備注注：本表用于考核學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的進(jìn)度及完成情況，是學(xué)生畢業(yè)答辯資格認(rèn)定和成績(jī)?cè)u(píng)定的依據(jù)之一。摘 要隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們生活水平得到了很大的改善，對(duì)休閑玩耍類的機(jī)器有了更多的挑剔，尤其是在外面一些游樂城里的玩具機(jī)器有了更進(jìn)一步的完善和柔性化，所以在現(xiàn)實(shí)生活中人們所創(chuàng)造出來的機(jī)器人和機(jī)械手類產(chǎn)品受到了社會(huì)的廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作兩種。但為了廣大用戶的需求我們還將系統(tǒng)更加的完善。將自動(dòng)操作又分為單步，單周期和連續(xù)操作方式。由于現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于自動(dòng)化產(chǎn)品的要求逐漸深化從而使我們的設(shè)計(jì)顯得更加有難度。不僅僅只是個(gè)控制而已，還要有更多的新樣式，不然將被廣大用戶拒之門外。例如：一、每按依次起動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。二、機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，然后停止在原起始點(diǎn)位置。三、機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)地，連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在以上這個(gè)例子中，有三個(gè)方式，一個(gè)是單步運(yùn)行，一個(gè)是整個(gè)程序段的運(yùn)行，另一個(gè)是不斷地周期運(yùn)行，那么你會(huì)選擇哪個(gè)更加快捷地去完成這個(gè)作業(yè)的過程呢？ 答案很顯然，就是用第三種方式。所以本次設(shè)計(jì)主要采用的是電動(dòng)聯(lián)合氣動(dòng)控制機(jī)械手的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的。其系統(tǒng)的主要組成部分有如下：機(jī)械手 可編程控制器 水果抓取手 PLC 來進(jìn)行 控制設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)功能實(shí)用、節(jié)約時(shí)間，使用靈活性好,安全系數(shù)高,適用范圍廣,生產(chǎn)成本低,因此,該類控制方法在市場(chǎng)上占有絕大部分主導(dǎo)地位，成為了社會(huì)中自動(dòng)控制產(chǎn)品中的產(chǎn)業(yè)支柱。關(guān)鍵詞 機(jī)械手 可編程控制器 水果抓取手 PLC 控制設(shè)計(jì) 目 錄摘要5目錄6前言71. 機(jī)械手的介紹81.1機(jī)械手的概述91.2機(jī)械手的工作過程101.3機(jī)械手的工作方式111.4機(jī)械手的工作原理112. 抓取水果機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作任務(wù)112.1確定所需要的用戶I/O設(shè)備及I/O點(diǎn)數(shù)112.2選擇PLC133. 水果抓取機(jī)械手控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)143.1總體布局143.2手動(dòng)操作程序153.3自動(dòng)操作程序173.4程序的下載、安裝、調(diào)試18總結(jié)20致謝21參考文獻(xiàn)22附錄123第一章 前 言自從1962年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品不斷活躍發(fā)展迅速，機(jī)器人技術(shù)不再像開始那樣只局限于傳統(tǒng)的工業(yè)和制造業(yè)，根據(jù)現(xiàn)代這會(huì)的需要，目前已經(jīng)被應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。如我國(guó)研發(fā)出特種機(jī)器人、農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人。機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)械手的是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手也被稱為自動(dòng)手，從形狀上可以看出來，類似于人的手臂，同時(shí)也具備能夠模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手的控制對(duì)于很多場(chǎng)合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動(dòng)作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。對(duì)于控制程序的編寫，這里給出的只是一種實(shí)現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實(shí)現(xiàn)這樣的控制，針對(duì)所用的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計(jì)人員可以選用不同的方法來編寫程序。機(jī)械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，所以機(jī)械手在現(xiàn)實(shí)生活中的使用也將越來越廣泛。在社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)中，如何進(jìn)一步發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械化的作用，從而推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)，是農(nóng)機(jī)工作者所面臨的新課題。我國(guó)雖是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；?、精確化、某些地域呈現(xiàn)出勞動(dòng)力不足的現(xiàn)象，在加之蘋果、桃子等水果的分類挑選是一項(xiàng)勞動(dòng)密集型工作，以及水果生產(chǎn)對(duì)時(shí)令的要求，勞動(dòng)力問題很難解決。廣大果農(nóng)由于不能及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)水果進(jìn)行抓取包裝，從而使水果生產(chǎn)受到很大的影響。水果抓取機(jī)械手的應(yīng)用可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，解決勞動(dòng)力不足問題、改善農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境、防止農(nóng)藥、化肥等化學(xué)藥品對(duì)人體的傷害、提高勞動(dòng)作業(yè)質(zhì)量等。下面介紹采用先進(jìn)的可編程控制器PLC作為機(jī)械手的控制系統(tǒng)，可以克服以前繼電器控制的諸多缺點(diǎn)，利用PLC作為可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，使機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)平穩(wěn)，準(zhǔn)時(shí)，準(zhǔn)確地工作。課題研究方法：本設(shè)計(jì)主要采用PLC、電路、電磁閥、限位開關(guān)等工作元件來控制機(jī)械手的氣缸，從而讓機(jī)械手產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行工件的抓取運(yùn)送安放等一系列的工作步驟。它們的組成元件有: 機(jī)械手 PLC 電磁閥 限位開關(guān) 電源開關(guān) 按鈕 電線 機(jī)械手的介紹1.1 機(jī)械手的概述機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（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)，是使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(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23個(gè)自由度。 機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：(1)機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。(2)在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。(3)可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)/(4)可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。(5)宇宙及海洋的開發(fā)。(6)軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式。機(jī)械式機(jī)械手 ；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種 ；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn) 物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。 1.2 機(jī)械手的工作過程機(jī)械手電氣制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了工藝方面與基本的電動(dòng)控制和氣動(dòng)控制有著較大的區(qū)別外，在控制方面采用了連續(xù)控制和手動(dòng)控制等兩種操作方式。這樣就能夠從操作面板上清析地看出來。本系統(tǒng)的工作流程如下：左上角一徹為：原點(diǎn) 一、當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。二、當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。三、當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計(jì)該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。1、機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。下降下限位開關(guān)夾緊電磁閥下降電磁閥原點(diǎn)上限位開關(guān)右移電磁閥右移左移下降電磁閥下降下限位開關(guān)夾緊電磁閥上升13245678上限位開關(guān)右位起動(dòng)（a）機(jī)械手的動(dòng)作過程分解左/右上/下夾/松手動(dòng)連續(xù)單周期單步復(fù)位起動(dòng)停止控制面板圖1 機(jī)械手的動(dòng)作過程分解(a)及控制面板圖(b)機(jī)械手的動(dòng)作過程分解圖如圖1所示。機(jī)械手動(dòng)作詳細(xì)運(yùn)行順序：從原點(diǎn)開始按下起動(dòng)按鈕時(shí)，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)，碰到下限開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手下降停止；同時(shí)按夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限開關(guān)，上升電磁閥斷電，機(jī)械手上升停止；同時(shí)接同右移電磁閥，機(jī)械手右移。右移到位時(shí)，碰到右限開關(guān)，右移電磁閥斷電，機(jī)械手右移停止。若此時(shí)工作臺(tái)上無工件，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)，碰到下限開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手下降停止；同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移。左移到原點(diǎn)時(shí)，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過8步動(dòng)作完成了一個(gè)周期。1.3 機(jī)械手的工作方式機(jī)械手操作方法自動(dòng)操作手動(dòng)操作連續(xù)操作單步操作主要用于調(diào)試機(jī)械手的每一個(gè)動(dòng)作按鈕：上、下、左、右手動(dòng)操作：就是用按鈕操作對(duì)機(jī)械手的每一中運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制，例如，當(dāng)選擇上/下運(yùn)動(dòng)時(shí)按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手上升：按下停止按鈕，機(jī)械手下降。當(dāng)選擇左/右運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手左移；按下停止按鈕，機(jī)械手右移。當(dāng)選擇夾緊/放松運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手夾緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放松。單步操作：每按依次起動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，然后停止在原起始點(diǎn)位置。連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)地，連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手動(dòng)作停止。重新起動(dòng)時(shí)，須用手動(dòng)操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后按一下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手又重新開始連續(xù)操作。在工作中若按一下復(fù)位按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)，自動(dòng)停止。1.4 機(jī)械手的工作原理機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用氣壓傳動(dòng)方式，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。位置檢測(cè)裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置. (一)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱、機(jī)座等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。 (二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)等幾個(gè)傳動(dòng)方法所結(jié)合起來的一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。(三)控制系統(tǒng) 采用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行程序的運(yùn)行控制。(四)位置檢測(cè)裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。 機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作任務(wù)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求是能在控制系統(tǒng)的指令下，能將水果迅速，靈活，準(zhǔn)確，可靠地抓起并運(yùn)送到指定位置，因此設(shè)計(jì)要考慮到運(yùn)動(dòng)的速度，加速度等情況。 機(jī)械手抓取水果的動(dòng)作過程為：在原位下降（由立柱的升降氣缸控制，下降過程中手指始終張開一定的角度，以保證不會(huì)損傷工件）抓取工件（由手腕旋轉(zhuǎn)氣缸和手部夾緊氣缸共同完成，通過視覺識(shí)別系統(tǒng)來確定工件的分類）上升并旋轉(zhuǎn)（由立柱升降和旋轉(zhuǎn)由氣缸共同完成，將工件送至對(duì)應(yīng)的傳送帶上方）下降（由立柱升降氣缸實(shí)現(xiàn)，將工件送至傳送帶上）張開手指并放下工件（該過程由于受部夾緊氣缸完成）上升并旋轉(zhuǎn)（由立柱升降氣缸共同完成，機(jī)械手臂還原至初始位置）。 機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，而氣缸馬達(dá)又由相應(yīng)的電磁換向閥控制。例如下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降；下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手下降停止，只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升；當(dāng)上升電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手上升停止。同樣，左移/右移分別由放松電磁閥和夾緊電磁閥控制，上轉(zhuǎn)/下轉(zhuǎn)分別由上轉(zhuǎn)電磁閥和下轉(zhuǎn)電磁閥。2.1 確定所需要的的用戶I/O設(shè)備及分配方法本設(shè)計(jì)中應(yīng)包括下降電磁閥，上升電磁閥，夾緊電磁閥，放松電磁閥，左移電磁閥，右移電磁閥。為了機(jī)械手處于原點(diǎn)進(jìn)行指示，還配置1個(gè)原點(diǎn)指示的指示燈。I/O分配圖，如圖4所示。由圖可見，運(yùn)動(dòng)選擇X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16Y0Y1Y2Y3Y4Y5起動(dòng)按鈕下限位開關(guān)上限位開關(guān)右限位開關(guān)左限位開關(guān)光電開關(guān)（無工件檢測(cè)）手動(dòng)單步單周期連續(xù)左/右夾/松上/下復(fù)位操作方式選擇下降沿電磁閥夾緊電磁閥上升電磁閥左移電磁閥右移電磁閥原點(diǎn)指示停止按鈕ACMYS80圖4 PLC I/O連接圖2.1.1輸入設(shè)備用以產(chǎn)生輸入控制信號(hào)本設(shè)計(jì)中應(yīng)包括：（1）操作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)：有手動(dòng)，單步，單周期，循環(huán)等4個(gè)位置可供選擇。（2）手動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)選擇開關(guān)：應(yīng)有上/下，左/右，夾緊/放松，等3個(gè)位置可供選擇。（3）起動(dòng)，停止及復(fù)位按鈕。（4）位置檢測(cè)元件：機(jī)械手的動(dòng)作是按行程原則進(jìn)行控制的。其上限，下限，左限，右限的位置分別用限位開關(guān)來檢測(cè)。（5）無工件檢測(cè)元件：右工作臺(tái)上無工件用光電開關(guān)來檢測(cè)。開關(guān)及按鈕在操作屏上的布置如圖3,所示.各限位開關(guān)幾光電開關(guān)的配置見圖1.左/右上/下夾/松手動(dòng)連續(xù)單周期單步復(fù)位起動(dòng)停止圖3操作面板布置圖2.1.2輸出設(shè)備由PLC的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件2.2選擇PLC該機(jī)械手的控制為純開關(guān)量控制，且所需的I/O點(diǎn)數(shù)不多，因此選擇一般的小型的PLC即可以，所以選擇了三菱的FX 2N系列PLC。2.2.1 PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造（5）體積小，重量輕，能耗低- 25 -機(jī)械手控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)3.1 總體結(jié)構(gòu)首先先畫出機(jī)械手運(yùn)行的流程圖，如圖6開始處于原點(diǎn)按起動(dòng)按鈕向下運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)到底部夾緊工件計(jì)時(shí)3s向上運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)到頂部向右運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)到最右端機(jī)械手向下運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)到底部松開工件向上運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)2s運(yùn)動(dòng)到頂部向右運(yùn)動(dòng)圖6機(jī)械手動(dòng)作流程圖根據(jù)以上流程圖，作出相應(yīng)編程。為了便于編程，先繪制出整個(gè)程序的結(jié)構(gòu)框圖，如圖7所示手動(dòng)程序JMEJMPJMPX10X12X11單步時(shí)斷開X12單周期斷開連續(xù)時(shí)斷開X0KEEP手動(dòng)時(shí)斷開X10X11X16自動(dòng)程序JME圖7總程序結(jié)構(gòu)圖在總程序結(jié)構(gòu)圖中運(yùn)用了JMP跳步指令和JME跳步結(jié)束指令。這兩對(duì)指令是成對(duì)使用，用于程序的跳轉(zhuǎn)，其功能為當(dāng)JMP前的邏輯關(guān)系為ON時(shí)，則JMP和JME之間的程序停止執(zhí)行，而跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行JME以下的程序。在JMP和JME之間個(gè)邏輯行的繼電器保持在觸點(diǎn)接通以前。當(dāng)JMP前的邏輯關(guān)系為OFF時(shí)，則不執(zhí)行跳轉(zhuǎn)功能，程序仍照樣按順序執(zhí)行。3.2 手動(dòng)操作程序 在手動(dòng)操作方式下運(yùn)行設(shè)計(jì)圖如梯形圖8。為了安全，機(jī)械手的左/右移動(dòng)，只有當(dāng)機(jī)械手處于上限位置時(shí)才能進(jìn)行，因此，需在左/右移動(dòng)的電路中設(shè)置上限聯(lián)鎖保護(hù)。另外，由于左/右、上/下運(yùn)動(dòng)采用雙線圈二位電磁閥控制，兩線圈不能同時(shí)通電，因此在左/右、上/下的電路中設(shè)置了互鎖環(huán)節(jié)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)選擇開關(guān)置于“左/右“時(shí)，如機(jī)械手處于上限位置，則按起動(dòng)按鈕機(jī)械手右移；按停止按鈕時(shí)，機(jī)械手左移。當(dāng)運(yùn)動(dòng)選擇開關(guān)置于“夾緊/放松“時(shí)按起動(dòng)按鈕時(shí)機(jī)械手執(zhí)行夾緊動(dòng)作，按停止按鈕時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。當(dāng)運(yùn)動(dòng)開關(guān)置于“上/下”位置時(shí)，按起動(dòng)按鈕時(shí)下降，按停止按鈕時(shí)上升。X13Y3Y4Y3X6Y4左移夾/松下降上升右移X0X2RX15Y0Y0Y2Y1 KEEPX14X0X6X0X6 Y2圖8 手動(dòng)操作梯形圖3.3 自動(dòng)操作程序 根據(jù)PLC移位寄存器的功能，便可設(shè)計(jì)機(jī)械手自動(dòng)操作的梯形圖程，因此用步進(jìn)指令可以較容易地實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)利用步進(jìn)指令編程的具體梯形如圖9所示。X2 x4左限Y4右移SFT300030073003 x3 3004 x13005 50013006 x23007 x4Y5X6停止 3004 x5 x1Y0下限3000R3005Y1 KEEPS3001300150003002 x23007 4000單步 x10起動(dòng)x0INCPRX03000 x13001 50003002 x2 1002X0 x2 x4 3000 3001 3002 3003 3004 3005 300630063003 x330053007右限Y2Y3TIM5001放松計(jì)時(shí)0020左移夾緊計(jì)時(shí)0030上升下降原點(diǎn)指示圖9自動(dòng)操作梯形圖程序3.3.1該梯形圖的控制原理分析（1） 連續(xù)及單周期 在連續(xù)及單周期操作方式下，單步輸入點(diǎn)1008斷開，輸入繼電器1008的常閉觸點(diǎn)閉合，將移位寄存器的移位輸入直接接入CP端。當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時(shí)，壓下上限位開關(guān)和左限位開光，輸入點(diǎn)1002和1004接通，2005接通，原點(diǎn)指示燈亮。按下起動(dòng)按鈕，輸入繼電器1000接通。其兩對(duì)常開觸點(diǎn)在移位寄存器IN端和CP端同步接通（送入“1”信號(hào) ），CP端的“1”態(tài)移入3000，2000接通，下降電磁閥得電，機(jī)械手下降，上限位開關(guān)復(fù)位，1002斷開，IN端置“0“。 下降到底碰到下限位開關(guān)后，輸入繼電器1001接通，2000斷開，下降停止，同時(shí)產(chǎn)生移位信號(hào)，將3000的“1”，移入到3001，IN端的“0“態(tài)移到3000。3001的常開觸點(diǎn)將2001置“1”并保存，夾緊電磁得電，機(jī)械手夾緊工作，同時(shí)3001得常開觸點(diǎn)接通5000，開始夾緊計(jì)時(shí)。5000延時(shí)3s后，其常開觸點(diǎn)閉合，產(chǎn)生移位信號(hào)，將3002置“1”，3001置“1，3002的常開觸點(diǎn)將2002接通，上升電磁閥得電，機(jī)械手上升。此時(shí)，下限開關(guān)復(fù)位，1001斷開，機(jī)械手上升到頂部碰到上限位開關(guān)，1002接通，上升停止。同時(shí)產(chǎn)生移位信號(hào)將3002的“1”移到3003，IN端置“0“移入3002，同時(shí)2003得電，機(jī)械手右移，上限位開關(guān)復(fù)位，1002斷開，右移到位時(shí)碰到右限位開關(guān)，1003接通，右移電磁閥斷電，2003短開，右移停止。同時(shí)將3003的”1“移到3004，IN端的”0“移到3003，同時(shí)檢測(cè)右工作臺(tái)無工件1005接通，2000接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底部碰到下限位開光時(shí)1001接通，同時(shí)將3004的”1“移入3005并保持，IN端的”0“移入3004，3005常開觸點(diǎn)接通，夾緊電磁閥失電，機(jī)械手放松， 5001開始放松計(jì)時(shí)，5001延時(shí)2秒后，其常開觸點(diǎn)閉合產(chǎn)生移位信號(hào)將3006置“1“，3005置”0“，3006的常開觸點(diǎn)將2002接通，上升電磁閥得電，機(jī)械手上升。上升到頂部碰到上限位開關(guān)，1002接通，上升電磁閥斷電，2002斷開，上升停止。同時(shí)3007置“1”，3006置“0”，3007的常開觸點(diǎn)接通2004，機(jī)械手開始左移。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作完成了最后一步，即左移回到原點(diǎn)時(shí)，碰到左限位開關(guān)，輸入繼電器1004接通，2004斷開，左移停止，同時(shí)產(chǎn)生移位信號(hào)。如果是連續(xù)操作，則4000接通，3000又置“1“，3007置“0”，又開始第二周期的循環(huán)動(dòng)作。如果是單周期操作方式，則4000斷開，IN端置“0”，3000保持“0“態(tài)，因此不再循環(huán)工作。運(yùn)行中，如按下停止按鈕，則1006接通，移位寄存器復(fù)位，機(jī)械手停止動(dòng)作，必須用手動(dòng)操作將機(jī)械手移回原點(diǎn)，然后再重新起動(dòng)自動(dòng)操作程序。（2）單步操作 在單步操作方式下，單步輸入點(diǎn)1008接通，輸入繼電器1008的常閉觸點(diǎn)斷開，將移位寄存器的移位信號(hào)經(jīng)輸入寄存器1000的常開觸點(diǎn)接入CP端。這樣只有按下起動(dòng)按鈕，輸入繼電器1000接通時(shí)，才能將移位信號(hào)送入CP端移位寄存器才能移位。每按一次起動(dòng)按鈕，移位寄存器的的狀態(tài)移一位，機(jī)械手的動(dòng)作完成一步后自動(dòng)停止。3.4程序的下載、安裝和調(diào)試將各個(gè)輸入/輸出端子和實(shí)際控制系統(tǒng)中的按鈕、按所需控制設(shè)備連接，完成硬件的安裝。打開機(jī)械手移動(dòng)程序，即可在線調(diào)試，也可用編程器進(jìn)行調(diào)試，通過編程器將程序?qū)懭隦AM后，應(yīng)進(jìn)行調(diào)試，確認(rèn)程序無誤后，才能正式運(yùn)行。調(diào)試的步驟如下：校對(duì)程序：用指定方法對(duì)程序全部指令自下而上或自上而下地逐條進(jìn)行校對(duì)，若發(fā)現(xiàn)某一條指令有錯(cuò)，應(yīng)重新鍵入正確指令，若需要校對(duì)程序中的某一條指令的內(nèi)容，顯示屏及指示燈即顯示指令的內(nèi)容。進(jìn)行輸入輸出狀態(tài)的模擬試驗(yàn)：輸出端不接負(fù)載，輸入端接模擬開關(guān)，用以模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)試。聯(lián)機(jī)調(diào)試：經(jīng)過輸入輸出狀態(tài)的模擬調(diào)試，確認(rèn)程序無誤后，便可將主機(jī)與用戶輸入輸出設(shè)備相連，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。在開機(jī)后使主機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)若ERR燈未亮，RUN燈閃光，表示程序正常運(yùn)行。如果被控的機(jī)械設(shè)備工作不正常，則明輸入輸出設(shè)備有故障，應(yīng)著重檢查輸入輸出設(shè)備以及它們和PLC之間的連接情況，或查看程序是否有不妥之處。上述針對(duì)機(jī)械手的控制方法充分利用了PLC和其它控制裝置的特性，結(jié)構(gòu)緊湊、控制可靠，目前在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行良好。作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)能更好的形成自動(dòng)化生產(chǎn)的控制?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Logic controller，簡(jiǎn)稱PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫、沖擊和振動(dòng)等惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，已成為解決自動(dòng)控制問題的最有效工具，是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一。PLC提供了較完整的編程語言，以適應(yīng)PLC在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變繼電器的硬接線線路，這就是所謂的“可編程序”。程序由編程器送到PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，它也能方便地讀出、檢查與修改?？偨Y(jié)隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來越高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運(yùn)和固定式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運(yùn)方式，不但占用空間也不容易更變生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，加上需要人力監(jiān)督操作，更增加生產(chǎn)成本，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動(dòng)作，可以簡(jiǎn)化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。可編程控制器PLC以其豐富的I/O接口模塊，高可靠性、在機(jī)械手控制的設(shè)計(jì)中起到了十分重要的作用，學(xué)習(xí)PLC的目的，最終要把它應(yīng)用到實(shí)際的控制系統(tǒng)中。機(jī)械手的控制對(duì)于很多場(chǎng)合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動(dòng)作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。對(duì)于控制程序的編寫，這里給出的只是一種實(shí)現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實(shí)現(xiàn)這樣的控制，針對(duì)所用的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計(jì)人員可以選用不同的方法來編寫程序。機(jī)械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機(jī)械手的使用也將越來越廣泛。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，我遇到了很多設(shè)計(jì)方面的問題。為了弄懂相關(guān)的知識(shí)，掌握相關(guān)技術(shù)，我翻閱了大量的書籍和資料，并積極利用互聯(lián)網(wǎng)豐富的資源找取答案，從中的收獲是非常豐富的。從這次設(shè)計(jì)中我有了很深的體會(huì)，任何事情都不是一蹴而就的，都需要付出很艱辛的努力。致 謝感謝我系領(lǐng)導(dǎo)及我的輔導(dǎo)老師蔣老師，感謝他們?cè)谖掖髮W(xué)期間的無限支持和幫助，是你們那樂觀、努力、仔細(xì)、認(rèn)真的態(tài)度對(duì)待著我，從而使我在心聲上有了一個(gè)飛躍的高度，在學(xué)習(xí)中了解學(xué)習(xí)到了更多的專業(yè)知識(shí)，豐富了自己整個(gè)大學(xué)的學(xué)習(xí)生活，營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。之所以專業(yè)知識(shí)學(xué)得如此優(yōu)秀是你們那細(xì)致的工作態(tài)度和那不怕厭煩的耐心講解。使我不但從中受到了良好的教育，更多的是學(xué)會(huì)了怎么去嚴(yán)格要求自己，怎樣去做一位合格、稱職的高品德教師。感謝老師們對(duì)我的教導(dǎo)。我一定不負(fù)老師們的重望，開創(chuàng)出你們期望的那一片蔚藍(lán)的天空。論文是在蔣老師的悉心指導(dǎo)和面耐心幫助下完成的。蔣老師嚴(yán)肅和科學(xué)的教學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)了我。同時(shí)也感謝這兩年來，各位老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，還在思想、生活上給我無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向各位老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意，并蔣老師表示衷心的感謝。另外，還要感謝同組同學(xué)給我的無么幫助，使我得以順利的完成論文。最后，我要感謝我的家人，你們的理解、支持、鼓勵(lì)和鞭策催我更加上進(jìn)。我竭盡全力的努力，更希望的是能夠讓你們高興和滿意。你們的情感永遠(yuǎn)都是我不斷進(jìn)取的動(dòng)力源泉。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)朋友給了我?guī)椭?，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！參考文獻(xiàn)1 2 賀哲榮等.流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì).西安：西安電子科技大學(xué)出版設(shè).20063 廖常初主編.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)（第4版）。重慶：重慶大學(xué)出版社，20024 王衛(wèi)星等編.可編程控制器原理及應(yīng)用。北京：中國(guó)水利水電出版社，20025 PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù) 電子工業(yè)出版社 主編 魯遠(yuǎn)東6 PLC在物料搬運(yùn)機(jī)械手控制中的應(yīng)用http:/www.plc-fa.hk/detail.asp?id=246附錄一附錄光電開關(guān)（無工件檢測(cè)） 左/右上/下夾/松手動(dòng)連續(xù)單周期單步復(fù)位起動(dòng)停止Y0Y1Y2Y3Y4Y5ACMYS80-起動(dòng)按紐-下限位開關(guān)-上限位開關(guān)-手動(dòng)單步單周期連續(xù)-停止按紐-右限位開關(guān)-左限位開關(guān)-光電開關(guān)(無工件檢測(cè))-左/右夾/松上/下復(fù)位-操作方式選擇運(yùn)動(dòng)選擇下降電磁閥-夾緊電磁閥-上升電磁閥-右移電磁閥-左移電磁閥-原點(diǎn)指示-左移電磁閥左限位開關(guān)原點(diǎn)指示右位上限位開關(guān)87654231上升夾緊電磁閥下限位開關(guān)下降下降電磁閥左移右移右移電磁閥上限位開關(guān)原點(diǎn)起動(dòng)下降電磁閥夾緊電磁閥下限位開關(guān)上升下降(c)控制面板X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16COM1COM2220v（a）原理接線圖(b)動(dòng)作分解圖