唐山唐山学院课程设计学院课程设计目录前言1 第一章 绪论2 1 工业机械手概述2 1.1 工业机械手简介.2 1.2 工业机械手的组成.2 1.3 工业机械手的分类.5 1.4 工业机械手的应用.6 2 可编程序控制器（PLC）概述.7 2.1 PLC 的定义.7 2.2 PLC 的系统组成.7 2.3 PLC 的特点.8 第二章 课程设计概述10 1 设计题目10 2 设计内容10 3 设计要求10 4 要求的设计成果10 第三章 设计过程11 1.电气传动方案的确定.11 2.电气控制原理图的设计.11 2.1 主电路的设计.11 2.2 控制电路的设计.12 2.3 联锁与保护环节设计.13 2.4 绘制电气原理图.13 3. PLC 及电器元件的选型13 3.1 PLC 的选择.13 3.2 热继电器的选择.14 3.3 熔断器的选择.14 4.分配 PLC 的 I/O 点地址并设计 I/O 电气接口连接图.15 4.1 系统 PLC 的 I/O 地址分配表15 4.2 系统 PLC 的 I/O 口接线图.16 5.机械手的控制系统功能流程图.17 6.用编程软件绘制梯形图.18 7.机械手控制过程的上机调试.19 第四章 总结与心得体会20 主要参考资料.21唐山唐山学院课程设计学院课程设计1前言前言随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术， 它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、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” 。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，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。可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、 自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展， PLC 在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。可编程控制器采用了典型的计算机机构，它主要是由 CPU，电源，存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。目前 PLC 已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展。唐山唐山学院课程设计学院课程设计2第一章第一章 绪论绪论1 工业机械手概述工业机械手概述1.1 工业机械手简介工业机械手简介机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。 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。机械手是工厂企业高度自动化的标志，它能完成许多高技术难度和繁重的体力劳动，尤其对于高温、高压、高湿度、污染等不适宜人工工作的环境中，机械手起到了不可取代的作用。1.2 工业机械手的组成工业机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图 1-1 所示。图 1-1 工业机械手组成方框图1.2.1 执行机构执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。唐山唐山学院课程设计学院课程设计31.手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。 夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。 手指是与物件直接接触的构件， 常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂， 但平移型手指夹持圆形零件时， 工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V 形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。 传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。2.手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。3.手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。4.立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。5.行走机构当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。6.机座机座是机械手的基础部分， 机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机唐山唐山学院课程设计学院课程设计4座上，故起支撑和连接的作用。1.2.2 驱动系统驱动系统驱动系统是由驱动工业机械手执行机构运动的动力装置、 调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。 目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。 控制系统有电气控制和射流控制两种， 它支配着机械手按规定的程序运动， 并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。1.2.3 控制系统控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。 目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。 控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。1.2.4 位置检测装置位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。唐山唐山学院课程设计学院课程设计51.3 工业机械手的分类工业机械手的分类1.3.1 按用途分按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:1、专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点， 适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手， 如自动机床、 自动线的上、下料机械手。2、通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强， 适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:可以是点位的，也可以实现连续轨控制；同时还可分为伺服型和一般型的机械手，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。1.3.2 按驱动方式分按驱动方式分机械手可分为液压、气压、机械及电力传动机械手：1、液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。2、气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:获取介质源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在 30 公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的唐山唐山学院课程设计学院课程设计6结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。3、机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。4、电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。1.3.3 按控制方式分按控制方式分机械手可分为点位控制和连续轨迹控制：1、点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。2、连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。1.4 工业机械手的应用工业机械手的应用随着科学技术的发展， 机械手也越来越多地被应用。 在机械工业中， 铸、 锻、焊、铆、冲压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实例。其它部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。机械工业中，应用机械手的主要目的是：1.可以提高生产过程的自动化程度；应用机械手，有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。2.可以改善劳动条件、避免人身事故；在高温、高压、低温、低压、有灰尘、唐山唐山学院课程设计学院课程设计7噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作时有危险或根本不可能。 而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3.可以减少人力，并便于有节奏地生产；应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动线上，目前几乎都设机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏进行生产。由此可见，有效地应用机械手，是发展工业的必然趋势。2 可编程序控制器（可编程序控制器（PLC）概述）概述2.1 PLC 的定义的定义可编程控制器是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主的自动控制装置。它具有存储控制程序的存储器，能够按照控制程