设计题目搬运机械手PLC控制系统设计学生姓名 孙飞龙学号专业班级机电一体化v 1 ）班扌旨导老师张兰仙机电项目系搬运机械手PLC控制系统设计毕业设计随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运，可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上 升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机 的正反转，从而 实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设 置在各个不同部位的行程开关（ SQ1-SQ9 产生的通断信号传输到 PLC 控制器，通过 PLC 内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不 同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢 进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包 括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。关键词：搬运机械手，可编程控制器 |其动作3.2搬运机械手系统硬件设计 3.3搬运机械手控制程序设计 1操作面板及动作说明 2 I/O分配3梯形图的设计1) 梯形图的总体设计2) 各部分梯形图的设计 3) 绘制搬运机械手PLC控制梯形图 结论附:？语具的自动操作装谢辞参考文献句表梯形图I/O接线图、八 刖言机械手：mecha ni cal hand ，也被称为自动手，auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工 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。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件 或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有 多种结构形式，如夹持型、托持 型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动 摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改 变被抓持物件的位置和姿势。 运动 机构的升降、 伸缩、旋转等独立运动方式， 称为机械手的自由度 。 为了抓取空间 中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。 自 由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 2? 3 个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械 手；按适用范围可 分为专用机械手和通用机械手两种； 按运动轨迹控制方式可分为 点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置， 如在自动机床或自动生产线上 装卸和传递工件， 在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作 装置需要由人直接操纵，如用于原 子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为 机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、 累等劳动条件。机械手首先是从美国开始研制的。 1958 年美国联合控制公司研制出第一台机 械手。第一章 机械手简况1.1 搬运机械手的应用简况在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业 中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程 控机床、数控机床、加工中心等 自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的 重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步 实现机械化。据 资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有 75 是小批量生产； 金属加工生产批量中有四分之三 在 50 件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占 零件生产时间的 5 。从这里可看出，装卸、搬 运等工序机械化的迫切性，工业机 械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓 放物体， 动作灵活 多样，适用于可变换生产品种的中、 小批量自动化生产， 广泛应用于柔性自动线。国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面：4.1 热加工方面的应用热加工是高温、危险的笨重体力 | | 劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全， 尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。4.2 冷加工方面的应用冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机 加工时的上下料 和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设 备的一个组成部分。最近更在加 工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工 序联接的重要于段。4.3 拆修装方面拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发 展。目前国内铁路 工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制 动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效 率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可 用以对客车内部进行连续喷 漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的 应用，工业机械 手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。1.2 机械手的应用意义在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：1. 可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手，有利于提高材料的传送、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，降低生产成本，加快实现工业生 产机械化和自动化的步伐。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、 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 操作是有危险或根本不可能的。 而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作 业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作 简单但又重复作业的操作中，以机 械手代替人手进行工作，可以避免因为操作疲劳或疏忽而造成的 人身事故。3. 可以减少人力，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，同时因为应 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 合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的 节拍，便于有节奏地进行生产综上所述，有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势。 机械手的发 展简况与发展趋势1.3 机械手的发展简况 专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。因 为通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知 识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它 是一项综合 性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来， 这项技术的研究和发展 一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应 用领域也在不断地扩大。早在 40 年代，随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。50? 60 年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特 (Unimate 机械手即属于这种类 型。60? 70 年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。80-90 年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。90 年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、 林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。90 年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械 手技术也得到飞速的多元化发展。总之，目前机械手的主要经历分为三代：第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有 | |识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精8 / 29度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的 能力。研究安装 各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并 逐步发展成为柔 性系统 FMS(Flexible Manufacturing System 和柔性制造单元 FMC(Flexible Manufacturing Cell 中重要一环。1.4 机械手的发展趋势目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品 种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的 机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展 通用机械手，有 条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手 等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于 不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不 用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工 作，扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机 械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能 地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机 床、模锻压力机的 上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程 序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发 生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条 件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重 点是研究视觉功 能和触觉功能。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪 即距离传感器）以及 卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机， 以便分析物体的 种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指 寻找工件，通过 装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工 件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到 1995 年，全世界约有 50% 的汽车由机械手装配。现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相 结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.5 PLC 简况