湖南省生物机电职业技术学院毕业设计机械手控制电路设计系 部： 机械系 专 业： 机械制造及自动化 班 级： 机制09316班 姓 名： 邹张骞 学 号： 200923531608 联系电话： 15111034033 指导老师： 徐 坚 目 录摘 要 随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈、人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定方式输送带为主的传统物件搬运方式、不但占用空间而且不容易变更生产线结构，加上需要人力监督操作，更增加了生产成本，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。因此减轻劳动强度，保障生产可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生产所必须面临的重大的问题。本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用电磁阀和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略关键词：机械手，PLC，控制电路第一章 绪论在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，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地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。机器手的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。它能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。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，广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门1.1本课题的设计的目的和意义随着我国经济迅速发展，很多行业技术水平不但提高微电子技术、计算机技术和自动化技术就是其中最快的技术之一，机械手在早期的应用时在汽车制造方面，进行一般的焊接、喷漆、搬运物料等。但是面临一些人工无法完成的工作，机械手成为了人的代替品，因此，随着人把机械手运用到更加恶劣的环境中，他可以有效的代替人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作；替代人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前机械手主要用于制造业中。随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对机械手的安全性，可靠性、准确性的要求越来越高，以继电器组成的控制系统实现机械手控制的方法已经不能满足人们的需要。可编程控制器因为稳定可靠、结构简单、功能强大和使用方便，已经成为应用最广泛的装置，成为现代工业自动化的主要支柱之一。机械手控制要求接入设备使用简单，系统编程过程简单，具有人性化，PLC控制机械手改善了机械手的灵活性。因此PLC控制机械手得到广泛应用1.2本课题的基本要求本课题将要完成的主要任务如下：1. 用西门子PLC技术设计机械手控制电路，模拟机械手工作过程如图1-1，使每次循环动作均从原位开始。（1）在传输带A端部，如图2-2安装了光电开关PS，用以检测物品的到来。当光电开关检测到物品时为ON状态。（2）机械手在原位时，按下起动按钮，系统起动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后，传送带A停。(3) 传输带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A上搬到传送带B(连续运转）上。(4) 机械手返回原位后，自动再起动传送带A运转，进行下一个循环。(5) 按下停止按钮后，应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原位，停止工作。(6) 机械手的上升下降和左移右移的执行结构均采用双线圈的二位电磁阀驱动液压装置实现，每个线圈完成一个动作。(7) 抓紧放松由单线圈二位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行抓紧动作，线圈断电时执行放松动作。(8) 械手的上升、下降、左移、右移动作均由极限开关控制。(9) 抓紧动作由压力继电器控制，当抓紧时，压力继电器动合触点闭合。放松动作为时间控制（设为4s）。(10)合理选择驱动机构，及控制电路电压，传感器类型以及机械手的自由度。2编制程序，列出资源分布表，画出梯形图。 图2-2 机械手运动情况 图2-2 机械手示意图第二章 机械手与PLC的基本概述2.1机械手的概述2.1.1机械手的产生它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。 机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成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。2.1.2机械手的构成和优点机械手主要由手部、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23个自由度。机械手有以下九点优点1)节约人工：用机械手取出产品，可节省人工，如配合输送带同时使用，则一名操作工人可以轻松的操作2-3台注塑机。2)安全性高：用人工取产品或水口有夹伤手的危险，使用机械手则可確保安全生产。3)提高效率：以注塑周期30秒计算，用人工取出一天约为2800模，如使用机械手可将周期缩短到27秒，则用机械手取出一天约3200模，可提高400模左右。4)适用范围：适用于塑料成形产品（如：玩具类、手机外壳、瓶胚、汽车零件、导光板、钟表齿输等）。5)提升品质：如产品为自动脱模，顶针延时肯定会影响生产效率，且产品自动脱落会造成碰伤，沾到油污而造成不必要的不良品。如用机械手取出，锁模时间固定，模温正常，可降低产品不良率。6)防止模具损坏：人工如未能成功取出产品或水口，合模会造成模具损坏，机械手臂如未能成功取出产品或水口或其中一件，会自动报警停机。7)摆脱人工操作的惰性：无论白班还是夜班操作工人长时间的工作都会产生一种惰性和疲劳感，取出时会延长开关模时间。而机械手则可摆脱人工操作的惰性和疲劳感。8)回报快：A：以产品之注塑周期为20秒计算，每班应生产2160模，但一般生产资料显示，很难生产到2000模，尤其夜班更难达到1900模，用机械手生产每班可生产2100模，平均每天可多生产500模，假设每模0.3元计算则每台机可增值150元/天，每月增值4000元左右。B：使用机械手和输送带每一名操作工人可以操作2-3台注塑机，则可省去人工1-2人，按每人1500元/月计算，则此项又可节省1500元-3000元/月。AB则每台机械手每月可增收5500-7000元。 提高竟争力：使用机械手，提升企业形象，品质得到保证，更可精确的计算产量。无形之中在很大程度上提高了企业的竟争优势2.2PLC的概述2.2.1PLC的定义及简介可编程控制器(Programmable Controller)是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的一种工业控制器。其早期称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Cotroller)，简称PLC1。世界上第一台可编程控制器是1969年由美国数字设备公司(DEC)为美国通用汽车自动装配线而研制的，主要用于替代传统的继电器逻辑控制。随着微电子技术的迅猛发展，PLC的功能不断增强，从最初的逻辑运算发展到能实现过程控制、智能控制及网络通讯等的多功能控制器，因此普遍改称为可编程控制器。但为避免与个人计算机PC相混淆，所以仍简称为PLC。1987年国际电工委员会(IEC 1131-1)对PLC的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、定时、计数与算术运算等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” PLC具有通用灵活、抗干扰能力强、可靠性高、易于编程、使用方便、安装简单、便于维修、体积小等特点，它的采用，大大缩短了系统的设计和调试周期。2.2.2PLC的基本结构PLC以微机技术为基础，其构成基本与微型计算机相同，如图2-1所示。由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM, ROM )、输入/输出部件(I/O接口)、编程工具和外围设备等组成。如图2-2所示1中央处理单元CPU是PLC系统的核心它按生产厂家预先编好的系统程序(操作系统)指定的功能，接收并存储用户程序和数据:诊断电源、PLC内部各电路的状态和用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入vo映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释器后按指令的规定执行逻辑或算术运算任务，并将逻辑或算术运算的结果送入vo映象区或数据寄存区内。在所有的用户程序执行完毕之后，最后将vo映象区的各输出状态或输出寄存器的数据传送到相应的输出装置，实现输出