3.5.1 主电路图.............................................................. 24 3.5.2 PLC选型 .............................................................. 25 3.5.3 电气元件选择 .......................................................... 26 3.5.4 PLC外部接线图 ........................................................ 29 3.6 程序设计 ................................................................... 30
3.6.1 机械手的工作流程图 .................................................... 30 3.6.2 机械手控制系统的顺序功能图和梯形图 .................................... 31 3.6.3 程序分析.............................................................. 34 3.7 本章小结 ................................................................... 34
第四章 结论 ............................................................ 35 参考文献 ................................................................ 36 致谢 .................................................................... 37
第一章 绪论
1.1 问题的提出
随着工业自动化的发展，自动化设备渐渐代替人工作业成为现代工业的发展趋势。工业计算机的发展和运用，结合计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统，引导工业自动化向一个新的领域过渡。机械手作为一种自动执行设备，能模仿人手和手臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件，进行装配操作能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
机械手控制系统就是将机械手的运行经过一套系统进行完全的控制。这种控制系统提高了机械手的生产质量和效率，并且节约了成本和时间。而PLC由于其高的可靠性、编程方便、易于使用和修改、易于扩展和维护、环境要求低、体积小、安装和维修方便等优越性得以在工业控制中广泛运用。
1.2 国内外机械手的研究现状及其意义
国内机械主要用于机床加工、锻造、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。所以，在国内主要是逐步扩大运用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在运用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还可以研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少重进，正确定位，以使更好的发挥机械手的作用。此外还应该大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。
国外机械手在机械制造中应运较多，发展也很快。目前爱女主要用于机床横缎压力机的上下料，以及点焊/喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使使它具有一定的传染能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如果位置发生稍许偏差时，就能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定的成绩。
新世纪，生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化/自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工/装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人力的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制
约了整个生产过程的效率和自动化程序。机械手的应用很多的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。
在机械工业中，机械手的运用具有以下意义：
第一，可以提高生产过程的自动化程度。运用机械手，有利于提高材料的传送、弓箭的装卸、刀具的更换以及机器的装配等自动化程度，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。
第二，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、有放射性或者其他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者根本不可能的。而运用机械手即可部分或者全部代替人安全地完成作业，大大的改善了工人的工作条件。同时，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，可以避免由于操作疲劳或者疏忽而造成的人身事故。
第三，可以减少人力，便于有节奏的生产。运用机械手代替人手进行工作，机械手工作时间也可以比人力持久。
1.3研究思路与主要内容
机械手控制系统主要采用以下三种方式：一是继电器控制系统、二是PLC控制系统、三是微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高，控制方式不灵活及功率消耗大等缺点，目前已经逐渐被人们所淘汰；微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，但也存在一定的不足之处，即抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术。而PLC由于高的可靠性、抗干扰能力强、操作方便、维修容易、易于实现机电一体化、环境要求低、易于扩展和维护、体积小巧等优越性，在工业控制中有着很广泛的运用，所以优先选择PLC。
本文主要完成了两个常见搬运机械手的PLC控制系统的设计。首先第一步，分析机械手控制系统。包括系统的控制方式、机械手控制的基本工艺和控制要求、操作面板的布置。第二步，根据控制系统进行机械手控制系统的PLC控制的硬件设计。包括PLC的选型、输入输出端的地址分配、控制系统的电气原理图。第三步，进行软件设计。根据设计的复杂程度，可以将程序设计分为两个阶段，即程序的总体结构设计和各部分程序设计。第四步，进行程序综合与模拟调试。
第二章 机械手PLC控制系统设计（一）
2.1 机械手控制系统的分析
机械手控制系统主要采用以机械手控制系统主要采用以下三种方式：一是继电器控制系统、二是PLC控制系统、三是微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高，控制方式不灵活及功率消耗大等缺点，目前已经逐渐被人们所淘汰；微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，但也存在一定的不足之处，即抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术。而PLC由于高的可靠性、抗干扰能力强、操作方便、维修容易、易于实现机电一体化、环境要求低、易于扩展和维护、体积小巧等优越性，在工业控制中有着很广泛的运用。所以优先选择PLC。
2.2 机械手控制的基本工艺和控制要求
SQ3BM右行YV4左行YV3BMSQ4SQ1BM上升YV1BM下降YV2SQ2BMBMBMBM夹紧松开工件A图2-1机械手动作示意图
B
如图2.1所示，是一台工件传送的气动机械手的动作示意图。作用是把工件从A处传动到B处，气动搬运机械手的升降和左右移动分别由2个具有双线圈的两位电磁阀驱动汽缸来实现。其中，上升和下降对应的电磁阀线圈分别为YV1和YV2，左行和右行对应的电磁阀线圈分别为YV3和YV4。电磁阀线圈得电，就始终保持现在的动作，等到相对的另一个线圈得电为止。此机械手的的夹紧和松开动作由只有一个线圈的两位电磁阀驱动的汽缸来实现。线圈YV5断电的时候就夹紧工件，得电的时候就松开工件，以防止停电时的工件跌落，机械手的工作臂都设有上下限位和左右限位的位置开关SQ1，SQ2和SQ3，SQ4。夹紧装置不带限位开关，它通过一定的延时来实现其夹紧动作。此机械手在最上面、最左边且除松开的电磁线圈YV5通电外，其他线圈全部断电的状态为机械手的原位。
原点指示左限位开关⑧左移原点④右移右限位开关左上限位开关下①降③上升下⑤降⑦上升右下限位开关右下限位开关右位 左下限位开关夹紧②放松⑥光电开关
图2-2机械手动作过程
其动作过程分为一下八步，具体过程如图2-2所示。
①从原点开始，按下启动按钮，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到位时，碰到下限位开关，下限电磁阀断电，停止下降。
②同时接通夹紧电磁阀，停止下降。
③夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到位时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，停止上升。
④同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，停止右移。