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1、机械系统设计搬运机械手控制系统设计 姓 名： 学 号： 学科专业：机械设计制造及其自动化摘要由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能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。关键词：可编程控制器PLC; 机械手; 伺服马达前 言工业
2、机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。用机械手可以代替人从事单调重复或繁重的体力劳动实现生產的机械化和自动化代替人在有害环境下的手工操作改善劳动条件保证人身安全。20世纪40年代后期美国在原子能实验中首先采用机械手搬运放射性材料人在安全室
3、操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后机械手逐步推广到工业生產部门用于在高温污染严重的地方取放工件和装卸材料也作为机床的辅助装置在自动机床自动生产线和加工中心中应用完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手主要由手部机构和运动机构组成。手部机构随使用场合和操作对象而不同常见的有夹持托持和吸附等类型。运动机构一般由液压气动电气装置驱动。机械手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保护人身安全，因而广泛应用机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。1.系统流程图机械手整个搬运过程要求都能自动
4、控制。下图是机械手控制系统的逻辑流程图。系统启动之前，机械手处于原始位置，条件是机械手在高位左位。整个系统流程可用下图1-1来说明 图2-2 系统流程图1-12.1 功能按钮概述 系统输入信号有3个启动按钮，4个限位开关，5个手动输入信号，1个有工件检测信号，共计14个数字量输入信号；输出信号有机械手上升/下降驱动信号左移/右移驱动信号和机械手夹紧驱动信号，共有5个数字量输出信号。2.2机械手传送系统输入和输出点分配表机械手传送系统输入和输出点分配表如下表2-1所示。表2-1 机械手传送系统输入和输出点分配表名 称代号输入名 称代号输入名 称代号输出启动SB1X000夹紧SB5X010电磁阀下
5、降YV1Y000下限行程SQ1X001放松SB6X011电磁阀夹紧YV2Y001上限行程SQ2X002单步上升SB7X012电磁阀上升YV3Y002右限行程SQ3X003单步下降SB8X013电磁阀右行YV4Y003左限行程SQ4X004单步左移SB9X014电磁阀左行YV5Y0042.3 输入和输出点分配表输入和输出点分配表如表2-2所示。表2-2 输入和输出点分配表表1停止SB2X005单步右移SB10X015原点指示ELY00500手动操作SB3X006回原点SB11X016连续操作SB4X007工件检测SQ5X0172.4输入和输出点原理接线图输入和输出点原理接线图如图21所示。2-1
6、3.1 机械手操作系统程序图及原理操作程序图(X6常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。其操作系统程序如图3-1所示。3-13.2 操作系统原理把旋钮置于回原点，X16接通，系统自动回原点，Y5驱动指示灯亮。再把旋钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。之后，由于X7常闭触点，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。3.3原位程序回原位程序如图3-2所示。用S10S12作回零操作元件。应注意，当用S10S19作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器MR8043置1。
7、3.4 程序的模拟调试将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通断状态用PLC上有关的指示灯来显示，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。在调试
8、时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。第四章 总结与展望4.1系统总结可编程控制器PLC以其丰富的IO接口模块、高可靠性，在机械手控制系统的设计中起到了十分重要的作用，
9、但在PLC控制的过程中，还有许多问题需要解决，本文就机械手自动控制系统的过程中的硬件的选择与设计以及软件的编程中的几项关键问题提出了自己的一些看法，经实践证明，可以有效地提高系统的抗干扰能力，对PLC读、写，事件响应等通信时问可进行精确控制，取得了良好的效果。在系统设计设计过程中，我遇到了很多设计方面的问题。为了弄懂相关的知识，掌握相关技术，我翻阅了大量的书籍和资料，并积极利用互联网丰富的资源找取答案，从中的收获是非常丰富的。从这次设计中我有了很深的体会，任何事情都不是一蹴而就的，都需要付出很艰辛的努力。4.2 展望工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器
10、人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。参 考 文 献1 赵金荣,叶真编.可编程序控制器原理及应用,上海应用技术学院,20032 董儒胥主编. 电工电子选训教程，上海交通大学出版社，20063 王兆义主编. 可编程序控制器教程 ，机械工业出版社，20034 钟肇新， 彭侃编 . 华南理工大学出版社，2001 5 王永华主编. 现代电气及可编程技术，北京航空航天大学出版社6 汤以范主编. 电气与可编程序控制器技术，机械工业出版社，20047 苗常初编. PLC编程及应用，机械工业出版社，20038 廖常初. PLC编程及应用机械工业出版社 ，19999 郁汉琪主编.机床电气及可编程序控制器实验、课程设计指导书，高等教育出版社，2001 10 易传禄主编.可编程序控制器应用指南，电子工业出版社，2005