第一篇：基于PLC的搬運機械手控制系統設計程序（最終版）

主程序:OB1 // 啟動系統 LD I0.0 ON M0.0 AN I1.4 AN I1.5 = M0.0 // 系統初始化 LD SM0.1 CALL SBR0 // 試燈 LD I0.1 = Q0.0 = Q0.1 = Q0.2 = Q0.3 = Q0.4 = Q0.5 = Q0.6 // 上電后200ms延時接通伺服電源 LD SM0.0 LPS AN Q1.5 AN Q1.6 TON T37, 2 LPP A T37 S Q1.5, 2 // 伺服電源接通后伺服報警清零輸出點Q1.7產生一個300ms的清零脈沖信號 LD Q1.5 A Q1.6 LPS EU S Q1.7, 1 LRD A Q1.7 TON T33, 30 LPP A T33 R Q1.7, 1 // 伺服1位控模塊0啟動 LD M0.0 A M0.1 A Q2.0 AN Q2.2 = L60.0 LD I1.4 O I1.5 O Q2.2 O I1.6 O I2.0 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR1, L63.7, M4.0, VB66, VD0, VD68, M3.0 // 伺服2位控模塊0啟動 LD M0.0 A M0.1 A Q2.1 AN Q2.3 = L60.0 LD I1.4 O I1.5 O Q2.3 O I2.1 O I2.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR12, L63.7, M4.1, VB67, VD4, VD72, M3.1 // 調用復位子程序 LD I0.2 A I0.4 A Q1.5 A Q1.6 CALL SBR23 // 手動子程序剛開始調用時，步進脈沖數清零 LD I0.4 A M0.0 LPS CALL SBR27 EU R Q2.2, 2 S Q2.0, 2 LPP MOVD 0, VD118 MOVD 0, VD122 MOVD 0, VD110 MOVD 0, VD114 // 半自動程序剛開始調用時，步進脈沖數清零 LD I0.5 A M0.0 LPS CALL SBR26 EU R Q2.2, 2 S Q2.0, 2 LPP MOVD 0, VD118 MOVD 0, VD122 MOVD 0, VD110 MOVD 0, VD114 // 自動子程序 LD M0.0 A I0.3 CALL SBR25 EU R Q2.2, 2 S Q2.0, 2 // 報警處理 LD SM0.0 CALL SBR24 // 急停后，伺服停止，氣缸保持 LD I1.4 S Q2.0, 2 S Q2.4, 1 R Q2.5, 1

初始化子程序: // 伺服電源接通后延時30s系統初始化 LD Q1.5 A Q1.6 LPS AN M0.1 TON T38, 300 LPP A T38 S M0.1, 1 // 首次上電或者回參考點狀態時，狀態位置位 LD M0.1 A I0.3 EU S Q2.1, 2 R M3.0, 5 R M4.0, 10 R Q2.2, 2 MOVB 0, VB20 MOVW 0, VW16 MOVW 0, VW18 MOVW 0, VW12 MOVW 0, VW14 R Q2.4, 1 S Q2.5, 1 Network 3 LD M0.1 MOVD 100000, VD500 MOVD 20000, VD504 MOVD 1000000, VD508 MOVD 50000, VD512

復位子程序: Network 1 LD I0.2 S M0.5, 1 // 伺服1復位 LD M0.5 = L60.0 LD I0.2 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.3, VB68 // 伺服2復位 LD M0.5 = L60.0 LD M4.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.4, VB69 // 機械手爪松開 LD M0.5 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 // 復位完成 LD I2.2 R M0.5, 1 R M4.3, 2 END_SUBROUTINE_BLOCK 報警子程序: // 伺服1報警 LD I1.6 O I2.0 O I2.6 AN Q1.7 = M0.2 // 伺服2報警 LD I2.1 O I2.3 O I2.7 AN Q1.7 = M0.3 // 伺服運動過程中松開工件報警 LD I0.6 O I0.7 O I1.0 O I1.1 A I0.4 A I1.3 = M0.4 // 報警燈顯示 LD M0.2 O M0.3 O M0.4 = Q0.0 自動子程序: // 網絡注釋 LD I0.0 O M0.7 S M0.6, 1 // 伺服1復位 LD I0.3 = L60.0 LD M0.6 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.5, VB70 // 伺服2復位 LD I0.3 = L60.0 LD M4.5 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.6, VB71 //參數復位 LD I2.2 R M0.6, 1 R M4.5, 2 // 伺服1下降 LD I0.3 A I2.4 AN I2.0 = L60.0 LD I2.2 EU = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M4.7, VB70, VD76, VD80 // 下降指示燈 LD I2.2 O Q1.0 AN M4.7 = Q0.2 // 伺服1下降完成 LD I3.0 AN T39 = Q1.0 // 夾緊工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.4, 1 R Q2.5, 1 AN T39 TON T39, 20 // 夾緊指示燈 LD I3.0 O Q0.5 AN Q2.5 = Q0.5 // 夾緊完成 LD T39 AN Q2.5 = Q1.3 // 伺服1上升 LD I0.3 AN I1.6 = L60.0 LD Q1.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M5.0, VB71 // 上升指示燈 LD T39 ON Q0.1 AN M5.0 AN I3.0 = Q0.1 // 上升完成 LD I1.7 = Q0.7 // 伺服2前進 LD Q2.4 AN I2.3 = L60.0 LD Q0.7 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR14, L63.7, VD508, VD512, 1, I1.4, M5.1, VB72, VD84, VD88 // 前進指示燈 LD Q0.7 ON Q0.3 AN M5.1 AN I3.1 = Q0.3 // 前進完成 LD I3.1 AN T40 = Q1.1 // 到達前進工位后伺服1下降 LD Q2.4 A I2.5 AN I2.1 = L60.0 LD Q1.1 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M5.2, VB73, VD92, VD96 // 下降指示燈 LD I3.1 ON Q0.2 AN M5.2 = Q0.2 // 下降完成 LD I3.0 AN T40 = Q1.0 // 放下工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 R M4.7, 4 AN T40 TON T40, 20 // 松開指示燈 LD Q1.0 ON Q0.6 AN Q2.4 = Q0.6 // 松開完成 LD T40 = Q1.4 // 重復動作 LD Q1.4 = M0.7 半自動子程序: // 網絡注釋 LD I0.5 S M0.6, 1 // 伺服1復位 LD I0.3 = L60.0 LD M0.6 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.5, VB70 // 伺服2復位 LD I0.3 = L60.0 LD M4.5 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.6, VB71 //參數復位 LD I2.2 R M0.6, 1 R M4.5, 2

// 伺服1下降 LD I0.3 A I2.4 AN I2.0 = L60.0 LD I2.2 EU = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M4.7, VB70, VD76, VD80 // 下降指示燈 LD I2.2 O Q1.0 AN M4.7 = Q0.2 // 伺服1下降完成 LD I3.0 AN T39 = Q1.0

Network 8 // 夾緊工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.4, 1 R Q2.5, 1 AN T39 TON T39, 20 // 夾緊指示燈 LD I3.0 O Q0.5 AN Q2.5 = Q0.5 // 夾緊完成 LD T39 AN Q2.5 = Q1.3 // 伺服1上升 LD I0.3 AN I1.6 = L60.0 LD Q1.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M5.0, VB71 // 上升指示燈 LD T39 ON Q0.1 AN M5.0 AN I3.0 = Q0.1 // 上升完成 LD I1.7 = Q0.7 // 伺服2前進 LD Q2.4 AN I2.3 = L60.0 LD Q0.7 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR14, L63.7, VD508, VD512, 1, I1.4, M5.1, VB72, VD84, VD88 // 前進指示燈 LD Q0.7 ON Q0.3 AN M5.1 AN I3.1 = Q0.3 // 前進完成 LD I3.1 AN T40 = Q1.1 // 到達前進工位后伺服1下降 LD Q2.4 A I2.5 AN I2.1 = L60.0 LD Q1.1 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M5.2, VB73, VD92, VD96 // 下降指示燈 LD I3.1 ON Q0.2 AN M5.2 = Q0.2 // 下降完成 LD I3.0 AN T40 = Q1.0 // 放下工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 AN T40 TON T40, 20 // 松開指示燈 LD Q1.0 ON Q0.6 AN Q2.4 = Q0.6 // 松開完成 LD T40 = Q1.4 // 伺服1上升 LD I0.5 = L60.0 LD Q1.4 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M5.3, VB74 // 上升指示燈 LD Q1.4 ON Q0.1 AN M5.3 = Q0.1 // 上升完成 LD I1.7 = Q0.7 // 伺服2后退 LD I0.5 = L60.0 LD Q0.7 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M5.4, VB75 // 后退指示燈 LD Q0.7 ON Q1.2 AN M5.4 = Q1.2 Network 28 // 后退完成 LD I2.2 = Q1.2 R M4.7, 6 手動子程序: // 手動上升 LD I0.6 AN I1.7 AN M1.1 AN M1.2 AN M1.3 = M1.0 = Q0.1 // 手動下降 LD I1.7 AN I2.0 AN M1.0 AN M1.2 AN M1.3 = M1.1 = Q0.2 // 伺服1手動 LD I0.4 = L60.0 LD M1.4 = L63.7 LD M1.0 AN I1.6 = L63.6 LD M1.1 AN I2.0 = L63.5 LD L60.0 CALL SBR2, L63.7, L63.6, L63.5, VD504, M3.2, VB74, VD8, VD12, M3.4 // 手動后退 LD I1.1 AN M1.0 AN M1.1 AN M1.3 = M1.2 = Q0.4 // 手動前進 LD I1.0 AN M1.0 AN M1.1 AN M1.2 = M1.3 = Q0.3 // 伺服2手動 LD I0.4 = L60.0 LD I1.4 = L63.7 LD I1.2 AN I2.1 = L63.6 LD I1.3 AN I2.3 = L63.5 LD L60.0 CALL SBR13, L63.7, L63.6, L63.5, VD512, M3.3, VB75, VD16, VD20, M3.5 // 手動夾緊工件 LD I1.2 S Q2.4, 1 R Q2.5, 1 // 夾緊指示燈 LD Q2.4 AN Q2.5 = Q0.5 // 手動松開工件 LD I1.3 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 // 松開指示燈 LD Q2.5 AN Q2.4 = Q0.6

第二篇：搬運機械手PLC控制系統設計畢業設計

搬運機械手PLC控制系統設計畢業設計

摘 要

隨著工業自動化的普及和發展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械手的應用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫藥等領域的生產流水線或貨物裝卸調運, 可以更好地節約能源和提高運輸設備或產品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現代經濟發展的要求。

本機械手的機械結構主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉速不同的電動機分別通過兩線圈控制電動機的正反轉，從而實現小車的快進、慢進、快退、慢退的運動運動；其動作轉換靠設置在各個不同部位的行程開關(SQ1---SQ9)產生的通斷信號傳輸到PLC控制器，通過PLC內部程序輸出不同的信號，從而驅動外部線圈來控制電動機或電磁閥產生不同的動作，可實現機械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進、快進、慢進、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續；來滿足生產中的各種操作要求。

關鍵詞：搬運機械手，可編程控制器（PLC），液壓，電磁閥

ABSTRACT With the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, 1

第三篇：搬運機械手PLC控制系統設計畢業設計

設計題目 搬運機械手PLC控制系統設計 學生姓名 孫飛龍 學 號 02030801013 專業班級 機電一體化（1）班 指導老師 張蘭仙

機電工程系

搬運機械手PLC控制系統設計畢業設計

摘 要

隨著工業自動化的普及和發展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械手的應用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫藥等領域的生產流水線或貨物裝卸調運, 可以更好地節約能源和提高運輸設備或產品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現代經濟發展的要求。

本機械手的機械結構主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉速不同的電動機分別通過兩線圈控制電動機的正反轉，從而實現小車的快進、慢進、快退、慢退的運動運動；其動作轉換靠設置在各個不同部位的行程開關(SQ1---SQ9)產生的通斷信號傳輸到PLC控制器，通過PLC內部程序輸出不同的信號，從而驅動外部線圈來控制電動機或電磁閥產生不同的動作，可實現機械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進、快進、慢進、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續；來滿足生產中的各種操作要求。

關鍵詞：搬運機械手，可編程控制器（PLC），液壓，電磁閥

目 錄

前 言………………………………………………………………………………….1

第一章 機械手的概況

1.1 搬運機械手的應用簡況…………………………………………………2

1.2 機械手的應用意義………………………………………………………3

1.3 機械手的發展概況………………………………………………………3

第三章 搬運機械手PLC控制系統設計

3.1 搬運機械手結構及“ title=”下一頁">> >> >>| 其動作………………………………………………

3.2 搬運機械手系統硬件設計………………………………………………

3.3 搬運機械手控制程序設計……………………………………………… 操作面板及動作說明…………………………………………………… I/O分配………………………………………………………………… 梯形圖的設計……………………………………………………………

1）梯形圖的總體設計……………………………………………………

2）各部分梯形圖的設計…………………………………………………

3）繪制搬運機械手PLC控制梯形圖…………………………………… 結 論………………………………………………………………………………

謝 辭………………………………………………………………………………

參考文獻………………………………………………………………………………….附：語句表

梯形圖 I/O接線圖

前言

機械手：mechanical hand，也被稱為自動手，auto hand 能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

機械手主要由手部、運動機構和控制系統三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵參數。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。

機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續軌跡控制機械手等。

機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業中的應用能進一步發展鍛造設備的生產能力，改善熱、累等勞動條件。

機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。

第一章 機械手概況

1.1搬運機械手的應用簡況

在現代工業中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題。在機械工業中，加工、裝配等生產是不連續的。專用機床是大批量生產自動化的有效辦法，程控機床、數控機床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。

但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業，有待于進一步實現機械化。據資料介紹，美國生產的全部工業零件中，有75％是小批量生產；金屬加工生產批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生 5 產時間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些工序的自動化而產生的。機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。

國內外機械工業、鐵路部門中機搬運械手主要應用于以下幾方面：

1.熱加工方面的應用

熱加工是高溫、危險的笨重體力|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 勞動，很久以來就要求實現自動化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業就更需要采用機械手操作。

2.冷加工方面的應用

冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進而在程序控制、數字控制等機床上應用，成為設備的一個組成部分。最近更在加工生產線、自動線上應用，成為機床、設備上下工序聯接的重要于段。

3.拆修裝方面

拆修裝是鐵路工業系統繁重體力勞動較多的部門之一，促進了機械手的發展。目前國內鐵路工廠、機務段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內噴漆通用機械手，可用以對客車內部進行連續噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質量和效率。

近些年，隨著計算機技術、電子技術以及傳感技術等在機械手中越來越多的應用，工業機械手已經成為工業生產中提高勞動生產率的重要因素。

1.2機械手的應用意義

在機械工業中，機械手的應用意義可以概括如下：

1.可以提高生產過程的自動化程度

應用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產率，降低生產成本，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。

2.可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業，大大地改善了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重復作業的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。

3.可以減少人力，便于有節奏地生產

應用機械手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續地工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產線上，目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確地控制生產的節拍，便于有節奏地進行生產。

綜上所述，有效地應用機械手是發展機械工業的必然趨勢。1.3.3機械手的發展概況與發展趨勢

1.3機械手的發展概況

專用機械手經過幾十年的發展，如今已進入以通用機械手為標志的時代。由于通用機械手的應用和發展，進而促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識，而且還應用一些電子技術、電視技術、通訊技術、計算技術、無線電控制、仿生學和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術。目前國內外對發展這一新技術都很重視，幾十年來，這項技術的研究和發展一直比較活躍，設計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應用領域也在不斷地擴大。

早在40年代，隨著原子能工業的發展，已出現了模擬關節式的第一代機械手。

50～60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數控示教再現型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。如尤尼曼特(Unimate)機械手即屬于這種類型。

60～70年代，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產自動線上，亦即是第二代機械手這一新技術進入了應用階段。

80-90年代，裝配機械手處于鼎盛時期，尤其是日本。

90年代機械手在特殊用途上有較大的發展，除了在工業上廣泛應用外，農、林、礦業、航天、海洋、文娛、體育、醫療、服務業、軍事領域上有較大的應用。

90年代以后，隨著計算機技術、微電子技術、網絡技術等的快速發展，機械手技術也得到飛速的多元化發展。

總之，目前機械手的主要經歷分為三代：

第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環式，沒有|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設有電子計算機控制系統，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系，并逐步發展成為柔性系統FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環。

1.4機械手的發展趨勢

目前國內工業機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數量、品種、性能方面都不能滿足工業生產發展的需要。

因此，國內主要是逐步擴大機械手應用范圍，重點發展鑄鍛、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業條件。在應用專用機械手的同時，相應地發展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等。

將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構，以及適于不同類型的夾緊機構，設計成典型的通用機構，以便根據不同的作業要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。既便于設計制造，又便于改換工作，9 擴大了應用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現型，以及具有觸覺、視覺等性能地機械手，并考慮于計算機聯用，逐步成為整個機械制造系統中的一個基本單元。

在國外機械制造業中，工業機械手應用較多，發展較快。目前主要用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業中，它可按照事先制定的作業程序完成規定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發生某些偏離時，就將引起零部件甚至機械手本身的損壞。為此，國外機械手的發展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應的變更。如位置發生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。

視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及衛星計算機。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發出指令控制機械手進行工作。

觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內的壓力敏感元件產生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。

手的抓力大小可通過裝在手指內側的壓力敏感元件來控制，達到自動調整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術的發展，機械手的裝配作業的能力將進一步提高。到1995年，全世界約有50%的汽車由機械手裝配。

現今機械手的發展更主要的是將機械手和柔性制造系統以及柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統的人工操作狀態。1.5 PLC概況及在機械手中的應用

1.可編程序控制器的應用和發展概況

可編程序控制器（programmable controller），現在一般簡稱為PLC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數字技術、通 信網絡技發展起來的一種通用的工業自動控制裝置。以其顯著的優點在冶金、化工、交通、電力等領域獲得了廣泛的應用，成為了現代工業控制三大支柱之一。

在可編程序控制器問世以前，工業控制領域中是繼電器控制占主導地位。傳統的繼電器控制具有結構簡單、易于掌握、價格便宜等優點，在工業生產中應用甚廣。但是控制裝置體積大、動作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構成系統，接線繁雜，當生產工藝或控制對象改變時，原有的接線刻控制盤（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。

2.PLC的應用概況

PLC的應用|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 領域非常廣，并在迅速擴大，對于而今的PLC幾乎可以說凡是需要控制系統存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來PLC的性價比不斷提高已被廣泛應用在冶金、機械、石油、化工、輕功、電力等各行業。

按PLC的控制類型，其應用大致可分為以下幾個方面。

1）.用于邏輯控制

這是PLC最基本，也是最廣泛的應用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機床的電氣控制、包裝機械的控制、自動電梯控制等。

2）.用于模擬量控制

PLC通過模擬量I/O模塊，可實現模擬量和數字量之間轉換，并對模擬量控制。

3）.用于機械加工中的數字控制

現代PLC具有很強的數據處理功能，它可以與機械加工中的數字控制（NC）及計算機控制（CNC）緊密結合，實現數字控制。

4）.用于工業機器人控制

5）.用于多層分布式控制系統

高功能的PLC具有較強的通信聯通能力，可實現PLC與PLC之間、PLC與遠程I/O之間、PLC與上位機之間的通信。從而形成多層分布式控制系統或工廠自動化網絡。

3.PLC的特點

1）.可靠性高、抗干擾能力強

PLC能在惡劣的環境如電磁干擾、電源電壓波動、機械振動、溫度變化等中可靠地工作，PLC的平均無故障間隔時間高，日本三菱公司的F1系列PLC平均無故障時間間隔長達30萬h，這是一般微機所不能比擬的。

2）.控制系統構成簡單、通用性強

由于PLC是采用軟件編程來實現控制功能，對同一控制對象，當控制要求改變需改變控制系統的功能時，不必改變PLC的硬件設備，只需相應改變軟件程序。

3）.編程簡單、使用、維護方便

4）.組合方便、功能強、應用范圍廣

PLC既可用于開關量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機控制，又可用于組成多級控制系統；既可控制簡單系統，又可控制復雜系統。因此，PLC應用范圍很廣。

5）.體積小、重量輕、功耗低

PLC采用了半導體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時功耗也很低，空載功耗約1.2KW。

5.PLC在機械手中的應用

機械手通常應用于動作復雜的場合來代替人的反復的操作，從而節省人的勞動，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經常被應用于動作簡單的電氣及流水線控制，而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強;控制系統構成簡單、通用性強;編程簡單、使用、維護方便;組合方便、功能強、應用范圍廣;體積小、重量輕、功耗低等有點被廣泛應用于類似機械手的控制動作復雜的場合，本設計正是以PLC控制為基礎從而實現機械手的各種動。

第二章 搬運機械手總體設計方案

2.1搬運機械手結構及其動作

本機械手用于生產線上工件的自動搬運，根據對機械手的工藝過程及控制要求分析，機械手的動作過程如圖3—1所示：

圖2—1機械手的動作周期

2.2機械手的控制過程

如圖3—2所示由A、B兩個液壓缸完成工件的夾緊和提升的動作，A缸通過一個單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松，B缸通過一雙電兩位四通電磁閥控制機械手的升降；由小車實現機械手的移動。該小車由兩臺電動機驅動，一臺是高速，一臺是慢速。當小車前進時以慢—快—慢的形式進行，返回時按慢—快—慢的形式后退。當工件從傳送帶傳輸到機械手下方時，工件碰壓行程開關SQ1，B缸活塞桿伸出，帶動機械手下降，下降至終點碰壓行程開關SQ3與機械手夾鉗相連的A缸活塞桿收進，機械手將工件夾緊；當工件夾緊到位時，行程開關SQ5動作，B缸的活塞桿收進，把工件提升；當工件提升到最高位置時碰壓行程開關SQ4，啟動小車慢速右行；當小車碰壓行程開關SQ7時轉為快速行走；接近終點時小車碰壓 14 行程開關SQ8，轉為慢速行走；行至右端行程開關SQ9，小車停止前進；停留5秒后，B缸活塞桿再次外伸，機械手下降至終點，A缸活塞桿外伸帶動夾鉗松開，將工件放下；然后機械手上升，小車以慢—快—慢的形式沿原路返回，恢復到圖示所示的原點位|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 置。

2.3機械手的控制要求

為了便于生產加工、維修、調整設置的工作方式選擇開關。分為手動和自動操作，其中自動操作中包括了：單步、單周期、連續；手動操作包括手動和回原位的操作。

手動操作：供維修用，即用按鈕對機械手的每一步動作單獨控制。例如，當選擇手動操作時，按下上升/下降按鈕，機械手在滿足條件情況下即執行相應的動作，其它動作以此類推。

回原位：當由于斷電或其它原因導致機械手運行中途停止時，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復位按鈕，機械手即可按最短路徑的原則返回到原點位置。

單步運行：供試用，即沒按一次啟動按鈕機械手向前執行一個動作后停止。

單周期運行：供首次檢驗用，當機械手在原點時按下啟動按鈕，機械手自動執行一個周期后停止在原點位置

連續運行：正常使用，當機械手在原點并按下啟動按鈕時，機械手周而復始的執行各工步動作。

該機械手在自動工作狀態時，應先將其工作方式選擇開關放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對狀態器進行置位，然后再將工作方式選擇開關放置自動工作方式下。若自動工作狀態解除，則硬件工作方式選擇開關放置于“手從操作”位置。

第三章 搬運機械手硬件系統設計

硬件系統設計包括機械部分和電氣控制部分的設計。

3.1機械手的結構

設計其結構如圖3—2所示

圖3—2：機械手的結構示意圖

圖中設置9個行程開關SQ1—SQ9用于檢測工件、小車、機械手的位置及機械手夾鉗的夾緊、放松狀態，并對系統實施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測開關；SQ2為小車原位檢測開關；SQ3、SQ4分別為機械手下降上升是否到位檢測開 16 關；SQ5、SQ6分別為機械手夾緊放松檢測開關；SQ7、SQ8分別為小車速度轉換開關；SQ9為小車運動停止開關。

3.2電氣控制的設計

包括主電路和控制電路的設計。主電路由兩臺電動機，即慢速電機和快速電機，分別拖動小車慢行和快行，其控制如下：慢速電動機M1由接觸器KM1、KM2分別控制其正傳和反轉；快速電動機M2由接觸器KM3和KM4分別控制其正傳和反轉。機械手的夾緊放松動作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個液壓缸完成的，在通電情況下，機械手松開，得電時松開，可以防止在設備運行過程中突然斷電導致的機械手松開，工件脫落的情況發生。

3.3操作面板及動作說明

根據控制和生產工藝的要求，控制操作包括手動和自動，手動又包括手動步進、回原位操作，自動控制包括單步、單周期、連續的操作。故操作方式選擇開關設置有五個檔位。手動工作方式下，手動動作包括上升、下降、放松、快進、慢進、快退、慢退和復位，故設置六個動作看官按鈕。各個動作進行的同時均設有動作指示燈。另外設有啟動停止按鈕。

其操作面板如圖3—3所示：

圖3—3機械手操作面板示意圖

3.4 I/O分配

I/O設備即所需的I/O點數如下表所示：

信

I/O設備

號

操作方式選擇旋鈕開關 手動時運動選擇按鈕

輸 入

啟動停止按鈕 行程開關 9 5 8

輸 出

動作指示 原點指示 1

交流接觸器控制線圈 電磁閥 3

I/O點數 信號

I/O設備

I/O點數

根據I/O點的分配要求及考慮10%到15%的I/O裕量，本設計PLC采用F1—60MR 36/24型，樣圖見圖3-4所示：

圖3—4 F1-40MR樣圖

控制電路設計主要是PLC輸入、輸出接線的設計，其I/O分配如圖3—5所示。

電氣接線圖見附圖

圖3—5 PLC I/O接線控制圖

第四章 搬運機械手的軟件系統設計

機械手動控制屬順序控制，故其手動程序采用普通的PLC控制指令控制，自動程序采用步進梯形指令控制

4.1梯形圖的總體設計

按照機械手控制和工藝流程的要求，在選擇“手動方式”時應執行手動程序；在選擇“回原位”時應執行回原|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位程序；在選擇自動程序時應執行自動程序。其中自動程序要在啟動按鈕按下時才執行。故梯形圖的總體構成如圖3—6所示。

圖3—6搬運機械手PLC控制梯形圖總體構成

4.2各部分梯形圖的設計

1.通用部分梯形圖設計

通用部分梯形圖分為三部分：

1）.狀態器的初始化。初始化狀態器S600在手動方式下被置位、復位。當方式選擇開關置于“返回原位”（X514接通）時，按下復位按鈕（X507）時被置位，在“手動操作”（X510）接通時，S600復位。處于中間工步的狀態器用手動做復位操作，即在方式選擇開關位于“手動操作”或“返回原位”時，中間狀態器同步復位。故初始化梯形圖如圖3—7所示，（如果狀態器要在供電時從斷電前條件開始繼續工作，則不需要M71）。

圖3—7 狀態器初始化梯形圖

2）.狀態器轉換啟動。若機械手工作在自動工作方式下，當初始狀態器S600被置位后按下啟動按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態器的狀態可以一步一步的向下傳遞，即可進行轉換。在執行“連續程序” 時，轉換啟動繼電器M575一直保持到 22 停機按鈕按下為止。另一面采用M100檢查機器是否處于原位。當M575和M100都接通時，從初始狀態器開始進行轉換，故其梯形圖如圖3—8所示。

圖3—8狀態器轉換啟動梯形圖

3）.狀態器轉換禁止梯形圖。激活特殊輔助繼電器M574并用步進梯形指令控制狀態器轉換時，狀態器的轉換就被自動禁止。

在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時，M574應被激勵并自保持，操作停止在現行工步。當按下停止按鈕時，從現行工步重新開始工作，M574應復位，即重新允許新轉換。

在“步進”工作方式時，M574應始終工作，此時，禁止任何狀態轉換。但沒按下一次啟動按鈕時，M574斷開一次，允許狀態器轉換一次。

在“手動”工作方式時禁止進行狀態轉換。在手動方式解除之后，按下啟動按鈕，則狀態轉換禁止解除，M574復位。

PLC在啟動時，用初始化脈沖M71和M574自保持，以此禁止狀態轉換，直到按下啟動按鈕。故狀態器轉換禁止梯形圖如圖3—8所示。

圖3—8 狀態器轉換禁止梯形圖

通過對3—7和3—8的分析可得出：在執行“手動操作”和“返回原位”程序時，M575一直不能被接通，而M574長期被接通，（按下啟動按鈕時除外）；執行“步進”程序時沒按一次啟動按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態器轉換一次；在執行“單周期操作”程序時，按下啟動按鈕，M574斷開，M575接通，狀態器的轉換可一步一步向下轉換，直至按下停止按鈕時，M574自鎖，狀態器的轉換被禁止，操作停止在現行工序（再次按下啟動按鈕時從現行工序開始工作）；在執行“連續程序”時，M575一直接通到按下停止按鈕，此時M574一直不能接通。

2.手動操作梯形圖

手動操作方式由于不需要任何復雜的順序控制，可以用常規繼電器順序方式來設計梯形圖?！笆謩硬僮鲿r”按下放松按鈕時，機械手卡抓松開，當松開放松按鈕時，機械手卡爪在液壓缸作用下自動加緊并保持；按下上升按鈕，上升輸出Y435保持 24 接通；按下下降按鈕，Y436保持接通；在上限位按下慢進按鈕，慢進輸出Y430接通，至行程開關SQ7閉合，小車停止；快進、快退、慢退情況同慢進。

手動操作梯形圖設置有互鎖，只有在小車處于左限位（即X403閉合）或右限位（即X412閉合）時機械手的上升下降動作才能進行，只有當機械手處于下限位（即X404接通）機械手的加緊放松動作才可以手動控制；為了安全，同一個電動機的正反轉線圈不能同時接通，設計中設計了自鎖開關，防止線圈同時接通造成的短路。故手動操作時梯形圖如圖3—9所示。

圖3—9 手動操作梯形圖

3.返回原位梯形圖 在“返回原位”狀態下，“夾緊”與“下降”動作應被停止，上限位未動作時，應進行“上升”；上限位動作時，“右行”動作應停止，并左行至左限|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位位置。故返回原位梯形圖如圖3—10所示：

圖3—10 返回原位梯形圖

4.“自動”狀態梯形圖 圖3—11表示了機械手自動工作時執行各工步的情況，表示了各工步的實現和轉換的條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y436接通。自下限位置時，X404接通，轉換為“夾持”過程；夾持電磁閥Y434復位，至加緊限位X406接通，轉換為上升動作；當上限為開關SQ4閉合，X405接通，小車開始慢進動作?？爝M、慢進、延時、下降、加緊、上升、慢退、快退、慢退動作依次類推，如上所述一步一步按順序驅動各個負載動作，稱為順序控制或過程步進型控制。26

圖3—11搬運機械手自動工作流程圖

用狀態器代替自動工作流程圖的各工步，可得到3—12所示的功能表圖：

圖3—12 搬運機械手自動工作功能表圖

根據圖3—12所示的自動工作功能表圖，可設計出自動操作時的梯形圖如圖3—13所示。

圖3—13搬運機械手自動工作梯形圖

5、繪制搬運機械手PLC控制梯形圖

將從初始化開始的一系列梯形圖，按照總體結構圖（圖3—6）的形式組合在一起，得到機械手PLC控制的梯形圖（見附圖），其語句表見附錄。

附圖：

搬運機械手結構圖

搬運機械手控制梯形圖

搬運機械手動作流程圖

搬運機械手控制接線圖

結 論

本設計主要應用于機加工生產，貨物調運等場合。

搬運機械手采用PLC控制，體積小，重量輕，控制方式靈活，可靠性高，操作簡單，維修容易。使用該機械手代替人工搬運工件，既安全，又準確，提高了勞動生產率，保證了工件的質量，降低了工人的勞動強度，具有較好的經濟效益和社會效益。

可編程控制器PLC以其豐富的I/O接口模塊、高可靠性,可以在機械手的控制系統的設計中起到了十分重要的作用。

本文就設計過程中的幾項關鍵的問題提出了自己的一些看法,可以有效地提高系統的抗干擾能力,對PLC讀、寫,事件響應等通信時間可進行精確的控制,取得了良好的效果.隨著機械手應用的普及，機械手向著專用化，機械結構向模塊化、可重構化的方向發展，機械手的動作更加靈活多樣，其控制方式也在向著多元化的方向發展，在PLC控制的過程中,還有許多的問題需要解決，PLC在機械手開發中的開發應用還有很大的空間。

謝 辭

此次設計是在張蘭仙老師的悉心指導下完成的。導師為論文課題的研究提出了許多指導性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導和幫助。張蘭仙老師的嚴謹治學、不斷探索的科研作風，敏銳深邃的學術洞察力，孜孜不倦的敬業精神，給我留下了深刻的印象，使我受益良多。生活中張蘭仙老師就是我的朋友，她的態度讓我對生活有了新的認識。在本文結束之際，特向我敬愛的導師致以最崇高的敬禮和深深的感謝！

通過此次設計，一方面讓我認識到自己的不足，發現了學習中的錯誤之處；另一方面又積累豐富的知識，吸取別人好的方法和經驗，增強對復雜問題的解決能力，摸索出一套解決綜合問題的方法，為自己以后的工作和學習打下堅實的基礎。再一方面也加強了我和老師的交流，認識到知識的淵博度。

經過這次的努力，使我順利的完成了畢業設計。這份畢業設計既是對過去三年所學知識的總結，又是自己知識的積累，也大大加深了對單片機技術的了解。

畢業設計中既動腦、，又動手，是一個理論與實際結合的過程。僅僅有理論是不夠的，更重要的是實際的，是我們所設計的實物，具有設計合理，經濟實用的優點。這就需要我們設計者考慮問題是要仔細、周密，不能有絲毫的大意。對設計方案的優越化，也需要我們綜合各方面的因素考慮，尤其是實際。再次像教育指導我的老師及同學表示誠摯的感謝！

鑒于本人所學知識有限，經驗不足，又是初次研究這種復雜的設計，在此過程中難免存在一些錯誤和不足之處，懇請各|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位老師給予批評和指正。

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[15] 王坤.何小柏.機械設計.北京：高等教育出版社，1996年

附錄：語句表 步序 1 2 3 4 5 6 7 指 LD AND S LD R LD OUT

令 X514 X507 S600 X510 S600 X510 F671 34 8 K 9 OUT 10 K 11 OUT 12 K 13 LD 14 AND 15 OR 16 ANI 17 LD 18 OR 19 OR 20 ANB 21 OUT 22 LD 23 AND 24 ANI 25 OUT 26 OUT 27 LD 28 PLS 29 LD 30 AND 31 OR 32 OR 33 OR 34 OR 35 OR 36 ANI 37 OUT 38 LDI 39 CJP 40 LD 41 ANI 42 LD 43 OR 44 ANB 45 ANI 46 OUT 47 OUT 48 LD 49 ANI 50 LD 51 OR

601 F672 610 F670 103 X501 M575 X400 X501 X501 X512 X513 M575 X405 X403 Y434 M100 Y540 X400 M101 X401 X502 X511 X512 X514 M71 M574 M101 M574 X510 700 L500 X405 X430 X412 Y435 Y436 Y530 X500 X405 X430 X412

52 ANB 53 ANI 54 OUT 55 OUT 56 LD 57 ANI 58 AND 59 OUT 60 OUT 61 LDI 62 ANI 63 AND 64 OUT 65 LD 66 ANI 67 ANI 68 AND 69 ANI 70 OUT 71 OUT 72 LD 73 ANI 74 ANI 75 AND 76 ANI 77 OUT 78 OUT 79 LD 80 ANI 81 AND 82 ANI 83 OUT 84 OUT 85 LD 86 ANI 87 AND 88 ANI 89 OUT 90 OUT 91 EJP 92 LD 93 CJP 94 LD 95 S

Y436 Y535 Y531 X502 X407 X404 Y434 Y533 X402 X406 X404 Y532 X504 X410 X412 X405 Y431 Y430 Y534 X506 X411 X403 X405 Y430 Y431 Y535 X530 X411 X405 Y433 Y432 Y530 X505 X410 X405 Y432 Y433 Y537 700 X517 701 X507 M200

96 LD 97 OUT 98 R 99 OUT 100 AND 101 R 102 R 103 OUT 104 AND 105 R 106 EJP 107 LD 108 OR 109 OUT 110 MC 111 STL 112 LD 113 AND 114 S 115 STL 116 OUT 117 AND 118 S 119 STL 120 OUT 121 AND 122 S 123 STL 124 OUT 125 AND 126 S 127 STL 128 OUT 129 AND 130 S 131 STL 132 OUT 133 AND 134 S 135 STL 136 OUT 137 AND 138 S 139 STL

M200 Y434 Y436 Y435 X405 Y430 Y432 Y433 X403 M200 701 X400 M102 M102 M102 S600 M575 M100 S601 S601 Y436 X404 S602 S601 Y434 X406 S603 S603 Y435 X405 S604 S604 Y430 X410 S605 S605 Y432 X411 S606 S606 Y430 X412 S607 S607

140 OUT T450 141 K 5 142 AND T450 143 S S610 144 STL S610 145 OUT Y436 146 AND X404 147 S S611 148 STL S611 149 OUT Y437 150 AND X407 151 S S612 152 STL S612 153 OUT Y435 154 AND X405 155 S S613 156 STL S613 157 OUT Y431 158 AND X411 159 S S614 160 STL S614 161 OUT Y433 162 AND X410 163 S S615 164 STL S615 165 OUT Y431 166 AND X403 167 S S600 168 RET 169 MCR M102 170 END

|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 附圖：

搬運機械手結構圖

搬運機械手控制梯形圖

搬運機械手動作流程圖

搬運機械手控制接線圖

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第四篇：基于PLC的搬運機械手控制系統設計文獻綜述

文獻綜述

題

目學生姓名專業班級學

號院（系）指導教師完成時間

工業機械手的應用

自動化200 級 班

電氣信息工程學院 2011年 06月 05日

工業機械手的應用 機械手概述

用于再現人手功能的技術裝置稱為機械手。機械手是模仿人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業生產中應用的機械手被稱為工業機械手。

工業機械手是近代自動控制領域中出現的一項新技術，并已成為現代機械制造生產系統中的一個重要組成部分，這種新技術發展很快，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。

工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動生產設備。工業機械手也是工業機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現在人的智能和適應性。機械手作業的準確性和環境中完成作業的能力，在國民經濟領域有著廣泛的發展空間。

機械手的發展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其

一、它能部分的代替人工操作；其

二、它能按照生產工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其

三、它能操作必要的工具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產率，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發展，并且取得一定的效果，受到機械工業的重視。

機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環境中的工作。機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強。隨著工業技術的發展，制成了能夠獨立的按程序控制實現重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產品種的中小批量生產中獲得廣泛的引用。2 機械手的發展史

現代工業機械手起源于20世紀50年代初，是基于示教再現和主從控制方式、能適應產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化。

機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。他的結構是：機體上安裝一回轉長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構，控制系統是示教型的。

1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統仿造坦克炮塔，臂回轉、俯仰，用液壓驅動；控制系統用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產工業機械手。

1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉，臂可以回轉、升降、伸縮、采用液壓驅動，控制系統也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業機械手發展的基礎。

1978年美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制一種Unimate-Vic-arm型工業機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業，定位誤差可小于±1毫米。

美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結構，降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到±0.1毫米。

德國機器制造業是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業。德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節式結構和程序控制。

瑞士RETAB公司生產一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。

瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。

日本是工業機械手發展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。據報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1976年個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用42%。1979年日本機械手的產值達443億日元，產量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機械手產值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機械手累計產量達56900臺。在數量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業，其次是電機、電器。預計到1990年將有55萬機器人在工作。

第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。目前國外已經出現了觸覺和視覺機械手。

第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系。并逐步發展成為柔性制造系統FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環。

隨著工業機器手（機械人）研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。工業機械手在生產中的應用

機械手是工業自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。

在現代工業中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業的自動化水平越來越高，現代化加工車間，常配有機械手，以提高生產效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。可在機械工業中，加工、裝配等生產很大程度上不是連續的。據資料介紹，美國生產的全部工業零件中，有75%是小批量生產；金屬加工生產批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些工序的自動化而產生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產工序；機械手加工行業中用于取料、送料；澆鑄行業中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠實現這類工作的搬運機械手為研究對象。下面具體說明機械手在工業方面的應用。3.1 建造旋轉零件（轉軸、盤類、環類）自動線

一般都采用機械手在機床之間傳遞零件。國內這類生產線很多，如沈陽永泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環類），大連電機廠的4號和5號電動機加工自動線（軸類），上海拖拉機廠的齒坯自動線（盤類）等。

加工箱體類零件的組合機床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機械手的，如上海動力機廠的氣蓋加工自動線轉位機械手。

3.2 在實現單機自動化方面

各類半自動車床，有自動加緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，單仍需人工上下料；裝上機械手，可實現全自動化生產，一人看管多臺機床。目前，機械手在這方面應用很多，如上海柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，大連第二車床廠的自動循環液壓仿行車床機械手，沈陽第三機床廠的Y38滾齒機械手，青海第二機床廠的滾銑花鍵機床機械手等。由于這方面的使用已有成功的經驗，國內一些機床廠已在這類產品出廠是就附上機械手，或為用戶安裝機械手提供條件。如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產線機械手（生產線中有兩臺多工位機床）和天津二注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環，裝上機械手的自動裝卸工件，可實現全自動化生產。目前機械手在沖床上應用有兩個方面：一是160t以上的沖床用機械手的較多。如沈陽低壓開關廠200t環類沖床磁力起重器殼體下料機械手和天京拖拉機廠400t沖床的下料機械手等。機械手控制方法

機器人控制系統硬件結構要圍繞著如何更好地實現機器人的控制功能而設計和選擇。以控制器的核心計算機的分布方式來看，機器人控制系統硬件控制結構大體可分為集中控制、主從控制、分級控制等三類。

在核心控制器的選擇上可以有多種方案，目前在機電一體化設計中主要有三種：單片機、工業控制計算機、可編程控制器（PLC）。隨著計算機系統的不斷發展，也出現了運動控制卡和邏輯控制器等新型控制硬件。

單片機控制機械手能夠完成簡單的邏輯控制或模擬量控制，可按需要自行配置通信功能，軟硬件開發工作量很多，輸出帶負載能力和抗干擾能力差，可靠性差，環境適應能力差，成本較為低廉。

PLC控制機械手可按使用要求選購相應的產品完成復雜的邏輯控制，邏輯控制為主，也可以組成模擬量控制系統，軟硬件開發工作量較少，輸出帶負載能力和抗干擾能力強，可靠性好，環境適應能力強，成本較為高。

工業控制計算機具備完善的控制功能，軟件豐富，執行速度快，軟件開發工作量較多，硬件開發工作量較少，執行速度較慢，環境適應力一半，可靠性好，成本較為高。

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第五篇：基于plc機械手控制系統的設計

基于plc機械手控制系統的工程設計 課題背景及研究意義

機械手是工業自動化領域中經常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業自動化的發展機械手逐漸成為一門新興學科，并得到了較快的發展。機械手廣泛地應用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機加、噴漆、熱處理等各個行業。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環境中，機械手由于其顯著的優點而受到特別重視。總之，機械手是提高勞動生產率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現工業生產自動化的一個重要手段。國內外都十分重視它的應用和發展。

可編程序控制器（PLC)是專為在工業環境下應用而設計的實時工業控制裝置。隨著微電子技術、自動控制技術和計算機通信技術的飛速發展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯網功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進步，已經成為工廠自動化的標準配置之一。

由于自動化可以節省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優越性，如通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程方法簡單易學，因此工業領域中廣泛應用PLC。機械手在美國、加拿大等國家應用較多，如用果實采摘機械手來摘果實、裝配生產線上應用智能機器人等。我國自動化水平本身比較低，因此用PLC來控制的機械手還比較少。本次課題設計的機械手就是通過PLC來實現自動化控制的。通過此次設計可以更進一步學習PLC的相關知識，了解世界先進水平，盡可能多的應用于實踐。

組態王是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領域中有著廣泛的應用。本設計通過組態軟件對機械手進行監控，將機械手的動作過程進行了動畫顯示，使機械手的動作過程更加形象化。機械手

2.1 機械手介紹

Mechanical hand也被稱為自動手，Auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

2.2機械手的分類

機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用 機械手有2~3個自由度。

機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續軌跡控制機械手等。

機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。

機械手是在機械化、自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。

2.3機械手的特點

機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用，例如：

1.機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。

2.在裝配作業中應用廣泛，在電子行業中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業中它可以用來組裝零部件。

3.可在勞動條件差，單調重復易子疲勞的工作環境工作，以代替人的勞動。

4.可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。

5.宇宙及海洋的開發。

6.軍事工程及生物醫學方面的研究和試驗。

2.4 機械手的構成

機械手簡述：機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執行機構、傳動系統、控制系統和輔助裝置組成。

1.執行機構 機械手的執行機構，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進行上下、左右和回轉動作。簡單的機械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據需要做成移動。

2.傳動系統 執行機構的動作要由傳動系統來實現。常用機械手傳動系統分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。

3.控制系統機械手控制系統的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設置專用的控制系統，只采用行程開關、繼電器、控制閥及電路便可實現動傳動系統的控制，使執行機構按要求進行動作。動作復雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制 機械手控制方式的選擇

3.1 控制方式的分類

傳統的工業設備自動控制主要由繼電器或分立的電子線路來實現，這種控制方式投資相對少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業設備中還有一定市場，但該控制方式卻有以下致命缺陷：

(1)僅適合于簡單的邏輯控制；

(2)僅適合特殊的工程項目，而沒有通用性；

(3)沒有改動和優化的可能性。伴隨著工業自動化技術的迅速發展，我國工業領域的自動化已經基本實現了從繼電器控制到計算機控制的轉變，計算機控制方式具有以下兩個特點：

(1)硬件上至少有一個微處理器；

(2)通過軟件實現控制思想。

目前，工業自動化領域比較典型的控制方式有：

(1)可編程序邏輯控制器（PLC）；

(2)工業控制計算機（IPC）；

(3)集散控制系統（DCS）。

3.2 PLC與工業控制計算機（IPC）和集散控制系統（DCS）的比較及選型

1.各自技術發展的起源

計算機是為了滿足快速大量數據處理要求的設備。硬件結構方面，總線標準化程度高，兼容性強，軟件資源豐富，特別是有實時操作系統的支持，故對要求快速、實時性強、模型復雜和計算工作量大的工業對象的控制占有優勢。

集散系統從工業自動化儀表控制系統發展到以工業控制計算機為中心的集散系統，所以其在模擬量處理、回路調節方面具有一定優勢，初期主要用在連續過程控制，側重回路調節功能。PLC是由繼電器邏輯系統發展而來，主要應用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統，側重于開關量順序控制方面。

近年來隨著微電子技術、大規模集成電路技術、計算機技術和通信技術等的發展，PLC在技術和功能上發生了飛躍。在初期邏輯運算的基礎上，增加了數值運算、閉環調節等功能，增加了模擬量和PID調節等功能模塊；運算速度提高，CPU的能力趕上了工業控制計算機；通信能力的提高發展了多種局部總線和網絡(LAN)，因而也可構成為一個集散系統。特別是個人計算機也被吸收到PLC系統中。PLC在過程控制的發展將是一智能變送器和現場總線，暨向下拓展功能，開放總線。

2.相同點 在微電子技術發展的背景下，從硬件的角度來看，PLC、工業計算機、集散系統(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導體存儲器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點。

3.不同點由于PLC和計算機屬于兩類產品，經過幾十年的發展都形成了自身的裝置特點和軟件工具，實際上它們的區別仍然存在。

PLC用編程器或計算機編程，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統自身或用計算機結構形成組態構成開發系統環境。

特別需要提出的是，PLC與STD總線工控機的區別，無論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運行，但在線運行時若要進行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機，但是從開關量控制而言，PLC的性能優于STD工控機。

總的來說，在選擇控制器時，首先要從工程要求、現場環境和經濟性等方面考慮。沒有哪種控制器是絕對完善的，也沒有哪種產品絕對差，只能說根據不同的環境選擇更適用的產品。

本章小結

本章主要介紹了機械手的來源、研究背景及研究意義，機械手的分類、特點。由于機械手是在搬運中的應用，所以采用傳送帶加旋轉的機械手類型。此機械手易于操作，性 能可靠。機械手的控制方式可以有多種，本文主要研究通過PLC來控制機械手。