【正文】 基于 PLC 控制機(jī)械手系統(tǒng) 第 1 頁 共 22 頁 第 1 章 基于 PLC 控制交機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 基于 PLC 控制機(jī)械手設(shè)計(jì)分析 在現(xiàn)今的生活上 ,科技日新月益的進(jìn)展之下 ,機(jī)械人手臂與有人類的手臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度。也就是機(jī)械手的最大優(yōu)勢(shì)可以重復(fù)的做同一動(dòng)作在機(jī)械正常情況下永遠(yuǎn)也不會(huì)覺得累！機(jī)械手臂的應(yīng)用也將會(huì)越來越廣泛 ,機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力。工業(yè)機(jī)械手機(jī)器人的一個(gè)重要分支。 對(duì)液壓機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾 放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、 足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)液壓機(jī)械手的原則是 :充分分析作業(yè)對(duì)象 (工件 )的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件 。明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求 。盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制 .本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用液壓上下料機(jī)械手（如圖 21所示），是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的 自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，動(dòng)作強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。它可用于操作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。 系統(tǒng)上電，如不在原點(diǎn)則按下 SB3，則機(jī)械手上升，左移，放松。復(fù)位完成，按下啟動(dòng)按鈕SB1，系統(tǒng)啟動(dòng)開始工作，機(jī)械手開始下降，下降碰到下降限位開關(guān)，停止下降。開始夾緊，夾緊怕碰到夾緊限位開關(guān)，開始計(jì)時(shí) 2秒，時(shí)間到則開始上升，上升碰到上升限位開關(guān)則停止上升，開始左移，左移碰到左移限位開關(guān)，則停止左移，開始下降，下降碰到下降限位開關(guān)，則停止下降，開始放松，放松碰到放松限位開關(guān)則開始計(jì)時(shí)，時(shí)間到則開始上升，碰到上升限位開關(guān)則停止上 升開始右移。這是自動(dòng)工作。手動(dòng)工作則是由上升、下降、左移、右移、夾緊、放松 6個(gè)按鈕來完成工作，在手動(dòng)工作中則可以隨時(shí)回到自動(dòng)工作狀態(tài)，在自動(dòng)工作狀態(tài)中隨時(shí)可以回到手動(dòng)工作。 基于 PLC 控制機(jī)械手設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1． 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) PLC 及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。用 PLC改造要比實(shí)際電路接線節(jié)省許多成本。 2． 編程方便，易于使用 PLC 是面向用戶的設(shè)備， PLC 的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣， PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn) 單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 2 頁 共 22 頁 3． 體積小，維護(hù)操作方便 PLC 體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 PLC 的輸入 /輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 基于 PLC 控制機(jī)械手系統(tǒng) 第 3 頁 共 22 頁 第 2 章 基于 PLC 控制機(jī)械手 硬件設(shè)計(jì) CPU單元負(fù)責(zé)控制整個(gè)生產(chǎn)過程。觸摸屏通過 RS232C串口和 CPU進(jìn)行通訊，傳達(dá)用戶 的指令，從而改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號(hào)，使不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)的改變，通過行程開關(guān)或光電傳感器將其信號(hào)反饋給輸人模塊。 CPU單元又從輸人模塊讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的變化執(zhí)行不同的控制操作，由此構(gòu)成了整個(gè)控制回路。 根據(jù)系統(tǒng)控制要求、所需的 I／ O點(diǎn)數(shù)、工作環(huán)境等因素，可編程控制器選用信捷公司 XC348T系列 可編程控制器 。 XC348T 系列可編程控制器簡(jiǎn)介 可編程控制器的產(chǎn)生 20世紀(jì) 20年代起，人們把各種繼電器。定時(shí)器。接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接 起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。容易掌握。價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位 .但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差 . 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦 隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置 .為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求， 1968 年美國通用汽車公司公開向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： (1) 編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序 (2) 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu) (3) 可靠性高于繼電器控制裝置 (4) 體積小于繼電器控制盤 (5) 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī) (6) 成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng) (7) 輸入可以是交流 150V 以上 （ 8）輸出為交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等 （ 9）擴(kuò)展 時(shí)原系統(tǒng)改變最小 （ 10）用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到 4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要） 十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 4 頁 共 22 頁 可編程控制器的定義 美國國際電工委員會(huì)（ IEC）在 1987 年對(duì)可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的 機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破鳂O其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 定義強(qiáng)調(diào)了 PLC 應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別于一般