【正文】 對于機械手企業(yè)提高了優(yōu)惠的政策 支持，并且扶持這些企業(yè)提高技術(shù)水平，加大工業(yè)生產(chǎn)的進度。在當(dāng)時，許多有著高技術(shù)的國家對自己的產(chǎn)品有嚴格保密性，不對外銷售，使得我國落后于國外一些國家，但是隨著時間的推移，技術(shù)和人才也飛快的跟上了世界的腳步。機械手的靈活多變性可以有效地適用于小批量的自動化生產(chǎn)和柔性的制造生產(chǎn)線上。 生產(chǎn)過程慢慢的向著機械、自動、智能的方向發(fā)展，逐漸地融入了我們生活中。實現(xiàn)對機械手的上下、左右、旋轉(zhuǎn)等控制，要完全實現(xiàn)這些，還需要其它輔助元器件，比如氣缸、傳感器、電磁閥、底座和支架等。對于 PLC 而言，它的程序編寫容易、系統(tǒng)操作靈活，同時對于控制也方便實現(xiàn)，這樣能夠提高 工業(yè)生產(chǎn)的效率和加工的質(zhì)量。隨著計算機和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，機械手也不斷的更新?lián)Q代，朝著精密化、智能化、復(fù)雜化的方向發(fā)展。機械手可以有效的解決這個問題，它可以在高溫、高壓、有毒、放射性等場合應(yīng)用。本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 1 頁 共 36頁 1 緒論 課題提出背景 如今，機械自動化已經(jīng)成為了新時代的主題。在機械制造行業(yè)中，機械手又稱工業(yè)機器人，它主要被應(yīng)用于運送加工原料或者給特定的機床進行刀具的轉(zhuǎn)換和機器的裝配等一些自動化流水生產(chǎn)線上。如今的機械手加入了傳感器反饋系統(tǒng)，當(dāng)機械手發(fā)生故障時，它可以自我檢測，并且自動修復(fù)。在一些惡劣的環(huán)境下， PLC 同樣能夠取代人類去完成一些控制，從另一方面而言，成本也相對減輕了許多。為了能夠更加直觀的對機械手的動作進行展示，在本次設(shè)計中加入了組態(tài)軟件對機械手進行監(jiān)控。生產(chǎn)工業(yè)的連續(xù)性依靠工業(yè)的自動化，自動化逐漸成為了新時代的標(biāo)志。 在我國，機械手技術(shù)是從 80 年代開始起步，在七五科技攻關(guān)的熱潮中，生產(chǎn)出了部分的機械人的零件，慢慢的認識到機械手的實用性。我國的企業(yè)主要生產(chǎn)一些中低端的產(chǎn)品，因為沒有高端精密的伺服系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)，這樣很難生產(chǎn)出高端和有質(zhì)量的產(chǎn)品。 課題研究主要內(nèi)容 該課題主要 設(shè)計一 個基于 PLC 的機械手自動操作系統(tǒng)，這套系統(tǒng)主要用于對機械手的過程控制。然后通過傳感器檢測工件，檢測到工件后，機械手底部氣缸旋轉(zhuǎn)，中間氣缸右移到極限位置，下臂氣缸開始下降到極限位置，夾緊氣缸夾緊工件，下臂氣缸上升到高位，下臂氣缸 上升到極限位置，中間氣缸縮回到極限位置，底部氣缸旋轉(zhuǎn)，中間氣缸右移到極限位置，下臂氣缸開始下降到極限位置，夾緊氣缸放下工件，最后機械手復(fù)位。 機械手技術(shù)對工業(yè)發(fā)展有很大的好處，首先，它可以按照生產(chǎn)進行加工，依照一定的程序和規(guī)定的時間內(nèi)完成工件的加工和傳送；其次，它可以減輕工人的壓力，而且它能單獨的對機械進行裝配，因此可以改善工人勞動環(huán)境，有效地提高生產(chǎn)效率，本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 4 頁 共 36頁 減輕工人勞動強度，節(jié)約了成本。 在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被用于自動化流水生產(chǎn)線上，這樣使得機械手能夠廣泛的被運用，并且能夠熟練地適用于工業(yè)生產(chǎn)的腳步。為了解決上述難題，本設(shè)計主要研究基于 PLC 控制機械手的自動運行。 機械手工作原理 機械手是一種通過一定的編程軟件來對其進行自動定位和以多變的動作形式來實現(xiàn)預(yù)期的功能。手部裝在手臂的上端可以夾緊。手臂是用來引導(dǎo)氣爪能夠準確地抓住工件，并把工件搬送到另一個工位上?？梢噪S時 改變被 夾持工件 件的位置 。通過一定的硬件控制系統(tǒng)對其編程來實現(xiàn)所有的功能，在此基礎(chǔ)上加上傳感器系統(tǒng)，進行運動的反饋工作，使其更加地穩(wěn)定和精確 [4]。其中手動控制模式是適用于調(diào)試和安裝的時候使用或者在出現(xiàn)機器發(fā)生故障的時候使用。機械手的手動控制包括上升、下降、伸出、縮回、左擺、右擺、夾緊和放松等這些操作過程。如果氣體反向進入單向閥中，不論壓力多大，都不能使得反向閥流通，除非閥口被壓力破壞。先導(dǎo)式電磁閥也分為單 電控和雙電控兩種形式 [5]。 (1) 普通氣缸 普通氣缸是由缸筒機構(gòu)、活塞桿、活塞裝置、前后缸蓋、密封圈和緊固零件等零件組成。無桿氣缸能夠有效的節(jié)約空間，還能夠有效地避免了有桿活塞和密封圈之間摩擦而帶了的機械能的損失。目前擺動氣缸在工業(yè)中被廣泛的應(yīng)用，經(jīng)常被應(yīng)用受到限制或者轉(zhuǎn)動角度較小的 360度的回轉(zhuǎn)工作部件上，其動作原理也是將壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，擺動氣缸有一定的擺角。帶導(dǎo)桿的氣缸的實物圖 ,如圖 23所示： 圖 23 導(dǎo)向氣缸 如圖所示，氣缸外連接板與轉(zhuǎn)接板以及氣爪進行連接，外連接板處安裝有三根軸，中間的一根端部帶有螺紋，與活塞桿一體的細長軸，在活塞的作用下帶動外連接板運動。同時考慮開口尺寸，以適應(yīng)被抓工件的尺寸的不同，大大提升機械手的應(yīng)用廣度。 通過 PLC 來對電磁閥控制，驅(qū)動機械手爪的夾緊。 如圖 （ b）所示為擺動氣爪，它的擺角大概有 40176。對于機械手底座設(shè)計為圓形底盤式，柱形支撐結(jié)構(gòu)。 (3) 當(dāng)電磁閥 3 得電，氣壓進入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 14，氣流會經(jīng)過單向節(jié)流閥 4，最后進入回轉(zhuǎn)氣缸左側(cè)內(nèi)推動氣缸運動，使得回轉(zhuǎn)氣缸向左擺動。 (7) 當(dāng)電磁閥 7 得電，氣壓進入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 16，氣流會經(jīng)過單向節(jié)流閥 10，最后進入垂直氣缸右側(cè)內(nèi)推動氣缸運動，使得氣爪夾緊。 如今，傳感器技術(shù)是當(dāng)代電子信息技術(shù)領(lǐng)域的主要組成部分。 傳感器的基本結(jié)構(gòu)是由傳感元件、信號調(diào)節(jié)器、敏感元件和輔助裝置組成。在一定的位移之內(nèi)，接近開關(guān)能夠?qū)γ舾行栽M行檢測，達到判斷電路通斷的一種方式。 傳感器選型 接近傳感器對于不同的材料的物體接近的距離也是有限的，所以對于不同的材料我們應(yīng)該選用不同的傳感器，這樣是機械整個系統(tǒng)能夠有效地執(zhí)行，在選擇傳感器的時候，應(yīng)該遵循幾個原則： 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 共 36頁 (1) 非金屬材料如木頭、紙、塑料還有玻璃等，傳感器檢測它們的時候，應(yīng)該選用電容式的接近傳感器。 (4) 對于遠距離的測量時，應(yīng)選用光電型傳感器或超聲波型傳感器。 PLC 簡介 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC），它采用一 類 的存儲器 可以編程 ， 可以用來進行 內(nèi)部 的 存儲程序， 也可以用來 定時、順序控制、邏輯運算、計數(shù) 和 算術(shù)操作等 一些 指令 。 70年代未處 理器出現(xiàn)之后引入到PLC 技術(shù)后增加了許多功能。當(dāng)時，個人計算機也迅速的發(fā)展起來， PLC 的功能更加得到反應(yīng)和實現(xiàn)。 PLC 在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的地位也是不可動搖的，它奠定了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。同時， PLC 的功能性也是越來越多了， PLC 逐漸對數(shù)字模擬的處理能力、對數(shù)據(jù)的運算能力、接口的擴展性和通訊能力等這些方面有了很大的提高，PLC 進入過程控制的新時代。 PLC 采用大規(guī)模集成電路、承受電壓高、無故障正常工作時間長，可達幾十萬小時。很多 PLC 的內(nèi)部擁有成千上百的繼電器、定時器、計數(shù)器等。用戶可以自己編寫一定的程序來實現(xiàn)所預(yù)定的功能，這種軟件系統(tǒng)為用戶部分。在工業(yè)電氣環(huán)境中，繼電器適應(yīng)不了工業(yè)環(huán)境的變化 [2]。 (2) PLC 的普及階段：隨著 PLC 的不斷發(fā)展，工業(yè)的需求也越來越大，它的生產(chǎn)也就日益增長，它也就越來越普及。 (3) PLC 的高性能與小型化階段：在這一階段中，電子技術(shù)的不斷提 升，也就帶領(lǐng)著 PLC 向著小型和緊湊的方向發(fā)展，在體積逐漸減小的狀態(tài)下， PLC 的功能并沒有減少，反而更方面有了大大的提高，比如它的運算、存儲、功能模塊也有了大大的提高，日本的三菱公司在本階段主要生產(chǎn)了一些小型的 FX 小型 PLC。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 15 頁 共 36頁 PLC 特點 (1) 抗干擾能力強： PLC 其中最主要的一個特點就是它的抗干擾能力強，在一些特殊的環(huán)境中，有一些輻射和電磁干擾的情況下， PLC 工作能力也不會受到任何的影響。同一 個 PLC裝置可以控制不同的對象，只是輸入 /輸出的組件和對于軟件的控制方式的不同。梯形圖與繼電器相似，這種編程的方式比較簡單易學(xué)，形象直觀，而且易于掌握，不需要有很強的計算機知識和特殊的計算機語言。 (5) 維護方便： PLC 維護方便也是 PLC 得到工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用的主要原因，維護的方便可以有效地提高生產(chǎn)效率和減少不必要的投資，這樣有效地幫工廠提高生產(chǎn)利潤。它是最廣泛的 PLC 系列產(chǎn)品之一，體積微小適合在機電一體化產(chǎn)品中使用，其中內(nèi)置 D直流 24V電源可以作為輸入回路和傳感器的電源使用。 FX 系列 PLC 體積雖然比較小，但是卻具有很強的功能。但最主要的為自動控制系統(tǒng)，手動控制也是必不可少的。自動控制為主要系統(tǒng)設(shè)計方式，其控制流程圖如下圖421 所示： 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 19 頁 共 36頁 圖 421 順序流程圖 程序功能圖 (1) 自動控制程序： 一上電，機械手復(fù)位 ，機械手右擺，水平氣缸縮回，垂直氣缸上升；當(dāng)按下 X0，當(dāng)極限開關(guān) X6 啟動時，檢測元件 X22 檢測到工件時，置位輔助繼電器 M1，機械手左擺；當(dāng)按下 X1 時，置位輔助繼電器 M2，水平氣缸伸出； 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 20 頁 共 36頁 當(dāng)極限開關(guān) X3 啟動時，置位輔助繼電器 M3，垂直氣缸下降；當(dāng)極限開關(guān) X5啟動時，置位輔助繼電器 M4，氣爪夾緊，啟動定時器 T0；當(dāng) T0計時時間到，置位輔助繼電器 M5，垂直氣缸上升；當(dāng)極限開關(guān) X6啟動時，置位輔助繼電器 M6，水平氣缸縮回； 當(dāng)極限開關(guān) X4 啟動時，置位輔助繼電器 M7，擺動氣缸右擺；當(dāng)極限開關(guān) X2啟動時，置位 輔助繼電器 M8，水平氣缸伸出；當(dāng)極限開關(guān) X3啟動時，置位輔助繼電器 M9，垂直氣缸下降； 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 21 頁 共 36頁 當(dāng)極限開關(guān) X5 啟動時，置位輔助繼電器 M10，氣爪夾緊，定時器 T1 啟動； T1 計