【正文】 位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等工業(yè)常用的技術(shù)[9]。本課題要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可以歸為一類，即通用機(jī)械手。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制[8]。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。手部是用來(lái)抓取工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，例如夾持型、托持型、吸附型等。工業(yè)機(jī)械手是近似自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分[7]。機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新匯編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器。執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成機(jī)械手的執(zhí)行動(dòng)作,目前機(jī)械手較為常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有手抓、夾鉗和吸盤(pán)等。驅(qū)動(dòng)模塊由動(dòng)力源和輔助裝置組成,作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)源,為工業(yè)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力來(lái)源?，F(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手一般由控制器、驅(qū)動(dòng)模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、位置檢測(cè)傳感器等部分組成。機(jī)器手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在我國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。 本課題研究主要內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容為利用MCGS組態(tài)軟件全真模擬PLC的控制對(duì)象（機(jī)械手），通過(guò)上位機(jī)與下位機(jī)的通信對(duì)各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，不需實(shí)物而僅通過(guò)微機(jī)的顯示器來(lái)檢查驗(yàn)證所編程序的正確與否與執(zhí)行結(jié)果。MCGS 組態(tài)軟件，用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它的運(yùn)行平臺(tái)要求低，能夠采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)信息、報(bào)警、顯示動(dòng)畫(huà)、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、輸出報(bào)表、趨勢(shì)線圖等功能。PLC具有通用性好、編程方法簡(jiǎn)單、硬件配套齊全、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。 可編程邏輯控制器(PLC)是工業(yè)控制的核心部分。由于機(jī)械手是提高工作速度，改善工作環(huán)境，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)強(qiáng)有利的方法。其研究源于20世紀(jì)40年代末，最早由美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始研究搬動(dòng)核原料的遙控機(jī)械手，逐漸發(fā)展成為現(xiàn)代自動(dòng)控制領(lǐng)域的新技術(shù)，涉及力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等的綜合，成為一門(mén)新興學(xué)科[3]。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快發(fā)展，并取得一定效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路部門(mén)的重視。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效率的有效手段之一。同時(shí)，現(xiàn)在生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作[2]。隨著工業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱。PLC 從誕生至今，僅有30年的歷史，但是得到了異常迅猛的發(fā)展，并與CAD/CAM、機(jī)器人技術(shù)一起被譽(yù)為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC（即可編程邏輯編程器的簡(jiǎn)稱）已經(jīng)進(jìn)入日常生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面，PLC的應(yīng)用在各行各業(yè)已成為必不可少的內(nèi)容?？删幊炭刂破鳎≒LC）是一種專門(mén)為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)數(shù)字運(yùn)算操作的電子控制裝置。機(jī)械手系統(tǒng)核心的部分是執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，機(jī)械手依照驅(qū)動(dòng)方式的不同可以分為液壓、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和機(jī)械式機(jī)械手。它可用來(lái)搬運(yùn)工件，完成在各個(gè)不同的環(huán)境中的工作，廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子和輕工等部門(mén)。機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 目錄摘要 IAbstract II1 緒論 1 1 1 本課題在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展 2 本課題研究主要內(nèi)容 22 機(jī)械手的簡(jiǎn)介 3 3 3 3 43 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 5 5 5 5 7 74 控制系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì) 9 9 9 10 的應(yīng)用現(xiàn)狀 10 11 11 12 11 12 13 14 15 15 15 175 控制系統(tǒng)上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì) 19 19 20 20 22 22 23 26 27 33 356 系統(tǒng)調(diào)節(jié)及設(shè)計(jì)總結(jié) 36 36——PLC調(diào)試 36——組態(tài)軟件MCGS調(diào)試 3下位機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試 397 結(jié)論 40參考文獻(xiàn) 41致 謝 42畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 43畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 44附錄A PLC梯形圖 45附錄B PLC語(yǔ)句表 5436西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 緒論機(jī)械手是能夠效仿人的手和手臂的一些動(dòng)作功能，根據(jù)預(yù)先擬好的程序抓取、搬用貨物的自動(dòng)操作裝置。在社會(huì)與科技日新月異的今天，機(jī)械手顯然已經(jīng)成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分。機(jī)械手一般情況下用作機(jī)床或者其他機(jī)器的附加裝置，例如在自動(dòng)機(jī)床或者自動(dòng)生產(chǎn)線上用來(lái)裝卸以及傳遞工件的工作。在本課題中設(shè)計(jì)的機(jī)械手是一種混合式機(jī)械手，它結(jié)合了電動(dòng)式和氣動(dòng)式機(jī)械手的不同優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、抓取并移動(dòng)到相應(yīng)位置來(lái)放置物品的功能，擁有操作的范圍大，靈活性好，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的特點(diǎn)[1]。由于它具有可靠性高，功能強(qiáng)，編程過(guò)程簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友好等顯著優(yōu)點(diǎn)，使之廣泛應(yīng)用于各大工業(yè)控制系統(tǒng)。PLC作為通用的工業(yè)計(jì)算機(jī)，其功能日益強(qiáng)大，已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備。在現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。無(wú)人車(chē)間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見(jiàn)。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用更為廣泛。 本課題在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展機(jī)械手是能夠模仿人手和手臂的某些動(dòng)作功能，按固定的程序抓取、搬用物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。在社會(huì)與科技日新月異的今天，機(jī)械手已經(jīng)成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。因而，受到多個(gè)國(guó)家的青睞，我國(guó)也投入大量的物力和人力來(lái)開(kāi)發(fā)并取得了較快的發(fā)展，具有一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器[4]，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。本設(shè)計(jì)通過(guò) MCGS 組態(tài)軟件對(duì)機(jī)械手進(jìn)行監(jiān)控，將機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)畫(huà)顯示，使機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程更加形象化。2 機(jī)械手的簡(jiǎn)介工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。他的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)[5]，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合性技術(shù)[6]。其中控制器是機(jī)械手系統(tǒng)的核心,它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行起控制決策作用,其主要功能是按照程序要求控制各種驅(qū)動(dòng)設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手按照預(yù)定的動(dòng)作要求完成相應(yīng)的動(dòng)作。目前較為普遍的驅(qū)動(dòng)方式有電力方式驅(qū)動(dòng)、液壓方式驅(qū)動(dòng)、氣壓方式驅(qū)動(dòng)和機(jī)械方式驅(qū)動(dòng)。位置檢測(cè)傳感器主要用于檢測(cè)機(jī)械手的位置,并將位置信息實(shí)時(shí)反饋給控制器,構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng),能實(shí)現(xiàn)較為精確的定位。它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中的工作。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)?？刂葡到y(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或DSP等微控制芯片構(gòu)成，通過(guò)對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動(dòng)化程度較高，大量應(yīng)用機(jī)械手。（1）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手氣壓傳動(dòng)是以壓縮氣體為工作介質(zhì),依靠氣體的壓力傳遞動(dòng)力或信息的流體傳動(dòng)技術(shù)，氣壓傳動(dòng)機(jī)械手的工作原理是由空氣壓縮機(jī)壓縮空氣,經(jīng)由管道和控制閣送給氣動(dòng)執(zhí)行元件,一般為氣缸,實(shí)現(xiàn)將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速成本低且無(wú)污染,缺點(diǎn)是機(jī)械手的工作穩(wěn)定性較差,抓取力較小,適合應(yīng)用高速度和小負(fù)載的工作環(huán)境[10]。（3）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手是利用機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一類機(jī)械手，常用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有凸輪、連桿、齒輪和齒條等,該類型機(jī)械手的主要特點(diǎn)是控制精度高、運(yùn)動(dòng)可靠性好[12]。缺點(diǎn)是對(duì)裝置的密封性要求很高,若在工作過(guò)程中工作液油泄露,會(huì)造成很大的傳動(dòng)誤差和污染,不適宜在對(duì)高溫或者低溫的環(huán)境下工作[13]。在上述工作過(guò)程中有兩個(gè)重要的工作環(huán)節(jié)：一是采用光電傳感器對(duì)A傳送帶上的物料進(jìn)行檢測(cè)；二是當(dāng)機(jī)械手收到傳感器的信號(hào)時(shí)開(kāi)始傳遞的動(dòng)作流程，并且兩者之間又是相互關(guān)聯(lián)的。PLC控制單元操作信號(hào)橫軸伸縮豎軸升降電動(dòng)及氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)底盤(pán)旋轉(zhuǎn)手抓開(kāi)合機(jī) 械 手檢測(cè)信號(hào)上位機(jī)（MCGS組態(tài)軟件）機(jī)械手的全部動(dòng)作由三臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。機(jī)械手的放松/夾緊由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥控制。打開(kāi)電源，按下起動(dòng)按鈕時(shí)，開(kāi)機(jī)復(fù)位。當(dāng)后縮到位時(shí)碰到后限位開(kāi)關(guān)，然后PLC控制縱軸三相異步電動(dòng)機(jī)的KM1線圈通電，使KM1接觸器閉合，縱軸電機(jī)正轉(zhuǎn)機(jī)，縱軸上升。復(fù)位成功后，PLC控制橫軸三相異步電動(dòng)機(jī)的KM3線圈通電，使KM3接觸器閉合，橫軸電機(jī)正轉(zhuǎn)，機(jī)械手橫軸前伸，當(dāng)碰到前伸限位開(kāi)關(guān)時(shí)，前伸停止；PLC控制縱軸三相異步電動(dòng)機(jī)的KM2線圈通電，使KM2接觸器閉合，縱軸電機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)械手縱軸下降，當(dāng)碰到下降限位開(kāi)關(guān)時(shí)，下降停止；電磁閥通電，機(jī)械手手抓夾緊。PLC控制旋轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)KM5通電，使KM5接觸器閉合，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，從而使底盤(pán)正傳，當(dāng)碰到正轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，停止正轉(zhuǎn)；PLC控制縱軸三相異步電動(dòng)機(jī)的KM2線圈通電，使KM2接觸器閉合，縱軸電機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)械手縱軸下降，當(dāng)碰到下降限位開(kāi)關(guān)時(shí)，下降停止；電磁閥斷電，機(jī)械手手抓放松。上升到頂時(shí)，碰到上限位開(kāi)關(guān)，上升停止；PLC控制橫軸三相異步電動(dòng)機(jī)的KM4線圈通電，使KM4接觸器閉合，橫軸電機(jī)反轉(zhuǎn)，機(jī)械手橫軸后縮，當(dāng)碰到后縮限位開(kāi)關(guān)時(shí)，后縮停止；PLC控制旋轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)KM6通電，使KM6接觸器閉合，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)碰到反轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，停止反轉(zhuǎn)，回到原點(diǎn)，完成一個(gè)周期的動(dòng)作。 如按 “下降” 按鈕，機(jī)械手下降 ； 按 “上升” 按鈕，機(jī)械手上升。（2） 自動(dòng)工作方式按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始按工序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止按鈕，機(jī)械手自動(dòng)停機(jī)。而機(jī)械手的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間和運(yùn)動(dòng)范圍是由安裝在機(jī)械手上的限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制的。上述設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是有很高的準(zhǔn)確性，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，不受電機(jī)轉(zhuǎn)的影響?？删幊绦蚩刂破魇且环N專用計(jì)算機(jī)，以 CPU 為核心的通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置[14]。其主要原因是