【正文】 ............................................. 19 第 4 章 控制系統(tǒng)設計 ............................................. 20 控制系統(tǒng)硬件設計 ......................................... 20 PLC 梯形圖中的編程元件 ............................... 20 PLC 的 I/O 分配 ...................................... 21 機械手控制系統(tǒng)的外部接線圖 ........................... 24 控制系統(tǒng)軟件設計 ......................................... 24 公用程序 ........................................... 25 自動操作程序 .................................... 30 手動單步操作程序 ................................. 37 回原位程序 ...................................... 39 致 謝 ..................................................... 60 參 考 文 獻 .................................................. 43 附錄 A 全程序列表 ......................................... 44 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 共 60 頁 第 1 章 緒論 課題背景 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，工業(yè)自動化 技術越來越高，生產工況也有趨于惡劣的態(tài)勢，這對一線工人的操作技能也提出了更高的要求，同時操作工人的工作安全也受到了相應的威脅。工人工作環(huán)境和工作內容也要求理想化簡單化，對于一些往復的工作由機械手遠程控制或自動完成顯得非常重要。 在機械制造業(yè)中，機械手應用較多，發(fā)展較快。如果機械手發(fā)生 某些偏離時，會引起零部件甚至機械本身的損壞，但若有了傳感反饋自動，機械手就可以根據(jù)反饋自行調整。 機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、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。 借助 PLC 強大 的工業(yè)處理能力，很容易實現(xiàn)工業(yè)生產的自動化。 基于三菱 FX系列 PLC的機械手控制系統(tǒng)設計 第 2 頁 共 60 頁 同時，借助組態(tài)軟件的輔助作用，大大提高了系統(tǒng)的工作效率。 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產設備。它的特點是可 通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。 綜上所述，有效地應用機械手是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 機械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產機械化和自動化的步伐。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用得更為廣泛。第一類是不需要人工操作的通用機械手，它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 共 60 頁 它的特點是除具備普通機械的物理性能外，還具備 通用機械、記憶智能的三元機械。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號操作機械手來進行探測月球、火星等。這種機械手在國外稱為“ Mechanical Hand”，它是為主機服務的，由主機驅動，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 機械手應用及組成結構 目前工業(yè)機械手主要用于流水線傳送、 焊接、裝配、機床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面都能滿足工業(yè)生產發(fā)展的需要。在應用專用機械手的同時，相應地發(fā)展通用機械手， 專 用條件還要研制示教機械手、組合機械手等。同時要提高速度，減少 沖擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機械手的作用。 執(zhí)行機構包括手部、手臂和軀干。機械手手部的構造系統(tǒng)模仿人的手指，分為無關節(jié)、固定關節(jié)和自由關節(jié)三種?？筛鶕?jù)夾持 基于三菱 FX系列 PLC的機械手控制系統(tǒng)設計 第 4 頁 共 60 頁 對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應操作的需要。手臂的作用是引導手指準確地抓住工件，并運送到所需要的位置上?？傊?機械手的運動離不開直線移動和轉動二種，因此它采用的執(zhí)行機構主要是直線液壓缸、擺動液壓缸、電液脈沖馬達、伺服液壓馬達、交流伺服電動機、直流伺服電動機和步進電動機等。 驅動機構主要有四種：液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。液壓驅動主要是通過液壓缸、閥、油箱等實現(xiàn)傳動。一般采用 4～ 6 個大氣壓，個別達到 8～ 10 個大氣壓。電氣驅動 時，直線運動可以采用電動機帶動絲杠、螺母機構。本設計采用步進電動機驅動手臂運動，直流電動機驅動手爪和機械手的底盤旋轉運動。 機械手控制的要素包括工作順序、到達位置、動作時間、運動速度和加減速度等。 控制系統(tǒng)可以根據(jù)動作的要求，設計采用數(shù)字順序控制，它首先要編制程序加以儲存，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機械手工作。 本設計的控制系統(tǒng)采用小型可編程控制器實現(xiàn)，具有編程簡單、修改容易、可靠性高等。目前，機械手技術有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機械手、微型機械手和微操作系統(tǒng)（如細小工業(yè)管道機械手移動探測系統(tǒng)、微型飛行器等）、機械手化機器、智能機械手（不僅可以進行事先設定的動作，還可按照工作狀況相應地進行動作，如回避障礙物的移動，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動 態(tài)學習等）。 國外方面：近幾年國外工業(yè)機械手領域有如下幾個發(fā)展趨勢。 國內方面：目前在一些機種方面，如噴涂機械手、弧焊機械手、點焊機械手、搬運機械手、裝配機械手、特種機械手（水下、爬壁、管道、遙控等機械手）基本掌握了 機械手操作機的設計制造技術，解決了控制驅動系統(tǒng)的設計和配置，軟件的設計和編制等關鍵技術，還掌握了自動化噴漆線、弧焊自動線及其周邊配套設備的全套自動通信、協(xié)調控制技術；在基礎元件方面，諧波減速器、機械手焊接電源、焊縫自動跟蹤裝置也有了突破。 基于三菱 FX系列 PLC的機械手控制系統(tǒng)設計 第 6 頁 共 60 頁 總體設計要求 結構示意圖 圖 11機械手示意圖 手爪張開閉合 手腕旋轉 3 、 水平移動 升降 5 、 立柱旋 轉 手爪 7 、 手腕電動機 橫軸 豎軸 豎軸電動機 1 橫軸電動機 1 底盤 1 底盤電動機 2. 機械手工作 流程 機械手工作流程是：開始運行后，如果機械手不在初始位置上，步進電動機開始運轉 (橫軸向手抓方向移動，豎軸向上移動 )。 (1)手臂上下直線運動。 (3)手腕旋轉運動。 (5)機械手整體旋轉運動。 基于三菱 FX系列 PLC的機械手控制系統(tǒng)設計 第 8 頁 共 60 頁 第 2 章 PLC 的介紹與選擇 對于機械手的控制系 統(tǒng)可以采用多種方式，如繼電器控制、單片機控制、 PLC控制等。 PLC 的特點 可編程控制器是在計算機技術、通信技術和繼電器控制技術的發(fā)展基礎上開發(fā)起來的，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。 高可靠性 （ 1） 所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC內部電路之間電氣上隔離 ；（ 2） 各輸 入端均采用 RC 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 10～ 20ms；（ 3） 各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾 ；（ 4） 采用性能優(yōu)良的開關電源。 豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流 、 開關量或模擬量 、 電壓或電流 、 脈沖或電位 、 強電或弱電等。 采用模塊化結構 為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外， 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 共 60 頁 絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結構。 編程簡單易學 PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握 。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與 PLC 相應的 I/O 端相連接，即可投入運行。 總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。但可編程控制