PLC工业机械手控制设计原理概述HYPERLINK基于PLC的财产呆板手控制设计专业：数控设备应用与维护姓名：向勇利指导西席：尹存涛摘要:在当今大范畴制造业中，企业为提高生产效率，保障产物质量，普遍重视生产历程的自动化水平，财产呆板人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采取。财产呆板人的技能水平和应用水平在一定水平上反响了一个国度财产自动化的水平，目前，财产呆板人主要包袱着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性而且劳动强度极大的事情，事情要领一般采取示教再现的要领。呆板手是模仿着人手部的部门行动，凭据给定步调、轨迹和要求通过PLC系统...

　　HYPERLINK基于PLC的财产呆板手控制设计专业：数控设备应用与维护姓名：向勇利指导西席：尹存涛摘要:在当今大范畴制造业中，企业为提高生产效率，保障产物质量，普遍重视生产历程的自动化水平，财产呆板人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采取。财产呆板人的技能水平和应用水平在一定水平上反响了一个国度财产自动化的水平，目前，财产呆板人主要包袱着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性而且劳动强度极大的事情，事情要领一般采取示教再现的要领。呆板手是模仿着人手部的部门行动，凭据给定步调、轨迹和要求通过PLC系统控制实现自动抓取、搬运或利用的自动呆板装置。要害词：财产呆板手；控制；PLC

　　TOC\h\z\t一级标题1,1,二级标题2,1第1章PLC简介11.1PLC的界说11.2PLC的由来及生长21.3PLC的特点及用途31.4PLC的主要技能指标41.5总体控制系统框图15第2章财产呆板手简介162.1呆板手的界说与分类16162.3呆板手的生长趋势182.4呆板手的工程应用182.5呆板手设计的要求及意义19第3章呆板手的设计方案213.1结构示意图213.2呆板手的行动顺序223.3PLC选型及I／O接线PLCI／O所在分配表25第4章呆板手PLC设计264.1自动控制步调的梯形图及说明264.2手动控制步调的梯形图及说明29结束语31致谢33参考文献34第1章PLC简介1.1PLC的界说可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC，它具备了模拟量控制、历程控制以及远程通信等强大成果，所以美国电气制造商协会将其正式命名为可编程控制器（ProgrammableController）,简称PC。但是小我私家盘算机（PersonalComputer）也简称PC，为了制止殽杂，将用于逻辑控制的可编程控制叫做PLC（ProgrammableLogicController）.PLC是一种专门为在财产情况下应用而设计的数字运算利用的电子装置，它其实就是一台盘算机，它采取可以体例步调的存储器，在其内部执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等利用的指令，它以接入式CPU为核心，通过数字式或模拟式的输入和输出，控制种种类型的呆板或生产历程。PLC及其有关的外围设备，都是很容易与财产控制系统形成一个整体，容易扩展其成果的。可编程控制器是一种财产现场用盘算机。它是为财产情况下应用而设计的，财产情况一般办公情况有较大的区别。由于PLC的特殊结构，使它能在高粉尘、高噪音、强电磁滋扰和温度厘革剧烈的情况下正常事情。为了能控制呆板或生产历程，它要能很容易的与财产控制系统形成一个整体，这些都是小我私家盘算机无法相比的。可编程控制器是一种通用的财产控制盘算机。它能控制种种类型的财产设备及生产历程。它的成果能够很容易地扩展，它的步调是可以凭据控制东西的差异，让使用者来体例的。也就是说，可编程控制器较其以前的财产控制盘算机，如单片机财产控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在种种场合。通过以上界说还可以了解到，相对一般意义上的盘算机，可编程控制器不光具有盘算机的内核，它还配置了许多使其适用于财产控制的器件。它实质上是经过一次开发的财产控制盘算机。从另一个方面来说，它是一种通用机，经过二次开发，它可以在任何具体的财产设备上使用。它在很洪流平上使的财产自动化设计从专业设计院走进工场和矿山，酿成了普通工程技能人员甚至普通电气工人力所能及的事情。再加上体积小、事情可靠性高、抗滋扰能力强、控制成果完善，适应性强，安装接线简单等众多优点，可编程控制器在短短的30年中得到了突飞猛进的生长，在财产控制领域得到了非常遍及的应用。1.2PLC的由来及生长1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台可编步调控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC），在美国通用汽车公司的自动装配线上使用，取得了巨大的乐成。20世纪70年代初出现了微处理处罚器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理处罚等成果，成为真正具有盘算机特征的财产控制装置。为了方便熟悉继电器、打仗器系统的工程技能人员使用，可编程控制器采取和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将加入运算及处理处罚的盘算机存储元件都以继电器命名。因而人们称可编程控制器为微机技能和继电器通例控制看法相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入了实用化生长阶段，盘算机技能已全面引入可编程控制器中，使其成果产生了奔驰。更高的运算速度、超小型的体积、更可靠的财产抗滋扰设计、模拟量运算、PID成果及极高的性价比奠定了它在现代财产中的职位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进财产国度中已得到了遍及的应用。例如，在世界第一台可编程控制器的诞生地美国，1982年的统计数字显示，大量应用可编程控制器的财产厂家占美国重点财产行业厂家总数的82%，可编程控制器的应用数量已位于众多的财产自控设备之首。这个时期可编程控制器生长的特点是大范畴、高速度、高性能、产物系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国过活益增多，产量日益上升。许多可编程控制器的生产厂家已闻名于全世界。20世纪末期，可编程控制器的生长特点是越发适应于现代财产控制的需要。从控制范畴上来说，这个时期生长了大型机及超小型机；从控制能力上来说，诞生了种种千般的特殊成果单元，用于压力、温度、转速、位移等各式千般的控制场合；从产物的配套能力来说，生产了种种人机界面单元，通讯单元，使应用可编程控制器的财产控制设备的配套越发容易。目前，可编程控制器在呆板制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻财产等领域的应用都的到了长足的生长。1.3PLC的特点及用途1.3.1PLC具有以下几个主要特点一、可靠性高、抗滋扰能力强高可靠性是电气控制设备非常要害的性能。PLC由于采取大范畴集成电路技能、严格的生产工艺，内部电路采取了输入输出信号的光电断绝、滤波、电源的屏蔽、稳压和掩护、妨碍诊断等先进的抗滋扰技能，具有很高的可靠性，它能在高粉尘、高噪音、强电磁滋扰和温暖厘革剧烈的情况下正常事情。PLC的平均无妨碍时间可高达5~10万小时以上。从PLC的机外电路来说，PLC组成控制系统，和同等范畴的继电打仗器系统相比，电气接线及开关接点已淘汰到数百甚至数千分之一，妨碍率也就大大低沉。二、成果完善、应用领域广到现在为止PLC已经形成种种范畴、系列化的产物。可以用于种种范畴的财产控制场合，并能完成决大多数的财产控制任务。PLC所具有的完善的数据运算能力，可用于种种数字控制领域。近年来PLC的成果单元大量涌现，PLC通讯能力的增强及人机界面技能的生长，使用PLC组成种种控制系统变的非常容易。三、编程简单，易学易用PLC采取和继电器电路图靠近的梯形图语言，只用少量的开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的成果。在财产现场，可以使用手持编程器或条记本对PLC进行编程。当PLC联网后，可以在网络的任一位置对PLC编程。为不熟悉电子电路、不懂盘算机原理和汇编语言的人使用盘算机从事财产控制提供了方便。四、系统安装简单、体积小、代价低PLC在存储逻辑取代接线逻辑、采取模块化的结构，大大地淘汰了控制设备外部的接线，使控制系统设计及创建的周期大大缩短了。现代集成电路技能的遍及应用，功耗仅数瓦。由于PLC体积小很容易装入呆板内部，是实现机电一体化的理想控制设备。使得PLC的重量越来越轻、功耗也越来越少。在集成电路技能和生产厂家越来越多的情况下，PLC的代价也越来越低。1.3.2可编程控制器的应用领域PLC在钢铁、石油、化工、电力、建材、呆板制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业的应用也越来越遍及，主要可以归纳为以下几类：一、开关量的逻辑控制可编程控制器可实现逻辑控制、顺序控制，也可用于单台设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。二、模拟量控制在财产生产历程中，有许多连续厘革的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理处罚模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。三、运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。四、历程控制历程控制是指对连续厘革的量进行控制。如对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为财产控制盘算机，PLC能体例种种千般的控制算法步调，完成闭环控制。目前已遍及应用于冶金、化工、热处理处罚、锅炉控制等场合。1.4PLC的主要技能指标PLC的性能指标较多，主要介绍与组成PLC控制系统干系较直接的几个。1.4.1编程元件、语言及指令成果用户的PLC步调可以用梯形图语言、指令标语言、成果块图编写，梯形图语言在PLC中较为常见，梯形图语言一般在盘算机屏幕上编辑，使用起来简单方便。现在成果图语言的使用有上升趋势。编程语言中另有一个

　　是指令成果。权衡指令成果强弱可看两个方面：一是指令条数多少；二是指令中有多少综合性指令。一条综合性指令一般就能完成一项专门利用。用户体例的步调完成的控制任务，取决于PLC指令的多少，指令成果越多，编程越简单和方便，完成一定的控制任务越容易。一、编程元件PLC是采取软件体例步调来实现控制要求的。编程时要使用到种种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入继电器、输出继电器、资助继电器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊成果继电器等。PLC内部这些继电器的作用和继电打仗控制系统中使用的继电器十分相似，也有“线囤”与“触点”，但它们不是“硬”继电器，而是PLC存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则体现相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。二、编程语言所谓步调体例，就是用户凭据控制东西的要求，利用PLC厂家提供的步调体例语言，将一个控制要求描述出来的历程。PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者经常联合使用。（一）梯形图梯形图是一种从继电打仗控制电路图演变而来的图形语言。它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和标志，凭据控制要求联接而成的体现PLC输入和输出之间逻辑干系的图形，直6观易懂。梯形图中常用图形号分别体现PLC编程元件的动断和动舍接点；体现它们的线圈。梯形图中编程元件的种类用图形标志及标注的字母或数加以区别。梯形圈的设计应注意以下三点：1、梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线、梯形图中每个梯级流过6勺不是物理电流，而是“看法电流竹，从左流向右，其两端没有电源。这个“看法电流”只是用来形象地描述用户步调执行中应满足线、输入继电器用于吸收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器则输出步调执行结果给外部输心设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器，晶体管或晶闸管才华实现。输出继电器的触点也可供内部编程使用。（二）指令语句表指令语句表是一种用指令助记符采体例PLC步调的语言，它类似于盘算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令组成的步调就是指令语句表。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部门组成。基础位利用指令所谓基础位逻辑指令是指指令的利用数为“位”的一类指令。它包罗位加载指令（LD/LDN）、触点串联指令（A/AN）、触点并联指令（O/ON）、块串联指令（ALD）、块并联指令（OLD）以及输出指令（=）、堆栈指令（LPS、LRD、LPP）、置位/复位指令（S/R）、正/负脉冲指令（P/N）、空利用指令（NOP）等。1．位加载指令、输出指令位加载指令（LD/LDN）、输出指令（=）能组成最基础、最简单的控制。LD（LOAD）：位加载指令，对应梯形图从左侧母线开始，连接常开触点；LDN（LOADNOT）：位取用指令，对应梯形图从左侧母线开始，连接常闭触点；=（OUT）：线”，输出。位加载指令（LD/LDN）用于与左母线连接的常开触点（LD）、常闭触点（LDN）。它相当于继电器控制电路与电源连接的触点。输出指令（=）用于普通的线圈输出，相当于继电器控制电路的普通线】位加载指令（LD/LDN）、输出指令（=）的使用实例，如图1.1所示。步调运行结果：实现Q0.0的点动控制。即：按钮SB接PLC的I0.0端子，Q0.0如接一打仗器并控制电动机的电源，则按下SB电动机运行，松开按钮SB电动机停止运行。图1.1加载好输出指令使用示例2．触点串联指令、触点并联指令、块串联指令、块并联指令触点串联指令（A/AN）、触点并联指令（O/ON）、块串联指令（ALD）、块并联指令（OLD）与位取用指令（LD/LDN）、输出指令（=）一起习惯称为位基础指令。A（AND）：“与”利用指令，用于常开触点的串联；AN（ANDNOT）：“与”利用指令，用于常闭触点的串联；O（OR）：“或”利用指令，用于常开触点的并联；ON（ORNOT）：“或”利用指令，用于常闭触点的并联。触点串联指令（A/AN）用于单个触点的串联。当单个触点与前面的触点或支路串联时，使用触点串联指令（A/AN）。触点并联指令（O/ON）用于单个触点的并联。当单个触点与上面的触点或支路并联时，使用触点并联指令（O/ON）。3．块串联指令、块并联指令块串联指令（ALD）、块并联指令（OLD）用于支路的串联和并联。ALD：用于支路与前面的支路或触点的串联；如图1.2所示图1.2长动控制停止按钮接常闭的梯形图OLD：用于支路与上面的支路或触点的并联。它们为无利用元件指令，又习惯称为无器件编号的独立指令。这种无利用元件指令只用于体现一些步调间干系等。【例2】块串联指令（ALD）、块并联指令（OLD）使用示例，如图1.3所示。图1.3ALD、OLD的使用示例需要注意的是，在串并联支路的起点（第一个触点），在语句表编程时，要使用LD/LDN指令，如图中网络1的M0.0触点，网络2的T37触点。这是LD/LDN指令语句表编程的另一常用之处。4．栈利用指令栈利用指令包罗进栈（LPS）、读栈（LRD）、出栈（又称弹栈）指令（LPP）。LPS（LogicPush）：逻辑堆栈进栈利用指令；LRD（LogicRead）：逻辑堆栈读栈利用指令；LPP（LogicPop）：逻辑堆栈出栈利用指令。S7-200采取模拟栈结构，用来存放逻辑运算结果以及生存断点所在，所以其利用又称为逻辑栈利用。在此，仅讨论断点掩护成果的栈利用看法。堆栈利用时将断点的所在压入栈区，栈区内容自动下移（栈底内容丢失）。读栈利用时将存储器栈区顶部的内容读入步调的所在指针寄存器，栈区内容保持稳定。弹栈利用时，栈的内容依次凭据后进先出的原则弹出，将栈顶部内容弹入步调的所在指针寄存器，栈的内容依次上移。栈利用指令对栈区的影响如图1.4所示。图栈利用历程示意图1.5线：复合输出栈利用指令用于复合输出的语句表编程。关于复合输出等几种线圈输出形式及其语句表如图1.5所示。栈利用指令均为无利用元件指令。种种输出要领的编程如下：网络1网络3LDI0.0LDI0.0=Q0.0LPS=Q0.1AI0.1=Q0.2=Q0.0网络2LRDAI0.2=Q0.0=Q0.1AI0.1LPP=Q0.1AI0.3AI0.2=Q0.2=Q0.2【例3】栈利用指令示例，如图1.6所示。逻辑堆栈指令（LPS）可以嵌套使用，最多可以嵌套9层。为包管步调所在指针不产生错误，进栈和弹栈指令必须成对使用，最后一次读栈应使用弹栈指令。图1.6栈利用指令示例基础位利用指令是PLC控制系统设计编程的基础，应该熟练掌握和运用，为了便于使用，现将基础的位利用指令的作用汇总于表1.7中。表1.7基础位利用指令指令名称STLLAD作用加载常开LD与左母线相连、以及串并联支路的第一个常开触点加载常闭LDN与左母线相连、以及串并联支路的第一个常闭触点常开串联A单个常开触点与其他触点或支路的串联常闭串联AN单个常闭触点与其他触点或支路的串联常开并联O单个常开触点与其他触点或支路的并联常闭并联ON单个常闭触点与其他触点或支路的并联块串联ALD支路与前面的支路或触点的串联块并联OLD支路与上面的支路或触点的并联线圈输出=普通线圈输出，如Q、M进栈LPS——复合输出的进栈读栈LRD——复合输出的读栈出栈LPP——复合输出的出栈5．置位/复位指令图1.8置位/复位指令梯形图

　　普通线圈得到能量流时，线”），能量流不能到达时，线系列PLC采取了线圈通、断电来描述存储器的置位、复位，置位/复位指令则是将线圈设计成置位、复位两种状态。使用置位指令时，当线圈受到脉冲触发时线圈通电锁存（存储器置“1”）；使用复位指令时，当受到脉冲触发时线圈断电解锁存（存储器置“0”）。换句话说，置位指令使线圈通电并自锁，复位指令使通电线系列PLC为了增强指令的成果，将置位、复位指令的位数扩展为N位。置位、复位指令的语句

　　式包罗：SbitN：将bit位开始的N个连续线圈置位；RbitN：将bit位开始的N个连续线圈复位。置位/复位指令的梯形图格式如图所示。【例4】置位/复位指令示例，如图1.9所示。置位/复位指令使用时需注意：1．置位网络与复位网络间可以插入其他步调；2．置位指令、复位指令一般要配对使用；3．复位指令也可以用于其他元件的的复位，如保持型定时器、计数器等。图1.9置位/复位指令示例6.取非指令和空利用指令①取非指令（NOT）取非指令用于对存储器的位取反利用，改变能量流的状态。指令格式的梯形图形式用触点形式体现，如触点左侧为1时，右侧为0，能量流不能到达右侧，输出无效；反之，如触点左侧为0时，右侧为1，能量流可以向右侧通报，其语句表格式为“NOT”。②空利用指令（NOP）空利用指令起增加步调容量的作用。使用空利用指令，将稍微延长扫描周期时间，但不会影响用户步调的执行，不会使能量流断开。指令格式为：NOPN。其中，N为执行空利用指令的次数。梯形图格式用指令盒形式。③AENO/ENO指令梯形图的指令盒指令右侧的输出连线为使能输出端ENO用于指令盒或输出线圈的串联（与逻辑），不串联元件时，作为指令行的结束。AENO指令（AndEno）的作用是和前面的指令盒输出端ENO串联。AENO指令只能在语句表中使用。7.脉冲指令脉冲指令用于在某信号的上升沿或下降沿时产生一个周期的脉冲信号，从而使信号变窄。指令格式如表1.10所示。表1.10脉冲指令格式LADSTL说明EU上升沿，无利用元件ED下降沿，无利用元件【5】脉冲指令示例，如图1.11所示。（a）（b）图1.11脉冲指令使用示例其语句表如下：LDLDLPSSQ0.0,1EULD=SQ0.1,1LPPLDEDRQ0.0,2=M0.0说明如下：当I0.0置1时，其上升沿经正跳变指令EU使M0.0置1一个扫描周期T，使Q0.0置位；当I0.0由1→0时，出现下降沿，经负跳变指令ED使M0.1置1一个扫描周期T，使Q0.1置位。当I0.1置1时，Q0.0、Q0.1复位置0。1.输入输出点数输入输出点数是PLC可以继续的输入开关信号和输出开关信号的最大数量，值得注意的是输入点数往往的大于输出点数的，且二者不能相互替代。扫描速度数扫描速度数是指PLC扫描1k（1k=1024）字用户步调所需的时间，通常以ms/k字为单元，扫描速度越快越好。存储容量存储容量是存放用户步调的存储器的容量。通常用k来体现。也有的PLC直接用所能存放的步调量体现。在体例PLC步调时，需要用到大量的寄存器来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和种种标志位等信息。这些寄存器的多少，直接干系到步调的体例，该存储器的容量越大，就可以体例出更庞大的步调。可扩展性在现代财产生产中PLC的可扩展性也显的非常重要。主要包罗：①输入输出点数的扩展；②存储容量的扩展；③联网成果的扩展；④可扩展的模块数；另外，可编步调控制器的可靠性、易利用性及经济性等成果指示也受用户的存眷。1.5总体控制系统框图图1.12PLC总体控制系统框图比力图1.12本系统的中心控制器件是PLC。主令元件单元有两个按钮，一个旋钮，一个急停开关组成。检测单元由四个靠近开关做传感器。输出单元由6个打仗器组成。电源供给单元由一个电源断绝变压器主成。执行单元为三台电机，一台电磁阀，一台呆板手。第2章财产呆板手简介2.1呆板手的界说与分类呆板手是一种能自动化定位控制并可重新编步调以变动的多成果呆板，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个差异情况中事情。呆板手的迅速生长是由于它的积极作用正日益为人们所认识。其一，它能部门取代人工利用；其二，它能凭据生产工艺要求，遵循一定的步调、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三，它能利用须要的机具进行焊接和装配。因此，它能大大地革新工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现财产生产呆板化和自动化的步调。因而，受到各先进财产国度的重视，并投入了大量的物力和财力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用得更为遍及。呆板手一般分为三类。第一类是不需要人工利用的通用呆板手，它是一种独立的不隶属于某一主机的装置。它可以凭据任务的需要体例步调，以完成各项规定事情。它的特点是除具备普通呆板的物理性能外，还具备通用呆板、影象智能的三元呆板。第二类是需要人工利用的，称为利用机。它起源于原子、军事财产，先是通过利用机来完成特定的作业，厥后生长到用无线电信号利用呆板手来进行探测月球、火星等。第三类是专用呆板手，主要隶属于自动机床或自动线上，用于解决机床上下料和工件传送。这种呆板手在外洋称为“MechanicalHand”，它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外，事情步调一般是牢固的，因此是专用的。本项目要求设计的呆板手模型可归为第一类，即通用呆板手。2.2呆板手应用及组成结构目前财产呆板手主要用于流水线传送、焊接、装配、机床加工、铸造、热处理处罚等方面，无论数量、品种和性能方面都能满足财产生产生长的需要。在国内主要是生长各方面的呆板手，逐步扩大应用领域，以减轻劳动强度，革新作业条件。在应用专用呆板手的同时，相应地生长通用呆板手，专用条件还要研制示教呆板手、组合呆板手等。将呆板手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及用于差异类型的夹紧机构，设计成范例的通用机构，以便凭据差异的作业要求，选用差异的范例部件，即可组成差异用途的呆板手，即便于设计制造，又便于变更事情，扩大了应用的领域。同时要提高速度，淘汰打击，正确定位，以更好地发挥呆板手的作用。呆板手主要由执行机构、驱动机构和控制系统组成。执行机构包罗手部、手臂和躯干。手部装在手臂前端，可以转动、开闭手指。呆板手手部的结构系统模仿人的手指，分为无枢纽、牢固枢纽和自由枢纽三种。手指的数量又可以分为二指、三指、四指等，其中以二指用得最多。可凭据夾持东西的形状和巨细配备多种形状和尺寸的夹头，以适应利用的需要。本设计采取二指的结构。手臂的作用是引导手指准确地抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使呆板手能够正确地事情，手臂的三个自由度都需要精确地定位。总之，呆板手的运动离不开直线移动和转动二种，因此它采取的执行机构主要是直线液压缸、摆动液压缸、电液脉冲马达、伺服液压马达、互换伺服电动机、直流伺服电动机和步进电动机等。躯干是安装手臂、动力源和种种执行机构的机架。驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和呆板驱动。其中以电气、气动用得最多，占90％以上，液压、呆板驱动用得较少。液压驱动主要是通过液压缸、阀、油箱等实现传动。气压驱动所采取的元件为气压缸、气马达、气阀等。一般采取4～6个大气压，个别到达8～10个大气压。本设计的手爪部门采取气压驱动。电气驱动时，直线运动可以采取电动机发动丝杠、螺母机构。通用呆板手则考虑采取步进电动机、直流或互换的伺服电动机、变速箱等。本设计采取步进电动机驱动手臂运动，直流电动机驱动手爪和呆板手的底盘旋转运动。呆板驱动只适用于行动牢固的场合。呆板手控制的要素包罗事情顺序、到达位置、行动时间、运动速度和加减速度等。呆板手的控制分为点位控制和连续轨迹控制两种，目前以点位控制为主，占90％以上。控制系统可以凭据行动的要求，设计采取数字顺序控制，它首先要体例步调加以储存，然后再凭据规定的步调，控制呆板手事情。对行动庞大的呆板手则采取数字控制系统、小型盘算机或微处理处罚机控制的系统。本设计的控制系统采取小型可编程控制器实现，具有编程简单、修改容易、可靠性高等。2.3呆板手的生长趋势呆板手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的生长，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。目前，呆板手技能有了新的生长：出现了仿人型呆板手、微型呆板手和微利用系统（如细小财产管道呆板手移动探测系统、微型飞行器等）、呆板手化呆板、智能呆板手（不光可以进行事先设定的行动，还可凭据事情状况相应地进行行动，如回避障碍物的移动，作业顺序的筹划，有效的动态学习等）。呆板手的应用领域正在向非制造业和服务业偏向扩展，而且蓬勃生长的军用呆板手也将越来越多地装备步队。外洋方面：近几年外洋财产呆板手领域有如下几个生长趋势。呆板手性能不绝提高，而单机代价不绝下降；呆板结构向模块化、可重构化生长；控制系统向基于PC机的开放型控制器偏向生长；传感器作用日益重要；虚拟现实技能在呆板手中的作用已从仿真、预演生长到用于历程控制。国内方面：目前在一些机种方面，如喷涂呆板手、弧焊呆板手、点焊呆板手、搬运呆板手、装配呆板手、特种呆板手（水下、爬壁、管道、遥控等呆板手）基础掌握了呆板手利用机的设计制造技能，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和体例等要害技能，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技能；在基础元件方面，谐波减速器、呆板手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。从技能方面来说，我国已经具备了独立自主生长中国呆板手技能的基础。2.4呆板手的工程应用在现代财产中，生产历程的呆板化、自动化已成为突出的主题。随着财产现代化的进一步生长,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着种种千般的生产情况，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产情况倒霉于人工进行利用。财产呆板手是近代自动控制领域中出现的一项新的技能，是现代控制理论与财产生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代呆板制造生产系统中的一个重要组成部门。财产呆板手是提高生产历程自动化、革新劳动条件、提高产物质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为遍及。在我国，近几年来也有较快的生长，并取得一定的效果，受到呆板财产和铁路财产部门的重视。呆板手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不绝重复事情和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大的特点，因此，越来越广范的得到应用，例如：（1）机床加工工件的装卸，特别是自动化车床、组合机床上用得较为普遍。（2）在装配作业中应用广范，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在呆板行业中它可以用来组装零部件。（3）可以危险场合下事情，如军工品的装卸，危险品及有害物品的搬运。2.5呆板手设计的要求及意义.1呆板手的设计要求本课题设计的呆板手主要是模拟财产送料呆板手为例，主要实现以下几个成果:呆板手下降→夹紧→上升→右移→下降→放松→上升→左移八个行动，这个主要是采取双线圈三位电磁阀推动液压缸完成；呆板手手指的夹紧与松开，主要用单线圈二位电磁阀推动液压缸完成，线圈通电时执行夹紧事情，断电时执行放松行动；呆板手的上升、下降、左移、右移、的行动转换靠限位开关来控制，而夹紧、放松行动的转换是由时间继电器来控制；呆板手的手动与自动运行的转换，由开关的断开与闭合来决定。2.5.2呆板手设计的意义随着科学技能的生长，呆板手也越来越多地被应用。在呆板财产中，铸、锻、焊、铆、冲压、热处理处罚、呆板加工、装配、查验、喷漆、电镀等工种都有应用的实例。其它部门，如：轻财产、修建业、国防财产等事情中也均有所应用。在呆板财产中，应用呆板手的意义可言归纳综合如下：1.以提高生产历程的自动化水平应用呆板手，有利于实现质料的传送、工件的装卸、刀具的变更以及呆板的装配等的自动化水平，从而可以提高劳动生产率和低沉生产资本。2.以革新劳动条件，制止人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪音、臭味、有放射性或其他毒性污染以及工件空间狭窄的场合中，用人手直接利用是有危险或基础不可能的，而应用呆板手即可部门或全部取代人宁静地完成作业，使劳动条件得以革新。在一些简单、重复，特别是较粗笨的利用中，以呆板手取代人手进行事情，可以制止由于利用疲劳或疏忽而造成的人身事故。3.可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用呆板手取代人手进行事情，这事直接淘汰人力的一个侧面，同时由于应用呆板手可以连续的事情，这事淘汰人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前险些都装有呆板手，以淘汰人力和更准确的控制生产地节拍，便于有节奏的进行事情生产。综上所述，有效的应用呆板手，是生长呆板财产的一定趋势。第3章呆板手的设计方案3.1结构示意图图3.1呆板手结构示意图如图3.1所示呆板手的所有行动均采取电液控制、液压驱动。它的上升／下降和左移／右移均采取双线圈三位电磁阀推动液压缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持当前的呆板行动，直到相反行动的线圈通电为止。例如,当下降电磁阀线圈通电后，呆板手下降，纵然线圈再断电，仍保持当前的下降行动状态，直到上升电磁阀线圈通电为止。呆板手的夹紧／放松采取单线圈二位电磁阀推动液压缸完成，线圈通电时执行夹紧事情，断电时执行放松行动。为了使行动准确，呆板手上安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，分别对呆板手进行上升、下降、左行、右行等行动的限位，并给出了行动到位的信号。另外，还安装了光电开关SP，卖力监测事情台B上的工件是否已移走，从而产生无工件信号，为下一个工件的下放做好准备。3.2呆板手的行动顺序图3.2呆板手的行动顺序示意图如图3.2所示呆板手的初始位置在原位,按下启动按钮后,呆板手将依次完成：下降→夹紧→上升→右移→下降→放松→上升→左移八个行动，实现呆板手一个周期的行动。呆板手的上升、下降、左移、右移的行动转换靠限位开关来控制，而夹紧、放松行动的转换是由时间继电器来控制的。为了包管宁静，呆板手右移到位后，必须在事情台B上无工件时才华下降。若上一次搬到右事情台上的工件尚未移走，则呆板手应自动暂停期待。为此设置了一只光电开关，以检测“无工件”信号。事情台A、B上工件的传送不消PLC控制；呆板手要求按一定的顺序行动，其流程图如图3.3所示。图3.3呆板手的行动顺序流程图启动时，呆板手从原点开始按顺序行动；停止时，呆板手停止在现行工步上；重新启动时，呆板手按停止前的行动继续进行。为满足生产要求，呆板手设置手动事情要领和自动事情要领，而自动事情要领又分为单步、单周和连续事情要领。手动事情要领：利用按钮对呆板手每一步行动单独进行控制，例如，按“上升”按钮，呆板手上升；按“下降”按钮，呆板手下降。此种事情要领可使呆板手置原位。单步事情要领：从原点开始，按自动事情循环的工序，每按一下启动按钮，呆板手完成一步的行动后自动停止。单周期事情要领：按下启动按钮，从原点开始，呆板手按工序自动完成一个周期的行动后，停在原位。连续事情要领：机构在原位时，按下启动按钮，机构自动连续地执行周期行动。当按下停止按钮时，呆板手保持当前状态。重新规复后呆板手按停止前的行动继续进行。3.3PLC选型及I／O接线图凭据控制要求，PLC控制系统选用西门子公司S7-200系列CPU214和EM221，其I／O端子接线所示。图I／O端子接线PLCI／O所在分配表凭据控制要求，PLCI/O所在分配及成果描述如表3.5所示。表PLCI／O所在分配表外部设备I/O成果描述外部设备I/O成果描述SB1I启动SB4I上升SQ2I下限SB5I左移SQ1I上限SB6I右移SQ4I右限SB7I加紧SQ3I左限SB8I放松SPI无工件检测SB9I复位SB2I停止YV2Q下降SAI手动YV5Q加紧SAI单步YV1Q上升SAI单周YV4Q右移SAI连续YV3Q左移SB3I下降HLQ原位显示·第4章呆板手PLC设计4.1自动控制步调的梯形图及说明图4.1自动利用的梯形图步调自动利用步调。由于自动利用的行动较庞大，不容易直接设计出梯形图，因此可以先画出自动利用流程图，用以表明行动的顺序和转换的条件，然后凭据所采取的控制要领，设计梯形图就比力方便了。呆板手的自动利用流程图如图所示。图中矩形方框体现其自动事情循环历程中的一个“工步”，方框中用文字体现该步的编号。方框的右边画出该步行动的执行元件，相邻两工步之间可以用有向线段连接，表明转换偏向，有向线段上的小横线体现转换的条件，当转换条件得到满足时，便从上一工步转到下一工步。为包管运行的可靠性，在执行夹紧和放松行动时，分别用定时器T37和定时器T38作为转换的条件，并采取具有保持成果的继电器)为夹紧电磁阀线圈供电。其事情历程阐发如下：1）机构处于原位，上限位和左限位行程开关闭合，I0.2、I0.4接通，移位寄存器首位M1.0置“1”，Q0.5输出原位显示，机构当前处于原位。2）按下启动按钮，I0.0接通，产生移位信号，使移位寄存器右移一位，M1.1置“1”（同时M1.0规复为0），M1.1得电，Q0.0输出下降信号。3）下降至下限位，下限位开关受压，I0.1接通，移位寄存器右移一位，移位结果将使M1.2置“1”（其余为0），Q0.1接通，夹紧行动开始，同时T37接通，定时器开始计时。4）经过延时（与设定K值有关），T37触点接通，移位寄存器又右移一位，使M1.3置“1”（其余为0），Q0.2接通，机构上升。由于M1.2为1，因此夹紧行动继续执行。5）上升至上限位，上限位开关受压，I0.2接通，寄存器在右移一位，M1.4置“1”（其余为0），Q0.3接通，机构右行。6）右行至右限位，I0.3接通，将寄存器中“1”移到M1.5，Q0.0得电，机构再次下降。7）下降至下限位,下限位开关受压，移位寄存器又右移一位，使M1.6置“1”（其余为0），Q0.1复位，机构放松，放下搬运零件同时接通T38定时器，定时器开始计时。8）延时时间到，T38常开点闭合，移位寄存器移位，M1.7置“1”（其余为0），Q0.2再次得电上升。9）上升至上限位，上限位开关受压，I0.2闭合，移位寄存器右移一位，M2.0置“1”（其余为0），Q0.4置“1”，机构左行。10）左行至原位后，左限位开关受压，I0.4接通，寄存器仍右移一位，M2.1置“1”（其余为0），一个自动循环结束。自动利用步调中包罗了单周或连续运动,步调执行单周或连续取决于事情要领选择开关。当选择连续要领时，I1.2使M0.0置“1”；当机构回到原位时，移位寄存器自动复位，并使M1.0为“1”,同时I1.2闭合，又得到一个移位信号，机构按顺序重复执行；当选择单周期利用要领时，I1.1使M0.0为“0”；当机构回到原位时，按下启动按钮，机构自动行动一个运动周期后停止在原位。自动利用的梯形图步调如图所示。输出显示步调。呆板手的运动主要包罗上升、下降、左行、右行、夹紧、放松，在控制步调中M1.1、M1.5分别控制左、右下降，M1.2控制夹紧，M1.6控制放松，M1.3、M1.7分别控制左、右上升，M1.4、M2.0分别控制左、右运行，M1.0原位显示。输出显示梯形图步调如图4.2所示。图4.2输出显示梯形图步调4.2手动控制步调的梯形图及说明图4.3手动控制的梯形图主步调图4.4手动控制的梯形图（子步调0）手动控制步调。手动利用不需要按工序顺序行动，可以按普通继电打仗器控制系统来设计。手动控制的梯形图子步调0见所示。手动按钮I1.3、I1.4、I1.5、I2.0、I2.1、I2.2分别控制下降、上升、左移、右移、夹紧、放松各个行动。为了保持系统的宁静运行，设置了一些须要的联锁掩护，其中在左右移动的控制环节中加入了I0.2作上限连锁。因为呆板手只有处于上限位置（I0.2=1）时，才允许左右移动。由于夹紧、放松行动选用单线圈双位电磁阀控制，因此在梯形图中用“置位”、“复位”指令来控制，该指令具有保持成果，而且也设置了呆板联锁。只有当呆板手处于下限（I0.1=1）时，才华进行夹紧和放松行动。结束语通过这几周在校的结业设计学习，感觉到十分重要，经过这次设计使我知道了平时学习的重要性和各门学科之间的相互的联系，更进一步地掌握了已往所学习的知识。此次结业设计我的课题是基于PLC的财产呆板手控制设计，它是一个呆板和电气方面的结合产物。由于理论知识的不敷，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在老师的谆谆领导，和同学们的热情资助下，开始了入门设计，画图找资料。一点点的步入正题，凭据在设计中老师的领导和自己的努力，我们对PLC﹑呆板手和呆板手的行动控制等，进行了方案的设计和最后对方案简直定，确定了方案我们又通过盘算和查阅资料，对各部门的元件进行了选择。通过前期的事情，对原理进行阐发，开始逐步绘制草图。通过几周的努力，呆板手的草图绘制完成了，之后开始了说明

　　的书写，事情图的绘制。由于时间和知识面有限，虽然解决了在设计中的一些问题，但此次设计的课题还存在很大的缺陷。不外在设计历程中培养了我的综合运用呆板设计课程及其他课程理论知识来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用。在此期间我们同学之间相互资助，配合面对呆板设计课程设计当中遇到的困难，培养了我们的刻苦耐劳精神，也使我们知识有一定的提高。虽然每学期都部署了课程设计大概实习，但是没有一次像这样的课程设计能与此次相比，设计限定了时间长，而且是单唯一人一组一个课题，任务繁多、细致、要求越发严格、设计要求的独立性越发高。要我们充实利用在校期间所学的课程的专业知识理解、掌握和实际运用的灵活度，增强各门学科之间的联系，也是对我应用这些知识能力的考查。在没有做结业设计以前觉得结业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做结业设计发明自己的看法有点太片面。通过这几周结业设计的学习，给我最深的感觉就是我的设计思维得到了很大的熬炼与提高，真正明白了如何理论联系实际，而且在老师的资助下以及和同学之间的讨论，使我知道了去做一个设计方案时，应该从那方面下手，应该思考那些方面的问题等。随着设计的进行，我的体会也就多了，总之，不管学会的照旧学不会的简直觉得困难比力多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。别的，还得出一个结论：知识必须通过应用才华实现其代价！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发明是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在设计的历程中，我尽力使自己的设计淘汰错误，思考问题尽量全面，细致，但我知道由于许多知识和能力的欠缺，肯定有一定的错误。在此更要谢谢我的导师和指导老师尹老师，在我遇到问题时，你们能耐心，细致的一次次给我解决，在你们的细心指导和眷注，使我能够顺利的完成结业设计的全部内容，在我的设计事情中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不光学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的原理。在此我要向我的导师致以最衷心的谢谢和深深的敬意。这次结业设计使我学到了许多多少的知识，增长了看法，也是在走出校门之前很好的熬炼时机，使我受益匪浅，对以后的事情更有信心。致谢不知不觉中三年的大学生活即将结束，这其中有许多的美好追念，有许多的不舍。所以在这份大学的最后答卷里我要谢谢的许多人，首先要谢谢我的学校，谢谢在这三年中交给我的做人原理，让我从一个懵明白中学生酿成一个成熟的青年。还要谢谢我的论文指导老师尹存涛老师，在他的指导下我完成了论文同时她也教会了我许多其他的东西，从心里谢谢她。最后在要谢谢的就是我的同学、朋友，敷衍他们我更是有千言万语，照旧汇聚一句话谢谢你们陪同着我。现在即将挥别我的学校、老师、同学另有我三年的大学生活，虽然依依不舍，但是照旧对前面的路充满信心，只想说谢谢我的学校和老师，有你们的辅导陪同我，我会更好的生长的！参考文献(1)廖常初.PLC基础及应用-2版.呆板财产出书社．(2)郭宗仁等.可编程控制器应用系统设计及通信网络技能.北京：人民邮出书社，2002.(3)余雷声.电器控制与PLC应用[M].北京：呆板财产出书社，1996.(4)程周.可编程控制器技能与应用[M].北京：电子财产出书社，2002.(5)郁汉琪、郭健.可编步调控制器原理及应用[M].北京：中国电力出书社，2004.(6)潘长珍.电工应用技能.宁静技能职业学院课本.2009.（7）杨兴.数控机床电气控制.北京：化学财产出书社，2008.（8）杨长能、张兴毅.可编程控制器基础及应用.重庆大学出书社，1992.（9）郑兰霞.液压与气压传动.人民邮电出书社刊行，2008.

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