毕业设计plc机械手设计

南京铁道职业技术学院毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目:系 部： 电子电气工程系 专 业： 电气自动化技术 班 级： 08电气301 姓 名: 胡晓芹 学 号: 441108135 移动 ： QQ号码： 1186025396 电子邮箱: 指导教师: 曹翊 专业负责人： 郑蕾 2010年11月17日 PLC机械手设计 摘要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。工业机械手就这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。电气方面有电机、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、气动技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出三路来分别驱动左右移动、上下升降和手部的夹紧放松。本课题拟开发的工业机械手模型可在空间按固定动作抓放单个物体，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业。关键字：可编程控制器，机械手，手动控制，自动控制 目 录摘要.1第一章 绪论.41.1 前言.41.2 工业机械手的简史.41.3 工业机械手在生产中的应用.6第二章 机械手的总体设计方案.62.1 机械手的基本形式.62.2 机械手的主要组成部分及运动.7 2.2.1 执行机构.72.2.2 驱动机构.82.2.3 控制系统.82.3 机械手的技术参数列表.8第三章 系统的硬件设计.93.1 PLC的选型.9 常用PLC介绍.9 确定型号FX1N60MR.12 FX1N所具有的优越性能.123.2 三菱FX系列的结构功能.15LC内部功能.163.3系统主电路设计.173.4 控制系统设计.213.4.1 传感器设计.213.4.2 光电检测器设计.25第四章 系统的软件设计.284.1 机械手工作内容介绍.29 机械手的工作方式.29 对机械手每个工作步的控制要求.294.2 程序的总体结构.304.3编程软件的使用.324.3.1 FX1NPLC梯形图中的编程软件.324.3.2程序的总体结构.34第五章 总结.38致谢.38参考文献.39第一章 绪论1.1 前言用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术、计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。1.2 工业机械手的简史 现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年各大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。预计到1990年将有55万机器人在工作。 第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。1.3 工业机械手在生产中的应用机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。第二章 机械手的总体设计方案2.1 机械手基本形式的选择常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手; ( 3)球坐标(极坐标)型机械手; (4)多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标型。下图是机械手搬运物品示意图。图中机械手的任务是将左工位上的工件搬运到右工位上去。机械手基本形式示意图2.2 机械手的主要组成部分及运动在圆柱坐标式机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计关于机械手具有3个自由度既：手抓张合；手臂伸缩；手臂升降3个主要运动。本设计机械手主要由3个大部件和3个液压缸组成：（1）手部，采用一个直线液压缸，通过机构运动实现手抓的张紧。（2）臂部，采用一个直线缸来实现手臂平动。（3）机身，采用一个直线缸来实现手臂升降。2.2.1 执行机构（1）手部 既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。本文采用的是平动型。 传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。（2）臂部 手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动允许范围内任意一点。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。因本文只需手臂的伸缩和升降，故两个自由度即满足要求。手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。（3）机身 主要起支撑整个机械手的作用，并带动手臂实现其升降运动。2.2.2 驱动机构驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。2.2.3 控制系统在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序，主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。本文采用可编程控制器控制，实现对机械手的自动和手动控制。2.3 机械手的技术参数列表一、用途：用于车间搬运工件二、设计技术参数:1、抓重:5Kg (夹持式手部)2、夹持力度：8Kg3、工件大小：100100150（mm）4、自由度数:2个自由度（伸缩和升降）5、座标型式:圆柱座标6、手臂运动参数伸缩行程：1000mm伸缩速度：150mm/s7、机身运动参数升降行程：500mm升降速度：75mm/s第三章 系统的硬件设计3.1 PLC的选型对于PLC的选择，我们必须考虑多方面的因素。例如输入、输出的最多点数；扫描速度；内存容量；指令条数；功能模块等。同时还要考虑其经济实用性以及工作环境对其的影响。 PLC介绍PLC发展这么多年，技术成熟，各种型号的也很多，各个厂家生产的也有一定区别，各个重点发展方向也不同，所以我们必须根据自己设计需要，考虑如何选择。三菱FX系列可编程控制器介绍：FX系列可编程控制器是当今国内外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。日本三菱电机公司研发的。在FX中，除基本的指令表编程方式外，还可以采用梯形土编程及对应机械动作流程进行顺序设计的SFC顺序功能图编程，而且这些程序可互相转换。在FX系列PLC中设置了高数计数器，对来自特定的输入继电器的高频脉冲进行中断处理，扩大了PLC的应用领域。其FX2N PLC还可以采用作为扩展设备的硬件计数器，可获取最高50kHz的高速脉冲。PLC三菱FX系列图 FX2N PLC图FX系列PLC在特殊控制方面不但具备模拟量输入输出控制，而且具有定位控制几PID系统控制。在通信方面，能够方便地与PC计算机链接实现数据交换与管理。 确定型号FX1N60MRPLC三菱FX1N综上，对于被控对象，采用PLC系统与采用其它形式的控制系统相比较，力求具有较好的性价比，使用和维修方便；选用的PLC主机和配置、控制功能等必须能满足被控对象的各种控制要求；选用的PLC主机及配置必须是功能较强的新一代PLC机型，一般最好不要选用旧机型（若采用三菱公司的PLC，则选FX系列，不选F1系列）。同时还应当考虑将来工艺的变化和扩展，在满足确定的要求外，留有一定的余量；确保整个控制系统可靠。还要考虑大家对产品的熟悉程度，以及编程指令的易懂性。在此，我选用三菱FX1N来做控制核心。FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。其中FX2是近年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构，如图所示 FX1N所具有优越性能 基本性能CPU处理速度达到了0.065us/基本指令。内置了高达64K步的大容量RAM存储器。大幅增加了内部软元件的数量。强化了指令的功能，提供了多达209条应用指令，包括像与三菱变频器通讯的指令，CRC计算指令，产生随机数指令等等。 集成业界领先的功能晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令：带DOG搜索的原点回归（DSZR），中断单速定位（DVIT）和表格设定定位（TBL），从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。内置6点同时100kHz的高速计数功能，双相计数时可以进行4倍频计数。 强大的扩展性增强了通信的功能，其内置的编程口可以达到115.2kbps的高速通信，而且最多可以同时使用3个通信口（包括编程口在内）。3.2 三菱FX系列的结构功能可编程控制器是一种工业控制微型计算机，它的的结构原理与微型计算机相似。硬件构成有微处理器、存储器和各种输入、输出接口。系统程序和接口器件又与微机不同，这使它的操作使用方法、编程语言、工作方式等与微型机有所不同。PLC是用微处理器实现继电器、定时器和计数器以及A/D、D/A模拟转换器件的组合体的功能，采用软件编程进行它们之间的联系。本设计采用FX系列PLC作为控制核心，所以现在就以它来讲述PLC的应用知识、操作技能。FX系列PLC硬件组成与其它类型PLC基本相同，主体由三部分组成，其PLC的基本结构如下图所示，系统电源有些在CPU模块内，也有单独作为一个单元的，编程器一般看作PLC的外设。PLC内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。 PLC 的组成框图外部开关信号、模拟信号以及各种传感器检测信号作为PLC的输入变量，它们经PLC的输入端子进入PLC的输入存储器，收集和暂存被控对象实际运行的状态信号和数据；经PLC内部运算与处理后，按被控对象实际动作要求产生输出结果；输出结果送到输出端子作为输出变量，驱动执行机构。PLC的各个部分协调一致地实现对现场设备的控制。 PLC内部功能 中央处理器CPUCPU的主要作用是解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其它功能，控制整个系统协调一致工作。常用的CPU主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。 存储器模块随机存储器RAM用于存储PLC内部的输入、输出信息，并存储内部继电器（软继电器）、移位寄存器、数据寄存器、定时器/计数器以及累加器等的工作状态，还可以存储用户正在调试和修改的程序以及各种暂存的数据、中间变量等。只读存储器ROM用于存储系统程序。可紫外线擦除电编程的只读存储EPROM，它主要用来存放PLC的操作系统和监控程序，如果用户程序已完全调试好，也可将程序固化在EPROM中。可电擦除可电改写的只读存储EEPROM，它主要用来存放用户程序。 输入输出模块N可编程控制器是一种工业控制计算机系统，它的控制对象是工业生产过程，与DCS相似，它与工业生产过程的联系也是通过输入输出接口模块（I/O）实现的。I/O模块是可编程序与生产过程相联系的桥梁。 编程器编程器是PLC必不可少的重要外部设备。编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器中。编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与PLC之间进行 人机对话的界面。随着PLC的功能不断增强，编程语言多样化，编程已经可以在计算机上完成。3.3 系统主电路设计 机械手系统的主电路是围绕电机驱动的电路，通过带动手臂来实现搬运工件的。这里的电机主要是伺服电机。 伺服电机是通过控制脉冲时间的长短控制转动角度的。 设备主要有供电电源，一个开关（继电器开关或继电器板卡），一个伺服电机，其实就是一个电源连接开关，再连接伺服电机。 当开关闭合，伺服电机两端接高电平，就开始工作。开关断开，伺服电机停止工作。 伺服电机的转速与电源电压大小有关。例如一个伺服电机12V时120n/min，那么开关闭合10s钟，就转20转；而它在24V时也许能达到240n/min，这时开关闭合10s，电机转40转。 其电机的转动方向由电机电源方向实现，更换电源的正负级，就能改变电机转动方向。 下面主要介绍交流伺服电动机： 结构和原理 交流伺服电动机的定子绕组和单相异步电动机相似，它的定子上装有两个在空间相差90电角度的绕组，即励磁绕组和控制绕组。运行时励磁绕组始终加上一定的交流励磁电压，控制绕组上则加大小或相位随信号变化的控制电压。转子的结构形式笼型转子和空心杯型转子两种。笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同，但转子做的细长，转子导体用高电阻率的材料作成。其目的是为了减小转子的转动惯量，增加启动转矩对输入信号的快速反应和克服自转现象。空心杯形转子交流伺服电动机的定子分为外定子和内定子两部分。外定子的结构与笼型交流伺服电动机的定子相同，铁心槽内放有两相绕组。空心杯形转子由导电的非磁性材料（如铝）做成薄壁筒形，放在内、外定子之间。杯子底部固定于转轴上，杯臂薄而轻，厚度一般在0.20.8mm，因而转动惯量小，动作快且灵敏。交流伺服电动机的工作原理和单相异步电动机相似，LL是有固定电压励磁的励磁绕组，LK是有伺服放大器供电的控制绕组，两相绕组在空间相差90电角度。如果IL与Ik 的相位差为90，而两相绕组的磁动势幅值又相等，这种状态称为对称状态。与单相异步电动机一样，这时在气隙中产生的合成磁场为一旋转磁场，其转速称为同步转速。旋转磁场与转子导体相对切割，在转子中产生感应电流。转子电流与旋转磁场相互作用产生转矩，使转子旋转。如果改变加在控制绕组上的电流的大小或相位差，就破坏了对称状态，使旋转磁场减弱，电动机的转速下降。电机的工作状态越不对称，总电磁转矩就越小，当除去控制绕组上信号电压以后，电动机立即停止转动。这是交流伺服电动机在运行上与普通异步电动机的区别。 交流伺服电动机有以下三种转速控制方式： a、幅值控制 控制电流与励磁电流的相位差保持90不变，改变控制电压的大小。 b、相位控制控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变控制电压的相位。 c、幅值相位控制同时改变控制电压幅值和相位。交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变。 工作特性和用途伺服电动机的工作特性是以机械特性和调节特性为表征。在控制电压一定时，负载增加，转速下降；它的调节特性是在负载一定时，控制电压越高，转速也越高。伺服电动机有三个显著特点： a、启动转矩大由于转子导体电阻很大，可使临界转差率，定子一加上控制电压，转子立即启动运转 b、运行范围宽在转差率从到的范围内都能稳定运转 c、无自转现象控制信号消失后，电动机旋转不停的现象称自转自转现象破坏了伺服性，显然要避免 MSMA交流伺服电机3.4 控制系统设计 传感器设计由于本毕业设计需对机械手夹工件的力进行控制，因此需要传感器来测量机械手接触工件的部位的压力，以便确定夹工件的力是多大，所以选用压力传感器。压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 本毕业设计选用Setra 电容式压力传感器。Setra 独特的检测电路测电容的微小变化，并进行线性处理和温度补偿，传感器输出与被测压力成正比的直流电压或电流信号，精巧的结构、高性能的材料及先进的检测电路的完美结合，赋予了 Setra 压力传感器以很高的性能。Setra 电容式压力传感器的特点: 高性能为了保证产品的高性能，Setra 压力传感器采用材料构成可变电容，由于这些材料具有极稳定的物理化学性能，使产品具有极高的性能。根据用户需要 Setra 可提供高达 0.02%FS 的传感器，稳定性优于 0.05%FS ，如此高的性能是采用其它敏感原理的产品难以达到的。 此外，采用 Setra 先进的检验电路可检测出敏感电容极微小的变化，从而使传感器具有很高的分辨率，如 Setra 的 Model 270 大气压力传感器的分辨率可达 0.005%FS。 机械变形敏感电容模极板间距的微小的变化，即可产生可测量的电压信号变化，小的机械变形使传感器的迟滞和非重复性误差大大降低，同时传感器的速度也得到很大提高。 测量范围宽 Setra 的压力传感器具有很宽的测量范围，它可对 25Pa 70MPa 范围的压力进行精确的测量，且具有极高的稳定性。 长期稳定性好 Setra 的传感器与其他同类产品相比具有更高的稳定性，与其它传感器如金属应变式传感器不同，电容式传感器的蠕变，时效和温度影响均很小。几乎所有不利因素对电容式传感器输出稳定性的影响均小于其他形式的传感器。Setra 压力传感器的零点稳定性可达到 0.05%FS/ 年。 高输出信号Setra 压力传感器的电路可将电容的微小变化直接转换成高输出信号，而无需进行信号放大，压阻式传感器（薄模式， C 式）输出信号低，易受外界信号干扰等缺点，而这通常是传感器稳定性差，受温度影响大，易受电磁波干扰的主要原因。 防腐性能好 Setra 压力传感器与介质相接触的材料均采用优质不锈钢材料，因而可与许多酸碱溶液，腐蚀性气体或液体很好地相容。 抗电磁场干扰高输出信号、抗干扰设计及采用金属外壳和，使 Setra 压力传感器对外部电磁场具有很高的抑制能力，它具有与可编程控制相当的抗干扰能力。 光电检测器设计 本设计采用光电检测器是用来检测右工位是否有工件，因此可使用光电式传感器来探测工件的有无。光电式传感器按其输出量性质可以分为两大类：模拟式光电传感器和开关式传感器。本设计采用GD-001高温型光电物位检测器，它是模拟式光电传感器的一种，是用来测量物体之有无、个数、物体移动距离和相位等。模拟式光电传感器这类传感器将被测量转换成连续变化的光电流，要求光电元件的光照特性为单值线性，而且光源的光照均匀恒定。 辐射式 被测物体本身是光辐射源，由它释出的光射向光电元件。光电高温计、光电比色高温计、红外侦察、红外遥感和天文探测等均属于这一类。这种方式还可用于防火报警，火种报警和构成光照度计等。 吸收失 被测物体位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物对光的吸收程度或对其谱线的选择来测定被测参数。如测量液体、气体的透明度、混浊度，对气体进行成分分析，测定液体中某种物质的含量等。 反射式 恒定光源释出的光投射到被测物体上，再从其表面反射到光电元件上，根据反射的光通量多少测定被测物表面性质和状态。例如测量零件表面粗糙度、表面缺陷、表面位移以及表面白度、露点、湿度等。第四章 系统的软件设计具体操作按钮和操作开关由操作盘示意图所示 操作盘示意图4.1 机械手工作内容介绍 机械手的工作方式（1）单周期方式机械手在原位压左限位开关和上限位开关。按一次操作按钮机械手开始下降，下降到左工位压动下限位开关后自停；接着机械手夹紧工件后开始上升，上升到原位压动上限位开关后自停；接着机械手开始右行直至压动右限位开关后自停；接着机械手下降，下降到右工位压动下限位开关（两个工件用一个下限位开关）后自停；接着机械手放松工件后开始上升直至压动上限位开关后自停（两个工件用一个上限位开关）；接着机械手开始左行直至压动左限位开关后自停。至此一个周期的动作结束，再按一次操作按钮则开始下一个周期的运行。 （2）连续方式 启动后机械手反复运行上述每个周期的动作过程，即周期性连续运行。 （3）单步方式 每按一次操作按钮，机械手完成一个工作步。例如，按一次操作按钮机械手开始下降，下到左工位压动下限位开关自停，欲使之运行下一个工作步，必须再按一次操作按钮等。 以上三种工作方式属于自动控制方式。 （4）手动方式 按下按钮机械手开始一个动作，松开按钮则停止该动作。 对机械手每个工作步的控制要求（1）上升和下降 机械手上升或下降的动作都要到位，否则不能进行下一个工作步。本例使用上、下限位开关进行控制。上升/下降的动作用一个双线圈的电磁阀控制。（2）夹紧和放松 机械手夹紧和放松的动作必须在两个下工位处进行，且夹紧和放松的动作都要到位。 为了确保夹紧和放松动作的可靠性，本例对夹紧和放松动作进行定时，并设置夹紧和放松指示。夹紧和放松动作由单线圈的电磁阀控制。（3）左行和右行 自动方式时，机械手的左、右运动必须在压动上限位开关后才能进行；机械手的左/右运动都必须到位，以确保左工位取到工件并在右工位放下工件。本例利用上限位开关、左限位开关和右限位开关进行控制。左/右行的动作由双线圈的电磁阀控制。4.2 程序的总体结构在进行程序设计之前，先画出机械手的动作流程图如图所示。流程图中，能清楚地看到机械手每一步的动作内容及步间的转换关系。 机械手运行流程图4.3 编程软件的使用SWOPC-FXGP/WINC为一个可以用于FX系列可编程控制器的编程软件，可在DOS/Windows下运行。在SWOPC-FXGP/WINC中，可通过线路符号、列表语言及SFC符号来创建指令程序，建立注释数据及设置寄存器数据。也可以创建顺控程序以及将其存储为文件，用打印机印出来。该程序在串行系统中可以与可编程控制器进行通信、文件传输、操作监控以及各种测试功能。系统的启动与推出安装好软件后，在桌面上自动生成FXGP/WINC图标，用鼠标双击图标即可打开该软件。在执行菜单命令【文件】下【退出】可退出编程软件。文件管理创建新文件，选择【文件】下【新文件】菜单项，或者按【Ctrl+N】键，在PLC类型设置对话框中选择PLC类型，按确定即可，其操作界面如下图所示编程软件界面 FX1N PLC梯形图中的编程元件设计选用FX1N60MR，其输入继电器（X）36点，输出继电器(Y)24点，辅助继电器(M)384点，状态继电器(S)1000点，定时器(T)256点，计数器(C)，数据寄存器(D)等。特殊辅助继电器【4】M8000运行监控（PLC运行时自动接通，停止时断开）；M8002初始脉冲（仅在PLC运行开始时接通一个扫描周期）；M8005PLC后备锂电池电压过低时接通；M801110ms时钟脉冲； M8013100ms时钟脉冲；M80121s时钟脉冲； M80141min时钟脉冲。 PLC输入/输出分配表输入信号输入信号手动SAX0底盘逆限位SQ6X23回原位SAX1手顺限位SQ7X24连续SAX2手逆限位SQ8X25回原位SB1X3底旋转脉冲X26启动SB2X4前行SB12X30停止SB3X5后退SB13X31下降SB4X6输出信号上升SB5X7上升/下降步进电机YA0Y0夹紧SB6X10YA1Y1松开SB7X11YA2Y2手顺转SB8X12前进/后退步进电机YA3Y3手逆转SB9X13YA4Y4底盘顺转SB10X14YA5Y5底盘逆转SB11X15夹紧YA6Y6下限位SQ1X16手顺转YA 7Y7上限位SQ2X17手逆转YA 8Y10前限位SQ3X20底顺转YA 9Y11后限位SQ4X21底逆转 YA10Y12底盘顺限位SQ5X22 程序的总体结构 程序总的结构图机械手系统的程序总体结构如图5.3，分为公用程序、自动程序、手动程序和回原位程序等四部分。其中自动程序包括单步、连续运动程序，因它们的工作顺序相同所以可将它们和编在一起。CJ（FNC00）是条件跳转应用指令，指针标号PX是其操作数。该指令由于某种条件下跳过CJ指令和指针标号之间的程序，从指针标号处继续执行，以减少程序执行时间。如果选择“手动”工作方式，即X0为ON，X1为OFF则PLC执行完公用程序后将跳过自动程序到P0处，由于X0动断触点断开所以直接执行“手动程序”。由于P1处的X1的动断触点闭合，所以又跳过回原位程序到P2处。如果选择“回原位”工作方式，同样只执行公用程序和回原位程序，如果选择“连续”方式，则只执行公用程序和自动程序。各部分程序如下公用程序说明，当Y6复位（电磁阀松开）、后限位X21和上限位X17接通时，辅助继电器M0变为ON，表示机械手在原位。如果开始执行用户程序（M8002为ON）、系统处于手动或回原位状态（X0或X1为ON），那么初始步对应的M10被置位，连续工作方式做好准备。如果M0为OFF，M10被复位，系统不能进入连续工作方式。指令ZRST是成批复位应用指令，以防止系统从自动方式转换手动方式，再返回自动方式时出现两种不同的活动步。自动连续程序说明：当系统处于自动连续方式时，X2为ON，它的动合触点闭合，在初始步时按下启动按钮X4，M1得电并保持，就按照机械手运行流程图进行工作。按下停止按钮X5后，M1变为OFF，系统不会立即停止，而是完成当前的工作周期后，机械手最终停止在原位。手动程序说明：用对应机械手的上下前后移动和夹紧松开按钮。按下不同的按钮，机械手执行相应的动作。在前后移动的程序中串联上线位置开关的动合触点是为了避免机械手在较低位置移动时碰撞其他工件。为保证系统安全运行，程序之间还进行必要的连锁。回原位程序；在系统处于回原位工作状态时，按下回原位按钮（X3），M3变为ON，机械手松开和上升，当升到上限位（X17变为ON），机械手后退，直到后限位（X21为ON）才停止，并且M3复位。梯形图程序经过检验语法错误以及逻辑上的可靠性后,编译成指令表，以便后传入PLC中。并可以运用软件在线监测PLC的运行情况，同时可以用手持编程器根据现场要求修改程序中的各参数，达到任意位置停止的目的。第五章设计小结通过本设计使我了解了机械手的很多相关知识。使我也了解了当前国内外在此方面的一些先进生产和制造技术，了解了机械手设计的一般过程，通过对机械手的结构设计作了系统的设计，掌握了一定的机械设计方面的基础。本次设计的是简单的平动型搬运机械手，结构简单，动作固定，同时成本低廉，专用性高，可实现车间内的一些简单的搬运工作。可以让大家清楚的了解三菱公司FX系列PLC的特点,工业机械手模型控制系统利用了三菱FX系列PLC的特点,对按钮、电磁阀、编码盘以及其他一些输入/输出点进行控制，实现了工业机械手模型的手动和自动控制。采用PLC进行工业机械手模型运行控制，控制系统的硬件结构大为简化，同时由于采用的是“软接线”方法的程序控制，系统的可靠性和灵活性都大大提高。当然，工业机械手模型系统的信号输入点数较多，工作方式多样，所以程序较复杂。同时，这次设计使我对所涉及的知识有了更透彻的掌握，对实用化的技术理论有更清析了解。知道设计的方法，如何去查阅资料，怎样去解决问题，为以后做设计铺平道路。 本设计是基于PLC的控制，由于要求不高，所以程序写得有点简单，主要写了控制的主要过程，而且由于经验知识水平的局限，设计难免有不到之处，望读者见谅，指正。设计实物图例如下：图 模型图致谢在这三年中我学到了许多专业知识，提高了理论与实践相结合的能力，提高了自学能力，这都得感谢老师的细心教导和培养，在此，我向给予我教育和帮助的老师说声谢谢。在校期间所学到的东西应该对我以后工作和生活有很大帮助。经过几个多月的努力我终于完成了这篇论文，PLC课程是我们的专业课程，自从接触了这门课程我便对她产生了浓厚的兴趣，所以在做毕业设计时我选择了PLC设计。回首这几个多月来的设计过程，可以说是收获良多，也付出了不少心力。它检验了我对PLC这门课程的掌握程度，通过老师们和同学们的帮助今天我的设计终于做完了。虽然在毕业设计中遇到很多困难，但在做的过程中我真正掌握和领会了各项知识。面对问题仔细揣摩，查阅各方文件资料，也得到老师和同学的帮助。所以，我特别感谢曹翊老师以及其他带毕业设计的老师在本次设计中给予我的帮助和指导！也感谢对本次设计提供帮助的人。参考文献1 陈伯时.电力拖动自动控制系统（第3版）. 北京：机械工业出版社，2008.72 史国生.电气控制与可编程控制器技术. 北京：化学工业出版社， 2004.23 周万珍，高鸿斌. PLC分析与设计应用. 北京：电子工业出版社, 2004.14 丁 违, 魏孔平. 可编程控制器在工业控制中的应用. 北京： 化学工业出版社，2004.7 5 刘永华等. 微机原理与接口技术. 清华大学出版社，2003.96 阮智利，梁森，黄杭美自动检测与转换技术. 北京：机械工业出版社, 1995.107 孙运旺传感器技术与应用. 杭州：浙江大学出版社，2006.98 徐缤昌等. 机器人控制工程. 西安：西北工业大学出版社，1991.59 丁学恭.机器人控制研究. 杭州：浙江大学出版社，2006.9 10.机械产品方案的现代设计方法及发展趋势11 :/ zjzc /.手持编程器的使用说明书.12孙振强.可编程控制器原理及应用教程。清华大学出版社，2009.813 漆汉宏.PLC电气控制技术。机械工业出版社，2006.1214吴中俊可编程序控制器原理及应用机械工业出版社,2003.615史国生电气控制与可编程控制器反术化学工业出版社,1996.816夏辛明可编程控制器技术等应用北京理工大学出版社,2006.9