机械手操作设计

1、徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书机电工程学院机电传动课程设计说 明 书课题名称： 机械手操作控制装置 学生姓名： 周华东 学号： 20110611112 专 业： 机械电子工程 班级： 11机电 成 绩： 指导教师签字： 2014年12月31日12目 录1 机械手操作控制要求12 机械手操作控制系统分析22.1机械手操作方式22.2机械手工作原理33 PLC及机械手的选取43.1 PLC4 3.1.1 PLC简介4 3.1.2 PLC结构及基本配置4 3.1.3 PLC的选取43.2 机械手5 3.2.1 机械手简介5 3.2.2 机械手的选取54 机械手操作控制系统设计64.1 输入和

2、输出点分配表64.2 机械手操作系统程序设计7 4.2.1 机械手操作系统程序7 4.2.2 机械手回原位程序7 4.2.3 机械手手动操作程序8 4.2.4 机械手自动操作程序94.3 机械手梯形图和指令表的编写10 4.3.1 梯形图10 4.3.2 指令表125 总结131 机械手操作控制要求用PLC对机械手（实物模型）操作进行控制，设机械手起始点位于乙地，工作时可将工件从甲地取起，将工件翻转后放至丙地，周而复始完成每个工件的翻转，机械手的动作步骤如下：乙地 甲地（左转） 抓取工件 丙地（右转） 放置工件 返回乙地（左转）输入输出点的分配：10001左转限位E1 00001左转M1100

3、02右转限位E2 00002右转M110003抓手开放度限位E3 00003抓取M210004抓手开放度限位E4 00004放开M22 机械手操作控制系统分析2.1机械手的工作方式机械手的操作面板如图2-1所示。机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。1) 当旋钮打向手动时即手动工作方式时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。2) 当旋钮打向自动即连续工作方式时，系统自动完成各工步操作，且循环动作，直到按下停止按钮。3) 当旋钮打向回原点时即回原位工作方式时，则机械手自动返回原位。4) 当出现紧急情况时，按

4、下急停按钮时，机械手停止所有的操作。图2-1 机械手操作面板2.2机械手的工作原理机械手的传送示意图如图2-2所示。1) 按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。首先下降电磁阀通电，手臂下降，至下限位开关动作。2) 抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作。3) 延时一秒后手臂上升，至上升限位开关动作。4) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作。5) 下降电磁阀再次通电，手臂再次下降，至下降限位开关再次动作。6) 放松电磁阀通电，机械手松开手爪，至松开限位开关动作。7) 延时一秒后手臂再次上升，至上升限位开关再次动作。8) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作。此时已完成一

5、个周期动作。然后重复循环。9) 按下停止按钮SB2或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。图2-2 机械手传送示意图3 PLC及机械手的选取3.1 PLC3.1.1 PLC简介可编程控制器（简称PLC）：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成

6、世界潮流。3.1.2 PLC结构及基本配置一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。CPU：PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。

7、它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。存储器：可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的。电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。PLC的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类：编程设备、监控设备

8、、存储设备、输入输出设备。3.1.3 PLC的选取考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用PLC作为核心控制器，各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作，同时考虑到工作流程和造价。所以我们采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入、16点输出)。三菱FX2N系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是FX系列中最高档次的超小型程序装置。 3.2 机械手3.2.1 机械手简介mechanical hand也被称为自动手，auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重

9、劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。1)执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。1) 传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。

10、3)控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。3.2.2 机械手的选取由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性能可靠。并且根据要求，我们设计的是气动机械式。 4 机械手操作控制系统设计4.1 输入和输出点分配表名 称代号输入名 称代号输入名 称代号输出启动SB1X0夹紧SB5X10电磁阀下降YV1Y0下限行程SQ1X1放松SB6X1

11、1电磁阀夹紧YV2Y1上限行程SQ2X2单步上升SB7X12电磁阀上升YV3Y2右限行程SQ3X3单步下降SB8X13电磁阀右行YV4Y3左限行程SQ4X4单步左移SB9X14电磁阀左行YV5Y4停止SB2X5单步右移SB10X15原点指示ELY5手动操作SB3X6回原点SB11X16连续操作SB4X7工件检测SQ5X17表4-1 机械手传送系统输入和输出点分配表图4-1 原理接线图4.2 机械手操作系统程序设计4.2.1 机械手操作系统程序操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图4-2-1所示。图4-2-1 机械手操作系统程序其原理是：把旋钮置于回原点，X16接通，系

12、统自动回原点，Y5驱动指示灯亮。再把旋钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。之后，由于X7常闭触点，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。如果旋钮置于自动位置，（既X6常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。4.2.2 机械手回原位程序回原位程序如图4-2-2所示。用S10S12作回零操作元件。应注意，当用S10S12作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器M8043置1。图4-2-2 机械手回原位状态转移图4.2.3 机械手手动操作程序如图4-2-3所示。图中上

13、升/下降，左移/右移都有联锁和限位保护。图4-2-3 机械手手动操作程序4.2.4 机械手自动操作程序自动操作状态转移见图4-2-4所示。当机械手处于原位时，按启动X0接通，状态转移到S20，驱动下降Y0，当到达下限位使行程开关X1接通，状态转移到S21，而S20自动复位。S21驱动Y1置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。当T0接通，状态转移到S22，驱动Y2上升，当上升到达最高位，X2接通，状态转移到S23。S23驱动Y3右移。移到最右位，X3接通，状态转移到S24下降。下降到最低位，X1接通，电磁铁放松。为了使电磁力完全失掉，延时1秒。延时时间到，T1接通，状态转移到S26上升。上升

14、到最高位，X2接通，状态转移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。因此步进顺控的编程，比起用基本指令编程较为容易，可读性较强。 图4-2-4 自动操作状态转移图4.3 机械手梯形图和指令表的编写4.3.1 梯形图如图4-3-1所示。图中从第0行到第27行为回原位状态程序。从第28行到第66行，为手动单步操作程序。从第67行到第129行为自动操作程序。这三部分程序（又称为模块）是图4的操作系统运行的。回原位程序和自动操作程序。是用步进顺控方式编程。在各步进顺控末行，都以RET结束本步进顺控程序块。但两者又有不同。回原位程序不能自动返回初始态S1。而自动操作程序能自动返回初态S2。图4-3-1 操作系统梯形图4.3.2 指令表5 总结可编程控制器机械手操作控制装置设计是课程当中一个重要环节，通过了这段时间的设计，我对plc设计过程有进