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基于PLC的搬运机械手设计,基于,PLC,搬运,机械手,设计
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摘 要机械手是近代新兴起的高科技自动化生产设备，不过区区数十载的发展历程，就已经成为工业自动化生产中不可或缺的一部分，对生产效率的提高，产品质量的改善，和快速的市场运作有着至关重要的作用 。本次设计的机械手主要搬运小型物品，主要工作任务就是将目标物品从一个传送带搬运到另一个传送带上，实现生产加工的自动化。本次机械手的设计首先会根据目的来确定机械手的工艺流程，然后确定其自由度和坐标形式，再设计其外部结构，最后在用可编程控制器来进行编程实现对机械手的控制。本设计选用的PLC是西门子公司S7-200PLC，其控制原理是由可编程控制器控制相应的电磁阀或者液压马达，由电磁阀控制相对应气缸来驱动执行部件完成抓取，而液压马达则带动齿轮旋转来完成机械手底座的旋转动作。有着几个动作的有序结合来实现对目标物品的搬运。关键词：机械手;气动;PLC控制目 录摘 要II目 录1引言1第一章 机械手设计方案21.1 气动机械手功能和设计参数21.2 基本设计思路21.3 坐标形式和自由度选择31.4 机械手驱动方式的选择31.5 总体设计框图4第二章 系统主要组成结构设计52.1夹持器结构设计与校核52.1.1夹持器种类52.1.2夹持器设计计算62.2升降方向设计计算72.2.1 初步确定系统压力72.2.2 升降气缸计算72.2.3 活塞杆的计算校核82.2.4 气缸工作行程的确定92.2.5 缸体长度的确定92.2.6 气缸的选型102.3底座回转装置的计算校核112.3.1 回转部位负载计算校核112.3.2 马达的选型132.4导向装置和平衡装置132.4.1导向装置132.5机械手的定位及平稳性142.5.1常用的定位方式142.5.2影响平稳性和定位精度的因素142.5.3气动机械手运动的缓冲装置142.6工件检测装置和压力传感器15第三章 气动驱动系统设计173.1手部抓取缸173.2 手臂升降气动回路183.3手臂伸缩缸气动回路193.4整体系统图20第四章PLC控制系统设计214.1 可编程序控制器的设计步骤214.2机械手PLC控制方案22参考文献26附录25致 谢38毕业设计说明书引言工业机械手在最早的时候只是被用于汽车的生产领域，主要用于零件的搬运，外壳的喷漆等工作。工业机械手在某种程度上来说相当于人类的手脑功能的外延，他可以代替人类在一些恶劣环境中工作，完成繁重，单调或者人类很难完成的工作。现在主要在制造产业，特别是汽车制造，和金属材料加工等工业。工业机械手与数控控制系统，自动运载小车 与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，可以实现生产制造的自动化。而且随着时代的发展，机械手的精度，功能和工作速度都会有很大的发展，应用领域也会有所扩大。本设计的目的主要是设计通用型的搬运机械手，用来代替人们进行生产作业，以下是我设计机械手的意义和目的。（1）本机械手可以完成搬运目标物体，冲压工件，完成数控机床刀具的装卸以及汽车整车的安装等工作，并且实现工业生产的自动化，从而减少劳动时间，提高生产量并推动制造业的发展。（2）在一些非常规的危险的的场合中，直接操作机器是会对人的身体健康产生危害的或者很难完成的，而这部分工作就可以由机械手代替完成，从而改善了比较恶劣的劳动环境。（3）在以前，一些钢铁厂，重型机械制造厂中的危险笨重的工作都是由工人们亲手完成的，而这些危险的工作难免会造成一些事故，对工人的身体健康造成伤害，而机械手的发展则完全可以代替工人做这些危险的工作，避免人身事故的发生。应用机械手在实际生产中减轻很大的人力。所以，在现代制造业的生产线中，几乎都会配备机械手以减轻人力，准确的掌控生产节奏，并进行高效的生产。因此，在各种自动化生产线上配备相应的机械手，不仅可以减轻人力的消耗，更加可以高效生产。毕业设计说明书第一章 机械手设计方案1.1 气动机械手功能和设计参数功能 1、机械手能够实现自由伸缩300毫米和自由升降500毫米； 2、机械手能够完成左右转向180度； 3、机械手能完成工件的抓紧和松开并且快速完成搬运。设计参数1、抓重 5kg 2、自由度数 4个自由度3、座标型式 圆柱座标4、最大工作半径 600mm 5、手臂最大中心高 1800mm 6、手臂运动参数 伸缩行程300mm 伸缩速度400mm/s 升降行程500mm 升降速度250mm/s 回转范围 回转速度 7、手爪夹持范围 80mm-150mm8、定位方式 限位开关和可以调位的机械挡块9、定位精度 2mm 10、驱动方式 气压传动11、控制方式 采用PLC（可编程控制器）控制1.2 基本设计思路进行机械手的设计时，应从以下步骤进行：（1）了解本次设计的机械手的用处，依次确定设计搬运机械手的目的。（2）了解机械手所在系统的工作情况。（3）知道工作系统的要求，机械手的主要功能和基本参数，比如机械手的运动方式，3913毕业设计说明书驱动方式，检测方式等。还有气动手抓取物体的质量的极限，外形和大小等状况，以此确定手手爪的形状和大小对此，我做了如下分析：（1）此次设计的机械手为气动驱动，因为目标物体为小型物品，搬运时不需要太大的动力，因此我选用气动传动的方式。（2）而机械手的控制系统我选用PLC来控制，因为我学过PLC的课程，而且PLC的控制系统精度高，稳定，完全能够承担本次机械手控制系统的角色。1.3 坐标形式和自由度选择根据所设计的机械手的运动方式：机械手的坐标形式大致有直角坐标和圆柱坐标两种，鉴于本机械手要完成旋转动作，故圆柱坐标是一个很不错的选择。而自由度为三，分别是底座的左右旋转，手臂的上下升降，手臂的垂直伸缩，最后还有手爪的松紧。1.4 机械手驱动方式的选择机械手常用的驱动方式主要是气压驱动，液压马达驱动和液压缸驱动等。气压驱动具有驱动效率高，系统不复杂，维修不难，价格不高等特点。 对于非大型机械手来说是不错的选择。气压传动有以下优点: 1、空气的成本低;2、空气的粘度系数小在气缸内流动阻力小,压力损失不大;3、气压反应快;4、元件简单,易于标准化;5、对环境适应好;6、空气的密度小，容易压缩;7、设备可以自行降温,长期工作不会发生过热现象而液压驱动能提供的动力很大响应速度快，能够完成大重量物品的搬运任务，但液压传动需要液压油来完成，成本高，并且液压油的泄漏会对环境遭成污染，且工作时噪声很大。液压马达驱动源简单，而且驱动速度高和位置控制精度高，便于购买使用，噪声也低，安装方便。气动驱动的特点是能够输出较大的功率，并且本身结构不复杂，灵敏度较高。但也会有空气的的泄漏，不过不会对环境产生污染。本设计为搬运小型，轻量的物体综上考虑，方案分成两个部分驱动方式。其中，机器人臂旋转驱动的驱动方式，通过旋转驱动马达驱动齿轮旋转，再驱动机械手旋转。11.5 机械手工作原理图驱动系统（气压传动）执行机构控制系统（PLC）位置检测装置手臂手爪底座被抓取物品图1-5机械手工作原理图说明如下：机械手工作原理(1) 控制系统：主要任务是PLC的CPU的选择，CPU的程序的编写等。(2) 驱动系统：机械手在运作的时候的驱动设备。(3) 机械系统：包括外部整体，机械手腕、手爪。还要明确机械手的自由度。(4) 位置检测装置：传感器的形式的选择和型号的选用及作用。1.6 机械手的基本结构和工作流程此次设计的机械手具有水平伸缩和垂直升降的功能，可以将工件从传送带搬运到另一个传送带。机械手装置具有四个自由度并且其上有位置检测装置，能够代替人类完成单调循环的任务，实现作业的智能化。且本机械手移动方便，固定可靠，能够十分方便的投入到各类不同的生产线中。根据要求：机械手先停靠在左边的位置，每次启动时，依次完成机械手下降，抓取，上升，右转，下降，放松并回到原点的动作。并能实现手动程序和自动程序，还有单步工作程序和单周期工作程序。机械手动作顺序如图2-2。原位下降夹紧上升旋转停止旋转上升松开下降启动动右限下限延时上限左限 图2-2 气动机械手动作顺序图第二章 系统主要组成结构设计2.1夹持器结构设计与校核2.1.1夹持器种类为满足工业上各种需求，机械式夹持器种类繁多，下面介绍集中是有代表性的夹持器类型。1 .连杆杠杆式夹持器这种结构的夹持方式可以产生较大的夹紧力，能够稳定的夹持工件，但缺点是钳爪的张开角较小，工件尺寸误差对夹紧力的影响较大。22.楔块杠杆式夹持器这种末端夹持器是由楔形块斜面和滚子间为滚动接触，这种夹持器工作时摩擦力小，活动灵活，而且结构简单，但有一个缺点就是夹紧力较小，只能适用于轻载场合。 3.滑槽杠杆式式夹持器这种手爪的工作原理与连杆式夹持器工作原理相似，并且都有较大的夹紧力，但缺点是张开的角度较小。4.齿轮齿条连杆式夹持器齿轮齿条式夹持器主要由齿轮和齿条杆组成，齿条向下移动时，夹持器开始放松，向上移动时夹持器开始夹紧，这种夹持器的夹紧力大，能够夹持较重的物体。5.内撑连杆杠杆式夹持器内撑式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，其撑紧方向与外夹式相反，钳壁撑紧工件，完成夹紧动作。这种内撑式夹持器多用于内孔薄壁零件的夹持。3根据设计的具体需求，采用齿轮齿条连杆式手爪作为本设计夹持器种类。而这种夹持器也是通用性比较强的夹持器，能够满足本设计的的需求，而手爪的最小的张开角是工作的直径来确定的。而手爪要有以下特点：a .适当夹紧力当机械手在工作的时候手爪应该有一定的夹紧力，这样才能稳定的夹取工件保证机械手平稳运行。b .充足的夹取范围夹取范围就是工作时，手爪位置的最大变化量。而机械手手爪必须具备充分的开关范围，这样才能有效的抓取工件，如果没有充分的开关范围，就无法抓取体积较大的工件，这样的设计也是不合格的。c .追求结构简单，小型轻量机械手在工作时机械手在工作时，它的外部结构，整体重量将直接影响机械手工作的稳定性，工作精度等。过于笨重的结构会对机械手的精度产生不好的影响。故在设计时应力求结构简单。d .手爪应该一定的强度和刚度机械手的手爪应该具有一定的强度和刚度，这样才能让能够保证加持器在工作时的稳定性。机械手爪使用采用外盒式两手指钳手爪，气缸采用单作用缸。这个构造简单，制造方便，且夹紧目标时，目标受力均匀。2.1.2夹持器设计计算根据机械手抓取目标物体满足的受力条件是 （3-6）（公式来源：机械设计第178页）其中，F-手爪夹持力；k1-安全系数，一般取1.1-1.8；k2-为动载系数k3-方位系数，查表选取k31-工件的重量 10；由计算可得 ；理论驱动力的计算： P=2bN （3-7）P-为气压缸缸所需要的力；B-力到支点的距离N-为手指夹紧力；其他同上。带入数据，计算得 P=378N计算驱动力计算公式为： （3-8）（公式来源：机械设计第182页）2.2升降方向设计计算2.2.1 初步确定系统压力由以上计算可知，机械手所承受的的最大压力约为15000N，所以确定气缸的压力为P1=1MPa。2.2.2 升降气缸计算为了让机械手升降，伸缩速度相等，并且尽可能减小气泵流量，则气缸有杆腔与无杆腔的等效面积A2与A1应满足A1=2A2。2（即气缸内径D和活塞杆直径d应满足：d=0.707D。并取气缸机械效率。则气缸上的平衡方程故气缸无杆腔的工作面积：气缸的直径表1 气缸内径系列根据上表可以得出，气缸直径D=63mm；考虑到一些其他的因素，取较大值。2.2.3 活塞杆的计算校核活塞杆是气缸传递力的主要部件，主要承受拉力、压力、剪切应力等多种作用。因此要有很高的刚度和强度。其材料取Q235钢。4活塞杆直径的计算根据气动传动与控制手册根据杆径比d/D，选取原则为：活塞杆受到拉力时，取d/D=0.2-0.6，受到压力时，取d/D=0.4-0.8。因面积1是面积2的两倍，所以活塞杆直径取31.5mm ，结合表2取32mm） 活塞杆直径系列表表2活塞杆直径系列检验气缸尺寸，调速阀最小稳定流量，而工进速度为最小速度，则由式 （4-3）本例=122.656251.25，满足最低速度的要求。2.活塞杆强度计算： 90mm （4-4）式中 许用应力；（Q235钢的抗拉强度为375-500MPa四舍五入后后取400MPa，安全系数取5，即活塞杆的强度适中）。53.活塞杆的密封与防尘活塞杆的密封与防尘形式有好多种，其中密封圈有Y型的，U型的，O型的和V型的等6。为了结构简单化和维修方便，选择O型密封圈作为活塞杆的密封防尘装置。2.2.4 气缸工作行程的确定气缸的工作行程取决于机械手的最大伸缩长度和升降距离可以依照下列三个表格选取。根据机械手的工作要求再结合以上表格给出的数值，选择气缸的行程为420mm。2.2.5 缸体长度的确定 气缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外部长度则还需要考虑到气缸两端端盖的厚度1。一般情况下气缸缸体长度不应大于缸体内径的20-30倍。取系数为5,则气缸缸体长度：L=5*100mm=500mm。2.2.6 气缸的选型经过以上的计算和校核，在对比市场上的气缸型号，我们选择速易可（上海）有限公司生产的MDA63型的气缸。气缸的相关信息如下表2-6：标准气缸型号表型号动作形式缸径标准行程使用速度固定装置额定压力MDA32复动（双轴）3225-50050-800空白：标准型LB:脚架FA:前法兰FB：后法兰TC:耳轴TCM:耳轴附脚架0.15-0.85MDA404025-800MDA505025-1000MDA6363MDA8080MDA100100表2-6标准气缸型号表在计算的前提下，根据上图的标准型气缸的种类，在这选择MDA63标准型气缸。它的运动形式是复动双轴，标准行程为25-1000mm，符合标准。其固定装置有脚架，前后法兰等。2.3底座回转装置的计算校核2.3.1 回转部位负载计算校核因为液压马达带动齿轮做回转运动，所以：额定功率： （2-24）（公式来源：机械设计第212页）加速功率： （2-25）（公式来源：机械设计第215页）力矩： （2-26） （公式来源：材料力学第45页） （2-27）（公式来源：机械设计第248页）起动时间： （2-28）（公式来源：机械设计第252页）制动时间： （2-29）（公式来源：机械设计第253页） 底座的回转只存在摩擦力矩,则在回转轴上有； （2-30）（公式来源：材料力学第78页）式中，-为轴承摩擦系数，取0.005；-为总重量，取80；-为传动大齿轮分度圆半径，R=210；经计算得 =0.15； 同时，腰部回转速度定为=5r/min；传动比定为1/7；且， 带入数值得： =10.5。将其带入上（2-24）（2-30）式，得： 起动时间 ： ； 制动时间 ： ；那么液压马达所在轴的负载转矩为：。2.3.2 马达的选型 BM-R100液压马达采用简单的内部结构和良好的进口密封件，因此具有结构简单，起动灵敏度高，可选转速范围宽，使用寿命长，小巧轻便等优点。根据表2-3BM-R型马达型号参数表选择合适的马达。BM-R型马达型号参数表参数型号BM-R80BM-R100BM-R125BM-R160BM-R200BM-R250额定转速R/min620500400310250200公称排量Ml/r80100125160200250额定压力MPA12.512.512.512.510.010.0额定转矩N.M120150190240250310额定转矩R/min620500400310250200额定流量L/min505050505050重量kg7.07.17.37.67.98.5总效率686868686868长度Lmm145148.5153159166175表2-3BM-R型马达型号参数表根据上表参数，选则BM-R100液压马达作为机械手旋转的动力源。BM-R100液压马达采用简单的内部结构和良好的进口密封件，因此具有结构简单，起动灵敏度高，可选转速范围宽，使用寿命长，小巧轻便等优点。而且此液压马达可直接与工作机构相连。就比如本设计中，液压马达的末端和主动小齿轮相连，带动与小齿轮啮合的大齿轮转动，大齿轮又和机械手的中心主轴通过平键连接，带动机械手整体旋转。2.4导向装置和平衡装置2.4.1导向装置气压机械手的手臂在进行伸缩运动时，机械手臂可能会绕中心轴旋转，这样会对机械手的精度产生一定的影响，导致机械手在抓取物体时会偏移一定的距离，尽管这个距离可能很小，但是随着机械手不断的运动这个偏移就可能会变的不容忽视，最终导致抓不到工件。为了防止这种情况的发生，我们需要在气压缸上端安装导向杆，以此来增加手臂的刚性。至于具体的安装形式要根据机械手手臂结构来确定。本机械手由于是气动机械手，运行速度不算太快，手臂产生的偏移也不太大，因此采用单导向杆装置来提高机械手臂的刚性和导向性。2.4 .2平衡装置在本设计中，由于机械手伸缩臂不是对称分布的，如果不安装平衡装置会对机械手的稳定性，精度和寿命有影响。因此为了使机械手臂两端的力矩相等，需要在其中一端安装平衡装置。一般情况下平衡装置内会放置重物来平衡机械手左右力矩，至于平衡装置内重物的质量，则要根据机械手抓去的工件质量来确定。抓取不同的物体就放之相对应的重物，力求手臂两端力矩相等。因为这样不仅可以增加机械手的稳定性，精度还会增加机械手的寿命。2.5机械手的定位及平稳性2.5.1常用的定位方式本次定位方式选用的是机械挡块定位，方式是在每一步的最终位置放置机械挡块，机械手经PLC控制到达最终位置时减速，并且贴着机械挡块而停止，从而达到定位的目的。62.5.2影响平稳性和定位精度的因素任何机器的正常运作，实际上都是空间的定位问题，是由很多线量和角量结合组成的，而影响这些线量和角量定位误差的因素有定位速度，制造精度，结构刚度，运动件的重量，驱动源，控制系统等。72.5.3气动机械手运动的缓冲装置一般情况下，缓冲装置有两种，分为内缓冲和外缓冲。本次机械手设计用的气缸端部缓冲装置。其作用原理是当活塞运动到距气缸盖一段距离时，端盖和活塞之间能行成缓冲室，缓冲室可以产生背压阻力而这个背压阻力可以是活塞运动减速然后停止，从而达到了避免碰撞的目的，而这个装置被称为气缸端部缓冲装置。5在设计缓冲装置时， 最大加速度、 缓冲腔最大冲击压力和 残余速度是受外部因素影响的。而我们在这里采取的校核方法是固定变量法，即让其他因素不变校核一个因素6(1)选择最大加速度一般情况下，最大加速度的选取要参考机械手的外部结构，机械手越大最大加速度越大，机械手越小，最大加速度越小。重载低速气动机械手，最大加速度一般取 5以下，对于轻载高速气动机械手，最大加速度一般取- 取510m/s2 。因为本机械手是轻载高速机械手，所以最大加速度取8m/s2。(2)计算沿运动方向作用在活塞上的外力F水平运动时： （2.23）=138N(3)计算残余速度 （2.24）m/s（来源：机械动力学第132页）2.6工件检测装置和压力传感器 本设计的工件检测测装置为光电传感器。光电检测方法检测目标物体时，检测精度非常高，而且检测速度很快，不用直接接触工件，而且能够测量的参数很多并且结构简单，能够安装在很多不同装置上。 当光电传感器可以检测传送带上的工件是否到位，如果工件到位，那么传感器就会发送信号到PLC控制系统，然后PLC控制系统就会发出指令给与其相连的为传送带提供动力的电动机，使电动机停止，机械手开始工作，当工件离开传送带时，电机工作，检测到工件就停止。压力传感器是为了保证机械手能抓到目标物体。压力传感器(Pressure Transducer)是能感受压力信号，并且能将压力信号并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。8压力传感器可以保证机械手在抓取过程中抓到工件，保持机械手的正常运转，如果压力传感器感受不到工件的存在，PLC的程序就不会往下走。所以，压力传感器可以保证机械手在抓取工件时高效，正常运作。毕业设计说明书第三章 气动驱动系统设计气动驱动和液压驱动都是是机械手的控制形式。而气动驱动通过气压泵压缩空气推动活塞运动，进而使机械手臂移动。气动驱动的运行速度室友气体的流动量和压力来决定的。主要优点：(1)气压缸的结构简单，市场上能直接选购且工作效率高。(2)气泵压缩的空气具有环保性，不会因泄漏而污染空气。(3)气动元件可以长时间工作，因为气动元件可以自动降温，不会因为发热而影响工作的正常进行。(4)气动元件气动元件的响应能力强，能够在第一时间起动，并且几乎没有后滞现象，能够快速的制动防止事故发生。并且其工作时精度很高，位移上几乎没有误差。缺点:气动控制的主要缺点是其控制系统相对复杂，检测装置补偿功能都不如电子系统。3.1手部抓取缸 图 3.1 手部抓取缸气动原理图(1) 手部抓取缸气动原理图如图3.1所工作原理如下： 由图可知机械手的手部抓取缸有一个两位五通阀和一个调速阀组成。电磁铁没有通电时气泵没有打开，气压不会产生。当电磁通电时滑阀可以控制气流的进口方向，当气流从左边进入气压缸，会推动活塞向下移动，齿条会带动齿轮旋转，此时机械手爪夹紧；当滑阀改变气流进入的方向时，即气流从右边进入气缸活塞会向上运动，而此时齿轮的转动方向与上面相反，机械手爪放松。 与此同时，手部抓取缸还设有调速阀，可以控制气体的流速，进而控制活塞杆的运动速度，来达到调整机械手的抓取速度的目的。17 3.2 手臂升降气动回路图 3.2 手臂升降缸气动原理图(1) 手臂升降气动原理图如图3.2所示毕业设计说明书工作原理如下：由上图知，机械手臂的升降气动回路主要由一个两位三通阀和一个调速阀组成。当电磁铁通电时，滑阀可以选择左右入口，当气流从流入入口时，气流会推动活塞向上运动，活塞向上运动会带动导向杆也向上运动，此时机械手开始上升。当你想调整机械手的上升速度时，我们可以找到回路中有一个和主回路并联的调速阀，拨动开关，气流就会从主回路转移到有调速阀的回路，此时我们可以通过调速阀来调节气体的流量大小，从而达到调整机械手升降速度的目的。而当气流从另一个入口进入气压缸时，活塞会向下运动，从而带动机械手向下运动这就是机械手的升降气动回路。3.3手臂伸缩缸气动回路 图 3.3 手臂伸缩缸气动原理图19(1)小臂伸缩缸气动原理图如图3.3所示 工作原理如下：机械手臂的升降气动回路主要由一个两位三通阀和一个调速阀组成。当电磁铁通电时，滑阀可以选择左右入口，当气流从流入入口时，气流会推动活塞向上运动，活塞向上运动会带动导向杆也向上运动，此时机械手开始上升。当你想调整机械手的上升速度时，我们可以找到回路中有一个和主回路并联的调速阀，拨动开关，气流就会从主回路转移到有调速阀的回路，此时我们可以通过调速阀来调节气体的流量大小，从而达到调整机械手升降速度的目的。 3.4气动系统总体原理图图 3.4气动系统总体原理图（1）整体系统图如图3.4所示,（2）工作过程: 手臂下降手爪抓紧手臂上升底座旋转手臂下降手爪放松（3） 电磁铁动作顺序如表3-5 毕业设计说明书电磁铁动作顺序表元件动作1DT2DT3DT4DT5DT6DT手臂伸长手爪抓紧底座上升手臂收缩手部放松底座下降-+-+-+-+-+-+ 表3-5电磁铁动作顺序表第四章PLC控制系统设计4.1 可编程序控制器的设计步骤用PLC完成对生产过程的控制，通常的设计任务分为硬件和软件设计两部分。而具体设计时，可按照如下步骤:(1) 工艺流程图机械手的工艺流程如下：首先机械手原点位置，当检测装置检测到传送带上有物体时，机械手下降，下降到指定位置时，机械手执行夹紧动作，夹紧到位后，机械手上升，上升到位后，两个啮合齿轮带动机械手向左旋转，旋转到位后，机械手下降，下降到位后，执行松开动作，之后再上升，然后向左旋转，到达左限位后停止，到光电开关再一次检测到物品时，再次执行以上操作。这就是机械手的工艺流程。如图5-1所示23（2)PLC硬件的选择PLC的型号有很多，选用时要考虑以下几个因素1.PLC的功能2.输入接口模块3.输出接口模块，另外还要考虑其可靠性，价格，等问题。 结合以上因素，我们选择S7-200CPU226.(3)编制I/0地址号分配对照表和符号表即要编写一个输入输出信号代号和分配到PLC内的与其相连接的输入输出继电器号的对照表，就是所谓的I/O分配表还要确定的就是控制程序内的计时器，定时器，继电器等数量和编号，就是为了现场调试和查找故障。（4）画出接线图接线图就是PLC与现场器件的实际安装连线图。因为不同的输入信号连接到PLC输入端时决定输入继电器是通电还是断电，借助接线图，我们可以理清逻辑关系，按图进行现场接线，从而使系统正常运作。如图5-2(5)画出梯形图如图5-5所示，为机械手自动程序的梯形图。本设计的程序分为四个子程序，分别为公用程序，手动程序，回原点程序和自动程序。附表会依次给出其梯形图。自动程序的顺序功能图如图5-7(6)进行系统模拟和调试程序即检查程序是否能正常运行，如果不能正常运行则必须在编辑器上修改程序直至能够正常运行。在我们进行现场调试的前面，首先进行模拟调试。如果执行动作和输出动作正常则可进行现场调试，如果执行动作和输出动作不正常，或者程序不能正常运行，则继续模拟调试进行修正，当程序能够输出正确的动作时调试成功。(7)保存程序硬件和软件都满足设计要求即可保存程序，正常使用。可以将最终程序由打印机打出，作为技术文件存档备用。4.2机械手PLC控制方案4.2 控制系统的工作原理及控制要求4.2.1 PLC的控制原理本设计为圆柱座标气动机械手。机械手臂具有三个自由度，即水平方向的伸缩;竖直方向的升降;底座的左右旋转。其次，机械手的手爪部分还可以完成对工件的抓放功能。旋转动作采用气压马达驱动，其余的动作都采用气压缸驱动，即用三个二位五通电磁阀，分别控制三个气压缸和马达，使机械手完成伸缩、升降，旋转及机械手抓放动作。这样，可用PLC的输入端和输出端各连接相应的装置，通过编写程序，使机械手按照程序的指令来进行运动，当你需要改变机械手的动作时，只要重新编程就可以了，而不用去重新接线。除此之外，机械手的各个执行器的末端都安装有限位开关，保证机械手的动作精确无误，如果动作出现偏差，则出错信号灯亮，机械手就停止工作，知道故障排除才能工作。4.2.2.控制要求为了能够应对各种需要，机械手设置了手动工作方式、单周期工作方式和自动工作方式和单步工作方式。9（1）手动工作方式为了便于观察机械手的每一步动作和对设备的调整和维修，在这里设置手动工作方式。即用六个按钮来控制机械手的各个动作，松开。同时为了机械手的安全运转，在手动程序中设置了一些动作相互的连锁。手动工作方式的梯形图如图5.2.1用限位开关的常闭触点I0.1-I0.4来保证机械手的工作范围。设置升降，左转与右转之间的连锁，防止两个相反的动作同时为运行。上限位开关I0.2的常开触点与控制旋转的Q0.3和Q0.4的线圈串联，机械手升到指定位置才能左右旋转，以防止机械手在不合适的位置时和其他东西碰撞。机械手在最左边或最右边时才允许松开工件和升降操作。（2）自动工作方式顾名思义，其工作方式是机械手手从初始位置开始反复工作下去，但按下停止按钮时就会停止工作。自动工作和单周期不一样的地方在于“连续标志”M0.7和“转换允许”M0.6自动工作时单步开关I2.2的常闭触点接通，转换允许标志M0.6接通,允许步与步之间的转换。且连续开关I2.4接通，初始步时系统处于原始状态，M0.5和M0.0接通,按下启动按钮I2.6,A点降步M2.0为ON，下降阀Q0.0的线圈通电，机械手下降，同时，M0.7的线圈接通并一直保持下去。当机械手碰到下限位开关I0.1时，转换到“夹紧”步M2.1，夹紧阀Q0.1被置位，工件被夹紧。同时接通延时定时器T37开始计时，2S后时间到，完成加紧，T37常开触点闭合，A点升M2.2被置为1，机械手上升，以此类推，机械手将一步一步走下去。当机械手返回到最左边时，左限位开关为ON，连续标志M0.7为ON,转换条件M0.7I0.4满足，系统将返回M2.0，以后系统会一直按照这种方式工作下去，除非工作人员按下终止按钮。（3） 单周期工作方式手臂从初始位置开始运转，一个周期后就会停止工作。单周期工作方式中，连续标志M0.7没有接通。其余的都和自动工作方式一样，当机械手在最后一步M2.7返回到最左边时，左限位开关连接，连续标志非M0.7I0.4满足，系统停留在原点位置，机械手运动停止。（4） 单步工作方式 在单步工作方式中，单步开关I2.2接通，它的常闭触点断开，M0.6在一般情况下为断开，不允许步与步之间的转换。 按下启动按钮I2.6，转换允许M0.6在一个扫描周期为接通，A点降M2.0被置为活动步，机械手得到指令下降，在启动按钮接通后，M0.6变为OFF。机械手碰到下限位开关I0.1时，与下降阀Q0.0线圈串联的下限位开关I0.1常闭触点断开，让Q0.0线圈断电，机械手停止下降。此时第四个网络的I0.1常开触点闭合，等到按下启动按钮，M0.6常开触点接通，夹紧步上升沿，才能转换到夹紧步。以后在完成某一步的操作后，都必须按一次启动按钮，使转换允许标志M0.6的常开触点接通一个扫描周期，才能转换到下一步。毕业设计说明书结 论 本设计为气压搬运机械手，具有三个自由度和机械手爪的抓紧，放松功能。能够完成对目标物品的搬运工作，其次，本设计为通用型搬运机械手，可以通过修改程序来完成对不同物品的搬运。 采用气动传动，因为搬运目标物品较轻，故采用气动传动，并且气动传动成本低，能实现过载保护，便于自动控制。 采用PLC控制，可靠性高，灵活性高，可以根据具体的情况来编写程序，通用性强。因此本设计完
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