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基于PLC的机械手控制系统设计姓名：何友良专业：电气工程及其自动化纲要项目背景及意义APLC的选型与保护B机械手功能实现形式C控制系统设计D设计总结E机械手LOREM计算机技术电子技术传感器技术其他应用技术机械手的背景：机械手有着40多年的发展历史，是一种类似于机器人的生产设备。它能够完成事先编辑好的操作程序，在各种工业条件都能有条不紊的作业。它有着人的智能性和机器的适应性。在各国的工业制造中，机械手技术是应用最为广泛的一种技术。发展意义：对于以前那些操作困难、操作危险的工业操作，都是通过操作工人远程控制自动化设备自动完成生产的。这不但可以避免一些有害物质对操作工人的伤害，还可以提高工厂的生产效率。减轻劳动强度A提高生产力BPLC选型:常用PLC：西门子、欧姆龙、三菱等三菱FX1N优越性：CPU处理速度快、通信方便、指令丰富等在此编辑标题A在此编辑标题BPLC的保护：由于电感类元件，在电路的通断时会产生较高的电压，对PLC的I/O结口将造成损坏，所以需要在元件的两端采取相应的保护措施。当使用的是直流电源时，应该通过采取接入续流二极管的方式对电路进行保护；而当使用的是交流电源时，则需要通过接入阻容电路的方式对电路进行保护。机械手功能实现形式：特性概要我们生活的空间是一个三维的空间，任何物体所在的位置都可以由三个坐标和方向来确定；因此，只要求得所要搬运物体的位置坐标和位置方向，就能确定物体的具体位置。机械手是一种用来替代人手的设备，每完成一个动作都需要有一个自由度，自由度越多，功能越丰富。抓紧结构手爪是机械手的抓取结构。一个合格的手抓应具有保护功能，防止物件被损坏。机械手功能实现形式：机械手功能实现形式：躯干底盘底盘在机械手中的作用是用来承载重物和带动手臂运动的机构。它由一台直流电动机和旋转编码盘及限位开关组成。B手臂手臂是用来连接和承载手爪运动的重要机构。它由PLC控制电动机的运转情况来控制丝杆和螺母的运动，同时采用限位开关对这些运动进行限位，保证运动的精准和高效率运行。机械手的功能实现形式：机械手每旋转3度就发出一个信号脉冲，只要改变PLC程序计数器中的数值，就可以完成不同角度的旋转。旋转编码盘机械手功能实现形式：开始运行后，如果机械手不在初始位置上，步进电动机开始运转(横轴向手抓方向移动，竖轴向上移动)。归位后首先横轴步进电动机工作，横轴前伸；前伸到位后，手爪电动机得电带动手爪旋转；当传感器检测到限位磁头时，电动机停止，PLC控制电磁阀动作，手张开；延时一段时间，竖轴步进电动机工作，竖轴下降；下降到位后，电磁阀复位，手爪夹紧；延时过后，竖轴上升，同时横轴缩回、底盘电动机带动底盘旋转；当横轴、竖轴、底盘都到位后，横轴前伸；到位后手爪旋转，然后竖轴下降，电磁阀动作，手爪张开；延时后竖轴上升复位，然后开始下一周期动。Loremipsum控制过程1.手爪的张开和闭合2.手腕旋转3.水平移动4.升降5.躯干旋转6.手爪7.手腕电动机8.横轴9.竖轴10.横轴电动机11.竖轴电动机12.底盘13.底盘电动机控制系统设计：系统的控制面板如图，旋钮开关可以控制机械手的手动和连动；当控制开关拨向手动时，机械手的每一步动作都需要按下相应的动作按钮才能够实现；当控制开关拨向自动时，机械手能够连续的完成各步动作；控制开关拨向回原点时，机械手能自动的回原位待命。控制系统设计：PLC的I/0分配表：输入信号输出信号手动SAX0上升/下降步进电机YA0Y0回原位SAX1YA1Y1连续SAX2YA2Y2回原位SB1X3前进/后退步进电机YA3Y3启动SB2X4YA4Y4停止SB3X5YA5Y5下降SB4X6夹紧YA6Y6上升SB5X7手顺转YA7Y7夹紧SB6X10手逆转YA8Y10松开SB7X11底盘顺转YA9Y11手顺转SB8X12底盘逆转YA10Y12手逆转SB9X13底盘顺转SB10X14底盘逆转SB11X15下限位SQ1X16上限位SQ2X17前限位SQ3X20后限位SQ4X21底盘顺限位SQ5X22底盘逆限位SQ6X23手顺限位SQ7X24手逆限位SQ8X25底旋转脉冲X26前行SB12X30后退SB13X31控制系统设计：•机械手控制系统外部接线公用程序、手动程序、自动程序以及回原位程序是机械手控制系统的软件程序的主要组成部分，其结构如图所示。自动程序把工作顺序相同的单步运动程序和连续运动程序编在一起。本设计中应用最多的是条件跳转指令CJ，该指令能够按要求跳转程序，并从指针标号PX处继续执行下一条程序，能够减少不必要的程序执行时间。控制系统设计：程序结构图程序设计：控制系统设计：公用程序如图所示。Y6为复位键，X21和X17分别为后限位和上限位，当Y6、X21、X17和辅助继电器M0接通时，表示机械手在原位。若执行用户程序时，机械手处于手动状态或回原位状态，则M10被初始化置位，为自动状态做好准备。在辅助继电器M0断开时，M10被复位，PLC是不能够进入自动工作方式的。ZRST是全部复位指令，能够使所有继电器复位。控制系统设计：自动程序自动操作流程如图所示。机械手在初始位置的时候，按下X4启动，运行状态S1，使完成动作前伸Y3接通，前伸到限位值后X20接通；状态跳转至S2，此时S1复位，手顺转Y7、X24接通；状态跳转至S3，使完成动作下降Y2、X16接通；状态跳转至S4，使Y6产生1秒的延时置位来增强夹紧力。当T0接通时，跳转至S5，使完成动作上升Y0，上升到限位值后X17接通；此时状态跳转至S6，使完成动作后退Y4；后退到限位值后，状态跳转至S9，使完成动作下降，下降到限位值后，X16接通，此时电磁铁断电完成松开动作。电磁铁的电磁力的消失需要适当的延时时间，延时1s后，T1开始接通，状态跳转至S13，完成后退动作，后退到限位值后，X21接通，接着跳转至S14，接通X21完成底盘顺转，并返回初始状态，准备二次循环动作。图4-5自动的功能流程图/底顺转后退手逆转上升松开下降/前伸底逆转后退上升夹紧下降手顺转前伸初始回原点控制系统设计：手动程序：手动操作时，机械手每按一下按钮，就完成一次相应的操作。回原位程序:用来系统回原位的程序，当系统需要回原位时，按下X3就可以实现机械手回原位功能为了使设计的结构简单明朗化，本设计采用PLC作为机械手的控制系统，同时采用软件梯形图的方式对控制程序进行编程，具有较高的可靠性和良好的灵活性等。只要通过改变控制程序就能够实现不同的控制步骤，设计出的机械手具有良好的通用性应用性较强。设计总结