《PLC机械手设计》
学院：物理与电气工程学院
班级： 11级自动化一班
小组成员：刘念（080311006）
张彪（080311016）
李超（080311035）
指导老师：***
2014年1月1日
摘要：
随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。
由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。
本文讲述的气动机械手有气控机械手主要作用是完成机械部件的搬运工作
关键词：机械手控制 PLC
目录
一.选题背景
（一）机械手的概述 (1)
（二）PLC概况及在机械手中的应用 (1)
二．机械手的控制要求 (2)
（一）机械手的工作原理 (2)
（二）机械手的动作示意图 (3)
三．机械手控制的硬件设计 (3)
（一）输入和输出点分配表 (3)
（二）主电路图 (4)
（三）设计接线图 (5)
四. 程序梯形图 (6)
五．心得体会 (9)
参考文献 (9)
一.选题背景
1）.机械手的概述
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。
例如：
(1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。
(2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。
(3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。
(4)可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。
(5)宇宙及海洋的开发。
(6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。
2）PLC概况及在机械手中的应用
（1）可靠性高、抗干扰能力强
PLC能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，PLC的平均无故障间隔时间高，日本三菱公司的F1系列PLC平均无故障时间间隔长达30万h，这是一般微机所不能比拟的。
（2）. 控制系统构成简单、通用性强由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变PLC 的硬件设备，只需相应改变软件程序。
（3）. 编程简单、使用、维护方便
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（4）. 组合方便、功能强、应用范围广PLC既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制；既可用单片机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。
因此，PLC应用范围很广。
（5）. 体积小、重量轻、功耗低
PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约1.2KW。
二、机械手的控制要求
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。
当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。
当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。
当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。
以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法：
1).机械手的工作原理
下图为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。
当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。
另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。
设备装有上、下限位开关和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：
原位下降夹紧上升右移
左移上升放松下降
图1 机械手的动作周期
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2).动作示意图：
图2 机械手臂的动作示意图
三．机械手控制的硬件设计
（一）输入和输出点分配表
输入SB1 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 X001 X002 XOO3 X004 X005 输出YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 HL Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5
表1 机械手传送系统输入和输出点分配表
本设计采用三菱系列PLC设计
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图3 机械手臂的主电路图
为实现设计目的，本设计需用到两台三相电机，4个接触器，4个继电器。
其中M1三相电机控制机械手臂的上下移动（KM1闭合M1电动机正转，机械手臂下降；KM2闭合M1电动机反转，机械手臂上升）；M2三相电机控制机械手臂的左右移动（KM3闭合M2电动机正转，机械手臂右移；KM4闭合M2电动机反转，机械手臂左移）。
三相电机由接触器与继电器控制，继电器与PLC相接，受其控制.
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图4 机械手臂的接线原理图
本设计为单步手动控制，其中X002—X005分别为上限位开关，下限位开关，左限位开关与又限位开关；Y0输出为M1三相电机的正转（下降），Y1输出为M1三相电机的反转（上升），Y2输出为M2三相电机的正转（右移），Y3输出为M2三相电机的反转（左移）。
输入公共端为高电平，输出公共端为低电平.
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四.程序梯形图
图5 控制T形图程序
X000按下前Y007长亮,按下后Y007断电同时进入下一状态
此时Y000线圈通电M1电机进入正转运行状态,手臂下降,同时下限指示灯线圈(Y005)通电,X002按下程序进入下一状态
此状态运行，Y001线圈通电，执行夹紧状态，同时一秒定时器开始计时，到时自动进入下一状态.
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Y002线圈得电，电机M1反转，手臂上升，Y006得电上限指示灯亮.X003按键按下时进入下一状态.
Y003线圈得电，电机M2正转，机械手臂右行，同时Y010得电右限位指示灯亮.X004按下时进入下一状态.
Y000线圈得电，M1电机正转，机械手臂再次下降，同时Y011线圈得电下限位指示灯亮。
X002按下时进入下一状态.
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此时线圈Y001（夹紧）线圈复位断电，夹紧指示灯灭，工件放下，T2开始计时一秒，到时自动进入下一状态.
Y002线圈得电，电机M1反转，机械手臂再次上升，同时Y010线圈再次得电，右上限位指示灯亮.X003按下时进入下一状态.
此时Y004线圈得电，电机M2得电反转，机械手臂左移，同时Y006线圈得电，
左限位指示灯亮。
机械手臂复位.
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心得体会
可编程控制器课程设计是课程当中一个重要环节，通过了2周的课程设计使我们对plc设计过程有进一步了解，对plc产品的有关的控制知识有了深刻的认识。
因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。
运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。
通过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用可编程控制器设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，为今后的学习和工作过程打下基础。
参考文献
[1]廖常初：FX系列PLC编程及应用机械工业工程出版社2005.4
[2] 金伟正等：基于非接触式IC卡、考勤机的研究[J]，武汉工业学院学报，2001。
[3] 马秀丽等：一种非接触式射频卡、基站读写电路的设计与应用[J]，金卡工程，2003。
[4] 邬依林等：基于非接触式IC卡收费机的设计[J]。
广东教育学院学报，2OO4。
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