. .摘要这次的设计主要以国外机械手的研究现状以及PLC的发展趋势为着手点，重点介绍了机械手在PLC控制电路控制下的工作过程及运作原理，随后又着眼于组态王软件与机械手控制系统的结合，利用组态王开发出了用于机械手控制系统的监控界面，从而可以更加清晰准确地关注机械手的工作状况，为故障诊断、维修提供了便利，充分提高了系统的工作效率。
关键词：机械设计，机械手，PLC,组态王AbstractIn this design the present condition of research about domestic and international manipulator and development trend of research concerning PLC were introduced. The principle of work and the process of action’s realization of manipulator control system were described. The design of manipulator model control system based on PLC was researched and KingView’s application in the manipulator model control system was researched. The interface of supervision for the manipulator model control system was designed by KingView. An intuitive, clear and accurate manipulator operating state was provided. And then various possibilities for maintain and breakdown’s diagnosis were provided, the work’s efficiency of system was fully elevated.Key Words： manipulator ， electromagnetic valve， PLC，KingView目录摘要 (I)Abstract (I)第1章绪论 (1)1.1 机械手的概述 (1)1.2 国外机械手研究概况 (1)1.3 课题的主要研究容 (2)第2章总体方案设计 (2)2.1 机械手的工作过程及控制要求 (2)2.1.2 机械手的控制要求 (4)2.2 机械手的方案设计及主要控制参数 (5)2.2.1 机械手的主要类型和自由度选择 (5)2.2.2 机械手的控制方案设计 (5)2.2.3 机械手的手部结构 (5)第3章机械手的控制系统策划 (6)3.1 PLC的工作原理 (6)3.1.1 PLC概况 (7)3.1.2 PLC的特点 (7)3.1.3 PLC结构 (7)3.1.4 PLC功能和应用 (8)3.2 IO分配及外部接线图的设计 (8)3.2.1 I/O点数的确定及PLC类型的选择 (8)3.2.2 PLC的I/O分配 (9)图表3.5 PLC的I/O配置表 (9)3.3.2 机械手控制系统的外部接线图 (9)第4章机械手的PLC程序规划 (9)4.1 复位程序 (10)4.2 自动和手动切换程序 (10)4.3 下降动作 (10)4.4 加紧动作 (10)4.5 上升动作 (11)4.6 右移动作 (11)4.7 下移和松开动作 (11)第五章组态软件监控设计及系统运行 (12)5.1 组态软件仿真实现的意义 (12)5.2 组态软件的设计步骤 (12)5.3 组态王全局命令的编写 (14)5.4 系统的仿真运行 (16)总结与展望 (18)参考文献 (20)致 (22)附录1梯形图PLC程序 ................................... 错误!未定义书签。
第1章绪论1.1 机械手的概述机械手是仿照人手的局部能力，根据确定的流程、环节与方式才可以完成主动抓取、托运、搬动的自动装置。
在工业生产中应用程序叫做工业机械人。
在现实批量作业中，机械手可以提升生产的自动化质量与生产时间，能减少劳动强度、保障货物的质地达成安全生产。
主要是指在强光、高温、高压、低温、低压、黑暗、粉尘有毒气体较大的环境中它可以代替人们去从事那些对人体有害的工作，把人们从危险的工作环境中解放出来。
随着工业的发展，功能和性能的不断改善与提高，在工业机械的加工、铸造、喷漆、修编、装箱、托运等方面越来越受到人们的青睐。
1.2 国外机械手研究概况机械手从20世纪初被发明出来后经过近几年的不断改进与发展，今天已经成为大多数工业生产自动化的必要配置。
现在，工业生产中投入使用的机械手大都是最早的一批机械手又叫程序控制机械手。
这批机械手打都选用了开关控制，主要用在工业生产焊接、喷漆、上货和下货方面，不会对外界变化做出反应；下一代的机械手即第二代机械手，已经具有了感知外界变化的能力，但仍然是基于信息从外部世界的过程控制，但可以改变修正和改进控制程序；这代机械手大部分选用触碰类传感器这一类较为单一的传感设备和对应的适应性算法[1]。
现在，在第一代机械手第二代机械手的发展前提下，出现了第三代机械手，它可以改变对环境和客观环境的感知，并有了能够正确的判断的复杂情况并做处理的能力。
对本身活动自己作出处理的智能化机械手，它能识别事物，具有触觉、视觉、力觉、听觉、味觉等多种人类才有的能力，能完成搜寻、追踪、辨色识图等多种仿生行为，拥有专业人士的认知能力、语音识别和自学能力的人工智能系统[1]。
现在机械手的功能有了新的突破：开始有了仿人型机械手、微型机械手和微操作系统（如工业上较细的管道机械手自动探测系统、小型飞行器等）、机械手化机械、智能机械手（不但能够运行之前设定的程序，而且可依据工作状况相对应地开始工作，如躲避障碍物的运动，有效的进行动态的研习等）。
现在的机械手在非制造业中的应用和服务业的扩，难保他将来不会越来越多地用在军事领域，提高我们国家的军事现代化水平[ 1 ]。
国际方面：最近几年来国外方面的机械手的发展也在不断上升主要有以下几个方面。
机械手性能不断提高，而单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；单片机控制系统的发展方向为开放式PC控制器；传感器将会成为越来越重要生产工具；从仿真方面机械手虚拟现实功能来看，机械手将发展到现实中的控制。
国方面：目前在一些机种方面，像喷涂料用的机械手、焊接用的机械手、特殊条件下搜索用的机械手等可以特殊作业的机械手，都利用了机械手原型机的工作原理与操作技巧，处理了掌管启动体系的规划，软件的设想和操作系统等重要环节，自动涂装线的控制，弧焊自动生产线及周边设备的信息自动交换的全套过程，有助于控制技术的进一步提升；；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破；从技巧掌握方面来讲，我国还是拥有了独立自主研发机械手技术的基础[1]。
1.3 课题的主要研究容这次课题主要是以组态王与机械手的控制系统组成部分以及PLC在这方面的应用开展的，主要由以下容组成：（1）第一章介绍了机械手监控系统的基本容，包括机械手监控系统的发展现状以及机械手监控系统工艺流程；（2）第二章介绍了PLC的基本结构和工作原理，并对机械手监控系统进行设计分析；（3）第三章对机械手监控系统进行了硬件设计；（4）第四章对机械手监控系统进行了PLC程序设计；（5）第五章PLC和组态王工控机联合调试和机械手控制系统的操作。
第二章总体方案设计2.1 机械手的工作过程及控制要求机械手的结构图如图2.1所示。
打开电源，按下启动按钮，上电复位；机械手的工作框图如图2.2所示的手如果不在原点则是PLC输入脉冲信息和信号驱动电机运动，步进电机的旋转，横向收缩；当收缩的地方遇到极限开关后，然后主机驱动两个脉冲输入信息，步进电机的两个转移，机械手的高度上升；升高到上限位开关位置时触发上限位开关工作，机械手不在回升，回到原来的位置。
主机驱动两个输入信息和脉冲的电平信息同时输入，步进电机的两个旋转臂旋转，机械手开始下降；降到下限位开关位置时触发下限位开关工作，机械手不在下降，气阀断电，机械手收缩夹紧；夹紧后，主机驱动两个脉冲信息输入，步进电机开始正转，机械手回升；升起来后，触发上限位开关，停止机械手的上升[ 2 ]。
图2.1 机械手的动作示意图图2.2 机械手的动作示意图步进电机正转，机械手伸出，机械手突出的地方，碰到限位开关，触发限位开关工作机械手停止动作；主机驱动同时输入信息和脉冲的电平信息，步进电机的两个旋转臂回转，机械手回落；降落后机械手触碰下限位开关，激发下限位开关工作，下落暂停，电磁阀断电，机械手松开。
释放后，主机驱动两个脉冲输入信息，步进电机的两个转移，机械手工作回升。
上升到最高点，碰到上限开关，回升停止；当满足上限位开关工作条件时，上限位开关工作，机械手不在上升。
PLC向驱动器同时输入脉冲信息和电平信息，步进电动机一回转，横轴后缩；机械手缩回，当复位端接触限位开关后，然后主机驱动同时输入信息和脉冲步进电机水平信息，两个旋转臂回转，机械手下落；下落到最低点时触碰下限位开关，不在下落，回到原点；至此，机械手经过八个过程实现一个循环[2]。
2.1.2 机械手的控制要求机械手的操作分为两种形式，一种是手动操作另一种是自动操作，其中自动操作又可分为两种，单周期自动操作和重复单周期自动操作。
手动操作是指人按动按钮命令机械手一步一步动作；单周期自动操作是指机械手在接受启动命令后开始为期一个周期的工作，工作完成后自动断电停止操作。
连续操作指按动按钮后机械手会工作而且一直循环工作下去。
在工作中若按停止按钮，机械手将继续完成1个周期的动作后，回到原点自动停止。
（1）机械手的自动运行：① 下落：当机械手感应到传送带A上有工件时，开始工作接触工件时并触发下限位开关工作，停止下落，接通加紧电磁阀。
② 加紧工件：当机器人到达指定位置，压力继电器和震荡反弹关闭，连接到回升电磁阀线圈。
③ 回升：当机械手夹持到位时，开始工作，机械手回升，回升后碰到上限开关，机械手停止工作，右边的电磁阀线圈接通。
④ 右移：当机械手回原处时，机械手开始转移向右的，转移到右边时，机械手触碰到限位开关，机械手不在右移，同时接通下落电磁阀线圈。
⑤ 下落：接通下落电磁阀后机械手开始工作开始下落，下落到位之后，断开加紧电磁阀机械手松开物件。
⑥ 放松工件：松开指令有时间控制，设为2秒。