苏州工业园区职业技术学院2013-2014-2 机电专业学期项目（如：机电设备控制系统构建与维护）项目报告选题：机械手搬运装配装置设计学生姓名：智林朱振陈晨毛佳桧吉钰嘉班级：机电12304指导教师：***机电工程系制目录项目简介 (1)一、项目总体方案 (3)（一）系统总体方案概述 (3)（二）控制要求 (3)二、电气原理设计 (4)（一）硬件设计 (4)1、主电路 (4)2、PLC I/O接口电路与辅助电路 (5)（二）软件设计 (6)1、I/O地址分配表 (6)2、控制流程图设计 (7)3、PLC梯形图 (7)（三）电器元件选型 (16)1、主要元件选型 (16)2、元件明细表 (18)三、电气安装工艺设计 (19)（一）电器元件布置图 (19)（二）电气元件接线图 (20)（三）操作盘接线与布置图 (22)四、项目总结 (23)五、参考文献 (24)项目简介现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。

化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。

但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。

专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。

但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。

机械手的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。

机械手是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。

机械手具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。

目前我国常把具有上述特点的机械手称为专用机械手，而把工业机械人称为通用机械手。

简而言之，机械手就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。

机械手一般分为三类。

第一类是不需要人工操作的通用机械手，也即本文所研究的对象。

它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。

它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。

第二类是需要人工操作的，称为操作机（Manipulator）。

它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机械手来进行探测月球等。

工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。

第三类是专业机械手，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。

这种机械手在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动。

除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。

对于现代智能机械手而言，还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。

1目前研究主要集中在赋予机械手“眼睛”，使它能识别物体和躲避障碍物，以及机械手的触觉装置。

机械手的这些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单的叠加在一起，从而构成一个机械手的。

要实现机械手所期望实现的功能，机械手的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约。

一、项目总体方案（一）系统总体方案概述：现有自动化机械手，主要由一台2相混合部进电机做底座，六台伺服电机驱动，根据加工需要，要求PLC对机械手进行改造。

本机械手包括水平滑台底座和六关节的机械手臂两部分组成。

其中水平滑台底座由一台2相混合式步进电机驱动，通过丝滚珠丝杠传动（轴上装有光电编码器）。

机械手臂的六个关节分别由一台伺服舵机（简易的伺服电机）驱动，可以实现空间上六个自由度的运动2（伺服舵机已经配有专用的控制板和编程软件）。

水平滑台左端零点上侧A点放置零件一，左端零点下侧B点放置零件二，由机械手先抓取零件一搬运到滑台右端150mm处上侧C点，再拾取零件二搬运并安放到零件一上。

（二）控制要求:（1）控制模式分为“手动”，“自动”，“搬运组装”三种（2）“手动”模式下，按下“前进”或“后退”按钮，水平滑台向左或向右运动，松开按钮，则停止。

（3）“自动”模式下，机械臂从左侧运动，抓取物件然后返回左侧零位，然后放下物件，任意按下停止按钮，工作结束。

（4）“搬运组装”模式下，机械手在左侧A零点抓取零件，水平滑台向右运动到终点位置。

放下物件后归位，然后在左侧B零点位置抓取零件，向右运动到终点位置放在物件一上面，完成装配，然后返回初始位，完成一个周期。

任意按下停止按钮，工作结束。

二、电气原理设计（一）、硬件设计1、主电路主轴电机旋转电机机械手电机图2.1 主电路控制原理：KM1，KM2分别控制步进电机正反转，KM3,KM4分别控制转向电机左右旋转，KM5,KM6分别控制机械手上下夹取工件。

2、PLC I/O接口电路与辅助电路图2.2 PLC 输入输出接口电路PLC控制电路的各种运行。

工作过程分析：设备电源QF接通，按下开关SB1,按下选择SB3,处于手动模式。

按下选择开关SB4,处于自动模式。

按下选择开关SB5，处于搬运组装模式。

按下停止按钮SB2,设备停止运动。

按下暂停按钮SB6,设备暂停运动。

按下前进开关SB7,设备前进。

按下后退开关SB8,设备后退。

图2.3 辅助电路（二）、软件设计1、I/O地址分配表INPUT(输入）号3输入信OUTPUT(输出）输出信号X0 SB1启动按钮Y0 KA1步进电机前进X1 SB2停止按钮Y1 KA2步进电机后退X2 SB3手动模式按钮Y2 KA3转向电机左转X3 SB4自动模式按钮Y3 KA4转向电机右转X4 SB5搬运组装Y4 KA5机械手下降抓取物件X5 SB6暂停按钮Y5 KA6机械手上升X6 SB7前进按钮X7 SB8后退按钮X12 传感器X14 传感器X15 传感器X16 传感器X17 传感器2、控制流程图设计3、PLC梯形图5678910111213（三）电器元件选型1、主要元件选型（1）PLC选型(1).灵活的配置除了具有满足特殊需求的大量特殊模块外,6个基本单元中的每个单元可扩展至256I/O (2).高速运算基本指令:0.08us/指令,应用指令:1.52至几百us/指令 (3).突出的寄存器容量 FX2N系列包括8K步内置RAM寄存器,用一个寄存器盒可扩展到16RAM或EEPROM (4).丰富的元件资源 3072点辅助继电器,256点计时器,235点计数器,8000数据存储器plc技术参数：FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。

除输入出16--25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。

系统配置既固定又灵活：在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16--256点的灵活输入输出组合。

备有可自由选择，丰富的品种可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。

可根据电源及输出形式，自由选择。

令人放心的高性能程序容量：内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。

（2）步进电机的选择步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

2、元件明细表三、电气安装工艺设计（一）、电器元件布置图14（二）电气元件接线图15（三）、操作盘布置图与说明16操作板说明：SB1：开始按钮SB2：停止按钮SB3:手动模式按钮SB4:自动模式按钮SB5:搬运组装模式按钮SB6:暂停按钮SB7:前进按钮SB8:后退按钮四、项目总结：在本项目总我们遇到了一些问题：①、PLC程序的设计，因为在做此项目时用到许多陌生的指令所以编程时遇到了问题，首先我们通过查找资料，最后我们通过问指导老师解决了此问题。

②、步进电机部分设计，因为我们对步进电机了解的不过深入，我们也通过查找资料和向老师请教解决了问题。

在此过程中我们也学到了很多：①、我们能够完整的对一个机械设备的设计；②、我们学会了使用一些软件，比如电气制图软件，Visio画图软件等五、参考文献[1] 主编：徐兵；《机械基础》，中国轻工业出版社，2004[2] 主编: 吴卫荣；《传感17器与PLC技术》，中国轻工业出版社，2006[3] 主编：刘小年；《机械制图》第二版，机械工业出版社，2005[4] 主编：吴卫荣；《气动技术》，中国轻工业出版社,2005[5] 主编：吴卫荣；《MPS技术》实训，2003[6] 主编：吴卫荣；《Modular Production System》, 2006[7]《FESTO气动元件》产品样品，FESTO（中国）有限公司[8]《SMC气动元件》产品样品,SMC（中国）有限公司。