基于PLC的机械手控制系统硬件及软件设计[毕业论文+CAD图纸]

机电设计毕业论文：基于PLC的机械手控制含论文，CAD图纸

基于PLC的机械手控制系统硬件及软件设计[毕业论文+CAD图纸]

摘 要

在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。工业机械手就这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。电气方面有电机、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、气动技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出四路来分别驱动横轴、竖轴、底盘转动、手转动电机，控制机械手横轴、竖轴和手爪顺逆旋转的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；电机拖动底盘旋转；电磁阀控制气阀的开关来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本文设计的工业机械手模型可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。

关键词：可编程控制器PLC,机械手,电机,任意位置

The control of manipulater by PLC

ABSTRACT

In industrial production and other domains, because works need, the people frequently receive factor the and so on high temperature,corrosion and virulent gas harm, increased worker's labor intensity,even endangers life. The industry manipulator like this was born, the manipulator is in theindustry robot assembly system the traditional duty implementingagency, is one of robot key components. The electrical aspect has theelectrical machinery, the switching power supply, the solenoid valve,and so on the electronic device composition. This equipment has covered the programmable control technology, theposition control technology, the air operated technology and so on, isthe integration of machinery model represents one of instruments. Thisarticle introduced the manipulator is outputs four groups by PLCseparately to actuate the abscissa axis, the z-axis, the chassisrotation, hand turns an electric motor, controls the manipulatorabscissa axis and the z-axis pintpointing, the microswitch bequeathsthe position signal the PLC main engine; The electrical machinerydrives the hand fingernail and the chassis revolves; The solenoidvalve controls the air valve the switch to control the manipulatorhand fingernail to gather, thus realizes the manipulator proper motionfunction. This topic plans the industry manipulator model which develops to bepossible in the space to grasp puts the object nimbly, the movement isdiverse, may replace artificially carries on the work in hightemperature and the dangerous operation area, and may changes therelated parameter as necessary according to the work piece change and the movement flow request.

KEY WORDS: Programmable controller PLC, manipulator,electrical machinery, freeposition

目　录

前　言 1
第1章 机械手各功能实现形式与控制方式 2
1.1机械手概述 2
1.1.1机械手的定义与发展 2
1.1.2机械手分类及控制方法 3
1.1.3机械手的结构原理 3
1.2本机械手模型的机能和特性 5
1.3夹紧机构 5
1.4躯干 6
1.5设计要求 6
1.5.1控制方式及要求 7
1.6旋转编码盘 9
第2章 控制系统硬件设计 10
2.1 PLC的定义及特点 10
2.2 PLC的选型 12
2.2.1常用PLC介绍 12
2.2.2常用PLC介绍 14
2.2.3确定型号FX1N－60MR 16
2.2.4 FX1N所具有优越性能 17
2.2.5 FX系列PLC型号的说明 17
2.3三菱FX系列的结构功能 18
2.3.1 PLC内部功能 19
2.3.2 PLC输入输出接口的安全保护 20
2.4 FX1N PLC梯形图中的编程元件 21
第3章 软件设计 23
3.1程序的总体结构 23
3.2各部分程序如下 24
结　论 33
谢 辞 34
参考文献 35
附　录 37
外文资料翻译 45

前　言

随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。对于机械手的研究国内外的水平不一，但代表当今最先进的技术在日本，他的自动化，人性化令人叹为观止，这些技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器。我国也陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水平有待提高，只相当于世界先进技术在八十年代的水平。随着工业现代化的发展，机械手技术也随之提高，发展的趋势是工作强度高，灵活性强，准确可靠，可以自动检测并下达动作命令，融入先进的人工智能，使人只作平时的简单的维护，这也是现代工厂的发展趋势。

本设计主要是对机械手模型控制部分设计，在我们毕业实习时，也看到过类似的机械手实际应用产品。对各运动部件，各模块都大致了解。我采用技术成熟、安全可靠的可编程控制器PLC实现。现阶段PLC系统生产厂家大致有西门子、三菱、欧姆龙等，根据我所了解的系统模块情况，我选用三菱FX1N系列，其编程指令简单、功能强大、方便可行、经济实用、维护方便。经过我多方了解，所以是可行的。

采用PLC构成机械手的自动控制系统，可通过修改PLC控制程序，改变对机械手模型的控制要求。机械手横轴水平面内作前后方向运动，竖轴能在垂直面内作上下两方向运动，底座能作正反两方向旋转，手能正反两方向旋转，并且底座能在任意位置停止的功能。根据以前做过类似的设计，其底盘旋转任意角度难以实现，本设计可以采用编码盘检测脉冲计数来实现，但还没有一个仿真环境来校核，只有通过反复推理其正确性。还有机械手包括两部分，一个机械部分，一个控制部分，由于时间关系和我的专业特长，此设计重点在于控制部分。一个完整的设计离不开机械部分，所以我的设计还有很多问题有待解决。

第1章 机械手各功能实现形式与控制方式

1.1机械手概述

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术

1.1.1机械手的定义与发展