四川工程職業技術學院畢業綜合實踐報告 I四川工程職業技術學院學生畢業綜合實踐報告基于 PLC 機械手控制系統設計學生姓名： 學 號： 專業班級： 指導老師： 完成時間： 四川工程職業技術學院畢業綜合實踐報告 II摘要隨著科學與技術的發展，機械手廣泛應用于采礦、冶金、石油、化學、船舶等傳統領域，同時也已開始擴大到航空，航天。生化、醫藥、核能等高科技領域中，本文目的主要是利用可編程控制器作為載體，設計一套程序取驅動機械手進行預訂動作實現對目標的抓取、搬運及投放，根據需求變化改變搬運軌跡，整個系統利用 plc 技術位置控制技等關鍵詞：機械手、可編程邏輯控制器四川工程職業技術學院畢業綜合實踐報告 IIIabstractWith the development of science and technology, manipulator is widely used in mining, metallurgy, petroleum, chemical, shipbuilding and other traditional areas, but also has begun to expand to aviation, aerospace. Biochemistry, medicine, nuclear energy and other high-tech fields, in this paper, the main objective is to use the programmable controller as the carrier, design a set of procedures and the drive manipulator to achieve the target capture, handling and delivery booking action, according to the demand change handling trajectory, the whole system by using the technology of PLC position control technology.Keywords: manipulator； programmable； logic controller四川工程職業技術學院畢業綜合實踐報告 1目錄緒論1.1 機械手應用背景與意義機械手主要由手部、運動機構和控制系統三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、拖持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動） 、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、收縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活度越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有 23 個自由度。控制系統是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器的信息，形成穩定的閉環控制。控制系統的核心通常是由單片機或 DSP 等微控制芯片構成，通過對其編程實現所要功能。在現代工業中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業現代化的進一步發展，自動化已經成為現代企業中的重要支柱，無人車間、無人生產流水線等等，已經隨處可見。同時，現代生產中，存在著各種各樣的生產環境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業等，這些惡劣的生產環境不利于人工進行操作。工業機械手是近代自動控制領域中出現的一種新的技術，是現代四川工程職業技術學院畢業綜合實踐報告 2控制理論與工業生產自動化實踐相結合的產物，并以成為現代機械制造生產系統中的一個重要組成部分。工業機械手是提高生產過程自動化、改善勞動條件、提高產品質量和生產效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應用得更為廣泛， 。在我國，近幾年來也有較快的發展，并取得一定的效果，收到機械工業和鐵路部門的重視。專用機械手經過幾十年的發展，如今已進入以通用機械手為標志的時代。由于通用機械手的應用和發展，進而促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識，而且還應用一些電子技術、電視技術、通訊技術、計算技術、無線電控制、仿生學和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術。目前國內外對發展這一新技術都很重視，幾十年來，這項技術的研究和發展一直比較活躍，設計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應用領域也在不斷地擴大。隨著我國工業的跨越式發展，機械手作為工業生產及裝備制造業中處在及其重要的位置。在工業生產和裝備制造領域中充當著非常重要的角色，尤其是它能代替人工在有害環境中進行操作以保護人工的生命安全，在各個領域都有機械手的影子：機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普通；在裝配作業應用廣泛，在電子行業中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業中它可以用來組裝零部件；在勞動條件差，單調重復易于疲勞的工作環境，可代替人的勞動；可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等；宇宙及海洋四川工程職業技術學院畢業綜合實踐報告 3的開發；軍事工程及生物醫學方面的研究和實驗。1.2 機械手應用國內外發展現狀機械手是最早出現的工業機器人，也是最早出現的現代機器人。機械手研究開始于 20 世紀中期，一方面，隨著計算機和自動化技術的發展，特別是 1964 年第一臺數字計算機問世以來，大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的發展，這為機械手的開發奠定了基礎；另一方面，核能技術的研究需要某些操作機械代替人處理放射性物質，在這一需求背景下，美國于 1947 年開發了遙控機械手，1948 年又開發了機械式主從機械手。機械手首先是由美國開發研制的，50 年代以后，機械手逐步推廣到工業生產部門，在高溫、污染嚴重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機床的輔助裝置在自動機床、自動生產線和加工中心中應用。完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。1954 年美國戴爾沃最早提出了工業機器人的概念，并申請了示教，機械人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機機器人，現在的機器人差不多都采用這種控制方式。1958 年美國聯合控制公司研制出第一彈機械手鉚接機器人。作為機器人產品最早的實用機型（示教再現）是1962 年美國 AMF 公司推出的“ERSTRAN”和“UNIMATION”公司推出的“UNIMATE”。我國機械手起步于 20 世紀 70 年代初期，經過 30 多年發展，大致經歷了 3 個階段：70 年代萌芽期，80 年代的開發期和 90 年代的應用期。在我國，機械手市場份額大部分被國外機械手企業占據著。在國際強手面四川工程職業技術學院畢業綜合實踐報告 4前，國內的機械手企業面臨著相當大的競爭壓力，由上海起，接著天津，吉林，哈爾濱，廣州，昆明等十幾個研究單位和院校分別開發了固定程序，結合式，液壓伺服型同用機械手，并開始了機械學（包括步行機構）、計算機控制和應用技術的研究，這些機械手大約 1/3 用于生產。經過80 年代尤其是后 5 年的努力，吸引了 160 多個單位從事機械手及相關技術的研究力量，形成了京津、東北、華東、華南等機械手技術地區和十幾家優勢單位，培養了一支 2000 多人的工業機械手設計，研制，應用隊伍，造就了一批機械手專家，使我國工業機械手技術發展基本上可以立足于國內。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，中國制造業面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰，對我國工業自動化的提高迫在眉睫，政府務必會加大對機器人的資金投入和政府支持，將會給機械手產業發展注入新的動力。我國主要開發的機械手由噴涂機械手、焊接機械手、搬運機械手和裝配機械手。這些工業機械手主要由類似人的手和臂組成，它可替代人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。四川工程職業技術學院畢業綜合實踐報告 5第 2 章控制要求本次的設計需要自己對機械手進行各種器件的選擇，并且編程通過PLC 運行程序，實現機械手上下，左右移動和夾取物品，本次的操作要求是通過手動和自動的方式來實現設計目標，其中自動有三種方式。單步運動：按下按鈕機械手完成這個動作就停止。單周運動：按下啟動按鈕，從原點開始，機械手按工序自動完成一個周期的動作后，停在原位。連續運動：機構停在原位時，按下啟動按鈕，機構自動執行周期工作。按下復位鍵復位。第 3 章設備選型3.1.控制的選型輸出刷新三個階段。PLC 的特點：1、抗干擾能力強、可靠性高。2、控制系統結構簡單，通用性強。3、編程方便，易于使用。4、功能強大，成本低。5、設計、施工、調試的周期短。6、維護方便。四川工程職業技術學院畢業綜合實踐報告 63.2.2 常用 PLC 介紹在中國，PLC 的型號有很多種，而且生產的廠家也不同，其類型也有所不同，使用起來也都不相同，三菱 PLC 采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時計時與操作等面向用戶指令，并通過數字或模擬量輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程，三菱 PLC 在中國常見的型號有 FR-FX1S,FR-FX2N,FR-FX30 等。其特點和許多 PLC 相似，編程簡單、可靠性高、高速運算等，其缺點是，模擬量模塊比較昂貴且程序復雜。西門子 PLC 在中國市場的占有率很大，廣泛的應用在多種領域里。也是技術比較成熟、最具有特色和最具有代表性的微型 plc，除基本的指令表編程外，還可以用采用梯形圖及對應機械動作流程進行順序功能圖編程，而且這些程序可以互相轉換。其 S7 系列 plc 體積小，速度快，具有網絡通信能力功能更強等，而且還具有強大的中文功能。綜上，西門子 plc 更加符合我們經濟和要求，因此我們選擇 plc 作為本次的控制中心。3.2.3 西門子 PLC 的選型西門子 PLC 的主要型號有 S7-200，S7-300 ， S7-400，S7-1200 幾種型號，其用途也會有所不同，S7-200 用于小型的電氣系統中，著重邏輯控制，S7-300 用于稍大的控制系統，可實現復雜的工藝控制，s7-400 用于大型控制系統，主要實現冗余控制等，由于我們這次是對模型四川工程職業技術學院畢業綜合實踐報告 7的機械手控制，屬于小型的控制系統，而且邏輯控制要求也比較高，因此我們選擇西門子 PLCS7-200 CPU224 CDC/DC/DC 作為本次控制中心的型號，由于此型號只有 14 個輸入點 10 個輸出點，而我們要 24 個輸入點 11 個輸出點，遠遠不夠我們的需求，我們還需要一個擴展模塊。S7-200 的擴展模塊有。1. 輸入擴展模塊 EM221: 共有 3 種產品，即 8 點和 16 點DC、8 點 AC。