机械手自动控制设计

滁州职业技术学院成人高等教育毕业设计

课题：机械手的动作控制

设计时间：

班级：09级机电一体化（3）班

学号：

姓名：

指导教师：李文萱

2011届机电一体化专业（09级机电3班）毕业设计任务书

-----机械手动作的控制

一、任务描述

机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，有些操作装置需要由人直接操纵。

二、设计目的

通过本次设计让学生了解一般PLC控制系统设计的过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法，同时也是对既往知识的复习、巩固和灵活应用的过程，可以提高学生的整体观，为今后走向工作岗位提供实践经验。

三、控制任务和一般要求

示意图中为一个机械手取与放的搬运系统，原点为左上方所达到的极限位置，搬运过程是机械手将工件由A传送到B。分别设计出手动和自动控制的程序。

1.上升和下降，左移和右移的执行均由双线圈二位电磁阀推动气缸来完成。

2.当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一但下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使此时线圈断电，机械手要仍然要保持现有的下降动作状态，直到相反方向的电磁阀线圈通电为止。

3.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，线圈断电执行放松动作。

4.设备装有上、下限位和左、右限位开关；夹紧和放松可以由限位开关来实现也可以利用定时器来实现。

5.当工件处于B处上方准备下放时，为确保安全，用光电开关检测B处有无

工件，只有在B处无工件时才能发出下放信号。

四、设计问题提示

机械手工作过程动作的顺序：机械手由原位—下降到A处—对工件进行夹紧（由定时器控制）—机械手上升（上升到位）—机械手右移（右移到位）（光电检测）—（B处没有工件时）机械手下降（到位）—工件放松（由定时器控制）—机械手上升（到位）—机械手左移（到位）—返回开始原位，一次循环结束。

机械手的工作方式具有手动、单步，单周期、连续和回原位五种工作方式，用开关进行选择。下面列举4种：

1、手动工作

手动工作方式时，用各操作按钮来点动执行相应的各动作。比如当机械手处在原位，按下下降起动按钮，机械手开始下降，下降到位后自动停下来；再按下夹紧起动按钮，开始对工件进行夹紧…

2、单步工作方式

每按一次起动按钮向前执行一步动作，只有一个起动按钮（而手动有多个起动按钮）。

3、单周期工作方式

机械手在原位，按下起动按钮，自动地执行一个工作周期的动作，最后返回原位(如果在动作过程中按下停止按钮，机械手停在该工序上，再按下起动按钮，则又从该工序继续工作，最后停在原位)。

4、连续工作方式

机械手在原位，按下起动按钮，机械手就连续重复进行工作(如果按下停止按钮，机械手运行到原位后停止)。

目录

系统控制要求分析 (5)

主气路设计 (7)

元件选择依据 (8)

元件表 (10)

I∕O分配表 (11)

接线图 (12)

PLC选型 (13)

程序设计1 (15)

程序设计2 (20)

系统调试 (25)

设计心得体会 (27)

参考文献 (28)

系统控制要求分析

启动：（1）当设备通电后，选择单循环启动，此时设备开始运行，当左限位和上限位有信号时（即在初始位置，此时机械手只能向下或向右，但是要向右，机械手必须抓到货物，所以根据机械手的松紧状态来区分此处的信号）按下启动按钮，机械手向下运动，当运动到位（下限位有信号）后，复位向下的动作，同时触发机械手抓取的动作和机械手向上的动作（机械手向上的动作延迟抓取动作2S，以保证机械手抓取到位）。当机械手向上动作到位后（上限位有信号）后，复位向上的动作，同时触发机械手向右的动作，当运动到位（右限位有信号）后，复位向右的动作（机械手在此位置时，可以向下或向左，所以根据机械手的松紧状态来区分此处的信号）。同时触发向下的动作，当机械手向下动作到位后（下限位有信号）后，复位向上的动作，同时触发机械手释放的动作和机械手向上的动作（机械手向上的动作延迟释放动作2S，以保证机械手释放到位）。当机械手再次运动到位后（上限位有信号）复位向上的信号，同时触发机械手向左的动作，当机械手运动到位后（右限位有信号），机械手回到了初始的位置，此时，一个循环结束，按下启动按钮后，设备继续运行。

（2）若设备通电后，选择手动启动，则是按下对应的按钮，机械手就会对应的动作

停止：按下停止按钮后，机械手停在当前的动作，按下启动按钮后，机械手继续运行（因为机械手每部分触发动作的信号由RS触发器触发记忆，只有运动到位后，才会复位这些信号，所以当再次按下起动

按钮后，尽管机械手不在触发的位置，但是已经保存了信号，机械手仍可继续运行。同时也运用了RS触发器复位优先的原理，即当S端和R端同时有信号时，取复位的信号）。

主气路图

上/下左/右夹/松

元件选择依据

（1）气动元件的选择：在机械手这个设计中，气动元件是执行机构，他们的性能对于整体工作的质量很重要，其中气缸更是更为紧要的地方，气缸是引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。

根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。

考虑到此项目对气缸的要求，气缸应该要启动平稳，启动后不能有抖动或者爬行的现象，此外，气缸的缓冲问题，不好的气缸缓冲时间长，这将导致电磁阀线圈要不了多长时间，线圈会因为高频切换而产生温升，直到最后失效或者是烧毁，如果气缸本身不存在缓冲，那么对气缸的损伤也是很大的，所以气缸的抗高频工作的能力要好

（2）除去气缸外，电磁阀也是很重要的，二位五通电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢控制，所以就会用到电磁阀。