2020年PLC机械手实验报告

plc机械手实验报告

在现今的生活上,科技日新月益的进展之下,机械人手臂与有人

类的手臂最大区别就在于灵活度与耐力度。也就是机械手的最大优势可以重复的做同一动作在机械正常情况下永远也不会觉得累!可为机

械手臂的应用也将会越来越广泛,机械手是近几十年发展起来的一种

高科技自动生产设备，作业的准确性和环境中完成作业的能力。工业机械手机器人的一个重要分支。

plc机械手实验报告范文一：

1选题背景

1.1研究意义，现状分析及其意义

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。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。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。

我国现有机器人研究开发和应用工程单位200多家,其中从事

工业机器人研究和应用的有75家,共开发生产各类工业机器人约800台,90%以上用于生产中,引进工业机器人做应用工程的约500台[1]。

计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上

产生的。在经济全球化的浪潮中，降低人力成本，提高生产率，缩短订单处理时间等已成为生产企业的不断追求。为了达到这一目标，它们越来越依赖于新一代的硬件和软件系统。近年来，由于个人计算机(简称PC)的高速率和对硬件与软件的几乎无限制的开放，使得PC的

应用迅猛增长。将PC机CPU的高速处理性能和良好的开放性引入到

计算机控制领域，形成了基于PC的控制系统。

随着计算机控制技术在机械手应用中的不断深入，具有独立控

制器、程序可变、动作灵活、定位精度高、适用于可变换品种中小批量自动化生产的通用机械手得到迅速发展[2]。各国大企业工业机械

化生产过程不同程度实现了工业机械手的计算机控制。

1.2机械手、计算机的发展趋势及其优点

工业机械手的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。它能部分地代替人工操作;能按照生产工艺的要求，遵循一定

的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸;能制作必要的机具进

行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。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。

广泛采用工业机械手，不仅可以提高产品的质量与产量，而且

对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

自从1981年IBM公司进入微型计算机领域推出了IBM-PC以后，计算机的发展开创了一个新的时代——微型计算机时代。微型计算机的迅速、大规模的应用与普及，使计算机真正广泛地应用于工业、农业、科学技术以及社会生活与日常生活的各个方面[3]。计算机以其

更高标准平台的网络、高级的控制算法、广泛的数据库操作、在一个

平台上的HMI功能、集成自定义的控制程序、复杂的过程模拟、很高的CPU处理速度、内存需求超出PLC规格、多重协议接口、无线存取、控制规律灵活多样，改动方便、控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制、能够实现数据统计和工况显示，控制效率高、控制与管理一体化，进一步提高自动化程度等诸多优点使得行业对计算机的接受程度越来越高。

2总体方案论证

2.1机械系统

本设计以实验室的5自由度机械手臂为模型进行设计。

现对其机械系统结构叙述如下：

5自由度分别对应于转动基座、臂、肘、腕、钳转动五个转轴，其中转动基座转轴可在±180°范围内转动，臂转轴可在±45°范围内转动，肘转轴可在±60°范围内转动，腕转轴可在±90°范围内转动，钳转轴可在±180°范围内转动，钳口可在3.5厘米~8.5厘米的范围内开合。机械手的结构如图2-1机械手结构简图

各转动关节采用步进电机作为动力源，步进电机不直接驱动转轴，而是安装在转轴旁边，利用差动变速原理使用适当比例的齿轮基于带齿皮带传动，有效增大机械手臂扭矩从而增强机械手臂的负载能力。

2.2驱动系统

工业机械手的驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动，以往以液压、气动用的最多，占90%以上，但随

着近几年电子技术的发展，电气驱动开始广泛应用于工业机械手制造，采用电气驱动的机械手最大优势是便于实现数字控制，其中采用步进电机作为驱动机构的机械手占有相当比重;

步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正

是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美，步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机在很多领域得到应用。

所以本设计的机械手驱动部分采用步进电机驱动。

底座安装有4个开关电源，4个步进电机驱动器，其中包括转

动基座、臂、腕、钳旋转4转动轴的步进电机驱动器。臂腔内有肘、钳开合2个步进电机驱动器，转动基座、臂、肘、腕、钳旋转决定了机械手的可操作角度和范围。手臂的终端配备可灵活张合的机械钳，可对物体进行拾放。其中腕、钳转动共用一个开关电源，肘、钳开合共用一个开关电源。

整个系统使用220V50Hz市电电源。

2.3控制系统

控制器是整个系统的核心，其处理能力与整个系统的快速性、稳定性、准确性密切相关。对于控制器的选择提出两种方案论证：方案一：采用计算机+板卡的方式对机械手进行控制。

优缺点：优点是便于实现生产信息化，设计相对较简单，可实现很复杂的运动控制，但计算机稳定性程度不够高，可能出现死机等情况。

方案二：控制器采用PLC来控制现场的步进电机。

优缺点：优点是生产安全可靠、提高产品质量及产量、控制环境污染、降低工人劳动强度、提高设备的运转率及劳动生产率。由于PLC有着极大的灵活性，易于模块化，当机械手工艺流程改变时，只要对I/O点的接线稍做修改，程序中做简单补充、修改即可[4]。缺点是使系统设计多了一个环节，增加设计工作量，增加成本。

最终方案确立：PLC是以微处理器为核心的数字式、电气自动控制装置，其实质是一种工业控制专用PLC。机械手的控制系统的可靠性要求比较高、环境比较恶劣，所以采用方案二。

3硬件方案设计

3.1整体方案设计

设计方案采用集成了步进电机驱动器包含转动基座、臂、腕、钳转动、钳开合5自由度步进电机动力源机械手，晶体管输出型PLC 对步进电机输出脉冲实现机械手运动控制。