P13-2-气动机械手的设计及其PLC控制

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。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，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。

    本设计所用机械部件有滚珠丝杠、滑轨、气控机械抓手等。电气方面有可编程控制器（PLC）、编程器、电磁阀等部件。由主机发出指令来实现对手臂的伸缩、上下、转动位置的控制；主机发信号到气动电磁阀，以控制手爪的张合来抓放物体。本设计可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数，具有很大的灵活性和可操作性。

关键词：可编程控制器；机械手；电磁阀

1 绪 论1

1.1机械手概述1

1.2机械手的组成和分类2

1.2.1机械手的组成2

1.2.2机械手的分类5

1.3 国内外发展状况7

1.4课题的提出及主要任务9

1.4.1课题的提出9

1.4.2课题的主要任务11

2 机械手的设计方案13

2.1 机械手的座标型式与自由度13

2.2 机械手的手部结构方案设计14

2.3 机械手的手腕结构方案设计14

2.4 机械手的手臂结构方案设计14

2.5 机械手的驱动方案设计14

2.6 机械手的控制方案设计15

2.7机械手的主要参数15

2．8 机械手装配16

2．8．1 手部结构设计16

2．8．2 手部结构设计17

2．8．3 回转气缸的驱动力矩计算19

2．8．4 手臂结构设计20

2．8．4．1结构设计20

2．8．4．2 导向装装置21

2．8．4．3 手臂伸缩驱动力的计算22

2．8．5 手臂升降和回转部分23

3 气动系统设计25

4　PLC27

4.1　PLC简介27

4.2　PLC发展趋势28

4.3　PLC的结构和工作原理28

4.3.1　PLC的组成29

4.3.2　PLC程序的表达方式31

4.3.3　PLC的工作方式31

5　机械手移动工件控制系统的PLC选型及系统连接35

5.1　控制系统构成图35

5.2　PLC模块选型及介绍35

5.3　I/O地址分配及外部配线36

6　安装维护38

6.1　扩展设备组成38

6.2　现场环境38

6.3　安装工程39

6.3.1　安装注意事项39

6.3.2　配线方面的注意事项40

7　机械手移动工件控制系统程序设计41

7.1　编程软件及应用41

7.2　程序流程图41

8　机械手移动工件控制系统PLC程序43

8.1　系统资源分配43

8.2　源程序45

8.2.1　总体安排45

8.2.2　手动操作程序46

8.2.3　自动操作程序47

8.2.4　操作系统总程序50

9　结论54

致谢55

参考文献56