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　PLC 27

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