机械手毕业设计样本.docx
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机械手毕业设计样本
广州铁路职业技术学院
毕业设计
题目基于PLC的
机械手系统设计
系别
专业班级
姓名
学号
年月日至年月日共周
指导教师签字___________
系主管领导签字_________________
___________年________月_______日
摘要
机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。
机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有直流流电机、步进电机、步进电机驱动器、传感器、等电子器件组成。
该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。
本文介绍的机械手是由PLC输出两路脉冲，分别驱动横轴、竖轴步进电机，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC主机，通过直流电机的正反转来控制机械手手爪和底盘的旋转，从而实现机械手精确运动的功能。
本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。
关键词:
机械手；步进电机；步进电机驱动器；PLC。
摘要····································································1第一章绪论·····························································3
1.1引言······························································3
1.2机械手的设计······················································3
1.2.1设计目的······················································3
1.2.2设计内容······················································4
1.2.3设计依据与可行性··············································4
1.2.4设计步骤······················································4
1.2.5其他说明······················································4
1.3机械手的要求与原始数据············································5
1.3.1设计要求······················································5
1.3.2.原始数据·····················································5
第二章机械手的组成·····················································7
第三章机械手的软硬件设计···············································8
3.1I/O分配表·························································8
3.2I/O接线图·························································9
3.3主要硬件设备名称及型号···········································10
3.4主要硬件设备说明·················································10
3.5PLC控制程序·····················································12
3.5.1流程图·······················································12
3.5.2梯形图·······················································13
3.5.3指令表·······················································18
3.6气动回路图·······················································21
总结···································································22
致谢···································································23
参考文献·······························································24
第一章绪论
1.1引言
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）、步进电机、步进电机驱动器、直流电机、开关电源、电磁阀、操作台等部件。
可编程控制器发出两路脉冲到步进电机驱动器，分别驱动横轴、竖轴的步进电机运转；直流电机拖动底座和手腕的旋转；行程开关、微动开关、将位置信号反馈给主机，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的要求随时更改相关参数，具有很大的灵活性和可操作性。
1.2机械手的设计
1.2.1设计目的
（1）.进一步加深对所学基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。
（2）.系统开发PLC的综合训练，掌握PLC应用系统设计的一般方法和实施。
获得从事科研工作的初步训练，培养独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其注重充分利用网络等途径获取新知识的能力。
（3）.培养设计计算、工程绘图、实验方法、数据处理、文件编辑、文字表达、文献查阅、计算机应用等基本工作实践能力以及外文资料翻译与使用能力。
（4）.树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、善于合作等作风，培养创新意识。
1.2.2设计内容
PLC的选型及电动机的选择，编制机械手PLC控制程序，设计机械手模型的电气线路原理图，绘制设计图样，撰写毕业设计说明书。
1.2.3设计依据与可行性
参照已学课程：
电工与电子技术、机电传动与控制及可编程控制器应用技术原理与应用等相关知识，综合相关实训课程完成设计内容，机电实训室提供的PLC实训场地和气动生产线及机电一体化组合试验实训平台能够用于毕业设计程序的调试。
1.2.4设计步骤
（1）.根据设计要求深入了解系统的基本组成、主要运动形式及工作流程。
（2）.进行电动机的种类及驱动方式的选择。
（3）.确定输入/输出设备和PLC型号，编制现场设备与PLC输入/输出对照表、所需的PLC机内编程软元件及I/O接线图。
（4）.完成PLC控制程序的编制。
（5）.设计系统电气线路。
（6）.综合调试
（7）.撰写毕业设计说明书，列出详细的材料清单
1.2.5其他说明
设计方案的确定与优化选择可在大量查阅同类研究文献的基础上进行，各种计算、选型、设计参阅相关课程课本和文献；设计过程中鼓励创新，可在不脱离设计要求基础上增加自己的创新设计
1.3机械手的要求与原始数据
1.3.1设计要求
1）.机械手工作流程
⑴.机械手的初始位（原点）为左上位，开始运行后，如果机械手不在初始位置上，机械手则开始工作回初始位。
⑵.原点位置上，首先横轴电动机工作，手臂前伸，前伸到位后，横轴电动机停止。
⑶.手爪电动机工作带动手爪转动，当传感器检测到限位磁头时，电机停止。
⑷.手爪电磁阀动作（通电），手爪张开。
⑸.延时后，纵轴电动机工作，手臂下降，下降到位后，纵轴电动机停止。
⑹.手爪电磁阀复位，手爪夹紧（夹住物体）。
⑺.延时后，手臂上升，同时手臂缩回，底盘电动机带动底盘转动。
⑻.当横轴、纵轴、底盘都到位后，手臂前伸，前伸到位后停止。
⑼.手爪转动，然后纵轴下降，手爪电磁阀动作，手爪张开。
⑽.延时后，纵轴上升复位，手臂缩回复位，底盘复位回原点，再重复下一循环。
2）.操作方式：
自动循环、单周期、单步、手动四种。
3）.横轴运动和纵轴运动为直线运动，由步进电动机驱动，由PLC发出控制脉冲控制步进电动机运转。
4）.手爪和底盘运动为旋转运动，由直流电动机驱动。
5）.手爪采用气压驱动。
1.3.2.原始数据
（1）.输入电压：
AC220V或DC24V。
（2）气源0.2~0.85MPa。
（3）臂的运动参数：
横轴、纵轴均小于450mm，速度100mm/s。
（4）手爪运动参数：
旋转角度180O。
（5）底盘运动参数：
旋转角度180O。
第二章机械手的组成
第三章机械手的软硬件设计
3.1I/O分配表
输入
输出
Ｘ０
横轴左限
Ｙ０
水平步进电机
Ｘ１
横轴右限
Ｙ１
垂直步进电机
Ｘ２
竖轴上限
Ｙ２
水平步进电机换向
Ｘ３
竖轴下限
Ｙ３
垂直步进电机换向
Ｘ４
手腕复位
Ｙ４
手腕电机正转
Ｘ５
手腕至位
Ｙ５
手腕电机反转
Ｘ６
底盘复位
Ｙ６
底盘电机正转
Ｘ７
底盘至位
Ｙ７
底盘电机反转
Ｘ１０
上升
Ｙ１０
手爪松开
ｘ１１
下降
Ｘ１２
左移
Ｘ１３
右移
Ｘ１４
放松
Ｘ１５
夹紧
Ｘ１６
手腕顺转
Ｘ１７
手腕逆转
Ｘ２０
底盘顺转
Ｘ２１
底盘逆转
Ｘ２２
急停
Ｘ２３
复位
Ｘ３０
手动方式
Ｘ３１
回原点方式
Ｘ３２
单步方式
Ｘ３３
单周期方式
Ｘ３４
自动循环方式
Ｘ３５
回原点启动信号
Ｘ３６
自动控制启动信号
Ｘ３７
停止信号
3.2I/O接线图
3.3主要硬件设备名称及型号
序号
名称
型号
数量
1
直流电机
70ZYNJ55r/min
2
2
步进电机
86BYG250A—SAFRBC—0202
2
3
步进电机驱动器
SH—2080657BYGSH—2H057
2
4
直流继电器
MY2N—DC24V
4
5
干簧管
SMEO—4—K—LED—24—B
2
6
双作用气缸
DSNU—16—100—PA
1
7
单向截流阀
GRLA—M5—QS—6—D
2
8
单电控电磁阀
MEH—5/2—1/8—B
1
9
截止阀
HE—1/4—D—MINI
1
10
消音器
U—1/8
2
11
行程开关
SMBR—16
6
12
组合开关
HZ10—25/3
1
13
PLC
Fx2n—64MT
1
14
计算机
自定
1
15
三联按钮
LA10—3H
3
3.4主要硬件设备说明
（1）.步进电机的说明
步进电机是把电脉冲转化为直线位移与角位移的执行元件，也就是说步电机的输出角位移与输入电脉冲的个数成正比。
步进电机具有良好的速度特性被广泛用在工业生产中的运动控制中。
步进电机不能直接加电源直接运行而是通过电机驱动器产生的脉冲电压按一定分配分式加到各控制绕组产生电磁过程的跃变，形成磁极旋转，以反应电磁转矩带动转子作步进式转动。
电机驱动器通常由脉冲发生器，脉冲分配器，功率放大器三部分组成。
脉冲的输入经脉冲分配器组合成多相轮流通断的输出脉冲，然后经功率放大送步进电机。
在步进的状态下，由于步进率较低，电动机装置在下一相通电并开始动作之前完全处于静止状态。
这样，电机便可以在无位置误差的情况下启动，停止，反转。
从本设计的实际考虑，本系统应属于步进电机的的变速连续运行应而在电机的起停环节上可能存在一定的位置误差，如对于要求较高的位置控制系统，应采用升速到恒速，减速到停止的过程。
但对于本系统而言，该误差对系统正常动作的影响可以忽略。
直接利用PLC继电器输出的电平信号，与步进电机驱动器输入脉冲信号取逻辑与，控制步进电机驱动器输入脉冲的有无，从而实现电机的运转控制。
此控制模式相对于其它直接对电机进行制动的方式，具有响应时间短，功耗小，实现容易等特点。
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