机械⼿参考⽂献
设计（论⽂）题⽬: 机械⼿控制
学⽣姓名 DT 专业班级
指导⽼师
系主任
评阅⼈
2011年 04 ⽉⽇
摘要
随着社会和科学技术的发展，⼯业⽣产的操作⽅式也发⽣着⾰命性的变化，从⼿⼯作坊式的劳动，逐渐演变成⾃动化、智能化的⽣产⽅式，⼈类也逐渐⽆法完成某些⽣产过程，所以为了适应⽣产的需要出现了特殊的⽣产⼯具——机械⼿。与此同时也出现了⼀些新的⽣产活动，在这些⽣产活动中，有些是属于⾼危险的，对⼈体伤害较⼤，有些领域不适宜⼈类⼯作，机械⼿则正好适应这类⼯作。
在当今⼤规模制造业中，企业为提⾼⽣产效率，保障产品质量，普遍重视⽣产过程的⾃动化程度，⼯业机器⼈作为⾃动化⽣产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采⽤。⼯业机器⼈的技术⽔平和应⽤程度在⼀定程度上反映了⼀个国家⼯业⾃动化的⽔平，⽬前，⼯业机器⼈主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极⼤的⼯作，⼯作⽅式⼀般采取⽰教再现的⽅式。
机械⼿是模仿着⼈⼿部的部分动作，按照给定程序、轨迹和要求通过PLC系统控制实现⾃动抓取、搬运或操作的⾃动机械装置。
关键词：⼯业，机械⼿,⾃动化,PLC
Abstract
With the social and scientific and technological development, industrial production mode of operation is also undergoing a revolutionary change, from the workshop-style hand-labor, and gradually evolved into automation, intelligent production methods, human beings are increasingly unable to complete some of the production process, So there in order to meet the needs of the production of a special production tools - mechanical hand. At the same time there have been some new
production activities in these production activities, there is a high risk of bodily harm grea ter in some areas unfit for human work, the robot is just to adapt to such work.
In today's large-scale manufacturing enterprises to improve production efficiency, ensure product quality, attention to the production process in general the degree of automat ion, industrial robots, automated production line as an important member of gradually being recognized and adopted by enterprises. Industrial robot technology and applications to some extent, reflect the extent of a country's level of industrial automation, at present, industrial robot is mainly responsible for the welding, coating, handling and stacking, and labor intensity greatly repetitive work, work Way to teach the general way of reproduction.
Robot is modeled on the part of staffing the Department ac tion, according to a given program, track and control system required by PLC automatic capture, handling or operation of the automatic mechanical devices.
Keywords: industrial, mechanical hand, automation, PLC
⽬录
摘要 (2)
Abstract (3)
⽬录 (4)
第⼀章 PLC简介 (6)
1.1 PLC的定义 (6)
1.2 PLC的由来及发展 (7)
1.3 PLC的特点及⽤途 (7)
1.3.1 PLC具有以下⼏个主要特点 (8)
1.3.2 可编程控制器的应⽤领域 (8)
1.4 PLC的主要技术指标 (9)
1.5总体控制系统框图 (10)
plc的组成第⼆章机械⼿简介 (11)
2.1 机械⼿的定义与分类 (11)
2.2 机械⼿应⽤及组成结构 (11)
2.3 机械⼿的发展趋势 (13)
2.4 机械⼿的⼯程应⽤ (13)
2.5机械⼿设计的要求及⽬的和意义 (14)
2.5.1 机械⼿的设计要求 (14)
2.5.2 机械⼿设计的⽬的和意义 (14)
第三章系统设计 (15)
3.1 功能 (15)
3.2 主令单元 (16)
3.2.1 编程元件 (16)
3.2.2 编程语⾔ (18)
3.2.2.1梯形图 (18)
3.2.2.2指令语句表 (18)
3.2.2.3 PLC的I/O接线图及控制系统外部电机原理图 (21)
第四章设计逻辑顺序功能图、梯形图、指令表程 (24)
4.1.1 ⾃动控制程序的顺序功能图 (24)
4.1.2 ⾃动控制程序的指令表 (25)
4.1.3 ⾃动控制程序的梯形图 (27)
4.1.4 ⾃动控制程序的设计说明 (29)
4.1.6 ⼿动控制程序的梯形图 (31)
4.1.7 ⼿动控制程序说明 (34)
结束语 (35)
致谢 (36)
参考⽂献 (37)
第⼀章 PLC简介
1.1 PLC的定义
可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，它具备了模拟量控制、过程控制以及远程通信等强⼤功能，所以美国电⽓制造商协会将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简称PC。但是个⼈计算机（Personal Computer）也简称PC，为了避免混淆，将⽤于逻辑控制的可编程控制叫做PLC（Programmable Logic Controller）.
PLC是⼀种专门为在⼯业环境下应⽤⽽设计的数字运算操作的电⼦
装置，它其实就是⼀台计算机，它采⽤可以编制程序的存储器，在其内部执⾏逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，它以接⼊式CPU为核⼼，通过数字式或模拟式的输⼊和输出，控制各种类型的机械或⽣产过程。PLC及其有关的外围设备，都是很容易与⼯业控制系统形成⼀个整体，容易扩展其功能的。
可编程控制器是⼀种⼯业现场⽤计算机。它是为⼯业环境下应⽤⽽设计的，⼯业环境⼀般办公环境有较⼤的区别。由于PLC的特殊构造，使它能在⾼粉尘、⾼噪⾳、强电磁⼲扰和温度变化剧烈的环境下正常⼯作。为了能控制机械或⽣产过程，它要能很容易的与⼯业控制系统形成⼀个整体，这些都是个⼈计算机⽆法⽐拟的。
可编程控制器是⼀种通⽤的⼯业控制计算机。它能控制各种类型的⼯业设备及⽣产过程。它的功能能够很容易地扩展，它的程序是可以根据控制对象的不同，让使⽤者来编制的。也就是说，可编程控制器较其以前的⼯业控制计算机，如单⽚机⼯业控制系统，具有更⼤的灵活性，它可以⽅便地应⽤在各种场合。
通过以上定义还可以了解到，相对⼀般意义上的计算机，可编程控制器不仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适⽤于⼯业控制的器件。它实质上是经过⼀次开发的⼯业控制计算机。从另⼀个⽅⾯来说，它是⼀种通⽤机，经过⼆次开发，它可以在任何具体的⼯业设备上使⽤。它在很⼤程度上使的⼯业⾃动化设计从专业设计院⾛进⼯⼚和矿⼭，变成了普通⼯程技术⼈员甚⾄普通电⽓⼯⼈⼒所能及的⼯作。再加上体积
线简单等众多优点，可编程控制器在短短的30年中获得了突飞猛进的发展，在⼯业控制领域获得了⾮常⼴泛的应⽤。
1.2 PLC的由来及发展
1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第⼀台可编程序控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC），在美国通⽤汽车公司的⾃动装配线上使⽤，取得了巨⼤的成功。20世纪70年代初出现了微处理器。⼈们很快将其引⼊可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的⼯业控制装置。为了⽅便熟悉继电器、接触器系统的⼯程技术⼈员使⽤，可编程控制器采⽤和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语⾔，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。因⽽⼈们称可编程控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进⼊了实⽤化发展阶段，计算机技术已全⾯引⼊可编程控制器中，使其功能发⽣了飞跃。更⾼的运算速度、超⼩型的体积、更可靠的⼯业抗⼲扰设计、模拟量运算、PID功能及极⾼的性价⽐奠定了它在现代⼯业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进⼯业国家中已获得了⼴泛的应⽤。例如，在世界第⼀台可编程控制器的诞⽣地美国，1982年的统计数字显⽰，⼤量应⽤可编程控制器的⼯业⼚家占美国重点⼯业⾏业⼚家总数的82%，可编程控制器的应⽤数量已位于众多的⼯业⾃控设备之⾸。这个时期可编程控制器发展的特点是⼤规模、⾼速度、⾼性能、产品系列化。这标志着可编程控制器已步⼊成熟阶段。这个阶段的另⼀个特点是世界上⽣产可编程控制器的国家⽇益增多，产量⽇益上升。许多可编程控制器的⽣产⼚家已闻名于全世界。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代⼯业控制的需要。从控制规模上来说，这个时
期发展了⼤型机及超
⼩型机；从控制能⼒上来说，诞⽣了各种各样的特殊功能单元，⽤于压⼒、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能⼒来说，⽣产了各种⼈机界⾯单元，通讯单元，使应⽤可编程控制器的⼯业控制设备的配套更加容易。⽬前，可编程控制器在机械制造、⽯油化⼯、冶⾦钢铁、汽车、轻⼯业等领域的应⽤都的到了长⾜的发展。
1.3 PLC的特点及⽤途
1.3.1 PLC具有以下⼏个主要特点
（1）可靠性⾼、抗⼲扰能⼒强
⾼可靠性是电⽓控制设备⾮常关键的性能。PLC由于采⽤⼤规模集成电路技术、严格的⽣产⼯艺，内部电路采取了输⼊输出信号的光电隔离、滤波、电源的屏蔽、稳压和保护、故障诊断等先进的抗⼲扰技术，具有很⾼的可靠性，它能在⾼粉尘、⾼噪⾳、强电磁⼲扰和温暖变化剧烈的环境下正常⼯作。PLC的平均⽆故障时间可⾼达5~10万⼩时以上。从PLC 的机外电路来说，PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相⽐，电⽓接线及开关接点已减少到数百甚⾄数千分之⼀，故障率也就⼤⼤降低。
（2）功能完善、应⽤领域⼴
到现在为⽌PLC已经形成各种规模、系列化的产品。可以⽤于各种规模的⼯业控制场合，并能完成决⼤多数的⼯业控制任务。PLC所具有的完善的数据运算能⼒，可⽤于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元⼤量涌现，PLC通讯能⼒的增强及⼈机界⾯技术的发展，使⽤PLC组成各种控制系统变的⾮常容易。
（3）编程简单，易学易⽤
PLC采⽤和继电器电路图接近的梯形图语⾔，只⽤少量的开关量逻辑控制指令就可以⽅便地实现继电器电路的功能。在⼯业现场，可以使⽤⼿持编程器或笔记本对PLC进⾏编程。当PLC联⽹后，可以在⽹络的任⼀位置对PLC编程。为不熟悉电⼦电路、不懂计算机原理和汇编语⾔的⼈使⽤计算机从事⼯业控制提供了⽅便。
（4）系统安装简单、体积⼩、价格低
PLC在存储逻辑代替接线逻辑、采⽤模块化的结构，⼤⼤地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建设的周期⼤⼤缩短了。现代集成电路技术的⼴泛应⽤，功耗仅数⽡。由于PLC体积⼩很容易装⼊机械内部，是实现机电⼀体化的理想控制设备。使得PLC的重量越来越轻、功耗也越来越少。在集成电路技术和⽣产⼚家越来越多的情况下，PLC
的价格也越来越低。
1.3.2 可编程控制器的应⽤领域
PLC在钢铁、⽯油、化⼯、电⼒、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及⽂化娱乐等各个⾏业的应⽤也越来越⼴泛，主要可以归纳为以下⼏类：
可编程控制器可实现逻辑控制、顺序控制，也可⽤于单台设备的控制，⼜可⽤于多机控制及⾃动化流⽔线。
（2）模拟量控制
在⼯业⽣产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压⼒、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。（3）运动控制
PLC可以⽤于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接⽤开关量I/O模块连接位置传感器和执⾏机构，现在⼀般使⽤专⽤的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
（4）过程控制
过程控制是指对连续变化的量进⾏控制。如对温度、压⼒、流量等模拟量的闭环控制。作为⼯业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。⽬前已⼴泛应⽤于冶⾦、化⼯、热处理、锅炉控制等场合。
1.4 PLC的主要技术指标
PLC的性能指标较多，主要介绍与组成PLC控制系统关系较直接的⼏个。
（1）编程语⾔及指令功能
⽤户的PLC程序可以⽤梯形图语⾔、指令标语⾔、功能块图编写，梯形图语⾔在PLC中较为常见，梯形图语⾔⼀般在计算机屏幕上编辑，使⽤起来简单⽅便。
现在功能图语⾔的使⽤有上升趋势。编程语⾔中还有⼀个内容是指令功能。衡量指令功能强弱可看两个⽅⾯：⼀是指令条数多少；⼆是指令中有多少综合性指令。⼀条综合性指令⼀般就能完成⼀项专门操作。⽤户编制的程序完成的控制任务，取决于PLC指令的多少，指令功能越多，编程越简单和⽅便，完成⼀定的控制任务越容易。
（2）输⼊输出点数
输⼊输出点数是PLC可以接受的输⼊开关信号和输出开关信号的最⼤数量，值得注意的是输⼊点数往往的⼤于输出点数的，且⼆者不能相互替代。
扫描速度数是指PLC扫描1k（1k=1024）字⽤户程序所需的时间，通常以ms/k字为单位，扫描速度越快越好。
（4）存储容量
存储容量是存放⽤户程序的存储器的容量。通常⽤k来表⽰。也有的PLC直接⽤所能存放的程序量表⽰。在编制PLC程序时，需要⽤到⼤量的寄存器来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些寄存器的多少，直接关系到程序的编制，该存储器的容量越⼤，就可以编制出更复杂的程序。
（5）可扩展性
在现代⼯业⽣产中PLC的可扩展性也显的⾮常重要。主要包括：
①输⼊输出点数的扩展；
②存储容量的扩展；
③联⽹功能的扩展；
④可扩展的模块数；
另外，可编程序控制器的可靠性、易操作性及经济性等功能指⽰也受⽤户的关注。
1.5总体控制系统框图
图 1.5.1P L C总体控制系统框图
对照图1.5.1本系统的中⼼控制器件是PLC。主令元件单元有两个按钮，⼀个旋钮，⼀个急停开关组成。
检测单元由四个接近开关做传感器。输出单元由6个接触器组成。电源供给单元由⼀个电源隔离变压器主成。执⾏单元为三台电机，⼀台电磁阀，⼀台机械⼿。
第⼆章机械⼿简介
2.1 机械⼿的定义与分类
机械⼿是⼀种能⾃动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个⾃由度，可⽤来搬运物体以完成在各个不同环境中⼯作。
机械⼿的迅速发展是由于它的积极作⽤正⽇益为⼈们所认识。其⼀，它能部分代替⼈⼯操作；其⼆，它能按照⽣产⼯艺要求，遵循⼀定的程序、时间和位置来完成⼯件的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进⾏焊接和装配。因此，它能⼤⼤地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。因⽽，受到各先进⼯业国家的重视，并投⼊了⼤量的物⼒和财⼒加以研究和应⽤。尤其在⾼温、⾼压、粉尘、噪⾳以及带有放射性和污染的场合，应⽤得更为⼴泛。
机械⼿⼀般分为三类。第⼀类是不需要⼈⼯操作的通⽤机械⼿，它是⼀种独⽴的不附属于某⼀主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定⼯作。它的特点是除具备普通机械的物理性能外，还具备通⽤机械、记忆智能的三元机械。第⼆类是需要⼈⼯操作的，称为操作机。它起源于原⼦、
军事⼯业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到⽤⽆线电信号操作机械⼿来进⾏探测⽉球、⽕星等。第三类是专⽤机械⼿，主要附属于⾃动机床或⾃动线上，⽤于解决机床上下料和⼯件传送。这种机械⼿在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外，⼯作程序⼀般是固定的，因此是专⽤的。本项⽬要求设计的机械⼿模型可归为第⼀类，即通⽤机械⼿。
2.2 机械⼿应⽤及组成结构
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