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目录

1 绪论............................................................................................................................................. 1 1.1 课题背景 ............................................................................................................................... 1 1.2 机械手的定义与分类 ........................................................................................................... 1 1.3 机械手的应用及相关组成 ................................................................................................... 2 1.4 机械手的发展趋势 ............................................................................................................... 3 1.5 总体设计要求 ....................................................................................................................... 3 2 PLC的介绍与选择 ...................................................................................................................... 5 2.1 PLC的特点 ............................................................................................................................ 5 2.2 PLC的选型 ............................................................................................................................ 5 2.3 三菱FX系列的结构功能 ..................................................................................................... 6 2.4 PLC的保护 ............................................................................................................................ 7 3 机械手系统组成 ......................................................................................................................... 9 3.1 机械手模型的机能特性 ....................................................................................................... 9 3.2 夹紧机构 ............................................................................................................................... 9 3.3 躯干....................................................................................................................................... 9 3.4 旋转编码盘 ......................................................................................................................... 10 4 控制系统设计 ........................................................................................................................... 11 4.1 控制系统硬件设计 ............................................................................................................. 11 4.1.1 PLC梯形图中的编程元件 .......................................................................................... 12 4.1.2 PLC的I/O分配 .......................................................................................................... 12 4.1.3 机械手控制系统的外部接线图 ................................................................................. 13 4.2 控制系统软件设计 ............................................................................................................. 14 4.2.1公用程序 ...................................................................................................................... 14 4.2.2自动操作程序 .............................................................................................................. 15 4.2.3 手动单步操作程序 ..................................................................................................... 24 4.2.4 回原位程序 ................................................................................................................. 29 4.3 PLC程序的上载和下载 ...................................................................................................... 34 4.3.1 PLC程序的上载 .......................................................................................................... 34 4.3.2 PLC程序的下载 .......................................................................................................... 34 5 设计总结 ................................................................................................................................... 35 5.1 总结..................................................................................................................................... 35 5.2 展望..................................................................................................................................... 35 参考文献......................................................................................................................................... 37 致 ................................................................................................................................................ 39

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1 绪论

1.1 课题背景

在我国飞速发展的现代化经济中，工业生产力的高低是衡量发展快慢的重要因素。在不断发展的工业经济中，操作工人的生产环境愈加恶劣，这使得在要求提高工人操作技能的同时，也使他们的工作安全也受到了不同程度的威胁。随着一系列现代化设备的推进，大大的减轻了操作工人的劳动强度，对于以前那些操作困难、操作危险的工业操作，都是通过操作工人远程控制自动化设备自动完成生产的。这不但可以避免一些有害物质对操作工人的伤害，还可以提高工厂的生产效率。

在各国的工业制造中，机械手技术是应用最为广泛的一种技术[1]。它能够按照人们的事先要求完成相应的操作，有的机械手还带反馈能力，能够根据生产条件的变化自动的调整生产操作，使生产的质量和稳定性得到提高。目前在一些生产的机床和焊接的行业中，得到大量的应用。机械手的使用不但缩减了工业的生产成本，还提高了工业的生产效率和生产质量，促进了社会的现代化发展。

机械手技术是一门涉及多领域的跨学科综合性技术。近年来，机械手的发展越加的迅速，电子技术、计算机技术、传感器技术以及一些最新的技术也在机械手中有了应用[2]。机械手技术的使用，已经是我国的工业发展的重要组成部分。

PLC技术能够远程的控制工业生产对象，实现工业的自动化生产。PLC技术在机械手中的应用，在满足完成工业生产操作的同时，也大大的改善了工人的操作环境，提高了产品的质量，对自动化技术的发展有着重要的意义。

同时，机械手可以能够借助软件的编程，对不同的生产对象，完成不同的控制，提高了生产的效率。目前，在一些对人力要求较高的工业中，基本上都有使用机械手技术，用来减轻人力的需求和更好的控制，实现产业的最大化。

机械手有着40多年的发展历史，是一种类似于机器人的生产设备。它能够完成事先编辑好的操作程序，在各种工业条件都能有条不紊的作业。它有着人的智能性和机器的适应性，在现代化经济发展中有着广阔的前景。

1.2 机械手的定义与分类

机械手是一种能够在各种条件下工作的设备，它的工作主要是模仿人手的操作，并且可以通过改变控制程序实现不同的操作的多功能机器[3]。

机械手因其对工业生产具有积极作用而被人们所认识。因它能代替人们在一

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些条件恶劣的场合，在保证生产质量的同时完成生产工序，大大的提高了工业生产率，受到了各国的强烈重视。尤其在一些带有放射性和强污染性的场合，投入研究的财力和物力更加之多。

机械手大致可分为三类。第一类独立机械手，第二类人工操作机械手，第三类专用机械手。独立机械手又可称为通用机械手，独立机械手顾名思义就是独立的不需要人工操作的机械手，而且它不附属于主机，在拥有一般机械手传统功能的同时还拥有记忆智能功能。人工操作机械手简称操作机，它由原子和军事工业发展而来，后来发展到通信行业，在星球的探测中用通信设备控制机械手对星球进行探测。专业机械手是专门用来工厂机床的下料和传送的机械手，它一般附属于自动生产的生产线上或生产机床上，除少数工序外，它的操作工序都是由主机驱动且固定地为主机服务。

本设计所设计的机械手属于独立机械手，即通用机械手。

1.3 机械手的应用及相关组成

目前，机械手应用已经触达各个领域。在热加工方面，对人们不能胜任的高温锻造工业中，机械手可以实现自动化完成下料和铸造，大大的减轻了操作负担，提高了生产质量好生产效率；在冷加工方面，对生产过程中的零配件进行下料和安装，代替人的手工操作，已经成为生产线上的重要设备；甚至在拆、装、修方面也有应用，例如在劳动强度高的铁路部门，利用机械手拆装铁路的阀门，清除路况等，大大的降低了工人的劳动强度。

机械手主要由：用于执行动作的执行机构和用于驱动各动作运动的驱动机构，以及用于控制机械手运动的控制系统构成。

执行机构又由用来支撑整个机械手的躯干和手臂、手爪组成。手臂是用来引导机械手抓取物体的部件，在手爪抓取物体后并承担运输的任务，将抓取的物体运送到该工件需要加工的位置，手臂还应具有多个自由度，能够自由的旋转，以完成机械手工作过程的精准。手爪是用来模仿人类手指的功能，能够对物体进行抓取，手爪的手指数量可以根据工作的需求设计出不同的手指数[4-6]。

驱动机构是用来驱动机械手各部件运动的机构。目前应用最多的驱动技术主要是电气驱动和气压驱动，当然在一些自动化工业生产还有一些其他驱动技术，如液压驱动和机械驱动等。

控制系统时用来控制机械手加工的顺序，加工的快慢和在加工过程中加入适当的延时，保证系统平稳运行的装置。在机械手中一般采用PLC作为它的控制系统，PLC控制系统它的可靠性比较高，使用方便，编程也相对简单，完全能够满足以点动和连动为主的机械手控制。在控制过程中，首先需要弄清机械手所要完

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成的操作步骤，然后根据操作步骤设计合理的控制程序，用来控制机械手的运行。在一些复杂的生产工艺中，有的还采用计算机控制系统等对机械手进行控制。本设计采用的是小型PLC控制系统。

1.4 机械手的发展趋势

随着社会的不断进步，各种技术也在不断的完善。机械手技术的性能也在不断的提高，目前，机械手发展的方向主要有以下几个方面：

1.加大在热加工行业的应用

热工业行业因其工作温度高，工作环境复杂。这使得工业的生产受到了一定的影响，机械手技术能够很好的解决这一现况，为锻造、焊接、热处理等加工行业提供很好的服务。随着工业生产的发展，机械手在这些热加工行业的使用也将逐步的扩大。

2.提高机械手的工作性能

目前，市场的机械手性能优劣不一，价格也不尽相同，性能的好坏会直接影响到生产的质量和效率。快速性和平稳性是衡量机械手性能的主要指标，提高二者的性能必定是机械手今后发展的有力方向。 3.发展新型组合式机械手

从工业的长远发展来说，拓展和更新功能越强的机械手，其发展前景越好；但是这类机械手的生产成本过于高昂，使的这类机械手的推广受到了限制；而专用机械手虽然价格低廉，但是其适用性远不如功能全面的机械手。为了使机械手的应用领域拓宽和更好的发展，组合式机械手将会是一种具有发展前途的机械手

[7]。组合式机械手可以根据工业的实际需求，将机械手的基本部件进行基本的组

合，完成工业生产的目的。

4.开发具有观感能力的智能机械手

对于一些需要人工判断的场合如事故、障碍和情况变化的场合，传统的机械手已经不能够代替人的工作了。因此，需要对机械手提出更高的要求，设计出具有感官能力的智能型机械手能很好的解决这一现况。这种机械手对于一些精密的操作方面，有着不错发展前景。

1.5 总体设计要求

1. 机械手结构图

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