1、唐 山 学 院毕 业 设 计设计题目： 机床上下料机械手设计系 别：_班 级：_姓 名：_指 导 教 师：_2012 年 4 月 13 日王连银白士阳09 机电 2 班电子信息与自动化机床上下料机械手设计摘 要机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运操作的自动设备。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。本篇介绍的工业机械手属圆柱坐标式、全液压驱动机械手。并为这种三自由度液压机械手设计
2、了 PLC 控制系统。提出了采用 plc 实现液压机械手手动、自动控制的系统控制方案，并给出了系统的控制流程图及自动控制的程序。本篇根据液压系统设计的一般程序，详细地介绍了工业机械手液压系统设计过程，其中拟定液压系统原理图是重点。目 录 1 引言 .12 确定机械手的工作要求 23 液压控制系统的设计 33.1 拟定液压系统原理图 33.2 液压系统电磁铁动作顺序表 33.3 液压系统工作原理 43.4 液压系统特点分析： 74 电气控制系统的设计 手动部分 84.1 电气系统原理图 84.2 电气系统工作原理 104.3 电气系统特点分析： 115 电气控制系统的设计 PLC 部分 135.
3、1 系统的结构功能 .135.2 系统的总体设计方案 .135.3 PLC 控制系统的硬件设计 .145.3.1 PLC 选型设计 .145.3.2 226 型 PLC 控制系统的硬件电路设计 .145.4 PLC 控制系统的软件设计 .17结论 .38致谢 .39参考文献 .40唐 山 学 院 毕 业 设 计11 引言机械手是自动化生产设备和生产线上的重要装置，它可以根据各种自动化设备的工作需要，按照预定的控制程序动作。其中，液压机械手具有结构紧凑、运行平稳、承载能力强、可靠性高和低噪声等优点。因而在机械加工、冲压、锻造、装配和热处理等生产过程中被广泛用来搬运工件以及实现自动取料、上料、卸料
4、等操作功能。目前，在一些工业生产企业中使用的液压机械手，大都仍采用强电集控装置，即继电器一一接触器控制系统。伴随生产要求的不断提高，强电集控装置的弊端也日益突出。主要问题表现在：大量的机械触点电弧烧蚀和机械磨损，因此可靠性差寿命短，触点的机械动作工作频率低且存在抖动现象，控制精度低继电器控制系统采用硬接线逻辑，接线多而复杂，不但体积大、功耗高，而且一旦系统构成后，很难改变或增加功能，因此灵活性和扩展性很差。随着 P LC 技术的发展，早已在工业自动化领域中起到了举足轻重的作用。由于 PLC 具有控制能力强，不仅能完成复杂的继电器控制逻辑，而且能实现模拟量的控制，可靠性高抗干扰能力强、可编程、易
5、于扩展、容易实现工艺联锁和可在线修改等优点。因此，基于对工厂控制系统的强抗干扰能力的要求，我们进行了液压机械手的 PLC 控制改造，从根本上解决了上述问题。工业机械手的技术参数是说明机械手规格与性能的具体指标，一般有以下几个方面：握取重量。握取重量标明了机械手的负载能力。这项参数与机械手的运动速度有关，通常指正常运行速度所握取的工件重量。运动速度。运动速度是反映机械手性能的一项重要技术参数。它与机械手握取重量、定位、精度等参数都有密切关系，同时也直接影响机械手的运动周期。自由度。确定工业机械手的手部在运动空间的位置和姿态的、独立的变化参数就是工业机械手的自由度。自由度越多，其动作越灵活，适应性
6、越强，但结构也相应越复杂。一般具有 36 个自由度即满足使用要求。定位精度。定位精度即重复定位精度，是衡量机械手工作质量的又一项重要指标。定位精度的高低取决于位置控制方式以及运动部位本身的制造精度和刚度，与握取重量、运动速度等也有密切关系。唐 山 学 院 毕 业 设 计22 确定机械手的工作要求随着数控机床的发展，机械加工自动化已成为机械加工行业的发展趋势。数控加工中心的出现在减轻工人劳动强度的同时 ,大大提高了劳动生产率.但数控加工中常见的上下料工序 ,通常仍采用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置 ,前者费时费工、效率低 ,后者因设计复杂 ,需较多继电器 ,接线繁杂 ,同时电气控制部分易
7、受车体振动干扰 ,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题.为解决以上问题 ,我将设计开发一个用 PLC 控制的机床上下料机械手。该机械手将达到控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力 ,既能保证系统运行的可靠性 ,降低维修率 ,又能提高工作效率的效果.根据工况要求，执行机构要具有手臂升降、手臂伸缩、手臂回转三个自由度。执行机构相应由手臂升降机构、手臂伸缩机构、手臂回转机构、手指夹紧机构和回转定位机构等组成，每一部分均由液压缸驱动与控制它完成的动作循环为：插定位销-手臂前伸-手指张开-手指夹紧抓料-手臂上升-手臂缩回-拔定位销-手臂回转 -插定位销-手臂前伸-手臂中停-90手指松开-
8、手指闭合-手臂缩回-手臂下降-拔定位销-手臂回转复位-待料，泵卸载。如图 1。图 1：功能图唐 山 学 院 毕 业 设 计33 液压控制系统的设计3.1 拟定液压系统原理图，如图 2. plc3Y45Y678Y910Y123456782K3211041202图 2：工业机械手液压系统图3.2 液压系统电磁铁动作顺序表如表 1：唐 山 学 院 毕 业 设 计4表 1：电磁阀动作顺序表动作顺序 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y K23插定位销 + + +手臂前伸 + + +手指张开 + + + +手指抓料 + + +手臂上升 + + +手臂缩回 + + +拔定位销 +手
9、臂回转 + +插定位销 + + +手臂前伸 + + +手指张开 + + + +手指闭合 + + +手臂缩回 + + +手臂下降 + + +拔定位销 +手臂反转 + +待料卸载 + +3.3 液压系统工作原理1、插定位销（1 、10 ）Y按下油泵起动按钮后，双联叶片泵 1、2 同时供油，电磁铁 1Y、2Y 带电，油液经溢流阀 3 和 4 至油箱，机械手处于待料卸荷状态。启动程序动作。电磁铁 1Y 带电，2Y 不带电，使泵 1 继续卸荷，而泵 2 停止卸荷，同时 10Y 通电。进油路：泵 2阀 6减压阀 8阀 9阀 22（右）定位缸左腔。此时，插定位销以保证初始位置准确。定位缸没有回油路，它是依靠
10、弹簧复位的。2、手臂前伸（5 、10 ）Y插定位销后，此支路系统油压升高，使继电器 K23 发讯(PLC 控制为行程开关)，接通电磁铁 5Y，泵 1 和泵 2 经相应的单向阀汇流到电液换向阀 14 左位，进入手臂伸缩缸油腔。进油路：泵 1单向阀 5阀 14（左）手臂伸缩缸右腔泵 2阀 6阀 7回油路：手臂伸缩缸左腔单向调速阀 15阀 14（左）油箱3、手指张开（1 、9 、10 ）YY唐 山 学 院 毕 业 设 计5手臂前伸至适当位置，行程开关发讯，电磁铁 1Y、9Y 带电，泵 1 卸载，泵 2供油，经单向阀 6 电磁阀 20 左位，进入手指夹紧缸右腔。回油路从左腔通过液控单向阀 21 及阀
11、20 左位进入油箱。进油路：泵 2阀 6电磁阀 20（左）手指夹紧缸右腔回油路：手指夹紧缸左腔阀 21电磁阀 20（左）油箱4、手指抓料（1 、10 ）Y手指张开后，出发行程开关。继电起器发讯使 9Y 断电，泵 2 的压力油通过阀20 的右位进入缸的左腔，使手指夹紧棒料。进油路：泵 2阀 6阀 20（右）阀 21手指夹紧缸左腔回油路：手指夹紧缸右腔阀 20（右）油箱5、手臂上升（3 、10 ）Y当手指抓料后，手臂上升。此时，泵 1 和泵 2 同时供油到升降缸。主油路为：进油路：泵 1单向阀 5阀 10（左）阀 11阀 12手臂升降缸下腔泵 2阀 6阀 7回油路：手臂升降缸上腔阀 13阀 10（
12、左）油箱6、手臂缩回（6 、12 ）Y手臂上升至预定位置，碰行程开关，3Y 断电，电液换向阀 10 复位，6Y 带电。泵 1 和泵 2 一起供油至电液换向阀 14 右端，压力油通过单向调速阀 15 进入伸缩缸左腔，而右腔油液经阀 14 右端回油箱。进油路：泵 1阀 5阀 14（右）阀 15手臂伸缩缸左腔泵 2阀 6阀 7回油路：手臂伸缩缸右腔阀 14（右）油箱7、拔定位销（1 ）Y当手臂上的碰块碰到行程开关时，6Y 断电，阀 14、22 复位，定位缸油液经阀22 左端回油箱，弹簧作用拔定位销。回油路：定位缸左腔阀 22（左）油箱定位缸没有进油路，它是在弹簧作用下前进的。8、手臂回转（1 、7
13、）Y定位缸支路无油压后，压力继电器 K23 发讯(PLC 控制为行程开关)，接通7Y。泵 2 的压力油进入阀 6 经换向阀 16 左端通过单向调速阀 18 最后进入手臂回转缸，使手臂回转 。90进油路：泵 2阀 6换向阀 16（左）单向调速阀 18手臂回转缸回油路：手臂回转缸单向调速阀 17换向阀 16（左）行程节流阀 19油箱唐 山 学 院 毕 业 设 计69、插定位销（1 、10 ）Y当手臂回转碰到行程开关时，7Y 断电，10Y 重又通电，插定位销同 1。进油路：泵 2阀 6减压阀 8阀 9阀 22（右）定位缸左腔。此时，插定位销以保证初始位置准确。定位缸没有回油路，它是依靠弹簧复位的。1
14、0、手臂前伸（5 、10 ）Y插定位销后，此支路系统油压升高，使继电器 K23 发讯(PLC 控制为行程开关)，接通电磁铁 5Y，泵 1 和泵 2 经相应的单向阀汇流到电液换向阀 14 左位，进入手臂伸缩缸油腔。进油路：泵 1单向阀 5阀 14（左）手臂伸缩缸右腔泵 2阀 6阀 7回油路：手臂伸缩缸左腔单向调速阀 15阀 14（左）油箱11、手指张开（1 、9 、10 ）YY接到继电器信号后，1Y、9Y 通电，手指张开同 3。并启动时间继电器延时，主机夹头移走棒料后，继电器发讯。12、手指闭合（1 、10 ）接继电器信号，9Y 断电，泵 2 的压力油通过阀 20 的右位进入缸的左腔，使手指夹紧
15、棒料。进油路：泵 2阀 6阀 20（右）阀 21手指夹紧缸左腔回油路：手指夹紧缸右腔阀 20（右）油箱13、手臂缩回（6 、10 ）Y当手指闭合后，1Y 断电，使泵 1 和泵 2 一起供油，同时 6Y 通电，泵 1 和泵 2一起供油至电液换向阀 14 右端，压力油通过单向调速阀 15 进入伸缩缸左腔，而右腔油液经阀 14 右端回油箱。进油路：泵 1阀 5阀 14（右）阀 15手臂伸缩缸左腔泵 2阀 6阀 7回油路：手臂伸缩缸右腔阀 14（右）油箱14、手臂下降（4 、10 ）Y手臂缩回碰到行程开关，6Y 断电，4Y 通电。此时，电液换向阀 10 右端动作，压力油经阀 10 和单向调速阀 13
16、进入升降缸上腔。进油路：泵 1单向阀 5阀 10（右）阀 13手臂升降缸上腔泵 2阀 6阀 7回油路：手臂升降缸下腔阀 12阀 11阀 10（右）油箱15、拔定位销（1 ）Y唐 山 学 院 毕 业 设 计7手腕反转碰到行程开关后，11Y、10Y 断电。泵 2 的压力油进入阀 6 经换向阀16 左端通过单向调速阀 18 最后进入手臂回转缸，使手臂回转 。90进油路：泵 2阀 6换向阀 16（左）单向调速阀 18手臂回转缸回油路：手臂回转缸单向调速阀 17换向阀 16（左）行程节流阀 19油箱16、手臂反转（1 、8 ）Y拔定位销，压力继电器发信号，8Y 接通。换向阀 16 右端动作，压力油进入手
17、臂回转缸的另一腔，手臂反转 ，机械手复位。90进油路：泵 2阀 6换向阀 16（右）单向调速阀 17手臂回转缸回油路：手臂回转缸单向调速阀 18换向阀 16（右）行程节流阀 19油箱17、待料卸载（1 、2 ）Y手臂反转到位后，启动行程开关，8Y 断电，2Y 接通。此时，两油泵同时卸荷。机械手动作循环结束，等待下一个循环。机械手的动作也可由微机程序控制，与相关主机联为一体，其动作顺序相同。3.4 液压系统特点分析：系统采用双联泵供油，手臂升降及伸缩时由两个泵同时供油；手臂回转、手指松紧及定位缸工作时，只有小流量泵 2 供油，大流量泵 1 自动卸载。由于定位缸和控制油路所需压力较低，在定位缸支路
18、上串联有减压阀 8，使之获得稳定的压力。手臂的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动，手臂的升降和伸缩速度分别由单向调速阀 15、13、11 实现回油节流调速；手臂的回转由摆动液压缸驱动，其正反向运动亦采用单向阀 17 和 18。执行机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。从提高生产率来说，希望机械手正常工作速度越快越好，但工作速度越快，起动和停止时的惯性就越大，振动和冲击就越大，这不仅会影响到机械手的定位精度，严重时还会损伤机件。因此机械手的定位精度和运动平稳性的要求，一般在定位前要采取缓冲措施。该机械手手臂伸出由死挡铁定位保证精度，端点到达前发信号切断油路，滑动缓冲；手臂缩回和手臂上升由行
19、程开关适时发信号，提前切断油路，滑行缓冲并定位。此外，手臂伸缩缸和升降缸采用了电液换向阀换向，调节换向时间，亦增加缓冲效果。由于手臂的回转部分质量较大，转速较高，运动惯性矩较大，系统手臂回转缸除采用单向调速阀回油节流调速外，还在回油路上安装行程节流阀 19 进行减速缓冲，最后由定位缸插定位销定位，满足定位精度要求。为使手指夹紧缸夹紧工件后不受系统压力波动的影响，保证牢固地夹紧工件，采用了液控单向阀 21 的锁紧回路。唐 山 学 院 毕 业 设 计8手臂升降缸为立式液压缸，为支承平衡运动部件的自重，采用了单向顺序阀 12 的平衡回路。4 电气控制系统的设计手动部分4.1 电气系统原理图 如图 3
20、：唐 山 学 院 毕 业 设 计910Y34218k7MQGFU9K9K6Y54487KK4332210K2Y10K3 567849总 停 信 号 灯KH电 源 信 号 灯MSB12439K81K23K45K67K10ST9B9STPKTSB8TSBTBSKPB图 3：机械手电气系统图各执行机构的动作均由电控系统发信号控制相应的电磁换向阀，按程序依次步进唐 山 学 院 毕 业 设 计10动作。4.2 电气系统工作原理1、插定位销（1 、10 ）Y放下闸刀开关 QG，按下起动按钮 SB2，中间继电器 10K 得电，其常开触点闭合，使电磁铁 1Y、2Y 同时得电，两泵同时卸载，机械手处于待料卸载状
21、态。同时继电器 KM 得电，其常开触点闭合，电机 M 运转，运输棒料。当棒料到达待上料位置时，撞上行程开关 10ST, 10ST 闭合，使中间继电器 12K 断电，电磁铁 2Y 断电，小泵停止卸载，大泵仍卸载，同时使中间继电器 11K 得电，其常开触点自锁，使另外的常开触点闭合，电磁铁 12Y 得电，实现插定位销。2、手臂前伸（5 、10 ）Y当定位缸的油压达到一定值时，压力继电器 KP 发讯，使行程开关 6ST 闭合，中间继电器 5K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 5Y 得电，实现手臂前伸。3、手指张开（1 、9 、10 ）Y经一定时间，手臂伸缩缸上的碰块碰到行程开关 4ST,4ST 闭合，
22、中间继电器4K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 9Y 得电，实现手指张开。4、手指抓料（1 、10 ）Y经一定时间，手指夹紧缸上的碰块碰到行程开关 5ST,5ST 闭合，中间继电器4K 断电，其常开触点断开，电磁铁 9Y 断电，实现手指抓料。5、手臂上升（3 、10 ）经一定时间，手指夹紧缸上的碰块碰到行程开关 2ST,2ST 闭合，中间继电器2K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 3Y 得电，实现手臂上升。6、手臂缩回（6 、10 ）Y经一定时间，手臂升降缸上的碰块碰到行程开关 7ST,7ST 闭合，中间继电器6K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 6Y 断电，实现手臂缩回。7、拔定位销（1 ）经一定
23、时间，手臂伸缩缸上的碰块碰到行程开关 9ST,9ST 闭合，中间继电器10K 得电，其常闭触点断开，电磁铁 12Y 断电，同时 7ST 断开后，中间继电器 6K断电，其常开触点断开，电磁铁 6Y 断电，实现拔定位销。8、手臂回转（1 、7 ）Y经一定时间，定位缸支路上无油压后，压力继电器 KP 发讯，使行程开关 8ST闭合，中间继电器 7K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 7Y 得电，实现手臂回转。9、插定位销（1 、10 ）其过程同 1。10、 手臂前伸（5 、10 ）Y唐 山 学 院 毕 业 设 计11其过程同 7。11、 手指张开（1 、9 、10 ）YY其过程同 3。12、 手指闭合（1
24、 、10 ）其过程同 4。13、 手臂缩回（6 、10 ）Y其过程同 6。14、 手臂下降（4 、10 ）经一定时间，手臂伸缩缸上的碰块碰到使行程开关 3ST，3ST 闭合，中间继电器 8K得电，其常开触点闭合，电磁铁 4Y 得电，实现手臂下降。15、 拔定位销（1 ）Y其过程同 8。16、 手臂反转（1 、8 ）拔定位销销后，压力继电器 KP 发讯，行程开关 9ST 闭合，中间继电器 8K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 8Y 得电，实现手臂反转。17、 待料卸载（1 、2 ）Y经一定时间，手臂回转缸上的碰块碰断行程开关 11ST,中间继电器 10K 断电，其常开触点断开，常闭触点闭合，电磁铁
25、 8Y 断电，电磁铁 2Y 得电，两泵同时卸荷，实现待料卸载。4.3 电气系统特点分析：控制方式为点位程序控制。程序设计采用开关预选方式，机械手的自动循环采用步进继电器控制。步进动作是由每一个动作完成后，使行程开关 ST 的触点闭合而发出信号或依据每一步的动作预设停留时间。发信指令完成由相应的中间继电器 K 来实现，受发指令的完成方式为机械手相应动作结束的同时使步进继电器再动作，复位指令完成是给相应的中间继电器通电，使机械手回到工作准备状态。机械手除能实现自动循环外，还设有调整电路，可通过手动按钮 SB 进行单个动作调试。液压泵的供油与卸载和每步动作之间的对应关系由控制电器保证：只有在2K、3
26、K、4K、5K、6K、7K、8K、等九个中间继电器全部不通电（所有液压缸不动作）时，中间继电器 12K 才通电，使电磁铁 1Y、2Y 得电，大、小泵同时卸载；中间继电器中任意一个通电（即任一液压缸动作） ，12K 则断电，小泵停止卸载；中间继电器 2K、3K、5K、6K 中任意一个通电（即手臂升降，手臂伸缩） ，大泵则停止卸载。唐 山 学 院 毕 业 设 计12手臂定位与手臂回转由继电器互锁。在插定位销后，定位缸压力上升，压力继电器 K 升压发令，一方面由常开触点接通手臂升降、手臂伸缩、手指松夹、手腕回转等部分的自动循环电气线路；另一方面由常闭触点断开手臂回转的电气线路。同时在定位缸用电磁铁
27、10Y 的线圈两边串联有中间继电器 7K 和 8K（手臂回转）的常闭触头和 9K（定位插销）的常开触头，这些互锁措施保证了任何情况下手臂回转只在拔定位销之后进行。因机械手工作环境存在金属粉尘，在电磁铁 Y 的线圈两边各串联了一个中间继电器的常开触头，用以保证继电器断电之后常开触头可靠脱开，液压缸即时停止工作。唐 山 学 院 毕 业 设 计135 电气控制系统的设计 PLC 部分5.1 系统的结构功能本机械手为机床设备上用于搬运工件的三自由度液压机械手的工作和结构示意图，系统要求利用机械手将工件从 A 点搬运到 加工机床上。在工作过程中，机械手要在三个坐标平面内完成升降、 回转、左右平移、和手指
28、的夹紧与松90放动作。为了满足生产的需要，系统要求设置手动和自动（包括连续、单周期、单步、自动返回初始状态等）工作方式。5.2 系统的总体设计方案根据系统要求，为使液压机械手自动完成升降、 回转、左右平移、和手90指的夹紧与松放动作，我们确定了选用目前企业上应用较多的德国 SIEMENS 公司生产的 S7 一 266 型 PLC 作为系统控制核心的设计方案。同时为了满足企业不断变化的生产的需要，便于控制系统的扩展和柔性化控制，在系统设计上采用了模块化结构。主要包括控制模块、执行模块和检测模块。其总体结构框图如图 4 所示。图 4：系统结构框图控制模块由计算机、电气和液压三部分组成，它是系统的核
29、心。计算机通过 RS232C 与 PLC 进行通讯，实现对 PLC 的编程和在线修改，以及过程显示和故障诊断。电气部分主要由 PLC 、电源、控制开关和指示灯等组成。通过控制开关可以选择机械手的工作方式，如手动、连续、单周期、单步方式等。 PLC 根据不同程序对机械手的每一个动作进行控制。指示灯显示每一个动作的执行情况，便于实现故障诊断。电源的作用是为 PLC 和电磁阀提供 22OV 的交流电源。液动唐 山 学 院 毕 业 设 计14部分由电磁阀组成，通过 PLC 来控制其吸合，实现机械手执行部件的换向、压力和调速等。执行模块用来实现机械手的上下、左右、回转、定位、及手爪的松放动作。主要由液压
30、泵、左右水平移动液压缸、上下垂直移动液压缸、间转液压马达、定位液压缸、手爪液压缸及各种控制阀组成的液压系统。检测模块主要由上下、左右、回转等 8 个限位开关组成。其作用是对机械手的行程进行判断和检测。5.3 PLC 控制系统的硬件设计5.3.1 PLC 选型设计根据系统的工作流程，需要 27 个数字量输入和 20 个数字量输出，交流电磁阀的控制电压为 A C 22OV 。为使指示灯显示状态与电磁阀的状态相对应，将其与电磁阀并联输出，可以减少 10 个输出点。作为系统控制核心，选用西门子 S7 200 小型 PLC 系列，其中 CPU 选用 模块，扫描速度可达 0 . 37 指令。因为226 只
31、有 24 个数字输入，所以需要加一个数字扩展模块，选用EM223 型数字扩展模块，外部接线图如图 5 所示。 200 采用模块化紧凑设计，可按积木式结构进行系统配置，功能扩展非常灵活方便。 200 有很强的网络通信功能，可用多个 PLC 按照工艺或控制方式建设集成工业网络，构成完整的生产过程控制系统，既可实现总线联网也可实现点到点通讯，在软件方面，使用普通计算机或笔记本电脑。在 WINDOWS 操作平台下，可使用 C + 等高级语言环境，编程工具更为开放，人机界面十分友好5.3.2 226 型 PLC 控制系统的硬件电路设计为实现系统功能，通过设置上下、左右限位、定位缸限位、及左、右回转限位等
32、八个限位开关来控制机械手的升、降，左、右行，插、拔定位销，左、右回转及手爪的夹紧和松放等五个运动输出。同时，为了满足生产的需要，设置了手动和自动（包括连续、单周期、单步、自动返回初始状态等）等多种工作方式。在控制面板中，工作方式选择开关的 4 个位置（ I 1.4 I1 . 7 ,）分别对应于 4 种工作方式，同时加了一个手动控制与自动控制并列，由开关转换。并在控制面板下部设置了 10 个手动按钮。其中为了保证在紧急情况下（包括可编程序控制器发生故障时）能可靠地切断可编程序控制器的负载电源，设置了交流接触器 KM 和 “紧急停车”按钮。在可编程序控制器开始运行时按下 “负载电源”按钮，使 K
33、城线圈得电并自锁， KM 的主触点接通，给外部负载提供交流电源，出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。满足上述要求的 S7226 型 PLC 的 I / 0 端口分配和外部接线如图 所示。输出 Q0.0 Q1.2 分别通过控制液压回路中相应的电磁阀线圈的通断电来控制机械手的上升、下降，左行、右行，插定位销、拔定位销，左转、右转和手爪的夹唐 山 学 院 毕 业 设 计15紧、松开等动作。 .，. 为检测模块中 10 个限位开关的输人；1.4 为系统选择单步工作方式的按钮输人；1.42.1 为控制面板上组合开关的 5 档输入； 2.0 和2.1 为起动和停止按钮输入。唐 山 学 院 毕 业
34、 设 计17L+1M2EM2L1N1L2KMS7-26AV 2010YA9876YA5432YA1FUQSKM1LQ.10.76Q0.54.302Q.14VDC I0.6L+1I3.2I.0I.5I.43I2.0I1.76I.5413I.25I.43I0.21I.图 5：PLC 外部接线图唐 山 学 院 毕 业 设 计185.4 PLC 控制系统的软件设计为实现系统的手动、单周期、单步、连续和回原点等多种控制功能，在 PLC 的软件设计上，我们采用模块化的编程方法。分为手动租序模块，自动程序模块（包括单周期、单步、连续、 ） 自动回原点程序模块和用于手动与自动程序模块相互切换的公用程序模块四部
35、分。并设定机械手在最下面和手臂缩回且为夹紧状态时，为系统处于原点状态。公用程序模块用于自动程序模块和手动程序模块相互转换的处理，自动回原点程序模块的作用是为进入连续（单周期、连续和单步）工作方式作好准备，手动程序模块是为系统的调试而设计的，通过 .对应的 10 个按钮控制机械手的升、降，左、右行，插拔定位销，左、右回转及手爪的夹紧和松放等动作。公用程序模块的程序， PLC 上电后，S M 0 . 0 的常开触点一直闭合，系统无条件执行公用子程序。在公用程序中，左转限位开关 1 0 . 6 、上限位开关 10 . 2 的常开触点和表示机械手松开的 Q 0 . 5 的常开触点的串联电路接通时，原点
36、状态控制位存储器 M0 . 1 变为 ON 。 “原点条件 ”满足，在开始执行用户程序（ SMO . l 为 ON ）时，初始步对应的 M0 . 0 将被置位，为进入单步、单周期和连续工作方式作好准备。位存储器 M0.1 为 ON 时，表示机械手处于原点状态，位存储器 M0.3 为连续工作控制位， M0 . 2 为各步间的转换允许控制位。单步工作方式， I2 . 3 （单周期）常开触点闭合， I2 . 2 （单步）常闭触点断开，转换允许控制位 M 0 . 2 为 0 ，步之间的转换被禁止。从初始步开始，按一下起动按钮 I 2 . 5 , 系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停在该
37、步，再按一下起动按钮 I 2 . 5 ，系统再往前走一步。单周期工作方式，I2 . 2 （单步）常闭触点闭合，转换允许控制位 M0 . 2 接通并自锁。按下起动按钮 I2 . 5 后，从初始步 M0 . 0 开始，机械手按程序流程图的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。连续工作方式， I2 . 4 （连续）常开触点闭合，连续工作控制位 M0 . 3 接通为 1 并自锁。在初始状态按下起动按钮 I2 . 5 后，机械手从初始步开始一个周期一个周期地反复连续工作。按下停止按钮 I2 . 6 ，机械手完成最后一个周期的工作后返回并停留在初始步顺序功能图、梯形图如图 6、7 所示。M3.63
38、.4I0.5M3.2I06.II1I1Q.Q0.7I1I0.M0.1 I32.M0.3I50.3I5.Q0.7.60.5Q.40.3.2Q0.1.I4I3I1I2.I.M.I6.2.I.M2.I1.3.图 6：顺序功能图唐 山 学 院 毕 业 设 计20M2.5.6RS0.I.3M2.52.4M.50.I.62.42.3.4RS0.I1.M2.3M230.I1.2.2.1M.RS0.I.2M.1I3.1I.2I3.M0.M0. I2.70.2I.5PSRM0.I3.0.1M.2.02.0I1.30.2.1.0.唐 山 学 院 毕 业 设 计21M3.6I1.40.2SRM3.6.53.5I0.
39、1.23.6.5M3.4I02SRM3.5.43.I1.0.23.4.M3.2I0.6.2SRM323.1I0.2.3.2.1M3.0I1.20.SRM3.1.02.73.00.2I.42.7M2.6.7RS0.2I1.M2.6唐 山 学 院 毕 业 设 计22I0.5M3.1Q1.I M.0I0.4M2.7Q.70.6.6I1.Q.52.5I0.30.4M.4I. .32.3I1.Q0.2.I.0.1M2.1I.I1.32.0Q0. .9M3.12.00.6M.3I0.53.1 RS3.10.0.6I.3.1图 7：梯形图唐 山 学 院 毕 业 设 计23结论经过两个多月的不懈努力，机床上下
40、料机械手设计终于完成了。通过为这次设计所做的所有工作，总结出了如下若干结论：.通过对工业机械手全面的深入的学习了解，感觉到机械手的智能化、功能化是其发展的组要方向。.在对机械手液压控制系统的设计过程中，了解到液压系统在机械自动化控制中应用的重要性和广泛性。.机械手的电气控制分为手动和自动（控制）两部分，其中手动部分能分步对机械手进行操作，从而达到检验的目的。.机械手的自动化控制部分由来完成，由于采用了 PLC 对机械手进行自动控制，不仅大大提高了系统的可靠性、控制精度和工作效率，而且其控制的灵活性和可扩展性也为学生进行专业生产实习带来了很大的开发空间。.机械手的实体部分设计分为液压缸的计算选型
41、和手部、机架及支撑杆的设计校核。在选择液压缸的过程中，我发现由于标准液压缸的外形尺寸、机械性能比较固定，以至于对机械手的设计产生了很大的制约。在机械手的结构设计过程中，既要考虑它的功能性、简约化，同时又要受到液压缸固定形式的限制。我认为在机械手设计的过程中，如果能在保证液压缸性能的前提下对其进行适当的改造，那将对机械手的最优化设计达到一个更高的层次。.在对机械手结构设计的过程中，通过/E 对一部分零件进行了实体建模。通过对部分零件进行三维的设计，能够更直观的观察设计效果，从而达到优化设计的目的。唐 山 学 院 毕 业 设 计24致谢经过近半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个毕业
42、设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的导师王老师。王老师平日里教学工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出调研到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是王老师仍然细心地纠正图纸中的错误。他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢大学四年来所有的老师，为我打下机械专业知识的基础；最后感谢机械学院和我的母校唐山学院四年来对我的培养，愿母校的明天会
43、更好！要感谢和我一起作毕业设计的同学，在本次设计中，他们承担了大量的工作。如果没有他们的帮助，此次设计的完成将变得非常困难。 唐 山 学 院 毕 业 设 计24参考文献1 耿文学，华熔.微机可编程序控制器原理、使用及应用实例.北京：电子工业出版社.1992,121-1242 高钦和.可编程控制器应用技术与设计.北京：人民邮电出版社，20043 张万忠，刘明芹.电器与 PLC 控制技术.北京：化学工业出版社.20034 周恩涛.可编程控制器原理及其在液压系统中的应用.北京：机械工业出社.20035 毛谦德 李振清 机械设计手册.机械工业出版社.20066 李允文 工业机械手设计.机械工业出版社.
44、19947 刘洪文 材料力学.高等教育出版社 20038 吴宗泽、罗圣国 机械设计基础 机械工业出版社 1992 9 陈立定,吴玉香.电气控制与可编程控制器.广州：华南理工大学出版社，200310 章宏甲，黄谊.液压传动.北京：机械工业出版社，200211薛祖德.液压传动.北京：中央广播电视大学出版社，198612李寿刚.液压传动.北京：北京理工大学出版社，199313邓星钟. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社，200114徐宝发. 电工学. 上海：华东理工大学出版社，199515姚海彬. 电工技术. 北京：高等教育出版社，199116吴绍连 工程力学 机械工业出版社 200317严绍华 金属工艺学 中央广播电视大学出版社 199618马海荣 几何精度设计与检测 机械工业出版社 200419刘建亭 机械制造基础 机械工业出版社 200420许德珠 机械工程材料 高等教育出版社 200121大连理工大学工程画教研室 机械制图 高等教育出版社 199822陈统坚 机械工程英语 机械工业出版社 199623东北大学 机械零件设计手册 冶金工业出版社 1994唐 山 学 院 毕 业 设 计24
