1、信息与电气工程学院课程设计说明书（ 2010/2011 学年第一学期）课程名称 ： 可编程控制器应用 题 目 ： 机械手搬运单元控制 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计周数 ： 两 周 设计成绩 ： 2011 年 1 月 10 日1目录一.前言 2 二.实验目的 3三.系统设计 31).控制要求 32）.硬件选择 4 3）.输入输出点的地址分配 7 4).程序设计 8 4.1 程序流程图 84.2 控制程序 8四.总结 10五.参考文献 11 2一、前言目前，机械手在工业控制领域是应用最为广泛的一类，其主要应用于连续高强度或高危性质的工作。本课题是为普通车床配套而设计的
2、取件机械加工工序机械手。本人认为三自由度机器人是一种值得深入研究，并有广泛应用前景的机构。工业机械手是工业生产发展中的必然产物。它是模拟人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化的技术装备。工业机械手的用途非常广泛，它对于实现生产过程自动化，提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，保证工人的安全都具有重要意义；尤其对于那些有毒、危险、多粉尘、深水作业和放射性等恶劣环境和条件下的作业，使用工业机械手更具有显著的优越性。因此，工业机械手一出现就引起了人们的重视。目前，工业机械手已在机械加工、铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、涂漆和装配等行业有着广泛的应用。工业机械手由操作机（机械
3、本体） 、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产，它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机械手技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多科学而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机械手应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机械手并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特性的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有
4、机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器进化过程的产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。国外机械手领域发展近几年有如下几个趋势：a.工业机械手性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修） ，而单机价格不断下降。b.机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机械手整机；国外已有模块化装配机3械手产品问市。c.工业机械手控制系统向基于 PC 机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采
5、用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。d.机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机械手还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机械手则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。e.虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机械手操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机械手。f.当代遥控机械手系统的发展特点不是追求全自动系统，而是致力于操作者与机械手的人机交互控制，即遥控加局部自动系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机械手走出实
6、验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机械手就是这种系统成功应用的最著名实例。我国的工业机械手从 80 年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五” 、 “八五”科技攻关，目前已基本掌握了机械手操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机械手关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机械手；其中有 130 多台套喷漆机械手在二十余家企业的近 30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机械手已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机械手
7、应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机械手约 200 台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机械手产业，当前我国的机械手生产都是应用户的要求， “一客户，一次重新设计” ，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。2、实验目的使学生掌握电气控制系统一般设计过程，培养科学的思维方式，正确的设计思想和解决实际问题的能力。4三、程序设计1 控制要求当工件被传送到机械手下方
8、后，机械手将向下运动，然后缩紧夹爪，当工件被夹住后，机械手上升，到达上端后，受你向右旋转 180。当到达右侧后夹爪向下并释放共建，然后上升，最后机械手臂向坐摆动、复位，并发出信号，将控制权交给下一单元。根据任务进行合理的硬件设计并编程，同时利用实验室的现有设备进行系统的模拟实验1、机械夹爪上下运动2、机械夹爪锁紧后将有信号产生3、机械手臂左右摆动（180 ）4、只有当机械手下降到低端时才能作开合动作5、完成动作后，发出信号给下一单元6、在本系统中，在完成可编程控制器为下位机的相关控制程序的基础上，用组态软件编程实现上位机的控制及其相关监控界面7、课程设计报告书写规范、文字通顺、图表清晰、数据完
9、整、结论明确2 硬件选择从工艺要求中可以看出控制方式为两种，分别完成自动方式（I0.3=0）和手动方式（I0.3=1）的运动，启动/停止按钮 I0.0 完成启动（I0.0=1）和停止（I0.0=0）功能，复位信号 I0.1 完成系统的复位，单步按钮 I0.2 用于控制手动方式的单步控制。机械手运动的限位开关共有 4 个，左限位开关 I0.6 和右限位开关 I0.7，高限位开关 I1.0、低限位开关 I1.1。机械手锁紧检测信号 I1.2（锁紧时 I1.2=1，松开时 I1.2=0） 。共有 9 个输入信号。输出信号有机械手右转驱动信号 Q0.0，左转驱动信号 Q0.1，下降驱动信号 Q0.2，
10、下降机械手夹紧驱动信号 Q0.3（夹紧 Q0.3=1，放松 Q0.3=0） 。共有 4 个输出信号。该系统需要输入 9 点，输出 4 点。可选择 S7-200 系列的 CPU224 即可满足要求，CPU224 作为本控制系统的控制器。机械手搬运单元控制系统如下图：5托板配线图6托板配线图73.输入输出点的地址分配模块号 输入端子号输出端子号地址号信号名称 说明1 I0.0启动/停止，启动“1”有效，停止“0”有效开关2 I0.1 复位， “1”有效 按钮3 I0.2 单步， “1”有效 按钮4 I0.3自动/手动，自动“0”有效，手动“1”有效开关5 I0.6 左位， “1”有效限位开关6 I
11、0.7 右位， “1”有效限位开关7 I1.0 高位， “1”有效限位开关8 I1.1 低位， “1”有效限位开关9 I1.2 锁紧状态， “1”有效 传感器1 Q0.0 右转， “1”有效 电磁阀2 Q0.1 左转， “1”有效 电磁阀3 Q0.2 下降， “1”有效 电磁阀CPU2244 Q0.3 夹紧， “1”有效 电磁阀84.程序设计4.1 程序流程图初始位置 下降 夹紧 上升 右移停止复位 左移 上升 松开 下降有工件 低位 延时 高位右位高位 延时 低位起动4.2 控制程序主程序9子程序1011四、设计总结通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，要学习的东西还很多。另一个
12、大的收获是团队的合作，通过一个团队的合作我们圆满的完成了任务。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中使我大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。同时，团队合作的重要性不容忽视。特别感谢指导我们小组的老师，在我们绞尽脑汁的时候是你们给我们指点了迷津，给与了我们很大的帮助，还有帮助过我的同学们，这次课程设计我真的学到了很多，这对我以后工作会有极大的帮助，希望这样的机会多一些总之，为期两个星期的设计，仿佛白驹过隙，伴随着噼呖啪啦的敲打声，时间不知不觉地从指
13、缝间溜走，在这短短的时间内，我不但学到很多先进的软件知识，而且还增强了自己的自信心，但同时也看到了自己的不足。只有把学习书本知识与投身社会实践统一起来，锻炼意志，砥砺品格，把学得的知识用于实践，在实践中继续学习提高，艰辛知人生，实践长才干。并且身为课程设计小组的一名成员，我深知团队合作的重要性，这次的课程设计更让我深刻体会到这一点，小组中的各成员取长补短，团结协作才能将一个设计做好。五、参考文献【1】.殷洪义 可编程序控制器选择设计与维护【2】.付家才 plc 实验与实践 高等教育出版社【3】.王也仿 周芝峰 可编程控制器应用技术 【4】.孙振强 王晖 孙玉峰等 可编程控制器原理及应用教程【5】杨后川,张学民,陈勇 IMATIC S7-200 可编程控制器原理与应用M 2008.北京 北京航空航天大学出版社【6】赵燕,周新建 编程控制器原理与应用 M 北京 中国林业出版社 北京大学出版社 2006.【7】赵美宁,王佳.动供料机械手的 PLC 控制系统设计 J.液压与气动,2007,9.12课程设计评 语课程设计成 绩指导教师（签字） 年 月 日
