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1、济南大学毕业设计 毕业设计 题 目 小型搬运机械手控制 系统的设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0711 学 生 王法建 学 号 20070405115 指导教师 门秀花
2、 二〇一一年 五 月二十九日 - 2 - 济南大学毕业设计 1 前 言 1.1 课题背景 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。搬运机械手属于工业机械手的一种。20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全室操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温﹑污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床﹑自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手主要由手部机构和运动机构组成。手部机构随使用场合和
3、操作对象而不同，常见的有夹持﹑托持和吸附等类型。运动机构一般由液压﹑气动﹑电气装置驱动。机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化保护人身安全，因而广泛应用机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 搬运机械手的生产线上有两个传输线和一个自动小型搬运机械手，传输带1是用来传送零件的，传输带2是用来传送箱子的，两个生产线上都有传感器，是用来控制传输线的运动的。初始时机械手处于复位状态，控制系统检测是否传输带1上已经有一个零件停在指定位置，传输带2上已经有一个箱子停在指定位置上。首先，机械手将传输带1上的零件移
4、到传输带2的箱子里，同时传输带1又将一个新零件传送到指定位置后停止，接着机械手将零件移到箱子里，直到箱子装满了，传输带2运动，把装满零件的箱子运走，送来一个空箱子，待第二个箱子到达指定位置后，传输带停止运动，与此同时传输带1也将一个零件送到位后停止，待两个传输带都停止后，机械手又开始新的装箱工作。[1]现在要求设计该小型搬运机械手的控制系统，使其能够在控制系统的操控下按照上述描述的要求进行运动，从而完成工作目标。 1.2机械手的发展现状 机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的发展，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。目前，机械手技术有了新的发展：出现了仿人型机械手、微
5、型机械手和微操作系统（如细小工业管道机械手移动探测系统、微型飞行器等）、机械手化机器、智能机械手（不仅可以进行事先设定的动作，还可按照工作状况相应地进行动作，如回避障碍物的移动，作业顺序的规划，有效的动态学习等）。机械手的应用领域正在向非制造业和服务业方向扩展，并且蓬勃发展的军用机械手也将越来越多地装备部队。 国外方面：近几年国外工业机械手领域有如下几个发展趋势。机械手性能不断提高，而单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展；传感器作用日益重要；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。 国内方面：目前在一些机种方面，
6、如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手（水下、爬壁、管道、遥控等机械手）基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。从技术方面来说，我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基础。 1.3本文主要工作和总体设计要求 本文主要工作是应用PLC（可编程控制器）实际设计一个小型机械手的控制系统，能实现工业机械手的基本功能。工作内容: （1）阐述小型搬运机械手在
7、工业应用中的作用和意义； （2）机械手的结构设计及组成零件的选择； （3）机械手的硬件设计原理,包括可编程控制器型号的选定，PLC的电气连线图,I/O地址分配表等； （4）机械手的软件设计原理，包括流程图，程序清单。 （5）最后是系统调试。 1.3.1 机械手工作流程 图1.1本设计机械手的示意图。机械手工作流程：开始运行后，如果机械手不在初始位置上，步进电动机开始运转（横轴向手爪方向移动，竖轴向上移动）。归位后首先横轴步进电动机工作，横轴前伸；前伸到位后，手抓电动机得电带动手抓旋转；当传感器检测到限位磁头时，电动机停止，PLC控制电磁阀动作，手张开；延时一段时间，竖轴步进电动机工
8、作，竖轴下降；下降到位后，电磁阀复位，手抓夹紧；延时过后竖轴上升，同时横轴缩回、底盘电动机带动底盘旋转；当横轴、竖轴、底盘都到位后，横轴前伸；到位后手爪旋转，然后竖轴下降，电磁阀动作，手爪张开；延时后竖轴上升复位，然后开始下一周期动作。 1.3.2机械手的操作要求 电动机械手的结构示意图如图1.1所示，电动机械手的功能是将工件从传输带1移送到传输带2。操作要求为： 1、电动机械手的升降、左右移动、底盘旋转和手腕的转动分别由4个不同的步进电机的转动来实现，步进电机正转时能保持原来的状态，步进电机反转时反向运动； 2、上升和下降由顶部的电机控制；右行和左行由左边的电机控制； 3、机械手
9、的抓取由单线圈电磁铁来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件； 4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延时2S实现； 5、机械手的下降、上升、右行、左行，逆转、顺转的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6来实现； 图1.1 搬运机械手结构示意图 1.电磁铁控制的机械手2.YZ轴丝杠组 3.手转动机构 4.旋转底盘 5.物料输送带 6.PLC 7.控制面板8.步进电机驱动器9. 24V电源。 1.3.3机械手控制要求 (1)手臂上下直线运动。(2)手臂左右直线运动。(3)手腕旋转运动。(4)手爪夹紧动作。(5)机械手整体旋转运动。 手臂采用步进电机驱动，由
10、PLC发出控制脉冲控制步进电动机运转,实现手臂的进给和定位，手爪的开合由电磁铁来控制。 1.3.4基本技术指标及要达到的目标 （1）基本技术指标 （1）手臂的运动范围：手臂在水平方向和竖直方向的运动范围是0～750mm； （2）底盘的旋转范围：底盘的旋转范围为0°～270°； （3）手腕的旋转范围：手腕的旋转范围为0°～90°； （4）机械手最大抓取质量：2KG； （2）要达到的目标 根据目前国内外搬运机械手搬运工作的经验、现状和发展趋势，组建一个人机交互控制系统的小型电动搬运系统，实现零件搬运的稳定性及精确性。解决和发展我国零件搬运方面的关键技术，实现零件搬运的数控化和自动化
11、 （1）设计制作简易但功能齐全的电动搬运系统，能够实现全自动或着手动运动，并能准确、快速地实现要求的动作。 （2）利用可编程控制器PLC，实现对电动执行元件的稳定控制。 - 37 - 2 机械部分设计计算及选型 2.1 PLC的选型 可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PL
12、C采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构如下图所示： 图2.1 PLC的基本结构 根据被控制对象选PLC,基本原则是满足控制系统的功能要求，可进行PLC型号的选定。 进行PLC选型时，基本原则是既要满足控制系统的功能需要，又要兼顾维修、备件的通用性。对于开关量控制的系统，当控制速度要求较不高时，一般的小型PLC都可以满足要求，比如对小型泵的顺序控制、单台机械的目的自动控制等。当控制速度要求较高、输出有高速脉冲信号等情况时，要考虑输入/输出点的形式，最好采用晶体管形式输出。对带有
13、部分模拟量控制的应用系统，如工业生产中经常遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的控制，应选择具有所需功能的PLC主机，还要根据需要选择相应的传动感器、变送器和驱动装置等。 输入/输出的点数可以衡量PLC规模的大小。准确统计被控对像的输入信号和输出信号的总点数并考虑今后系统的调整和扩充，在实际的调整和扩充，在实际I/O点数基础上，一般应加上10%-20%的备用点数。多数小型PLC为整体式，具有体积小、价格便宜等优点，适于工艺过程比较稳定，控制要求比较简单的系统。模块式结构的PLC采用主机模块与输入模块、功能模块组合使用的方法，比整体式方便灵活，维修更换模块、判断与处理故障快速方便，适用于工艺变
14、化较多、控制要求复杂的系统。 此外，还应考虑用户存储器的容量、PLC的处理速度是否能满足实时控制的要求、编程器与外围设备的选择等。 本设备控制的对象是一个开关量控制的系统，同时利用脉冲控制步进电动机的运转，故应采用晶体管形式的输出。三菱FX系列的PLC性价比搞、功能完善、指令丰富等优点，能满足本对象各项控制性能要求，因此，本系统采用三菱FX2N—48MT系列PLC作为基本模块，能输出两路脉冲信号进行步进电动机的控制。 2.2 步进电机及其驱动器的选型 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载情况下，电机的转速及停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负
15、载变化的影响。即给电机加一个脉冲信号，电机就转过一个步距角。虽然步进电机已被广泛应用，但步进电机并不能像普通的直流电机和交流电机一样在常规下使用，它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用（见图2.2.2）。选择电机一般应遵循图2.2.1所示的步骤。 控制面板 PLC 驱动器 步进电机 负载 负载 步距角 静转矩 矩频特性曲线 电流 修正 电机型号 图2.2 步进电机选择步骤 图2.3 控制系统结构框图 本文中的机械手主要用于教学，故所需精度不很高，
16、力矩也不要太大。纵轴(Z轴)、横轴(Y轴)和手转动电机选用的是广州瑞宝公司的17HD0005-18型两相混合式步进电机，步距角为1.8°，电流DC 0.28 A/相，最大静力矩≥160×10-3N·m。 旋转底座选用23HD0020-25型步进电机，步距角为1.8°，电流DC 0.6 A/相，最大静力矩≥330×10-3N·m。所选用的步进电机驱动器是RB2304ME型细分驱动器，驱动电压为DC12～40 V，采用双极恒流斩波方式，可减少电机噪音。输出电流从0～3A/相连续可调。设有12/8档等角恒力矩细分，最大200细分。输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更
17、恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式，减少电机发热。 2.3 电磁铁的选型 系统中电磁铁的作用是利用电磁吸引力操纵机械手以完成预期动作。应根据负载的要求选择电磁铁的种类和结构形式，然后根据控制系统的电压选择电磁铁的线圈电压。电磁铁的功率应不小于制动或牵引功率。本文中的机械手选用DC 24 V直流电磁铁。 2.4 滚珠丝杠的选型 （一）Y向进给丝杠 1.计算进给牵引力 Y向进给为滑动导轨 （2.1） 式中 —滑动导轨摩擦系数：0.15—0.18；G—电机及支撑架重量：G=200N 2.计算最大动载荷C
18、 （2.2） （2.3） （2.4） 式中：—滚珠丝杠导程，初选=6mm —进给速度； T—使用寿命，按15000h算； —运转系数，按一般运转取=1.2～1.5； L—寿命，以转为一单位。 3.滚珠丝杠螺母副的选型 查阅附录A表5，可采用NL3005内循环螺纹调整预紧的螺母滚珠丝杠副，2列2.5圈，其额定动负载为9100N，精度等级按表3—15选为3级。 4.传动效率计算 （2.5） 式中 —螺旋
19、升角，NL3005 = —摩擦角取10′ （2.6） 5.刚度验算 最大牵引力为32N，支撑间距L=750丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的。 （1）丝杠的拉伸或压缩变形量 查图3—6，根据，，查出可算出 （2.7） 由于一端采用角接触球轴承，一端采用深沟球轴承，且丝杠又进行了拉伸，故其拉伸刚度可以提高四倍，其实际变形量为 （2.8） （2）滚珠与螺纹滚道间接触变性 查图3—9，N系列2列25圈滚珠和螺纹滚道接触变形量：
20、 （2.9） 因进行了预紧， （3）支撑滚珠丝杠轴承的轴向接触变形 采用7204C角接触球轴承，，滚动体直径，滚动体数量， 注意，此公式中单位为kg*f 因施加预紧力，故 （2.10） 根据以上计算： <定位精度 6.稳定性校核 滚珠丝杠两端角接触球轴承，不会产生失稳现象。 （二）Z向进给丝杠选型同上，计算过程略。 2.5 轴的结构设计、强度校核及轴承的寿命校核 在本方案里轴是起立柱的作用，将蜗杆蜗轮的回转通过轴传给转盘支撑轴。 轴的支承采用一对深沟球滑动轴承，由于轴既承受轴向载荷，又
21、承受径向载荷，而角接触球轴承正好能够承受这种载荷，并且采用一对角接触球轴承，结构简单实用，易于实现，故本方案里采用了一对角接触球轴承，并且采取反装的安装形式，为了避免两个轴承之间同心的问题，选取了两个大小不同轴承，一个是6304C,一个是7204C。 在此过程中，轴并没有传递有效功率。但事实上，在立柱回转的过程中还是消耗了功，比如克服摩擦做功，像滚动轴承与轴之间的摩擦及滚动轴承自身的摩擦。总之，在此，为校核轴的强度，可设定轴上传递的功率P=0.4kW。 综上所述，现设计机械手立柱轴。初始条件为：传递功率P=0.4kW，转速n=72r/min，蜗轮的齿宽B=42mm，齿数Z=39，模数m=2
22、5mm，轴端装有联轴器。 以下是设计及校核过程。 （1）选择轴的材料 选择轴的材料为45钢，经调质处理，其机械性能由《机械设计》表6-1查得： （2）初步计算轴径 选C=70 （2.11） 考虑到轴端联轴器需开键槽，将其轴径增加5%，故取轴的最细轴端直径为 （3）轴的结构设计 轴工作要求，轴上所支承的零件主要有蜗轮、轴端联轴器以及深沟球轴承。参考轴的结构设计要求，可确定轴的各段尺寸，又为便于装拆方便与轴的生产加工，初步确定轴的结构尺寸如图2.4轴的结构尺寸 图2.4轴的结构尺寸 （4）按弯扭合成校核 ①画出受力简图（如图12 轴的受力分析
23、弯矩图，扭矩图和弯扭合成图） 画出轴的受力简图，求出支反力，对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩（因轴上零件如齿轮、法兰等均有宽度）可当作集中力作用于轴上零件的宽度中点。对于支反力的位置，随轴承类型和布置方式的不同而异，可查轴承样本。 ②轴受力分析 轴上传递的转矩 （2.12） 齿轮的圆周力 （2.13） ③计算作用于轴上的支反力 ④计算轴的弯矩，并画出弯矩图、转矩图（如图2.5轴的受力分析，弯矩图，扭矩图和弯扭合成图） ⑤计算并画出当量弯矩图 图2.5 轴的受力分析，弯矩图，扭矩图和弯扭合成图 ⑥校核轴的强度 一般而
24、言，轴的强度是否满足要求只需对危险截面校核即可，而轴的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知：a-a截面弯矩最大且截面尺寸也非最大，属于危险截面；b-b截面当量弯矩较大且截面尺寸最小，也属于危险截面。 a-a处的当量弯矩为 （2.14） b-b处的当量弯矩为 （2.15） 强度校核：查表得， 所以，轴的强度满足要求。 （5）轴承的寿命校核 轴承寿命校核的初始条件如下： 由前面轴承部件承受载荷的示意图如图2.6 轴承部件受载荷示意图。轴承的受力平稳，转速n=72
25、r/min;轴承1的轴颈直径d=20mm，轴承2的轴颈直径d=20mm,要求轴承的使用寿命（即轴承预期寿命）为10000h。 轴承的轴向载荷为 （2.16） 图2.6 轴承部件受载荷示意图 以下是寿命校核的过程： 轴承1：6304，轴承2：7204 查《机械设计课程设计》滚动轴承样本得， 由《机械设计》表8-8查得， ①计算派生轴向力S1,S2 由《机械设计》表8-9查得30200型轴承派生轴向力S=0.5Fr，则可求得轴承1，2的派生轴向力为： （2.17） ②计算轴承所受的轴向载荷 因为
26、 （2.18） 并由图3.5.4分析知，轴承2被“压紧”，轴承2被“放松”。由此可得， （2.19） ③计算当量动载荷 轴承1： （2.20） 由《机械设计》表8-7经插值得， （2.21） 轴承2； （2.22） 由《机械设计》表8-7经插值得， （2.23） ④轴承寿命计算 轴承1： 由《机械设计》表8-7经插值得， （2.24） 轴承2： （2
27、25） 所以，轴承1，2的寿命都满足要求。 2.6 蜗轮蜗杆的设计计算与选择 1.选择蜗杆传动类型 根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆(ZI)。 2.选择材料 考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45~55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜铸造，而轮芯灰铸铁HT100制造。 3.按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由式（11-12），传动中心距
28、 （2.26） （1） 确定作用在蜗轮上的转矩 按=2，估取效率，则 （2） 确定载荷系数K 因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数；由表11-5选取使用系数；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数；则 （2.27） （3） 确定弹性影响系数 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故。 （4） 确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，从图11—18中可查得=2.9。 （5） 确定许用接触应力 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC，可丛表11—7中查
29、得蜗轮的基本许用应力=268MPa。 应力循环次数 寿命系数 则 （6）估算中心距 （2.28） 取中心距a=63，因为i=20，故从表11-2中取模数m=2.5,蜗杆分度圆直径。这时,从图11-18中可查得接触系数，因为，因此以上计算结果可用。 4. 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 （1）蜗杆 轴向齿距=7.85直径系数q=11.20;齿顶圆直径33，齿根圆直径23；分度圆导程角；蜗杆轴向齿厚。 （2）蜗轮 蜗轮齿数；变位系数； 验算传动比，这时传动比误差为，是允许的。 蜗轮分度圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗轮咽喉母圆半径 5.校
30、核齿根弯曲疲劳强度 （2.29） 当量齿数 根据，从图11-19中可查得齿形系数。 螺旋角系数 许用弯曲应力 从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力。 寿命系数 （2.30） （2.31） 弯曲强度是满足的。 6.验算效率 （2.32） 已知与相对滑动速度有关。 （2.33） 从表11-18中用插植法查得代入式中得，大于原估算值，因此不用重新计算。 7.精度公差等级和表面粗糙度的确
31、定 考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089-1988圆柱蜗杆，蜗轮精度中选8级精度，侧隙类型选f,标注为8f GB/T10089-1988。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。 综上所述，根据机械手的各部分要求条件可确定本设计机械手控制系统所选器材列表如表2-1。 表2-1所选器材列表 名称 型号或规格 数量 名称 型号或规格 数量 PLC FX2N-48MT 1 限位开关 LX19-111 8 电磁铁 YV1 1 转换开关 LW6-5 1 按钮 LA10-1H 13 熔断器 RC1A-30/15
32、 2 连接导线 若干 步进电机 17HD0005-18 3 步进电机 23HD0020-25 1 滚珠丝杠 NL3005 2 3 控制系统硬件设计 机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来，在手动方式时可以通过手动按钮来实现，其控制面板如下图3.1。当旋钮打向回原点时，系统自动地回到右上角位置待命。当旋钮打向连续时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。 图3.1 控制面板示意图 3.1 PLC梯形图中的
33、编程元件 设计选用FX2N－48MT，其输入继电器（X）36点，输出继电器(Y)24点，辅助继电器(M)384点，状态继电器(S)1000点，定时器(T)256点，计数器(C)，数据寄存器(D)等。 特殊辅助继电器 M8000 ——运行监控（PLC运行时自动接通，停止时断开）； M8002——初始脉冲（仅在PLC运行开始时接通一个扫描周期）； M8005——PLC后备锂电池电压过低时接通； M8011——10ms时钟脉冲； M8013——100ms时钟脉冲； M8012——1s时钟脉冲； M8014——1min时钟脉冲。 3.2 PLC的
34、I/O分配 根据机械手动作的要求，输入、输出分配如表3-1所示。 表3-1 PLC输入/输出分配表 输入信号 输出信号 手动 SA X0 上升/下降步进电机 YA0 Y0 回原位 SA X1 YA1 Y1 连续 SA X2 YA2 Y2 回原位 SB1 X3 前进/后退步进电机 YA3 Y3 启动 SB2 X4 YA4 Y4 停止 SB3 X5 YA5 Y5 下降 SB4 X6 夹紧 YA6 Y6 上升 SB5 X7 手顺转 YA 7 Y7 夹紧 SB6 X10 手逆转 YA
35、8 Y10 松开 SB7 X11 底盘顺转 YA 9 Y11 手顺转 SB8 X12 底盘逆转 YA10 Y12 手逆转 SB9 X13 底盘顺转 SB10 X14 底盘逆转 SB11 X15 下限位 SQ1 X16 上限位 SQ2 X17 前限位 SQ3 X20 后限位 SQ4 X21 底盘顺限位 SQ5 X22 底盘逆限位 SQ6 X23 手顺限位 SQ7 X24 手逆限位 SQ8
36、 X25 底旋转脉冲 SQ9 X26 前行 SB12 X30 后退 SB13 X31 3.3 机械手控制系统的外部接线图 PLC外部电气接线图如下图4-2 图3.2 PLC外部电气接线图 4 控制系统软件设计 机械手控制系统软件设计的程序总体结构如图4.1，分为公用程序、自动程序、手动程序和回原位程序等四部分。其中自动程序包括单步、连续运动程序，因它们的工作顺序相同所以可将它们和编在一起。CJ（FNC00）是条件跳转应用指令，指针标号PX是其操作数。该指令由于某种条件下跳过CJ指令和指针标号之间的程序，
37、从指针标号处继续执行，以减少程序执行时间。如果选择“手动”工作方式，即X0为ON，X1为OFF则PLC执行完公用程序后将跳过自动程序到P0处，由于X0动断触点断开所以直接执行“手动程序”。由于P1处的X1的动断触点闭合，所以又跳过回原位程序到P2处。如果选择“回原位”工作方式，同样只执行公用程序和回原位程序，如果选择“连续”方式，则只执行公用程序和自动程序。[4] 图4.1 程序总的结构图 4.1公用程序 公用程序如图4.2，简要说明如下：当Y6复位（电磁铁松开）、后限位X21和上限位X17接通时，辅助继电器M0变为ON，表示机械手在原位。如果开始执行用户程序（M8002为ON）、系统
38、处于手动或回原位状态（X0或X1为ON），那么初始步对应的M10被置位，连续工作方式做好准备。如果M0为OFF，M10被复位，系统不能进入连续工作方式。指令ZRST是成批复位应用指令，以防止系统从自动方式转换手动方式，再返回自动方式时出现两种不同的活动步。 图4.2公用程序梯形图 4.2 自动操作程序 自动操作顺序的功能流程图见图4.3所示。当机械手处于原位时，按启动X4接通，状态转移到S1，驱动前伸Y3，当到达前限位使行程开关X20接通，状态转移到S2，而S1自动复位。驱动手顺转Y7，X24接通，状态转移到S3，驱动下降Y2，X16接通，状态转移到S4，S4驱动Y6置
39、位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。当T0接通，状态转移到S5，驱动Y0上升，当上升到达最高位，X17接通，状态转移到S6。S6驱动Y4后退。 移到后限位，状态转移到S7底逆转Y12，状态到S8，X20接通，状态转移到S9下降。下降到最低位，X16接通，电磁铁放松。为了使电磁力完全失掉，延时1秒。延时时间到，T1接通，状态转移到S11上升。上升到最高位，X25接通，状态转移到S13后退。后退到后限位，使X21接通，状态转移到S14，底盘顺转是X21接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。 在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可以使用多次，但两者不能出现在连
40、续位置上。因此步进顺控的编程，比起用基本指令编程较为容易，可读性较强。 图4.3自动的功能流程图 自动连续程序说明：当系统处于自动连续方式时，X2为ON，它的动合触点闭合，在初始步时按下启动按钮X4，M1得电并保持，就按照图4.3自动功能图进行工作。按下停止按钮X7后，M1变为OFF，系统不会立即停止，而是完成当前的工作周期后，机械手最终停止在原位。 根据自动功能流程图的顺序编写的自动程序梯形图为图4.4。 图4.4自动程序段梯
41、形图 4.3手动单步操作程序 如下图所示。图中上升/下降，左移/右移都有连锁和限位保护。 手动程序说明：用对应机械手的上下、前后移动和夹紧松开按钮。按下不同的按钮，机械手就会执行相应的动作。在前后移动的程序中串联上位置开关的动合触点是为了避免机械手在较低位置移动时碰撞到其他工件。为保证系统安全运行，程序之间还进行必要的连锁设置。 图4.5手动程序梯形图 4.4回原位程序 回原位程序；在系统处于回原位工作状态时，按下回原位按钮（X3），M3变为ON，机械手就会松开和上升，当升到上限位（X17变为ON），机械手会后退，直到后限位（X21为ON）才停止，并且M3复位。
42、 图4.6回原位程序梯形图 梯形图程序经过检验语法错误以及逻辑上的可靠性后,编译成指令表，以便后传入PLC中。并可以运用软件在线监测PLC的运行情况，同时可以用手持编程器根据现场要求修改程序中的各参数，达到任意位置停止的目的。 5 结 论 在本次毕业设计中，我采用了用PLC作为小型搬运机械手控制系统核心的设计方案，完成了控制电路的设计，在PLC控制系统设计的过程中根据控制系统的控制电路完成了PLC梯形图控制程序，在课程设计中还绘制了系统工作流程图。使我熟悉了三菱FX—2N系列PLC的基本组成和外部接线；熟悉编程器的功能，掌握了其使用方法；熟悉了三菱
43、系列PLC的基本指令，掌握了程序的输入、编辑、监视和模拟运行方法。 在本次设计中，我们有大量的以前没有接触到的知识，于是图书馆和网络成了我很好的助手。在查阅资料的过程中，我判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我查阅资料的能力也有了一定的提升。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益匪浅。 在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。 鉴于现在所学知识有限以及毕业设计中的时间紧迫，在本文的设计过程中还存在思
44、路不完善之处，在整个系统的设计上，做的还不够细致，仅仅编写了PLC控制线路的电路原理图及梯形图程序。还有很多工作要做。因此，对于本文的不足之处还望各位老师给予指点。 参 考 文 献 [1] 李雪静, 杜玉红. 小型搬运机械手结构及PLC控制系统的设计[J]. 装备制造设计, 2010, 58(3):58-59 [2] 陈杨, 杜玉红, 李阳. 小型搬运机械手控制系统设计[J]. 机电工程技术, 2010, 39(4) :96-105 [3] 吴兴利, 陈志亮, 郑桐. 三轴简易机械手控制系统设计[J]. 微计算机信息, 2008, 24(12
45、):252-253 [4] 唐立平,马俊峰. 基于PLC的四自由度机械手控制系统设计[J]. 液压气动与密封, 2007, 44(4):44-46 [5] 孙丽君, 方宝义, 闫涛. 基于PLC技术的气动机械手控制系统设计[J]. 烟台职业学院学报, 2007, 13(2):74-77 [6] 周晓光, 李金, 余瑾. 新型仓储机械手控制系统的设计与仿真[J]. 轻工机械, 1999, 1 0(3) : 30-34 [7] 沈孝芹, 张蔚波, 于复生，陈继文. 基于单片机控制的气动搬运机械手的研制[J]. 液压与气动, 2008,14(8):14-15 [8] 裘祖荣,
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48、ors[J]. 2005,30(7):62-70 目 录 1 总论 1 1.1项目摘要 1 1.2 编制依据与研究范围 3 1.3 建设规模 4 1.4 主要建设内容 4 1.5 投资估算及资金筹措 4 1.6 工程效益 5 2 投资环境及建设条件分析 6 2.1 投资环境分析 6 2.2 建设条件分析 10 3 项目建设的必要性与可行性分析 15 3.1 项目建设的必要性 15 3.2 项目建设的可行性 16 4 开发区规划与交通量预测 17 4.1 项目区总体规划 17 4.2 项目影响范围的交通量预测 18 5工程建设方案 21 5.1 设计标准及
49、设计规范 21 5.2 道路设计方案 22 5.3 给排水工程设计 28 5.4 道路照明 34 5.5 电力综合管沟 35 5.6 道路绿化工程 35 5.7 交通安全及管理设施 35 6 节能分析 37 6.1 设计依据 37 6.2 项目概况 37 6.3 项目对所在地能源供应状况的影响 37 6.4 项目用能方案、用能设备 38 6.5 项目能源消耗量、能源消费结构、效率水平和能源管理水平 38 6.6 节能措施分析评价 38 6.7 节能措施建议 39 6.8 结论 39 7 环境保护 40 7.1 大气环境质量 40 7.2 交通噪声 41 7
50、3 振动环境质量 42 7.4 日照环境质量 42 8 组织机构与人力资源配置 43 8.1 施工组织机构 43 8.2 项目部的职责 43 8.3人力资源配置 44 9 项目实施进度 45 9.1建设工期 45 9.2 工程实施进度安排 45 10 征地拆迁 46 10.1 项目建设用地面积 46 10.2 建设用地现状 46 10.3 征地赔偿 46 10.4 道路两侧需拆除建筑物与安置办法 46 11 投资估算与资金筹措 46 11.1投资估算 46 11.2投资筹措 46 11.3工程利润分析………………………………………………………49 12 招
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