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基于PLC的机械手控制系统设计

摘要

在自动化程度越来越高的今天，机械臂成为了工业生产中最普遍使用的一种装置。机器手在各个产业的工作车间中都有应用，主要用于材料的分类和装卸。机器手可以按照控制的命令进行操作，将所需的材料从一个地方运到另一个地方，并且可以与其它的控制系统相互协作，完成相应的操作。在此基础上，通过对机械臂的加工过程进行了详细的理论和实验研究，并根据加工过程的需要，提出了相应的加工过程。

在该系统的开发中，我们把所要研究的目标设定为一个操作员的控制作业流。在本课题的研究阶段，首先明确了生产所需的流程；第二步骤是确定机器手在实现自动化控制时所要采用的工序及其相应的工序要求；在此基础上，选择了三菱FX2N系列可编程控制器，并通过仿真得到了该控制器所需的输入输出数目。在软件和硬件的设计中，以机械手工艺和控制为主体，首先对机械手的动作进行了流程的制定，然后对硬件的图纸和工艺的流程图进行了设计和分析。最终，从实际的工艺条件出发，对软件进行了相应的设定，并对其进行了测试，确保该系统能够独立地执行人类所指定的指令，使得整个系统的设计既清楚明确，又具有很好的可操作性。系统按照已有的工艺路线及技术要求，工作平稳、可靠。

关键词：PLC;机械手；系统设计

1绪论

1.1课题研究的目的及意义

现在，很多部门都会用到机器手，机器手的工作就是搬运原材料。尤其是在大型工业企业中，更是如此，机械臂已经成为了整个过程的关键部件。机器手的工作流程和工作是由有关部门事先制定好的，具有很高的标准化、实时性，以达到预定目标。它的整个操作的流程是在不断地进行着，比较单调，这样就可以完全地释放出人力，并且极大地提升了生产的效率。

控制装置用来完成对生产过程中各个环节的自动化。市面上最常用的两种控制单元，一种是单片机，一种是可编程控制器。它具有很强的通用性，可以实现对各种系统的控制，并能够满足特定的技术指标。然而，对于可编程控制器来说，其控制单元的应用范围主要集中在工业的现场生产上，能够起到很好的隔绝外部的干扰，并且整体运行的过程非常稳定。PLC的功能更加完善.该系统能够在较短的时间内完成实时记录，并且能够在较短的时间内完成对现场的实时监控。基于这种情况，本文选择了操作手作为特定的研究对象，在进行设计的同时，对所学的理论进行了全面的回顾，特别是深化了对电气控制和可编程控制器的认识。在此过程中，作者通过对现场调研，掌握了目前我国汽车电子监控系统的发展状况，为以后从事汽车电子监控系统的工作打下了坚实的基础。

1.2机械手的主要设计内容

其中，控制部分以可编程序控制器为主。机器手的运动命令均受PLC的运动控制，并通过限制开关检查相应的运动，完成下一次运动命令的输出。

1.3系统设计的思路

在此基础上，对操作臂进行了系统的规划与设计。第一阶段是对该装置所需的技术参数进行分析，并对其软硬件进行了详细的规划，最终完成了整体装置的模拟与调试。

(1)有关人员在进行过程分析时，把机械臂的过程作为一个重要环节，把机械臂作为特定的控制目标，对整体方案进行科学、理性的调节、改善，并对各种操作进行了相应的控制。

(2)有关人员也要根据相应的设计需求进行硬件的设计，对硬件的电路进行规划，在弄清楚电路的工作原理后，进行线路的布线工作。

(3)在整个程序的开发中，第一个要做的就是I/O配置，I/O配置的设计与以后的调试、系统的稳定性有着很大的关系。在对设计的流程图进行了剖析以后，要明确动作的要领，对动作进行标准化，进而对程序的设计进行改进，保证程序的各项功能都可以正常运转。

(4)在进行了系统的调试以后，整个系统的设计也就基本完成了，可以对整个系统进行检查，确保其设计与修改都在可控的安全可控的范畴内，在模拟调试中要注意细节，确保产品的品质。

(5)在设计结束后，要对整个设计进行归纳，找出缺点，归纳出长处，为以后的系统更新提供一些理论基础。

2机械手控制系统的总体设计

2.1机械手的控制工艺分析

本装置采用气动式操作臂，采用电磁阀门完成全部操作，采用相关技术；利用气动操纵器，将原本位于A处的物品，移至指定的B处，具体内容为：

图2-1机械手动作示意图

在确定操作臂的组成成分以前，对其进行了分析。首先，我们要弄清楚机器手手臂的组成。机器手在完成运动命令时，既能进行向上、向下、向左、向右、向右运动，又能对目标进行夹紧、松开。通过对原理图的深入剖析，将机械臂的运动划分为材料输送和回收两个阶段。机器手在输送材料时，首先要完成一个升降命令，这个命令是通过一个螺线管来实现的。当机器手落在特定的位置时，下极限的按钮被触发，机器手落下的过程就完成了。再由机器手进行抓握的命令，并带动抓握电磁阀，在抓握位置上，抓握极限开关接触操作，这时，抓握动