基于PLC的四轴联动机械手电气控制系统设计

论文总字数：9335字

摘 要

随着经济的不断发展的同时，以前手工制作速度已经不再满足我们的需求，因此生产过程的机械化，自动化已经成为我们经常讨论的话题。本次设计主要是通过设计编制PLC程序实现四轴机械手模型控制系统的自动控制。利用软件研究四轴联动机械手的基本结构和基本原理，设计四轴联动机械手的控制方式以及各个控制方式设置等，结合四轴联动机械手系统的运行环境，选择合适的硬件设备，完成四轴联动机械手的外部连线及程序编写，并对所编写的程序进行验证调试。基于PLC的四轴联动机械手不仅仅提高了工作过程的准确性和安全性，还提高了工作效率。

关键词：PLC，四轴联动，机械手

Abstract：With the continuous development of the economy, the speed of manual production has no longer met our needs, so the mechanization and automation of production process has become a topic we often discuss. This design mainly realizes the automatic control of four-axis manipulator model control system by designing and compiling PLC program. Using software to study the basic structure and principle of four-axis linkage manipulator, design the control mode of four-axis linkage manipulator and the settings of various control modes, combined with the operating environment of four-axis linkage manipulator system, select appropriate hardware equipment, complete the external connection and programming of four-axis linkage manipulator, and verify and debug the program. The four-axis linkage manipulator based on PLC not only improves the accuracy and safety of the working process, but also improves the working efficiency.

Keywords：PLC, four -axis linkage, manipulator

目录

1 绪论 4

1.1 课题研究目的及意义 4

1.2 课题研究现状及发展趋势 4

1.3 课题研究的内容 5

2 四轴机械手结构设计 5

2.1 四轴机械手基本结构 6

2.2 四轴机械手运行过程 6

3 四轴机械手控制系统的硬件设计 7

3.1 电气原理图 7

3.2 控制系统的硬件选择 10

3.3 PLC的选型 10

3.4 电路其他配件介绍 10

3.5 I/O地址分配表及外围接线 11

4 四轴机械手的软件设计 13

4.1 软件流程图 14

4.2 主要梯形图分析 15

4.3 模拟调试 18

结论 21

参考文献 22

致谢 23

附录：梯形图 24

1 绪论

1.1 课题研究目的及意义

在现代化工厂，出现最频繁的机械设备便是四轴机械手。为了使学校与社会接轨，大多数学校开展了学习机械手的课程。机械手越来越广泛的运用到各个行业，特别是在对人身体危害较大或者不适合人类工作的恶劣环境中去。总之，机械手在提高产品生产效率，减轻人类的工作疲惫程度，解放劳动力，改善劳动条件和实现工业现代化上具有重要的积极意义。而四轴机械手比普通的单轴机械手具有更多的特点，四轴机械手在在高速取放和方向上具有重大突破。四轴机械手在机械手的类别中属于选择装配关节机械手臂，就是四个机械手臂可以独自运动互不影响^[1]。四轴机械手的X、Y轴控制机械手做出向下、向上、伸出、缩回等动作。转盘机构由羽毛的金属杆和夹持器组成，它的作用是通过自身的旋转带动机械手沿X、Y轴自由旋转，但是不能倾斜。由于四轴机械手的设计比较独特，大大提高了运行过程中的安全性，不易在工作过程中脱落，提高了生产过程的安全性和延长了机械的使用寿命，从而使它们能够胜任高速和高重复性的工作。在生产过程中一般是用于取物体和投放物体。

随着科学技术的不断发展，对机械的改善越来越完美。在科学技术发展过程中可编程逻辑控制器（PLC）应要求产生，它是应用于工业控制领域的设备^[2]，PLC不仅仅应用在软件编程上，在实时工业控制等方面也有巨大的作用，由于设备便于安装、调试的特点已经成为控制机械的重要手段之一。

由于相对于其他的编程方式，PLC具有抗干扰能力强，灵活性强模块化，使用方法简单易于学习，性价比较高等优点，因此大多数机械系统采用PLC软件进行控制。由于发达国家的科学技术比较完善，因此机械手不仅仅应用在生产产品的工厂中，在生活中也有广泛的应用，例如在采摘果实的时候采用果实采摘机械手来完成等。由于我国尚处于发展中国家，科学技术发展相比发达国家还有较大的差异，因此四轴机械手的应用没有发达国家那么广泛，即使在工厂中应用也比较少。本次毕业设计就是基于PLC的四轴联动机械手电气控制系统设计，通过该设计我不仅仅进一步巩固的PLC的相关知识，了解世界上的一些先进的科学技术，还对我今后的工作生活具有重大意义。

1.2 课题研究现状及发展趋势

从发明机械手到现在已有40多年的历程，经过技术的不断发展，机械手控制技术日益完善，现在已经普遍应用在工厂中。根据机械手的发展历程可以将机械手分为3个阶段。第一阶段的机械手控制系统采用点位控制系统，主要缺点是应用范围较少，只能焊接、喷漆和上下料^[3]，危险系数也比较高，当有故障发生时不能及时停止运动。第二阶段的机械手在第一段机械手的基础上做出了改进，增加了一些简单的传感器装置和恰当的算法，在安全性和正确性方面做出相应的改善。第三阶段不仅仅综合了第一阶段和第二阶段的优点，还在以前的优点上做了改善，使机械手控制系统变的更加完美。第三阶段的机械手加入人工智能，在有故障发生的时候，机械手会自己对故障进行分析，并作出相应的报警信号。在运行过程中第三阶段的机械手还可以对货物的位置进行精准的定位，避免出现漏取，夹空等情况的出现，在准确性和安全性方面日益完美。

机械手的发展不仅仅体现在内部结构上，在机械手的外形方面也作出了极大的改善，应用范围也更加广泛起来。不仅仅在各个工厂进行应用，而且在服务行业和部队的军用品方面也有涉及尤其是制造军用品方面。

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