液压驱动和PLC控制的设计.doc

摘要

机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代

替人的繁重和危险劳动。可以实现生产机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人

身的安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

本文在纵观了近年来机械手发展和应用状况的基础上，结合机械手系统方面的设计，

对机械手结构进行了系统的分析，提出了用液压驱动和 PLC 控制的设计方案。采用整

体化设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对多功能机械手的整

ABSTRACT

Manipulator plays an extremely important role in the field of advanced

manufacturing. It can carry goods, sort materials and do heavy works instead of the human

being. It also can realize mechanization and automation of the production, do the jobs in

harmful environment to protect the personal safety. So it is widely used in metallurgy,

machinery manufacturing, electronics, light industry and atomic energy etc.

In this paper,by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years,

combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator,

We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the hydraulic and the

system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider

Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material

manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of

economical PLC control system design.

Key words: manipulator ;The hydraulic control;programmable logic controller (PLC);

automatic conto;The simulation design.

目录

第 1 章 前言.......................................................................................................................1

1.1 研究的目的及意义...............................................................................................1

1.2 机械手在国内外现状和发展趋势.......................................................................1

1.3 机械手的组成和分类...........................................................................................2

1.3.1 机械手的组成............................................................................................2

第 2 章 机械手的设计方案.............................................................................................7

2.1 机械手的坐标型式与自由度...............................................................................7

2.2 机械手的手部结构方案设计...............................................................................7

2.3 机械手的手腕结构方案设计...............................................................................7

2.4 机械手的手臂结构方案设计...............................................................................8

2.5 机械手的驱动方案设计.......................................................................................8

2.6 机械手的控制方案设计.......................................................................................8

2.7 机械手的主要参数...............................................................................................8

2.8 机械手的技术参数列表.......................................................................................9

第 3 章 手部结构设计.....................................................................................................10

4.1 手腕的自由度.....................................................................................................15

4.2 手腕的驱动力矩的计算.....................................................................................15

第 5 章 机械手升降臂设计.............................................................................................18

5.1 升降臂设计参数要求.........................................................................................18

5.2 运动方案.............................................................................................................18

5.3 设计内容.............................................................................................................18

5.3.1 动力系统的选择计算..............................................................................18

5.3.2 执行元件主要参数的确定......................................................................19

5.3.3 升降臂导轨的设计与计算......................................................................21

第 6 章 液压系统.............................................................................................................26

第 7 章 PLC 控制系统 ....................................................................................................33

7.1 F1 系列 PLC 的组成与性能简介 ......................................................................33

7.2 基本单元和扩展单元.........................................................................................33

7.3 器件功能及编号.................................................................................................34

7.4 PLC 的输入输出分配图 ....................................................................................35

7.5 步进指令、状态转换图及步进梯形图.............................................................36

7.6 关于步进指令的使用说明

[15]

...........................................................................42

7.7 PLC 计的几点说明 ............................................................................................43

第 8 章 结论.....................................................................................................................44

机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时需要，可以大量代替单调往复的或高精

度的需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物

品、代替人的繁重和危险劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有

毒气体等环境下操作以保护人身的安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工

业和原子能等部门。

可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，

具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、操作性高、功耗低等优点，已成为目

前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。使用 PLC 自动控制系统具有体积小，可

靠高，故障率低，动作精度高等优点。

行业和多种动作任务，广泛应用于各种产线。采用 PLC 控制，是一种预先设定的程序

完成各种既定的任务的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持

久的作业，并能在各种不同的工作环境完成不同的任务。甚至进入家庭或服务也代替人

机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、下料和搬运。机械手延伸和

(FMS)和计算机集成制造系统，实现生产的自动化。随着生产的发展，功能和性能的不

断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大

FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的 KUKA、CLOOS、瑞典