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基于PLC控制的机械手控制电路设计 (2).docx
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基于PLC控制的机械手控制电路设计
摘 要
在机械制造业中,机械手已被广泛应用,大大地改善了工人的劳动条件,显著地提
高劳动生产率,加快了实现工业生产机械化和自动化的步伐。
本文通过对机械手的组成和分类,及国内外的发展状况的了解,对本课题任务进行
了总体方案设计。确定了机械手用三自由度和圆柱坐标型式。设计了机械手的夹持式手
部结构;以及设计了机械手的总体结构,以实现机械手伸缩,升降,回转三个自由度及
手爪的开合。驱动方式由气缸来实现手臂伸缩和升降,异步电机来实现机械手的旋转。
运用了FX 系列可编程序控制器(PLC)对上下料机械手进行控制, 论述了电气控制
系统的硬件设计, 控制软件结构以及手动控制程序和自动控制程序的设计。
关键词:机械手,气缸,可编程序控制器
基于PLC控制的机械手控制电路设计
目 录
基于PLC控制的机械手控制电路设计
1 绪言
机械手(又称机器人,机械人,英文名称:Robot),在人类科技发展史上其来有
自。早在三国时代,诸葛亮发明的木牛流马即是古代中国人的智能结晶。随着近代的工
业革命,机器产业的不断发展成为近代工业的主要支柱。由于科学幻想所系的“永动
机”、太空探险以及梦想解决人的机能所无法达致境界的求新意念,推动科学家想研究
创造出种种能够代替人的机械。上世纪六、七十年代的自动化机器、无人操纵的飞行器
等等,即是此产业发展链条上的一个大胆的尝试与突破。虽然,后来电脑、电子产业的
发达引开了人们关注的热点,但关于机械手的研究与开发一直在持续进行着。而近二十
年中,因为电脑技术、电子产品及生物遗传工程等技术的大踏步发展,“机械手”的研
发热潮已从专业人士的实验室中走了出来,成为一种综合科研能力的开发活动,参与者
也打破了各行各业的划地为牢、各自为政的困局,开始了纵横连合,争奇斗妍,蔚成热
潮的研究与制作尝试。
机械手的研究从一开始就是拟人化的,所以才有机械臂的开发与制作,也是为了以
机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来,机械手的开发不仅越
来越优化,而且涵盖了许多领域,应用的范畴十分广阔。大而言之,用之于太空开发,
月球车,深海探测器,海洋石油开采,航天飞机机械臂等,小至微型手术机械,生命监
测仪等。军事上的用途更是日新月异,从拆弹器、清除地雷器到无人驾驶飞机、战车,
有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样,是机械手的战争。至于工业、农业、遗传
生物产业、医学、文化产业、电讯业、能源开发,都将因机械手的大量登场而出现产业
革命。英国电讯公司未来学部门研究员曾因准确预测手机短讯、垃圾电邮及网上搜寻引
擎的出现而闻名,在最近公布的科技展望五十年的预测中,其中就有数条是关于机械手
的。
第一台机械手出现后20年,我国于1972年开始研制机械手,由上海起,接着天津,
吉林,哈尔滨,广州,昆明等十几个研究单位和院校分别开发了固定程序、结合式、液
压伺服型同用机械手,并开始了机构学(包括步行机构)、计算机控制和应用技术的研
究,这些机械手大约有1/3用于生产。
2
重视和支持,在80年代中期,国家组织了对工业机械手的需求的行业的调研,结果表明,
对第二代工业机械手的需求主要集中于汽车行业(占总需要的60%~70%)。在众多的专
家的建议和规划下,于“七五”期间,由机电部主持,中央各部委,中科院及地方十几
所科研院所和大学参加,国家投入相当的资金,进行了工业机械手基础技术,基础元器
件,几类工业机械手整机及应用工程的开发研究,完成了示教再现式工业机械手成套技
术(包括机械手、控制系统、驱动传动单元、测试系统的设计、制造、应用和小批量生
产的工艺技术等)的开发,研制出喷涂、弧焊、点焊和搬运等作业机械手整机,几类专
用和通用控制系统及几类关键元部件如交、直流伺服马达驱动单元机械手专用薄壁轴
承、谐波传动系统、焊接电源和变压器等,并在生产中经过实用考核,其主要性能指标
达到80年代初国际同类产品的水平,且形成小批量生产能力。在应用方面,在第二汽车
厂建立的我国第一条采用国产机械手的生产线-东风系列驾驶室多品种混流机械手喷
涂生产线,该线由7台国产PJ系列喷涂机械手和PM系列喷涂机械手和周边设备构成,已
运行十年,完成喷涂20万辆东风系列驾驶室的生产任务,成为国产机械手应用的一个窗
口;此外,还建立了几个弧焊和点焊机械手工作站。与此同时,还研制了几种SCARA
型装配机械手样机,并进行了试应用。在基础技术研究方面,解剖了国外10余种先进的
机型,并进行了机构学,控制编程,驱动传动方式,检测等基础理论与技术的系统研究。
开发出具有国际先进水平的测量系统,编制了我国工业机械手标准体系和12项国标,行
标。
为了跟踪国外高技术,80年代在国家高技术计划中,安排了智能机械手的研究开发,
包括水下无缆机械手,高功能装配机械手(DD驱动)和各类特种机械手,进行了智能
机械手体系结构,机构控制,人工智能机器视觉,高性能传感器及新材料的应用研究已
经过80年代尤其是后50年的努力,吸引了160多个单位从事机械手及其相关技术的
研究力量,形成了京津、东北、华东、华南等机械手技术地区和十几家优势单位,培养
了一支2000多人的工业机械手设计、研制、应用队伍,造就了一批机械手专家,使我国
的工业机械手技术发展基本上可以立足于国内。
90年代初期,我国主要开发下列机械手:
(1)喷涂机械手
(2)焊接机械手
(3)搬运机械手
(4)装配机械手
在90年代中期,国家已选择以焊接机械手的工程应用为重点进行开发研究,从而迅
速掌握焊接机械手应用工程成套开发技术、关键设备制造、工程配套、现场运行等技术,
即以机械手焊接工艺为龙头,开展焊装线总体设计、线体总控及多机通讯,新型焊接机
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