南京工業職業技術學院項目技術報告PAGEPAGE32機電綜合實訓項目技術報告班級：姓名：學號：指導老師：提交日期：2015年6月29日

概要本文介紹了搬運物品工業機械手的設計，以PLC實現程序控制，從而控制電磁閥的換向，以氣壓傳動作為傳動機構，以光電式及電磁式接近開關檢測汽缸的伸出、縮回、上升﹑下降﹑左旋、右旋﹑夾緊﹑放松八個動作。

目錄TOC\o"1-2"\u概要 2前言 5第一章 項目概述 61.1項目任務 61.2項目要求 6第二章 機械手的介紹 72.1機械手的發展 72.2機械手的特點 82.3機械手的應用 8第三章 任務分析 93.1任務描述 93.2組織結構 103.3計劃實施 113.4機械手的工作原理 113.5機械手的動作順序 113.6總體控制方案 13第四章 氣動設計 134.1機械方案設計 134.2氣動方案設計 164.3元件選型 17第五章 PLC電氣設計 195.1控制面板設計 195.2輸入輸出分配設計 205.3PLC原理圖 215.4PLC外部接線圖 225.5PLC程序設計 23第六章安裝與調試 246.1裝配 246.2故障分析與排除 24結論 26致謝 27參考文獻 28附錄1梯形圖 29

前言本次實訓項目通過制定機械手總體控制方式，計算并選擇機械手安裝所需的元器件，設計工業機械手系統硬件并繪制與之相對應得硬件原理圖，設計系統軟件完成輸入/輸出的地址分配，繪制流程圖或順序功能圖，整體式機械手PLC控制系統的安裝與調試，機械手能模仿人手和手臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電工、輕工和原子能等部門。

第一章 項目概述1.1項目任務1.1.1項目名稱搬運物品工業機械手控制系統的設計、安裝和調試1.1.2項目目標通過本項目課程的學習與訓練，是學生在前期課程學習中已掌握了機電設備常用機構的測繪與設計。常規電氣及氣動控制系統原理圖的設計及元器件的選用與安裝調試能力的基礎上，著重培養學生完成一個典型機電產品項目完整工作過程的綜合職業能力：（1）機電產品控制系統硬件的設計能力；（2）控制系統軟件的設計能力；（3）元器件的選型計算能力；（4）系統的安裝與調試能力；（5）項目完成后技術報告的撰寫能力。1.2項目要求1.2.1動作順序大臂橫向伸出→小臂下降→機械手夾緊→小臂上升→大臂橫向縮回→大臂水平右旋→大臂橫向伸出→小臂下降→機械手放松→小臂上升→大臂橫向縮回→大臂水平左旋（回到原位）1.2.2控制模式（1）（全）自動模式——操作員先將控制面板上的模式選擇開關切換到（全）自動模式，按下啟動按鈕，機械手開始自動完成動作循環，在第一個動作循環完成后自動接著進行第二個動作循環，并且一直這樣進行下去，直至操作員按下停止按鈕或急停按鈕。（2）半自動模式——操作員先將控制面板上的模式選擇開關切換到半自動模式，按下啟動按鈕，機械手開始自動完成動作循環，一個動作循環完成后機械手自動停止在原位待命。（3）單動模式——操作員先將控制面板上的模式選擇開關切換到單動模式，按下啟動按鈕，機械手開始完成動作循環中的第一步動作，該動作完成后機械手自動停止，既不自動進行第二步動作，也不回到在原位待命。操作員再按一下啟動按鈕，機械手就接著再做一步動作。要完成一個動作循環，需由操作員按12次啟動按鈕。（4）復位模式——操作員先將控制面板上的模式選擇開關切換到復位模式，按下復位按鈕，機械手無論位于何處，都能自動回到原位待命。機械手的介紹2.1機械手的發展機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。它的結構是：機體上安裝一個回轉長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統是示教形的。1962年，美國聯合控制公司在上述方案的基礎上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate（即萬能自動）。運動系統仿照坦克炮塔，臂可以回轉、俯仰、伸縮、用液壓驅動；控制系統用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械手就是在這個基礎上發展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司,專門生產工業機械手。1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機械手。該機械手的中央立柱可以回轉、升降采用液壓驅動控制系統也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業機械手發展的基礎。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯合研制一種Unimate-Vicarm型工業機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業，定位誤差小于±1毫米。聯邦德國機械制造業是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業。聯邦德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節式結構和程序控制。日本是工業機械手發展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種機械手后大力從事機械手的研究。前蘇聯自六十年代開始發展應用機械手，至1977年底，其中一半是國產，一半是進口。目前，工業機械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算控制系統，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機械手具有感覺機能。第三代機械手則能獨立完成工作中過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系，并逐步發展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環。2.2機械手的特點工業機械手是工業生產的必然產物.它是一種模仿人體上肢的部分功能,按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備.它的他優點很多,例如:可對應多種控制的水平多關節機械手不但具有高質量、低價格的優點，還可以高效、高精度的進行立體的搬運、挑選、插入、排列、涂布、裝配等工作。1、豐富的I/O命令能進行多種控制2、SUPERSEL語言可以使多任務程序簡單3、32bitRISCCPU實現超高精度的多軸操作4、可進行機械手控制、周邊元件、操作盤的并列動作而不需要程序控制器5、10級無塵室產品已經系列化6、最高級的高速、高精度、高可搬運2.3機械手的應用隨著工業機械化和自動化的發展以及氣動技術自身的一些優點，氣動機械手已經廣泛應用在生產自動化的各個行業由于氣壓傳動系統使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩、可靠、節能和不污染環境、容易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等優點。所以，氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業、半導體及家電行業、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業等。現代汽車制造工廠的生產線，尤其是主要工藝的焊接生產線，大多采用了氣動機械手。車身在每個工序的移動；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊，都采用了各種特殊功能的氣動機械手。高頻率的點焊、力控的準確性及完成整個工序過程的高度自動化，堪稱是最有代表性的氣動機械手應用之一。此外，氣動系統、氣動機械手被廣泛應用于制藥與醫療器械上。如：氣動自動調節病床，Robodoc機器人，daVinci外科手術機器人等。任務分析3.1任務描述小組分工小組討論并制作工作計劃分配工作具體任務機械結構簡圖繪制氣動原理圖繪制：①氣動元件選型②傳感器選型電氣原理圖：電氣系統設計4.機械裝配方案：①機械結構組裝②氣動元件裝配與調試 ③傳感器裝配電氣系統裝配：①電氣元件選型②電器元件安裝PLC程序設計：①程序規劃②設計程序流程圖③編寫梯形圖設備綜合調試：①PLC程序分項調試②綜合性調試編寫項目技術報告電子稿并打印項目驗收及答辯對項目向指導老師演示解答指導老師提問3.2組織結構

3.3計劃實施3.4機械手的工作原理用PLC實現電磁閥的換向，以氣壓作為傳動介質，實現汽缸伸出、縮回等動作。用傳感器檢測汽缸動作是否到位。3.5機械手的動作順序機械手的一個動作循環共有12步。（1）大臂橫向伸出——從原點開始，按下啟動按鈕時，伸出電磁閥通電，縮回電磁閥斷電，機械手大臂伸出。（2）小臂下降——大臂伸出碰到伸出限位開關后，下降電磁閥通電，機械手小臂下降。（3）機械手夾緊——小臂下降碰到下降限位開關后，夾緊電磁閥通電，放松電磁閥斷電，機械手夾緊物品。（4）小臂上升——等待2s后，下降電磁閥斷電，機械手小臂上升將物品提離左工作臺。（5）大臂橫向縮回——小臂上升碰到上升限位開關后，縮回電磁閥通電，伸出電磁閥斷電，機械手大臂縮回。（6）大臂水平右旋——大臂縮回碰到縮回限位開關后，機械手右旋電磁閥通電，機械手右旋。（7）大臂橫向伸出——機械手右旋碰到右旋限位開關后，伸出電磁閥通電，縮回電磁閥斷電，機械手大臂伸出。（8）小臂下降——大臂伸出碰到伸出限位開關時，下降電磁閥通電，機械手小臂下降。（9）機械手放松——小臂下降碰到下降限位開關時，放松電磁閥通電，夾緊電磁閥斷電，機械手放松將物品放于右工作臺。（10）小臂上升——氣爪位置檢測傳感器檢測機械手已放松，等待2s后，下降電磁閥斷電，機械手小臂上升。（11）大臂橫向縮回——小臂上升碰到上升限位開關后，縮回電磁閥通電，伸出電磁閥斷電，機械手大臂縮回。（12）大臂水平左旋（回到原位）——大臂縮回碰到縮回限位開關后，機械手左旋電磁閥通電，機械手左旋回到原位待命。至此，機械手經過以上動作完成了一個動作循環，根據操作模式再開始下一個動作循環。3.6總體控制方案氣動機械手主要使用PLC進行氣動控制，通過PC機編程下載到PLC中進行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算數運算等操作指令，從而控制電磁閥處于左位或右位。控制電磁閥通路情況及汽缸的伸出、旋轉及縮回。實現邏輯運算、定時、計數等操作指令時，也可以用單片機實現。但單片機在很大程度上需要調試周期、性能在短時間內不太穩定，且它是一個芯片，需要開發后才能用于實際當中。而PLC則比較成熟了。氣動控制主要作為傳動機構來控制手爪的抓緊、松開，控制換料倉的換料、推料倉的推料，旋轉汽缸的旋轉，以及大小臂的伸縮。傳動機構還可以用液壓傳動和機械傳動來實現，但液壓傳動機構復雜，且需要其他材料作為工作介質，成本高；而機械傳動結構復雜，氣壓傳動結構簡單，介質不需要成本，處理方便、無污染、動作迅速、維護方便、工作環境適應性好、成本低且過載能自動保護。用光電式及電磁式接近開關檢測汽缸的伸出、縮回、機械手的夾緊、松開以及旋轉汽缸的位置。但檢測機構也可以用其他行程開關其定位精度不高、靈敏度差。與之相對接近開關工作可靠，壽命長、功耗低、復定位精度高、操作頻率高，可以適應多種惡劣的工作環境。氣動設計4.1機械方案設計4.1.1機械方案圖

4.1.2裝配順序圖

4.2氣動方案設計4.3元件選型1.選用西門子公司的ST-200系列小型PLC功能強，性能價格比高，主機采用德國西門子ST-200型。主要參數：輸入點數24 輸入信號類型：開關量輸出點數16 輸出繼電器允許電流（純電阻負載）主機電源220AC S7-200CPU技術范圍外型尺寸1mm190×180×62 用戶程序\B4096數據存儲區\B10240用戶數據\B2560數字量I\O128入128出擴展模塊數量7個32入32出Pc24V電源(CPU)輸入電流最大負載：150mA\1050mAAC24V電源(CPU)輸入電流最大負載：40mA\160mA2.假設機械手大臂伸出距離150mm-200mm，氣缸的行程需在大臂的行程上家加10-20mm的余量，尤其是在小臂夾緊氣缸中。另外，假設小臂的下降上升距離約為100-200mm計算各參數：根據查閱資料數據，大臂氣缸選用國產QG×(Ф8-Ф32)行程≤250mm,緩沖型為最佳，小臂選用QGT\Ф40-Ф63,行程≤150mm,夾緊型為最佳。擺動氣缸選用CRB系列（Ф10mm）,角度公差，有無潤滑均無工作型。3.第一階段：大臂①活塞輸出力，②活塞桿計算(SP-材料抗拉強度)③缸筒臂厚計算④緩沖計算緩沖，柱塞緩沖，柱塞孔。緩沖氣缸內最后達到的氣壓力，即吸引緩沖能最后的氣體壓力最高值等于氣缸安全強度。緩沖裝置滿足工作需求。條件是,滿足條件。⑤耗氣量的計算4.第二階段：小臂計算過程和大臂一樣。5.第三階段：確定電磁閥的型號。根據以上參數，得知采用三位五通電磁閥，型號為Q24DH-10型。

氣動元件列表傳感器列表PLC電氣設計5.1控制面板設計

5.2輸入輸出分配設計

5.3PLC原理圖

5.4PLC外部接線圖5.5PLC程序設計5.5.1順序功能圖5.5.2PLC梯形圖詳見附錄1

第六章安裝與調試6.1裝配機械裝配安裝參照4.1.2-安裝順序圖氣動系統裝配參照4.2-氣動原理圖電氣系統接線參照5.3-PLC外部接線圖工具列表序號工具描述規格數量1T型內六角扳手4（5/6/8/10）CRVMo12萬用表MF4713活洛扳手150×1914開口扳手M10，M1245套扳46壓線鉗BS-6202B17剝線鉗BS-D220618十字起子19一字起子16.2故障分析與排除系統故障分析表序號出現的問題原因分析解決方法1開始按鈕不亮開始按鈕接錯把按鈕調換過來2自動時不工作自動程序錯誤將正跳變命令去掉3單動時連走兩步單動按鈕按下時間太長修正啟動程序4開始時不工作公用程序沒有互鎖修正公用程序5不能良好的切換動作轉換按鈕沒有協調好更改切換按鈕6急停按鈕不可用程序中出現錯誤立即復位指令換成復位指令7復位沒法執行復位程序沒工作從新設置切換程序8復位沒法一步實現復位程序中間輸錯更正復位程序9按下啟動按鈕機械手不工作傳感器松動，沒檢測到氣缸位置調節傳感器位置10復位時，時常出現意外動作復位程序輸出程序沒單獨輸出更改復位程序11PLC工作電磁閥不工作電磁閥斷路將零線接上

結論緊張忙碌的兩周實訓就這樣過去了，關于氣動機械手的設計制作的綜合實訓也已經結束了。在此次實訓中我們完成了從資料收集、確定方案、計劃制定、系統硬件與軟件設計到程序的調試、檢查和評估等一系列任務，實現了具有PLC在線可編程的氣動機械手的設計和制作。回顧這兩周的學習，每個組員都積極主動地參與其中，大家相互合作，各抒己見，不僅使學習的效率大大提高，也加深增進了彼此間的感情。最終，我們按照要求圓滿的完成了各項任務。二個星期的實訓時間，也使我對學習方法的認識有了很深的理解，之前總認為可以獨立的完成任務，看看教程就可以了，但是從這次畫接線圖的過程中，我認識到要想學習更有效率，必須與老師交流，要積極的求教而不能消極的回避，這也是我在這次實訓中最大的收獲。另外我發現我的另一個問題便是PLC編程能力太差，以致給我完成這次實訓造成很大的障礙，我需要用更多的時間去學習PLC的s7-200和s7-300的編程，這樣才能適應新的學習。在接下來的學習中，我會積極的與老師交流學習中的問題，充分的掌握一門專業知識。