引言該項目主要研究現代機械臂的控制過程和實現方式，我國工業機械化發展迅迷，但整體上還是與發達國家有所差距。隨著我國科學技術的不斷發展，機械手已經被應用到各個領域和行業，目前面臨的問題主要是定位精度問題，定位精度決定了機械臂在工業中的應用場合，同時隨著科學技術的不斷發展，上位機要隨時報告故障位置，操作維修人員必須首先趕到現場，排除故障原因。工業自動化是工業生產的必然要求，工業生產中要求減少人工操作，充分利用各種控制過程來進行生產工作，也可以稱之其為工業生產自動化，即通過該方式達到脫離人力操作的自動化生產過程。近年各國之間的發展轉向了計算機人工智能等研究方向，人工智能技術和其他領域協同發展迫在眉睫，因此人工智能技術和工業自動化技術結合與改革，能夠有效的提升國家工業信息化程度。現代機械手已在許多領域得到應用：汽車流水線上的車身焊接和噴漆；醫療領域的微型手術已經取得了很大進展。因此，發展機械手的控制技術，意義重大。工業信息化程度的發展迅迷，潛力巨大，這也在一定程度上帶動了工業自動化的發展,而國際之間工業自動化的發展趨勢越發激烈，也能夠看出工業自動化的發展空間和前景更是日趨明朗。工業機器人，廣義上被定義為工業生產中所有類型的機器人設備，它是一種智能化，程序化，柔性化的可通過提前編程和示教處理，從而能夠自動運行的智能設備，其能夠像人類一樣，具備一定的視覺功能，完成力量、位移檢測，能夠對工作環境及工作對象、工作邏輯進行自主判斷并決策，從而代替人類進行各項復雜、危害性高、重復性強的體力勞動的一種自動化設備。其主要部分是通過控制了電機來操縱機械手的手臂，再通過轉動和移動手指去完成抓取和傳送物體。由于工業自動化的需要，人類的勞動得到了解放，科學技術的發展逐步取代了以往以人工為勞動力的流水線作業，同時也出現了一些不適合于人類施工，甚至會對人造成傷害的場所等，這對本課題研究機械手控制系統具有重要的現實意義。PLC基礎知識簡介PLC的概述國內從70年代中期就開始對plc技術學習，目前已能生產出CF系列、杭州的機床的電器廠的DKK和D系列等小型中型產品，上海東屋電器有限公司等也已有一定規模，并已有一定應用。在計算機方面的技術的發展中，PLC在產品開發中將獲得更多的成果，甚至有學者認為PLC不夠成熟。現如今，國際竟爭有可能會變得加劇，將會國際市場會被某些品牌所壟斷，形成出統一的型號標準用語。程序控制器是由微機技術和傳統的繼電器的控制技術相互關聯的產物，是一種新型的由順序的控制器的、以單片機為核心的數字控制專用計算機。當前，機器人技術中的微電子技術和計算機技術、機械與精密機械技術、傳感器技術、信息處理技術等是當前人們重點研究的技術項目。PLC的發展上個世紀七十年代初誕生的微型的處理器，很快我們就它們運用在可編程的控制器里面，能夠讓plc進行有效的數據傳輸、操作和處理等。其中，可編程序的控制器的設計語言是梯形圖，它與繼電器方面的電路圖相似，便于我們能夠很好的使用，并以繼電器為命名參與操作。這一階段的PLC很好地融合了微處理器與傳統繼電器的控制。上個世紀七十年代末，隨著計算機技術的應用于可編程的控制器，可編程的控制器發展到了實用化時代，這種技術的引入使控制器很多方面的功能迅速提高。其性能價格比極高，使其在現代工業生產中具有不可替代的地位，在它們的運算速度方面、控制器的體積方面、模擬量操作及抗干擾的設計方面均有卓越的表現。PLC的特點具有良好的擴展性和靈活性。操作簡便性軟硬件設計標準化，通用性強。完善監測和診斷功能。適應于不同惡劣的工業環境；控制功能強大PLC的工作原理控制器具有運行(RUN)和停止(STOP)工作的兩種基本狀態。我們應用用戶的程序去執行時，控制器的狀態是運行，在這運行中有實現控制功能和控制要求。當然為了使控制器輸入信號能夠被輸出端口發送出來，程序可以多次執行出來，當可編程的順序的控制器運行到停止時或變到STOP狀態時，工作完成。程序控制器可以在程序的每個周期中完成內部方面處理和通訊方面處理等,每個周期分為5個階段。那么程序控制器循環運行的過程就是掃描操作。但由于CPU執行這些指令時的速度是非常快的，所以當我們從外部看輸入時的狀態和輸出時的狀態時，它們的過程處理應該是同步進行的。PLC的結構圖編程器編程器其他外設外設接口輸入部件接收現場信號微處理器CPU電源部件輸出部件擴展接口I/O擴展單元I/O系統程序用戶程序存儲器驅動受控元件AB圖1PLC硬件結構圖基本單元PLC的基本框架中央控制單元在這個控制單元中，通過我們在儲存器方面和微處理器方面的幫助，對它們進行細分。我們了解到，這個控制單元與我們大腦有著類似的功能，當然微處理器這個單元則負責來接收自外面的信號，然后進行處理這些信息，最后將需要的動作信息送給電機。儲存單元的功能就是對有價值的信息進行儲存并且將程序提前編制完成。輸出輸入單元對于I/O單元是由輸出和輸入的單元兩個構成的。執行器與溝通控制器是其所扮演的角色，用以連接各個部分使其成為一個整體。編程單元編程單元的作用是關于程序方面的編譯，其中的代碼再通過執行器來完成，然后進一步完成所有需要的程序。編程單元通常會對多類語言進行應用以完成程序的編寫工作。其中，梯形圖在設計中是不能夠缺少的一個主要部分，因為它具有簡潔并便捷等方面的特性。電源PLC方面的電源選擇是非常多的，有直流和交流電源，他們的電壓可以分別是24V的和220V的。在PLC中的開關電源上，分別為各元件所需的電壓值提供直流電，這一過程是由其開關的閉合來實現的。基于PLC的機械手的概要機械手在近年來，科技的自動化發越來越快。在工業機器人里面，機械手是非常重要的。其實我們在很多方面是先用編程編譯出預期任務，然后通過仿真實現執行的功能。在這些方面，機械手的結構和計算機的性能方面的優勢，可以體現智能性是非常好的。當然在其中的不同的工作環境下，去完成所需的工作能力，能夠在我們的國家對經濟發展有很好的發展。根據了解，機械手方面的技術是機械、機電、液壓、自動控制系統、傳感器、計算機應用技術等多個學科的綜合性應用。機械手類似于人的手臂，能夠按照人的手臂進行某些動作，它能夠按照給定輸入的程序進行操作工具。機械手的定義機器手是一種位置控制自動化,可通過修改程序進行移動的多功能機械,具有多自由度,可在多種環境中移動物體。在自動控制技術領域的新應用就有機械手，這也是我們現代的工業系統生產的重要部分。機械臂的積極作用日益被我們所認識，一是它可以部分代替手工操作，二是它可以根據要求控制，可以按設計的順序、設計的時間和設計的位置，去完成需要搬運與裝卸的物品。三是能夠對機械方面的設備優化裝配。從而能夠極大的對勞動條件創造出好的環境，同時去提高我們的勞動生產率，又可以加快工業方面的機械化和自動化方面的進程。當然我們對各個發達工業的重視，所以我們需要在物質方面和財力方面投入大量的研究，然后再很好的應用它們。尤其當我們在很高的溫度，很高的壓力，很細的塵和很大的噪音和很多的放射的物質和不同的污染等環境中使用更廣泛。這幾年來，國家的展覽會也開始慢慢多了起來，這也可以看出我們國家的成績也是不錯的，因此受到各行業的重視。機械手的分類機械手柄大致分為三類。一是我們可以通過程序來控制機械手，利用計算機操作，不需要我們花很多時間去工作，同時這也是獨立的裝置，與實體無關。可根據需要編寫相應的程序,完成規定的各項任務。除一般機械的物理特性外,具有一般機械,記憶智能的三重機械是它的特點。二是人為操縱,被稱為操縱機。由原子工業和軍事工業發展而來,從專門的機械操作工作發展到用無線電探測月球和火星的機械手臂。三是專門設計的機械手。它們主要是應用于特定的工作環境有關，當然最基本的工作方式是不變的，基本動作是非常重要的，除此之外是專用的。本課題中,我們通過一個機械手的模型，然后做出最基本的動作。今天的很多企業都實現了自動化技術,所以應用了機械手方面的技術。因為這可以提高工作效率，同時我們也對這些工業方面的機器人有好的認識，熟悉并理解工業控制機械的技術，如編程技術、位置機械控制技術、氣動技術等。機械手的發展目前，工業方面的機械手應用在在線和離線的傳輸，焊接技術，裝配技術，機床的加工，鑄造技術，熱處理技術等領域，其數量多，品種多，工作性能方面好，也能夠在工業的生產方面有非常好的方向發展。我們通過研制出一種通用型機械手，并根據條件研制出演示機械手、組合機械手等。機械手通過部件的可伸縮性、晃動、上下運動、對橫桿操作等機構。根據需要操作時，所需要的不同用途，構成方式不同，設計出工作方便的，適用范圍廣的機械手。我們可以設計出提高效率的設計方案，能夠快速的生產，并且能夠節省成本。在機械制方面的造業中，我們對機械手是非常喜歡的。目前采用了機械手的上料、下料等作業，完成我們所要求的控制方式。的當操縱器發生某種位移時，感應出反饋從而能自動控制，并可進行相應調整。機械有執行器部分，有手、臂和身體。手安裝在手臂的前端，可以轉動或切換手指。機械手是模擬人的手指系統，它分為三種類型，即無關節型、固定型。當然手數一般以二指用得最多。本次設計采用了二指結構。手臂的作用是引導手指正確地抓住這個動作，并移動它到想要的地方。總之，我們通過編譯出程序，使得機械手能夠前后左右移動。因此，這種機器人主要采用直線液壓缸、電液脈沖電機、液壓伺服電機、交流伺服電機、直流伺服電機、步進電機等。機身是一個支架，用來安裝手臂，還有電源和不同的致動器。傳動系主要有油壓方面的傳動，氣動方面的傳動，電動方面的傳動和機械方面的傳動。主要通過壓力缸、閥門、油箱等壓力傳動。通過油壓缸、油壓馬達和齒輪齒形實現直線運動，通過油壓馬達和機架、齒輪和鏈條、鏈輪實現轉動。主要有氣動傳動，壓力傳動，電傳動，機械傳動等。液壓方面的驅動主要由液壓缸、閥門、油箱等。通過油壓缸、馬達，還有齒輪齒來運動，通過油壓馬達和機架、齒輪和鏈條和鏈輪轉動。液壓傳動的優點有：體積不大，功率不小，速度慢，調速不分等級，便于自動鎖定，中間位置可調。缺點是必須有壓力，系統復雜，費用高昂。用于氣動傳動的部件有氣動油缸、發動機、氣閥等。氣壓一般有3到6個，有可能多。其優點：氣體方便，維護好操作，成本不高。缺點：功率不大，體積不小，空氣壓縮能力強，中間位置有可能不靈活，一般用來點對點的控制，潤滑性一般不怎么好，系統也可能容易生銹。電傳動時，可用電機帶動機構作運動。電的優點是電源簡單，維修和使用方便。機械式傳動控制系統可采用同樣的動力形式，輸出功率大；步進電機帶動臂的旋轉運動，爪子和機械手帶動箱體的直流電機帶動箱體的旋轉運動。機械傳動只適用于固定動作。運動通常是由凸輪聯接機構完成的。該系統運行可靠，運行速度快，成本不高。負面影響很難調節。操縱方面的控制包括：動作方式是順序的，設定的位置，還有所用的時間，速度，加減速等方面。通過工作的需要，我們可以采用數字方面控制，即先編寫程序，然后保存程序，按照設計好的程序來控制這些機械手。對于操作復雜的工作環境，采用數字控制系統控制，這是非常方便的。機械手的模型圖2-1機械手的自動操作系統設計機械手的結構機械手的結構如圖2-1所示，包括機械手臂的軀干和機械手臂的夾持器。機械手臂主體由柱子、支架和手臂組成。所設計的機架為地面固定機架、伸縮式臂結構。工作原理：操作者只需手動一次，plc就能完成點編程的自動程序，機械手能自動完成。圖3-1機械手的動作方式控制內容工作臺a,b上的物件。主要設計的是plc控制機械手。a.工作臺a設為D點用來偵測物件，使用開關LSOb.氣缸A前進到限制開關的左極限LS1c.氣缸A退后到限制開關的右極限LS2d.氣缸B下降限制開關下極限LS3e.氣缸B上升限制開關上極限LS4f.氣缸C為機械手抓取的狀態g.工作臺b設為E點用來有無工件偵測，用限制開關LS5功能分析內容a.原點的復位b.物體運送環節：動作為一循環的單一順序流程c.利用機械手實施搬運，用下降，然后夾緊，然后上升，左移后，再下降放松再上升，右移的順序運行研究思路本次的研究設計主要是機械手的運行動作，其中啟動開關為X6常開觸點，復位開關為X10，緊急停止開關為X7；其中X0為D點物件檢測點，X1為A杠的左限位，X2為A杠的右限位，X3為B杠的下限位，X4為B杠的上限位。Y1到Y3分別為A杠啟動、B杠啟動、C杠啟動、傳送帶啟動。步驟0:本步驟設定機械手為初始狀態。步驟13：本步驟為起保停電路，X2,X4,X6得電后，也就是X6啟動開關開啟，左母線的電源開始工作，由此可以將線圈M1接通，機械手開始工作。步驟20：當X0來了一個上升沿脈沖時，線圈M1得電，B杠啟動，傳送帶啟動。步驟33：當X3得電后，則B杠到達下限位，此時B杠Y1停止工作，C杠Y2啟動，機械手的手指開始工作。步驟40：T1計時器計時1秒完成時，相當于機械手已經夾緊物件，此時B杠開始啟動，開始向上移動，同時線圈M3得電。步驟50：當X4接通時，B杠到達上限位，A杠Y0啟動，機械手向左移動，線圈M4得電。步驟57：當X1接通時，A杠到達左限位，X5常閉觸點接通，說明E點沒有物件，機械手可以正常工作。則B杠Y1啟動，機械手開始向下移動。線圈M5得電。步驟65：當X3接通時，B杠到達下限位，此時C杠Y2啟動，機械手放松，物件放下，線圈M6得電。步驟72：T4計時器計時1秒后，相當于機械手已經完全放下了物件。步驟76：當T4導通時，B杠Y1啟動，機械手向上移動。當X4接通時，B杠到達上限位。步驟84：機械手回到初始位置。步驟95：這個程序結束綜上所述，可得整體程序如下：利用GXWorks軟件調試與仿真GXworks2軟件有結構化和簡單工程的方式去編程，能夠支持使用指令表、梯形圖、SFC及結構化方面等編程的語言。除此之外，也能夠進行程序的編輯，設定參數等功能。通過這個軟件，我們可以為控制器寫入程序。能夠使得控制器去進行順序控制，邏輯運算，計時等方面的程序。而且也能夠用數字方式或著是用模擬方式產生輸入/輸出的控制要求來控制生產中的過程。該設計的主要的調試仿真現象如下所示：一；模擬開始：二；機械手初始狀態：三；機械手啟動，X006線圈得電。M0繼電器開始接通：四；X000來一個上升沿脈沖，則D點檢測有物價，B杠啟動：五；機械手到達物件處，C杠啟動，機械手手爪啟動：六；當計時到1秒，機械手夾緊，B杠開始向上移動：七；當B杠到達上面后，A杠啟動，機械手開始向左移動：八；當A杠到達左邊設定位置，機械手B杠開始向下移動：九；當機械手到E點，C杠啟動，機械手放下物件：十；當物品放下后，機械手開始啟動B杠返回：十一；最后機械手回到初始狀態：plc的程序指令表程序的指令表見附錄圖2調試總結本系統在經過多次修改和調試之后，將編程程序與數據做出了適當的調控，基本上可以模擬機械手自動操作系統的運行狀況。完成工件的取送、搬運動作，機械手的成功發明并應用，是人類自動化發展史上一個杰出的貢獻，它標志著單一方向自動化的研究己經成為過去，人類運用機械手技術，將智能控制技術結合計算機控制系統等相關前沿學科。總結總體而言，基于有關PLC方面的機械手的控制系統，是有機械的、液壓的、電子的、控制的等多學科于一體的工業方向的控制系統，其應用已經相當成熟。本論文設計了一個完整的氣壓機械手控制系統,具有通用性和實用性。通過可編程序控制器(PLC)和機械手的控制,將物料從一個位置移動到另一個位置,使得每一個動作都能準確的定位，并且可以獨立完成。使用plc可以實時顯示操作者的工作狀態，還可以讀出操作者的移動速度和位移。便于操作手進行控制。畢業設計結束后,本人對機械臂在工業領域，對此有了較全面的理解：熟悉氣壓系統在控制系統中的應用；了解他的基本的工作原理及相關模塊的應用，控制系統由PLC設計出來。在此基礎上,編制了梯形圖、控制程序,實現了氣動系統運動過程的自動控制及信號采集。理論上的設計研究任務是因為我對PLC的梯形圖的一些程序指令的系統設計不太熟悉，對系統中的有些編寫不夠太熟練，所以我在設計過程的時候遇到了非常大的困難，所以對PLC控制程序的編寫還有待于進一步的深入研究。參考文獻宣自洋，陳書宏，常凱.基于PLC控制的變速器搬運機械手系統設計[J].制造業自動化，2020,37(04):6-8.王德志.基于PLC控制機械手系統設計的開發[J].科技風，2019(01):73.陸晨芳，桑晶，王強，范世祥，許德琪.銅管體專機自動上下料機械手研究與開發[J].電子測試，2019(02):101-103.劉紅先.基于PLC控制的氣動搬運機械手系統