温州大学毕业论文 基于PLC控制的机械手设计
目 录
摘要 ···································································································· 1 引言 ···································································································· 1 1.机械手总体方案设计 ···································································· 2
1.1设计要求 ······················································································· 2 1.2运动形式的选择 ············································································ 2 1.3驱动方式的选择 ············································································ 4 1.4总体结构设计 ················································································ 5
2.机械手手部设计 ············································································ 6
2.1结构分析 ······················································································· 6 2.2计算分析 ······················································································· 6
3.PLC控制系统设计 ········································································· 11
3.1机械手移动工件控制系统的控制要求 ·············································· 11 3.2机械手移动工件控制系统的PLC选型和资源配置 ··························· 13 3.3机械手移动工件控制系统的PLC程序 ············································ 14
4.动画制作 ························································································ 18
4.1建立机械手模型 ············································································· 18 4.2制作机械手的动画 ········································································· 18
结束语································································································· 26 致谢 ····································································································· 26 参考文献 ···························································································· 26 附录 ····································································································· 27
温州大学毕业论文 基于PLC控制的机械手设计
摘 要
机械手设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。本课题通过对设计要求的分析，设计出机械手的总体方案，重点阐述了手部结构的设计以及控制系统硬软件的设计，完成了整个系统工作的动画设计。实现了机械手的基本搬运功能，达到了预期要求，具有一定的应用前景。 关键词：机械手 PLC 动画
引 言
随着世界经济和技术的发展，人类活动的不断扩大，机器人应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，也从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化各机器人化的要求。随着机器人的产生和大量应用，很多领域，许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。
工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作机, 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。
机械手是一种模仿人手动作，并按设定的程序来抓取、搬运工件或夹持工具，机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能组成，主要完成移动、转动、抓取等动作。
控制系统是机械手的指挥系统，它通过控制驱动系统，让执行器按照规定的要求进行工作，并检测其正确与否。可编程控制器（PLC）是一种数定运算操作的电子系统，它将逻辑运算、顺序控制、时序、计数、算术运算等控制程序，用指令形式存放在存储器中，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。与继电器控制线路相比，PLC具有可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、使用方便；设计、安装容易，维护工作量少；功能完善、通用性强；体积小、能耗低等特点。因此，机械手控制系统越平越多的由可编程控制器来实现。
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温州大学毕业论文 基于PLC控制的机械手设计
1.机械手总体方案设计
1.1设计要求：
1.机械手能够完成从一个工作点取物体旋转一定角度，放到另一个工作点上。 2.要求完成手抓结构的设计，进行夹紧力的计算分析。初值给定如下： 工件质量m=0.1kg 摩擦系数μ=0.15
重力加速度g=9.8m/s2
垂直加速度a=0.3g=2.94m/s2 水平加速度a=0.3g=2.94m/s2 回转半径r=0.5m 角速度ω＝3.5rad/s 角加速度β＝2.1rad/s2 安全系数S=1.45 夹角φ＝45°
3.要求选用PLC作为控制系统。
1.2运动形式的选择：
根据主要的运动参数选择运动形式是结构设计的基础。常见机器人的运动形式有四种，下面分别论述其特点，然后确定运动形式。
1.直角坐标型机器人
直角坐标型机器人的结构简图如图1-1所示，它在x,y,z轴上的运动是独立的，3个关节都是移动关节，关节轴线相互垂直，它主要用于生产设备的上下料，也可用于高精度的装卸和检测和作业。这种形式的主要特点是： (1)在三个直线方向上移动，运动容易想象。 (2)计算比较方便。
(3)由于可以两端支撑，对于给定的结构长度，其刚性最大。 (4)要求保留较大的移动空间，占用空间较大。 (5)要求有较大的平面安装区域。
(6)滑动部件表面的密封较困难，容易被污染。
2.圆柱坐标型机器人
圆柱坐标型机器人的结构简图如图1-2所示，R、θ和x为坐标系的三个坐标，其中R是手臂的径向长度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。这种形式的主要特点是：
(1)容易想象和计算。
(2)能够伸入形腔式机器内部。 (3)空间定位比较直观。
(4)直线驱动部分难以密封、防尘及防御腐蚀物质。
(5)手臂端部可以达到的空间受限制，不能到达靠近立柱或地面的空间。 3.极坐标型机器人
极坐标型机器人又称为球坐标机器人，其结构图如图1-3所示，R，θ和β为坐标系的坐标。其中θ是绕手臂支撑底座垂直轴的转动角，β是手臂在铅垂面内的的摆动角。这种机器人运动所形成的轨迹表面是半球面。其特点是：
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