1、摘 要随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运上, 搬运机械手可以很好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其它搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。本机械手的机械结构主要包括由三个双控电磁阀控制的双作用气缸分别实现机械手的伸缩、升降及夹紧松开动作的控制，及一个通过线圈控制正反转的交流电机，从而实现机械手的旋转工作。机械手的动作靠设置在各个不同部位的行程开关(SQ1-SQ6)产生的通断信号来转换，信号传输到 PLC 控制器，通过PLC 内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈
2、来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位。其动作过程包括：前伸、下降、延时、夹紧、延时、上升、回缩、旋转（顺时/逆时） 、前伸、下降、延时、放松、延时、上升、回缩、旋转（逆时/顺时） ；其操作方式包括：点动、单步、单周期、全自动；全程靠触摸屏、PLC 及各种行程开关的控制来满足生产中的操作需求。关键词：搬运机械手；可编程控制器（PLC） ；气动；电磁阀；触摸屏AbstractWith the popularization and development of industrial automation, controllers demand increases year by
3、 year, handling robot applications are becoming more common in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other fields of production lines or cargo transported, the transfer robot can be more good energy savings and improve the efficiency of transport equipment or products
4、 in order to reduce the restrictions and other handling methods inadequate to meet the requirements of modern economic development.The design of the mechanical structure mainly comprises three pairs of control solenoid valve control were achieved double-acting cylinder telescopic manipulator, liftin
5、g and controlling the motion of the clamp release, and a reversing through the coil AC motor control, in order to achieve rotation of the work robot.By operation of the robot disposed in different parts of the travel switch (SQ1 - SQ6) OFF signal generated to convert the signal to the PLC controller
6、, through the PLC program output different signals to drive the external coil to control the motor or electromagnetic valves have different actions, to achieve precise positioning of the robot.Its action process includes: reach, drop, delay, clamping, delay, rise, retraction, rotation (clockwise / c
7、ounterclockwise), reach, drop, delay, relaxation, delay, rise, retraction rotation (counterclockwise / clockwise); their operating methods include: back in place, manual, single-step, single cycle, continuous; come in a variety of operations to meet production requirements.Keywords:transfer robot; p
8、rogrammable controller (PLC); pneumatic; solenoid valve;Touchscreen目 录第一章 绪论 .11.1 可编程序逻辑控制器的发展及应用 .11.2 人机界面的发展及作用 .1第二章 机械手简介 .32.1 机械手发展史 .32.2 机械手的组成 .32.3 机械手的分类 .42.4 机械手应用意义 .4第三章 人机界面概述 .63.1 人机界面基本概念 .63.2 人机界面的分类 .73.3 人机界面的工作原理 .83.4 人机界面的操作与维护 .8第四章 总体方 案设计 .104.1 设计要求 .104.2 系统控制要求 .114
9、.3 控制方案的设计 .114.4 系统工作方式设计 .12第五章 硬件选型及其接线设计 .145.1 气缸的选型 .145.2 电磁阀的选型 .165.3 电机选型 .175.4PLC 选型 .175.5 触摸屏选型 .185.6 电机的接线设计 .19六章 系统程序设计 .216.1 系统程序流程图 .216.2 系统 I/O 分配表 .226.3 系统程序设计 .22第七章 组态 画面设计 .267.1 画面的总体规划 .267.2 连续运行画面设计 .277.3 手动运行画面设计 .287.4 离线模拟调试 .31致 谢 .34参考文 献 .35附录一 指令表 .36附录二 梯形图 .
10、41江西理工大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 1第一章 绪论1.1 可编程序逻辑控制器的发展及应用可编程序逻辑控制器（PLC）作为现代化的自动控制装置已普遍应用于工业企业的各个领域，是生产过程自动化必不可少的智能控制设备。自 20 世纪 60 年代末期可编程序逻辑控制器（PLC）的概念诞生以来，到现在 PLC 已经发展到了第四代：具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器。可编程控制器（PLC）具有抗干扰能力强，可靠性高；控制系统结构简单，通用性强；编程方便，易于使用；功能完善；设计、施工、调试的周期短；体积小，维护操作方便的特
11、点。PLC 的这些优点引起经世界各国的普遍重视。因 PLC 控制系统具有运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强、能经受恶劣环境的考验等优越性，已经成为机械手控制系统中使用最多的控制方式。从 20 世纪 70 年代初开始，在不到 30 年的时间里，PLC 生产发展成了一个巨在的产业，据不完全统计，现在世界上生产 PLC 的厂家有 200 多家，生产大约 400 多个品种的 PLC 产品。PLC 的出现及使用在很大程度上代替了传统的继电器控制，这使得劳动生产率得到提高，劳动条件得到改善，减轻工人的劳动强度及工业生产实现自动化成为可能。1.2 人机界面的发展及作用1959 年美国学者 B.Shackel
12、 从人在操纵计算机时如何才能减轻疲劳出发，提出了被认为是人机界面的第一篇文献的关于计算机控制台设计的人机工程学的论文。1960 年，Liklider JCK 首次提出人机紧密共栖（Human-Computer Close Symbiosis）的概念，被视为人机界面学的启蒙观点。1969 年在英国剑桥大学召开了第一次人机系统国际大会，同年第一份专业杂志国际人机研究（IJMMS）创刊。可以说，1969 年是人机界面学发展史的里程碑。1970 年到 1973 年出版了四本与计算机相关的人机工程学专著，为人机交互界面的发展指明了方向。20 世纪 80 年代初期，学术界相继出版了六本专著，对最新的人机交
13、互研究成果进行了总结。人机交互学科逐渐形成了自己的理论体系和实践范畴的架构。理论体系方面，从人机工程学独立出来，更加强调认知心理学以及行为学和社会学的某些人文科学的理论指导；实践范畴方面，从人机界面（人机接口）拓延开来，强调计算机对于人的反馈交互作用。人机界面一词被人机交互所取江西理工大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 2代。HCI 中的 I，也由 Interface(界面/接口)变成了 Interaction(交互)。人机交互与人机界面是两个有着紧密联系而又不尽相同的概念。交互是人与机-环境作用关系/状况的一种描述，界面是人与机-环境发生交互关系的具体表达形式。20 世纪 90 年代后
14、期以来，随着高速处理芯片，多媒体技术和 Internet Web 技术的迅速发展和普及，人机交互的研究重点放在了智能化交互上，多模态（多通道）-多媒体交互，虚拟交互以及人机协同交互等方面，也就是放在以人为在中心的人机交互技术方面。江西理工大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 3第二章 机械手简介2.1 机械手发展史机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手首先是从美国开始研制的。1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结
15、构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962 年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为 Unimate（即万能自动） 。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年，美国机械制造公司也实验成功一种叫 Vewrsatran 机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。这两种出现在六十年代初的机械手，是后来国外工业机械手发展的基础。1978 年美国 Unimate 公司和斯坦福大学，麻省理工学
16、院联合研制一种 Unimate-Vicarm 型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于1 毫米。联邦德国 KnKa 公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统 FMS 和柔性制造单元 FMC 中的重要一环节。2.2
17、 机械手的组成一般来说，机械手主要有以下几部分组成：1.手部(或称抓取机构) 包括手指、传力机构等，主要起抓取和放置物件的作用；2.传送机构（或称臂部） 包括手腕、手臂等，主要起改变物件方向和位置的作用；3.驱动部分 它是前两部分的动力，因此也称动力源，常用的有液压气压电力和机械四种驱动形式；4.控制部分 它是机械手动作的指挥系统，由它来控制动作的顺序（程江西理工大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 4序） 、位置和时间（甚至速度与加速度）等。5.其它部分 如机体、行走机构、行程检测装置和传感装置等。2.3 机械手的分类机械手从使用范围、运动坐标形式、驱动方式以及臂力大小四个方面的分类分别
18、为：1. 按使用范围分按机械手的使用范围可以分为专用机械手和通用机械手。专用机械手一般只有固定的程序，而无单独的控制系统；而专用机械手是指具有可变程序和单独驱动的控制系统，不从属于某种机器，而且能自动完成传送物件或操作某些工其的机械装置。2. 按运动坐标型式分（1） 圆柱坐标式机械手 手臂可以沿直角坐标轴的X和Z方向移动，又可绕Z轴转动(定为绕Z轴转动)，亦即臂部可以前后伸缩、上下升降和左右转动；（2）直角坐标式机械手 臂部可以沿直角坐标轴X、Y、Z三个方向移动，亦即臂部可以前后伸缩(定为沿X方向的移动)、左右移动(定为沿Y方向的移动)和上下升降(定为沿Z方向的移动)；（3）此外还有球坐标式机
19、械手和多关节式机械手等，本文中并不一一阐述。3. 按驱动方式分有以压力油进行驱动的液压驱动机械手，有以压缩空气进行驱动的气压驱动机机械手，直接用电动机进行驱动的电力驱动机械手，及靠机械传动驱动的机械驱动机械手。4. 按机械手的臂力大小分类有臂力小于1的微型机械手，还有臂力在110之间的小型机械手，及中型机械手，其臂力在30以下。2.4 机械手应用意义现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效
20、率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故 。机械手的使用是现代企业自动化进程的重要组成部分，能实现加工动作的稳定性，减少人工搬运带来的偏差，对产品可靠性具有最大意义！1.在机械工业中，机械手的应用可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器江西理工大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 5的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染
21、以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3.可以减少人力，便于有节奏的生产应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。江西理工大学 2013 届本科生毕业设计（论文） 6第三章 人机界面概述人机界面（Human Machine Interaction，简称 HMI） ，又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递
22、、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。3.1 人机界面基本概念（1）人机界面人机界面是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面，信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软触，此结合面不仅包括点线面的直接接触，还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。人机结合面是人机系统的中心一环节，主要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及安全系统工程学去研究
23、具体的解决方法手段措施安全人机学。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。现在大量运用在工业与商业上，简单的区分为“输入” （Input）与“输出” （Output）两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令（命令）的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助使用者更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥最大的效能并延长使用寿命，而目前市面上所指的人机接口则多界狭义的指在软件人性化的操作接口上。特定行业的人机界面可能有特定的定义和分类，比如工业机器人
24、（Industrial Human-machine Interface 或简称 Industrial HMI） 。（2）人机交互人机交互、人机互动（Human-Computer Interface，简写 HCI，又称用户界面或使用者界面）：是一门研究系统与用户之间的互动关系的学问。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流，并进行操作。小如收音机的播放按键，大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。人机交互（Human-Computer Interaction，简写 HCI）：是研究关于设计、评价和实现供人们使用的交互计算系统以及有关这些现象进行研究的科学。
