三菱FX2N系列PLC机械手操作

转运机械手设计说明手册

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二O 一三 年 七 月

前言

机械手：也被称为自动手，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

工业机械人是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。转运机械手是工业机器人的一部分。它的特点是可通过编程来完成各种预期的搬运任务。

在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，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，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX 系列PLC ，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC ）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。

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。机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

目录

一 转运机械手

1.1 转运机械手总体介绍-----------------------1 二 机械手气动系统基本部件

2.1 控制元件--------------------------------2 2.2 执行元件--------------------------------3 2.3 辅助元件--------------------------------4 2.4 气动系统图------------------------------4

三 机械手电气控制

3.1 基本电气元件----------------------------5 3.2 控制面板布置----------------------------6 3.3 I/O配置分配表--------------------------7 3.4 硬件接线图------------------------------8 3.5 控制流程图------------------------------9 3.6 控制梯形图--------------------------------11

3.5.2 程序梯形图-----------------------------12

一 转运机械手

1.1 转运机械手总体介绍

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工

件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。通过对其编程实现所要功能。

二 机械手气动系统基本部件

2.1 控制元件

2.2.1

气动电磁阀

电磁阀4V230C-08

电磁阀4V210C-08

产品介绍

1、先导方式：外部与内部可选；

2、滑柱式结构，密封性好，反应灵敏； 3、三位置电磁阀有三种中央功能可供选择； 4、双头二位置电磁阀具有记忆功能；

5、内孔采用特殊工艺加工，磨擦阻力小，启动气压低，使用寿命长； 6、无需加油润滑；

7、可与底座集成阀组，节省安装空间； 8、附设手动装置，利于安装调试； 9、有多种标准电压等级可供选用。

电磁阀的工作原理就是利用给电磁铁通电，电磁阀里面的铁芯运动，来控制流体的通断。

电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同 电磁铁通电、断电，电磁阀里面的铁芯会移动，通过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的孔，来实现不同的孔的接通和断开，这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。

部件介绍

2.1.1 TR双轴气缸

引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。

2.1.2 气动手指HFZ16 部件介绍

SMC

气动手指又名气动夹爪或气动夹指，是利用压缩空气作为动力，用来夹取或抓取工件的执行装置。最初起源于日本，后被国内自动化企业广泛使用。根据样式通常可分为Y 型夹指和平型夹指，缸径分为16mm 和20mm 两种，其主要作用是替代人的抓取工作，可有效地提高生产效率及工作的安全性。

2.1.3 旋转缸HRQ10-A 部件介绍

1, 端盖分铸钢件和普通铸件

2，缸筒采用国产优质铁缸筒，内壁经精密研磨，配合好，摩擦力小，使用寿命长。

3，安装方式，可以按照标准QGA,QGB 系列；亦可按照客户提供图纸，经双方技术确认，不存在设计，使用隐患，按图制作。（1）小型，体积小，外型精致。 （2）表面阳极氧化处理，强度大，不宜磨损，

（3) 阀体，阀芯精密数控中心加工而成，精确度高，优质进口密封件，耐磨，不宜腐蚀。

2.3.1 气动三联件、开关

气动三联件是由过滤器、减压阀和油雾器三部分组成，过滤器主要负责过滤压缩空气中的杂质，减压阀主要负责控制系统压力，油雾器负责后端元件的给油润滑。

2.4 气动系统图

气动机械手气动回路原理图

三 机械手电气控制

3.1 基本电气元件

3.1.1 选择开关 SA

3.1.2 按钮开关 SB

3.1.2 磁性开关 LS

3.1.3 指示灯 HL

3.2 控制面板布置

3.3 输入/输出编址表

3.4 硬件接线图

3.5 控制流程图

PLC 程序是PLC 控制系统的核心，想要机械手按照某种路线运动就得通过编写PLC 程序来实现，所以PLC 程序对用PLC 控制的机械手来说至关重要。

3.5.1 程序流程图

顺序功能图（SFC ）是一种新颖的、按照工艺流程图进行编程的图形编程语言。这是一种IEC 标准推荐的首选编程语言，近年来在PLC 编程中已经得到了普及和推广，

SFC 编程的优点：

1、在程序中可以很直观地看到设备的动作顺序。比较容易读懂程序，因为程序按照设备的动作顺序进行编写，规律性较强。

2、在设备故障时能够很容易的查找出故障所处在的位置。

3、不需要复杂的互锁电路，更容易设计和维护系统。

3.6 控制梯形图

3.7 后记

1、本次设计的是气动通用机械手，相对于专用机械手，通用机械手的自由 度可变，控制程序可调，因此适用面更广。

2、采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。 工作环境适应性好，不会因环境变化影响传动及控制性能。阻力损失和泄漏较小， 不会污染环境。同时成本低廉。

3、通过对气压传动系统工作原理图的参数化绘制，大大提高了绘图速度， 节省了大量时间和避免了不必要的重复劳动，同时做到了图纸的统一规范。 4、机械手采用PLC 控制，具有可靠性高、改变程序灵活等优点，无论是进

行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过设定PLC 程序来实现。可以根据 机械手的动作顺序修改程序，使机械手的通用性更强。

4、本次的设计是在我的努力下和同学的帮助下完成的。我亲身体验到了要做好一件事情是不容易的。我将会在以后的学习生活中再接再厉！这次的设计也存在许多瑕疵！