基于PLC的机械臂控制系统的设计
摘要：随着自动化的发展，机械手臂成为了自动化发展的中流砥柱。本课题主要是设计一款基于PLC机械手臂的控制系统，主要采用的是PLC实现对机械手臂的控制，本课题首先介绍了课题背景，确定了研究方向，并介绍了硬件选型和程序编辑。通过调试，进行对机械手臂的完美控制。
关 键 词：机械手臂；PLC；
Development of Control System for Robot Arm Based on PLC
Abstract：With the development of automation, mechanical arm has become the mainstay of automation. This topic mainly designs a control system based on PLC manipulator, which mainly uses PLC to control the manipulator. Firstly, this topic introduces the background of the subject, determines the research direction, and introduces the hardware selection and program editing. Through debugging, the perfect control of the manipulator arm is achieved.
Keywords: mechanical arm; PLC;
第一章 绪论
1.1 课题的背景
众所周知的是工业的生产力的水平是每一个国家都非常重视的一个数据，因为这项数据是我们在世界范围内评定1个国家发展速度快慢的一个重要的指标。我国现在经济中在现在一个非常的速度在向前迈步。但是公认的处境不是很好，他们在生产的过程中，生产环境还是比较恶劣的。现在的情况就是很多工厂，或者说是企业在生产过程中已经开始使用全自动化的一些设备这样子的话能够一方面保证工作人员的安全，另一方面提高生产的效率和精度。然后工人的话，他们只需要巩固和加强他们的，对于设备的一些操作的能力就可以了。
在工业生产各个国家的，手工加工技术，英语中使用最广泛的技术非常适用于机器人。并且有很高的智能性质。他们可以根据不同的要求做出不同的变化，并且同时可以在生产过程中随时的钱是制造的情况。根据监视所反馈的一些数据来做出相应的调整，这样的话企业或者说公司在生产的过程中他们的产品的一个质量就可以得到保证，然后再制造的稳定性方面也可以得到大幅度的提高。机器人就是新世纪的福音，他们为我们带来了超高的生产效率，同时也能保证实现超高的一个生产的质量，这样来说的话，我们换一个角度来思考机器人，他们是从另外一个方向，它推动了社会的现代化，促进社会的发展。这篇文章中还，我们可以关注到在机床还有焊接工艺中，我们使用的机器人也具有各种各样的功能，并且能够实现各式各样的要求。
对于机械手臂的研究来说，我们需要各个学科的在研究过程中的相结合，因为机器人是一个需要很多不同的知识，才能够建成的体系。在中国的话，现在已经有很多的先进的技术，被运用在机器人的研究中，像比如说电子计算机，还有一些传感器之类的技术。
PLC技术，这是一个在工业生产中经常能够听到的一项技术，他的意思呢，就是说这项技术能够实现一个对生产的远程的，还有一个自动化的一个控制。通过在生产制造的各个环节中使用这一项技术，这将会为我们带来高质量的生产，还有降低工人的工作风险，并且能够与我们实现一个高新技术产业的实现的目标。
与此同时，机器人可以能够通过软件编程的方式来完成不同的控制不同的生产对象，使生产产能的增加。，在一些高人力行业，机器人的应用与使用技术我们大多是用在减少人力和控制方面。实现产业的最大化。
这个机械手臂在生产过程中已经服役了很多年，他在早期的过程中能够实现一个与加工，然后他有一个非常高的适应性，因为他还是比较简单的，所以比较便于使用，而且维修成本也不是很高。
1.2 机器人的定义和分类
机器人应该是能够在各种条件下工作的装置，并且它的工作主要是由于多功能机器，可以模仿人的手的动作，并且可以通过改变控制程序来实现不同的操作。
机器人是已知的，对工业生产的积极影响。我们国家现在高度赞赏使用，因为不利条件下生产的机器人。如果我们想要时候这个生产过程达到完成，而且我们又得保证他的产品的质量还算不错的话，我们就可以使用机器人这样子的话不仅了我们能够保证一个治疗，同时还能提高我们的生产效率，举个特殊的日子，我们如果想要在有放射性污染的地方使用或者想要在一个有着强污染的场合使用，我们就可以通过机器人来代替人工，所以呢，我们国家现在在研究机器人，这个方面砸入了，不计其数的财力和物力。
第一个呢，是独立机械手第二个是手动机械手，第三个的话我们可以把它叫做特殊机械手。通用机器人的话，他还有另外一个说法，或者说另外一个名字吧，我们把它叫做独立机器人自主机器人呢，我们听这个名字就能知道他没有必要使用人力去操纵它，并且它也不连接到我们传统的主机上。在和工业和军事工业发展到一定程度的时候呢，我们可以开始了解人工机械手，它后来也慢慢的发展，到了通信行业。在对地球外，也就是宇宙中的一些星星或者饮食进行探测的时候，我们就可以使用这种机器人，对于专业机械手来说，这就是一样，在特定的生产过程中，在特定的生产环节里我们工厂使用的一种机械手。向这些机器人的话，他们一般来说都会连接到一个主机，然后是由主机提供服务的。一般机器人就是这样设计的。
1.3 机械手的应用及相关组成
现在对于机器人，在不同的领域，还有各个方面的使用，我们可以举两个简单的例子。第一个是生产环节中，在热诚心中，也就是我们常说的锻造行业机器人可以实现一个自动的切割和铸造。这是我们人类现在无法做到的事情，这样的话，我们很明显的能够感觉到生产的速度还有能够得到的产品的质量有了很大的提升。第二个例子就是在冷加工的过程中，同样也是一个铸造行业。我们可以发现工厂中会有前排的机器人放在那里，他们将在产品的制造过程中使用。对于工厂，这些机器人现在俨然快要成为他们的命脉了。我们还可以发现，比如说在铁路上，如果运用的话，我们可以实现一个道路的拆除，或者说是对路况的一个检测，这样的话可以减少工人的劳动。
我们现在来介绍机器人的组成，大体上，我们可以知道机器人分为两个部分一个是驱动器，还有一个是驱动机构驱动器的话是和人体一样，有手臂和手掌，也就是他们的爪子。值得一提的是，机器人不受我们人类这种生理上的限制，他们的手臂能够达到完全自由的旋转，折叠，这样子的话，我们就可以发现他们其实比我们更加灵活。它可以捕获对象。手指的数量可根据工作要求设计。
对于他们的核心，也就是我们所说的驱动系统，这是一项维持机器人，能够进行生产的一个重要的机构，我们普遍的使用的是店里，还有气动，当然了除了这些驱动方法之外，我们还可以发现，有的工厂在机选的选用上，使用了一些别的技术举两个例子，一个是使用了液压，另外一个是使用的机械驱动。
对于机器人的大脑，也就是控制系统来说，他们能够实现的，就是类似于电脑的CPU就是对一个数据的处理。我们本文在对于机器人的控制系统上，我们主要是介绍了一个P L C技术这项系统有着很强的适应能力，他能够完成自己的一个超强的适应性，也就是说他很可靠，而且他还具有一个比较容易编程还有弄懂的一个特点，我们在使用它进行控制的环节里，一般来说，我们也要弄懂这个机器人他的工作的所使用的一些算法。然后用于生产一些更复杂的产品，我们可以使用的计算机系统，为您的设计援助。
1.4 机器人的发展趋势
随着社会的不断进步，各种机器人技术，这些技术在技术不断提高的性能，也不断提高。目前，机械手的未来趋势有以下几点：
1.4.1 提高热加工工业中的应用
热行业是复杂的，由于其较高的工作温度和工作环境。该行业在生产过程中受到了挫折，然而，如果我们使用了机械手的技术，我们就能在这些环节中的锻造，焊接，热处理等加工中，实现一个非常好的有成效的操作，当然了随着工业现代化的进行很多机器人将投入使用。
1.4.2 要求高工作性能的机械手
当下，不同性能的机械手臂充斥再市场中，购买价格参差不齐，服务质量直接影响生产的质量和效率。对于机械手臂性能的最大指标就是工作速率和生产。
1.4.3 新型组合式的机械手的发展趋势
行业后期发展：更好的发展和强大的机器人扩张是，更为广阔的未来。但是，面对生产成本高的机械手而言，广为发展终会收到限制。而特殊的机器人很便宜。然而，它的适用性比设备齐全的机器人的低得多。为了使该领域充分开发，最满意的和及时的新的联合操纵。它基本上可以结合机械手的基本组件根据行业的实际需求，完成工业化生产。
1.4.4智能机械手对于感官能力的开发
大部分情况还是需要采取手动来进行判断的，就事故而言，有些情况是随时都在变化，所以机械手并不能像人工一样，及时的发现这些问题并改正。这样的话，我们必须对于机械手的开发进行进一步的提高，使其具有感官能力，能够感知这些突发事件并良好的面对和解决。有可以精确操作的机械手臂来突破我们的未来，对于机器人行业有事进一大步的提升。
1.5 项目的研究步骤
第一步：根据PLC程序，利用触摸屏控制机械手臂的上升下降、旋转、左移右移、松开和夹紧的点动操作。
第二步：根据PLC程序和触摸屏上的控制按键进行手动操作。
第三步：根据PLC程序和触摸屏上的控制按键进行自动运行。
第四步：机械手臂的紧急制动操作及复位操作。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景 1
1.2 机器人的定义和分类 2
1.3 机械手的应用及相关组成 3
1.4 机器人的发展趋势 4
1.4.1 提高热加工工业中的应用 4
1.4.2 要求高工作性能的机械手 4
1.4.3 新型组合式的机械手的发展趋势 4
1.4.4智能机械手对于感官能力的开发 4
1.5 项目的研究步骤 4
第二章 可编程控制器的简介 5
2.1 PLC的概况 5
2.2 PLC的基本结构 6
2.2.1 中央处理器CPU 6
2.2.2存储器 6
2.2.3 输入输出单元 6
2.2.4电源部分 7
2.3 PLC梯形图中的编程元件 7
第三章 机械手系统组成 9
3.1 机械手模型的机械特性 9
3.2 夹紧机构 9
3.3 躯干 9
3.4 旋转编码盘 9
第四章 控制系统设计 11
4.1 控制系统的硬件设计 11
4.1.1 PLC的选型 12
4.1.2 PLC的I/O地址分配 12
4.1.3 机械手控制系统的外部接线图 14
4.2 控制系统软件设计 14
4.2.1公用程序 15
4.2.2自动操作程序 15
4.2.3 手动单步操作 23
4.2.4 回原位程序 26
4.3 PLC程序的上载和下载 29
4.3.1 PLC程序的上传 29
4.3.2 PLC程序的下载 29
第五章 程序调试 30
5.1手动模式调试 30
5.2自动模式调试 30
第六章 设计总结 31
6.1 总结 31
6.2 展望 31
参考文献 32
致 谢 33
