论文总字数：12913字

摘 要

随着工业社会的发展，机械手应运而生。它擅长模仿人体上肢的部分功能，适应人体所不能适应的重酸、重碱等恶劣环境，效率高、安全稳定、可进行高强度工作的特点，使其在自动化生产中有着越来越广泛的应用。PLC是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置，它具有功能性强，可靠性高，编程简单，使用方便，体积小巧等特点，在各类领域中发挥重要作用。为了提高机械手的生产效率，通过PLC编程来控制完成预期的作业，根据机械手的工作原理，本文选用S7-200系列PLC为控制核心，分配有15个输入点和6个输出点，基于机械手的运动规律：左/右、上/下、夹/松等进行软件编程。并且从控制系统的硬件结构及软件实现方法进行阐述，测试结果显示，该系统运行稳定，生产率较高。

关键词：机械手，PLC，编程，S7-200

Abstract: With the improvement of the industrial society, the mechanical manipulator arises at the historic moment . It can imitate human body upper part of the function, to adapt to the human body can not adapt to heavy acid, alkali and other bad environment, high efficiency, security and stability, for the characteristics of the high strength work, make it has more and more widely used in the automatic production. PLC is based on computer technology as the core of general automation control device, it is functional, high reliability, simple programming and easy to use, small size etc, play an important role in various areas. In order to improve the production efficiency of the manipulator, controlled by PLC programming to complete the homework. According to the working principle of the manipulator, this paper selects the S7-200 series PLC as the control core, has 15 input point distribution and six dots, according to the motion of manipulator: left/right, up/down, clamp/pine for software programming. And from the control system hardware structure and software implementation method and the testing results show that the system runs stably, higher productivity.

Keywords: mechanical manipulator , PLC, programming，S7-200

目 录

1 前言 4

1.1 机械手的发展和现状 4

1.2 课题研究的目的与意义 5

2 机械手的PLC控制系统 5

2.1 PLC控制系统特点 5

2.2 机械手控制系统框图 6

2.3 控制系统外部输入输出设备 6

2.4 控制系统原理及流程图 7

3 硬件选择与软件设计 9

3.1 PLC的选择 9

3.2 I/O分配表 11

3.3 操作面板的设计 12

3.4 PLC外部接线图 13

3.5 程序设计 13

4 仿真 19

4.1 系统仿真 19

4.2 仿真过程分析 20

结 论 23

参 考 文 献 24

致 谢 25

附 录 26

1 前言

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller——PLC），要求控制系统需按照逻辑条件和一定的顺序、时序产生控制动作，并且能够对于来自现场的大量开关量、脉冲、计时、计数及模拟量超限报警监控等数字信号进行监视和处理。工业机械手是近现代自动控制领域中出现的一项新技术，已经成为当前生产制造系统中的一个重要组成部分，并在当前的自动化生产中得到了广泛的应用。PLC控制开发的周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制，由于信号处理时间短、速度快、运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强等优越性，因而成为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式^[1]。

1.1 机械手的发展和现状

机械手是在上世纪50年代末出现，近年来发展迅速起来的自动化装置。虽然机械手现在还不能像人手那样灵活，但是它具备能够不停地重复工作和劳动，抓举重物的力度比人手要大得多的特点，因此，机械手已经受到很多行业的重视，并越来越广泛地得到了应用。

1954年，被称为“机器人之父”的美国科学家George Devol取得了附有重放记忆装置的第一台机械手的专利权，该设置能执行从一点到另一点的被控运动，这被认为是“机器人时代”的开始。1970年，Victor Schenman在斯坦福大学演范了一种由计算机控制的机械手，这就是著名的斯坦福机械手。70年代以后，在工业发达国家，特别是在日本，机械手和以机械手为核心的自动化设备，有了广泛的应用。80年代，为了使机器人技术向各行各业发展，于是机器人扩展到应用于社会服务、海洋开发、宇宙空间、地下采矿、军事作战、救灾抢险等领域。到了90年代，随着微电子技术、计算机技术、网络技术等一系列的快速发展和它们之间的相互渗透，机械手技术飞速发展起来^[2]。

近年来，随着人类活动在该领域的进一步扩展，人们与非制造业机械手的研究不断活跃。这些行业与非制造业相比，工作条件的非结构化，和不确定性是其的主要特点，因而有着更高的要求，需要机械手具有对外部感官能力和局部的自主规划能力等^[3]。

机械手是集机械、电子、计算机、控制、信息等学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机械手的主要发展方向如下：

1. 机械结构向模块化、可重构化发展。
2. 机械手控制系统向基于PLC的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化。
3. 传感器在机械手的应用中作用也来越重要，除了传统传感器之外，装配、焊接机械手还使用视觉、力觉等传感器，而远程控制机械手则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器融合技术。
4. 虚拟现实技术在机械手中的作用从仿真、语言向用于过程控制发展。如使遥控机械手操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机械手。

1.2 课题研究的目的与意义

本课题着重于机械手的PLC控制，要求可以实现机械手的上升、下降、夹紧、放松、左移、右移等功能，并且保证编程简单有效、可靠性较高、维护维修经济方便。

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