基于plc机械手控制系统设计图文.doc

江苏农林职业技术学院毕 业 设 计（论 文）SNL/QR7.5.4-3 基于PLC机械手控制系统设计专 业: 数控设备应用与维护 学生姓名: 石宇峰 班 级: 1班 学 号: 201110170111 指导教师: 孙昌权 完成日期: 2014年05月24日 成绩评议学号 201110170111 姓名 石宇峰 题目 基于PLC机械手控制系统设计 指导教师建议成绩： 评阅教师建议成绩： 答辩小组建议成绩： 院答辩委员会评阅意见及评定成绩： 答辩委员会主任签字（盖章）： 年 月 日毕业设计（论文）任务书姓名 石宇峰学号201110170111 班级 数控设备应用与维护题目 基于PLC机械手控制系统设计设计(论文)主要内容1.控制系统整体控制方案设计；2.系统硬件选型与整体设计；3.软件系统设计；4.运行调试与结果分析。重点研究问题1.PLC的特点与应用；2.系统软件的架构；3.系统硬件的选型4.可参考相关产品的设计，结合在校期间所学知识，完成设计。主要技术指标所设计系统应具有一定的实际应用价值，要求考虑问题全面，软件运行可靠稳定、硬件选型合理。其它要说明的问题指导老师意见 指导教师签字： 年 月 日指导教师意见对论文的简短评价：1.指出论文存在的问题及错误2.对创造性工作评价 3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 指导教师签字 年 月 日评阅教师意见对论文的简短评价：1.指出论文存在的问题及错误2.对创造性工作评价 3.建议成绩优 良 中 及格 不及格 评阅教师签字 年 月 日答辩小组评议意见学号 201110170111 姓名 石宇峰 题目 基于PLC机械手控制系统设计 答辩小组意见：1.对论文的评价 2.建议成绩等级 优 良 中 及格 不及格 3.需要说明的问题 答辩小组长签字 年 月 日基于PLC机械手控制系统设计摘要：可编程控制器是一种以微处理器为核心的工业控制装置。它采用了可编程序的存储器，可以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时器、计数器和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的设备或生产过程。可编程控制器结构简单、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，在汽车、钢铁、航空航天、船舶、化工、纺织、食品、造纸、军工等工业领域获得了广泛的应用。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，在生产过程中起着非常重要的作用。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。机械手能代替人类完成危险、重复、枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力，因此机械手得到了越来越广泛的应用。 关键词 可编程控制器；机械手；组态王Manipulator based on PLC control system design Abstract:Programmable controller is a microprocessor as the core of the industrial control device. It uses the programmable memory, can be in its internal storage to perform the logic operation, sequence control, timer, counter and arithmetic operation instruction, and through the digital and analog input and output, the control various types of equipment or the production process. Programmable controller simple structure, convenient operation, high reliability, general flexible, small volume, long service life, in car, steel, aerospace, ship, chemical, textile,food, paper making, war industry and so on field has been widely used.Manipulator is in automatic production process use a crawled and mobile workpiece function of automatic device, it is in the mechanical automation production process developed a kind of new type device, in the process of production plays a very important role. In industrial production and other domains, Because of the demands of the work, people were usually subjected to endanger of heat, decay and poisonous air etc factor, these factors increased the strength of worker's labor, even endanger life. Since the manipulator was born, the various difficult problems were easily solved. Robots can replace human consummately danger, repeat the boring work, ease human labor intensity and improve labor productivity, so robots have been applied more and more.目录前 言11.可编程控制器PLC21.1 PLC简介21.2 PLC结构21.2.1 结构简图21.2.2 PLC硬件系统21.3 PLC的工作原理41.4 PLC的特点41.5 PLC的主要功能51.6 PLC的经济分析51.7 PLC发展状况及趋势61.8 PLC选择及论证62.机械手82.1机械手简介82.2机械手的结构82.3 机械手的分类82.4机械手的特点92.5 机械手的发展趋势及其应用92.6机械手选择102.7控制方式的分类112.8操作方式112.8.1手动操作方式112.8.2自动操作方式112.9控制要求113.机械手控制系统硬件设计133.1 系统控制流程图133.2 IO分配表143.3 接线图144.机械手控制系统的软件设计154.1 软件设计和梯形图154.2 模拟调试174.3 组态王软件174.3.1.使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法174.3.2使用组态王软件开发具有的特点174.3.3采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑三个方面184.4 创建一个工程的一般过程184.5 机械手控制系统组态的建立184.5.1 定义新画面184.5.2 定义IO设备204.5.3 构造数据库224.5.4 创建动画连接234.5.5 运行和调试244.5.6 动态分辨率转换245. PLC机械手的程序调试255.1控制系统的程序调试步骤255.2 调试过程中要注意的事项25参考文献26致 谢27前 言在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。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，广泛应用于柔性自动线1。机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的发展，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。目前，正式投入使用的绝大部分机械手属于第一代机械手，即程序控制机械手。这代机械手基本上采用点位控制系统，没有感觉外界环境信息的感觉器官，主要用于焊接、喷漆和上下料。第二代机械手具有感觉器官，仍然以程序控制为基础，但可以根据外界环境信息对控制程序进行校正。这代机械手通常采用接触传感器一类的简单传感装置和相应的适应性算法。现在，第三代机械手正在第一、第二代机械手的基础上蓬勃发展起来，它是能感知外界环境与对象物，并具有对复杂信息进行准确处理，对自己行为做出自主决策能力的智能化机械手。目前机械手技术有了新的发展：出现了仿人型机械手、微型机械手和微操作系统（如细小工业管道机械手移动探测系统、微型飞行器等）、机械手化机器、智能机械手（不仅可以进行事先设定的动作，还可按照工作状况相应地进行动作，如回避障碍物的移动，作业顺序的规划，有效的动态学习等）。机械手的应用领域正在向非制造业和服务业方向扩展，并且蓬勃发展的军用机械手也将越来越多地装备部队。国外方面：近几年国外工业机械手领域有如下几个发展趋势。机械手性能不断提高，而单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展；传感器作用日益重要；虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。国内方面：目前在一些机种方面，如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手（水下、爬壁、管道、遥控等机械手）基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。从技术方面来说，我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基础。1.可编程控制器PLC1.1 PLC简介可编程控制器简称 PC（Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC（Programmable Matrix Controller）、可编程序顺序控制器 PSC（Programmable Sequence Controller）、可编程序逻辑控制器 PLC（Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PLC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用 PLC 这个老名字。PLC 是在继电器控制基础上发展起来的，以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的一种新型工业自动控制装置。由于 PLC 采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。1.2 PLC结构PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统组成的。1.2.1 结构简图PLC的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。其结构简图1-1如下： 图1-1 PLC结构简图1.2.2 PLC硬件系统（1）微处理器单元中央处理器（CPU）是PLC的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路，微处理器是PLC的运算控制中心，有他实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作。它的运行式按照系统程序所赋予的任务进行的。它通过系统总线与用户存储器、输入/输出（I/O）、通信端口等单元相连。通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。其主要功能是由编程器写入控制程序和数据到存储器、调用系统程序对用户程序进行编辑或编译并把相应的操作数转存到内存中去、从存储器上读取和执行程序，还可以进行PLC内部故障的诊断等。（2）存储器根据存储器存储内容的不同，我们把存储器分为：系统程序存储器：用来存放系统程序的存储器。系统程序相当于计算机操作系统，主要包括检查程序、编译程序和监控程序，是PLC厂家根据选用的CPU的指令系统编写的，并固化到ROM里，用户不能修改其内容。用户程序存储器：用来存放用户根据控制要求编制的程序。不同类型的PLC，其存储容量也不一样。数据存储器：用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。因为运行中数据不断变化，所以这种存储器必须可读写。（3）输入/输出（I/O）单元输入/输出（I/O）单元是PLC与外部设备连接的纽带。输入单元接收现场设备向PLC提供的开关量信号，经过处理后，变成CPU能够识别的信号。输出单元将CPU的信号经处理后来控制外部设备的。（4）电源部分电源单元数PLC的电源供给部分。它的作用是把外部供应的电源变成系统内部个单元所需的电源，有的电源单元还想提供直流电源，给与开关量输入单元连接的现场但愿开关使用。电源还包括掉电保护电路和后被电池。以保持ram在外部电源后存储的内容不丢失，PLC的电源议案赛用开关电源，其特点是输入电压范围宽，体积小，质量轻，效率高。抗干扰型好。断电不同型号的PLC有不同的供电方式，所以PLC电源的输入电压既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。PLC内部使用的电源是整体的供给中心，它的优劣直接影响到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。（5）通信端口PLC的CPU模块上至少有一个通信端口。通过这个通信端口，PLC可以直接和编程器或上位机相连。（6）编程器几乎每个PLC厂家都有自己的编程器。用户通过编程器来编写控制程序，并通过编程器接口将自己的控制程序输入到PLC。它还可以在线检测程序的运行情况。（7）特殊功能单元主要包括模拟量输入/输出单元、远程I/0模块、通信模块、高速计数模块、中断输入模块和PID调解模块等。随着PLC的进一步发展，特殊功能单元的应用也越来越多【2】。1.3 PLC的工作原理 PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程3。 1.4 PLC的特点可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。国内外现有的机械手系统，它们的控制形式大都采用可编程序控制器控制，特别是在智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。其主要原因是因为PLC具有以下优点：（1）灵活、通用在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电器控制系统的话，那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，浪费了大量的人力、物力和时间。而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通用性。（2）可靠性高、抗干扰能力强对于机械手系统来说，可靠性、抗干扰能力是非常重要的指标，如何能在各种工作环境和条件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制系统必须考虑的问题。现代PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠性程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证PLC能在恶劣的工业环境可靠的工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施，使其可以适应恶劣的工业应用环境。（3）操作方便、维修容易PLC采用电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程，使用户十分方便的读懂程序和编写、修改程序。对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识。工程师编好的程序十分清晰直观，只要写好操作说明书，操作人员经短期的学习就可以使用。（4）功能强现代PLC不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成A/D、D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可控制开关量，又可控制模拟量；既可控制一个机械手，又可控制一个机械手群；既可控制简单系统，又可控制复杂系统；既可现场控制，又可远程控制。（5）体积小、重量轻和易于实现机电一体化由于PLC采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且PLC是为工业控制设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。同样，可编程序控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片机控制，其开发潜力要差于单片机，并且通用性不好，不同厂家的可编程序控制器以及其附属单元都是固定专用等等。1.5 PLC的主要功能PLC是一种应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。PLC系统主要有以下功能：（1）多种控制功能；（2）数据采集、存储与处理功能；（3）通信联网功能；（4）输入、输出接口调理功能；（5）人机界面功能；（6）编程、调试功能。PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。PLC产品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需求。1.6 PLC的经济分析综上所述，在各种环境中，使用PLC控制机构设备，生产流水线和生产过程的自动化控制将越来越广泛。对PLC的经济分析，应从以下几方面考虑：（1）从影响成本的各个因素综合考虑对目前生产设备控制装置来说，有三种类型： 继电器控制； 半导体器件控制； PLC控制。价格仅是选择PLC品牌的一个因素，而可靠性是选择控制装置时需要考虑的又一个重要因素。（2）从设计、生产周期长短考虑不论是对旧设备进行改造，还是设计新的生产机械设备。毫无疑问，生产、设计周期越短越好，甚至希望边设计、边安装、边调试和边生产，特别是产品更新换代，生产工艺改造，不需改动现有生产设备及其外部接线，就能马上组织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入市场。这无疑给企业增加了活力，提高了经济效益。如果把这些要求得以实现，继电器或半导体都不能满足，而PLC则完全可以实现。这是因为使用PLC不必改动外部设备接线，只要对软件进行一些改变就可以了。也就是说只要改变梯形图，按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可。这既经济又简捷，可以达到事半功倍的效果。据调查，目前我国70%的机械生产设备，都是采用继电器进行控制的，除了可靠性差外，程序设计也很繁杂。从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。而采用PLC控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺要求，重新编写程序并把它存储在EEPROM模块中去，需要加工哪种产品的程序，操作人员可以随时调用，这既简单、方便又保密。1.7 PLC发展状况及趋势 现代PLC的发展主要有两个趋势：一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。（1）大型网络化主要是朝DCS方向发展，使其具有DCS系统的一些功能。网络化和通信能力强是PLC发展的一个重要方面，向下可将多个PLC、I/O框架相连，向上与工业计算机、以太网、MAP网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。 （2）多功能随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制等模块的出现，使PLC控制领域更加宽广。1.8 PLC选择及论证考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用PLC作为核心控制器，各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作，同时考虑到工作流程和造价。所以我们采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入、16点输出)。三菱FX2N系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是FX系列中最高档次的超小型程序装置4。性能规格：FX2N性能规格运转控制方法 通过储存的程序周期运转I/O控制方法 批次处理方法（当执行END指令时） I/O指令可以刷新运转处理时间 基本指令：0.08s应用指令：1.52至几百微秒 ，指令编程语言 逻辑梯形图和指令清单， 使用步进梯形图能生成SFC类型程序程式容量 8000步内置5。2.机械手2.1机械手简介mechanical hand 也被称为自动手，auto hand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。2.2机械手的结构机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。(1)执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。（2)传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。（3）控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。2.3 机械手的分类机械手主要由手部和运动机构组成。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23个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。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。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，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。2.4机械手的特点工业机械手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。它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。广泛采用工业机械手，不仅可以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。工业生产上应用的机械手，由于使用场合和工作要求的不同，其结构型式亦各不相同，技术复杂程度也有很大差别。但它们都有类似人的手臂、手腕和手的部分动作及功能；一般都能按预定程序，自动地、重复循环地进行工作。此外，还有些非自动化的装备，具有与人体上肢类似的部分动作，结构上与工业机械手是一致的，亦可归属于工业机械手的范畴。例如，早期就有一种由人直接用绳索牵引进行操作的随动机械手和近期发展起来的由人工进行操纵的机械手（如平衡吊），以及一些就近按钮控制或遥控的非全自动的单循环的机械手等。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大等特点，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，例如：（1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。（2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。（3）可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。（5）宇宙及海洋的开发。（6） 军事工程及生物医学方面的研究和试验。2.5 机械手的发展趋势及其应用机械手的总体设计要进行全面综合考虑，尽可能使之做到结构简单、紧凑、容易操作、安全可靠、安装维修方便、经济性好6。机械手在工业生产中的应用，几乎遍及各行各业。归纳起来，大致有如下几个方面： （1）合单机实现自动化 生产上出现的许多高效专用加工设备（如各种专用机床等），如果工件的装卸等辅助作业，继续由人工操作，不仅会增加工人劳动强度，同时亦不能充分发挥专用设备的效能，必然会影响劳动生产率的提高。若采用机械手代替人工上、下料，则可改变上述不相适应的情况，实现单机自动化生产，并为实现多机床看管提供了条件。如：自动机床及其上下料机械手、冲压机械手、注塑机及其取料机械手等。 （2）组成自动生产线 在单机自动化的基础上，若采用机械手自动装卸和输送工件，可使一些单机连接成自动生产线。目前在轴类和盘类工件的生产线上，采用机械手来实现自动化生产尤为广泛。如：轴类加工自动生产线及其上下料机械手、盘类加工自动生产线及其机械手、齿轮加工机床的上下料机械手等。 （3）高温作业自动化 在高温环境下作业（如热处理、铸造和锻造等），工人的劳动强度大，劳动条件差，采用机械手操作，更具有现实意义。如汽车钢板弹簧淬火机械手、压铸机用浇铸机械手等。 （4）操作工具 用机械手握持工具，在高温、粉尘及有害气体环境下进行自动化操作，可以使人脱离恶劣的劳动条件，并减轻劳动强度，提高劳动生产率和保证产品质量。如汽车车身等薄钢板的点焊工艺、自动喷漆或自动喷丸清砂工作等。 （5）进行特殊作业 在现代科学技术中，原子能的应用，海底资源的开发，星际探索等等都已为人们所熟悉。但放射性辐射，或海底、宇宙等环境，常常是人体不能直接接触或难以接近的，采用遥控机械手代替人们进行这种作业，既能完成这些特殊作业，又能长时间地安全地进行工作，成为人类向新的自然领域进军的一种有效手段。 实践证明：工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和生产自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作，采用机械手是有效的；此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。总之，工业机械手的应用在工业生产中是多方面的，为了使机械手能发挥它的更多的作用，还应注意发展其他的辅助设备与之配合。2.6机械手选择由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性能可靠。并且根据要求，我们设计的是气动机械式。2.7控制方式的分类传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷：(1) 仅适合于简单的逻辑控制；(2) 仅适合特殊的工程项目，而没有通用性；(3) 没有改动和优化的可能性。伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点：(1) 硬件上至少有一个微处理器；(2) 通过软件实现控制思想。目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有7：(1) 可编程序逻辑控制器（PLC）；(2) 工业控制计算机（IPC）；(3) 集散控制系统（DCS）。2.8操作方式设备的操作方式一般可分为手动和自动两大类，手动操作方式主要用于设备的调整，自动操作方式用于设备的自动运行。2.8.1手动操作方式 手动操作：用单个按钮接通或断开各自对应的负载。回原点：按下回原点按钮，使设备自动回归到原点位置。2.8.2自动操作方式单步运行：每按一次启动按钮，设备前进一个工步。单周期运行：在原点位置时，按下启动按钮设备自动运行一个周期后停止原位；途中按下停止按钮，设备停止运行；再按下启动按钮时，设备从断点处继续运行，直到原位停止。连续运行：在原点位置按下启动按钮，设备按既定工序连续反复运行。中途按下停止按钮，设备运行到原位停止。2.9控制要求搬运机械手工作示意图如图2-1所示，其任务是将传送带A的物品搬到传送带B上。机械手的原位是在传送带B上，开始工作时，先是手臂上升，到上限位时，上升限位开关LS4闭合，手臂左旋；左旋到位时，左旋限位开关LS2闭合，手臂下降；到下限位时，下降限位开关LS5闭合，传送带A运行。当光电开关PS1检测到物品已进入手指范围时，手指抓物品。当物品抓紧时，抓紧限位开关LS1动作，手臂上升；到上限位时，上升限位开关LS4闭合，手臂右旋；右旋到位时，右旋限位开关LS3闭合，手臂下降；下降到下限位时，下降限位开关LS5闭合，手指放开，物品被放到传送带B上延时2s时间到，一个循环结束，再重复。