1. 绪论

1.1 课题研究背景及现状

科学技术在进步，自动化程度在提高。工业生产中工人处于高温、腐蚀等环境中，工人劳动加强甚至受到各种危害。由于机械手臂动作比较灵活，能够多角度抓放物件，在多种自动化生产中都有应用[2]。机械手的特殊性决定了它材料的要求，必须耐高温，耐腐蚀，这样他能在各种恶劣的环境中工作，使工人的劳动强度降低，而且提高了工作的效率。PLC是为机械手的重要部分，通过计算机进行编程，将相应的程序下载到PLC中，并且可以通过计算机对其进项在线监控，以及对相关部分做出及时的调整或者修改，结合工控智能软件，更具有操作性，智能性，充分体现系统的优越性[3]。

1.2 机械手研究意义

工业机械手是一种新型的自动控制技术。机械手得到迅速发展在于它的优点：一，它能够代替部分人工劳动操作；二，它可以根据生产的要求，完成工件特定的动作[4]。它能改进工人的工作环境，让工人的工作时间变短。机械手在高温、高压环境中身影可见很多。我国机械手成长速度快，并取得了一些的成绩，受到许多部门的器重。

机械手可以三类。第一类是不需要人为工作的，而且它不用连接规定的特殊设备，这种机械手拥有机械的物理性能；第二类是需要通过人工操作的。这种机械手在现代的生产中十分受用。其三，是专用机械手，在自动化生产中应用很多，用来搬送物料，传送工件等。它的程序是固定的的，由特定的主机驱动。本文设计的机械手模拟装配是第一类。机械手在生产中身影出现频繁，降低了人们平时的工作量，同时生活环境变得好了，智能化的身影会更多走进人们视线。

1.3 PLC的特点

PLC在生产中身影出现频繁，是因为它的特点是许多其他同类产品不能比较的，它的特点如下：

（1）可靠性比较高，能够阻碍外在的一些干扰。PLC能够用程序来完成逻辑顺序和时序，或者代替原来继电器系统中一些器件，使机械接触点和线的连接数量都变得很少。

（2）灵活性很强，控制系统柔性比较好。目前对生产过程中做部分的改进时，我们只对相应的PLC程序重新编写，另外也可以对外面的线路重新规划，这样就可以完成整个控制系统的变换。

（3）编程简单使用方便。控制系统易于实现，开发工作量少，周期相对来说比较短，适合工业生产的要求。

（4）维修方便，PLC有完善的故障诊断功能，可以方便的查明故障来源，同事它的体积小，功耗比较低，可以大量的节省继电器、定时器的数量[5]。

（5）它的功能良好，能够完成复杂困难的控制系统。从功能和性能等方面来看，PLC比传统的继电器控制系统好处更多。

2. 系统硬件设计与实现

2.1 设计方案

机械手通常有三分部构成，它包括执行机构、驱动机构和控制系统。本设计采用真空吸盘构造。手臂分为有关节和无关节。它能够控制手指精确的抓取工件，送到预设位置。

通常所用的机械手应用的是步进电机或者伺服电机，这种电气驱动方式所采用的动力源十分的简便，而且出现故障时能够方便维修，我们的驱动控制机构和控制系统的动力是统一的。本设计我们选取步进电机来控制，完成机械手规定动作。

2.2 机械手结构

机械手的手臂在整体中占据着十分重要的地位，它起支撑作用，能够支撑许多关节和组件，使他们在空间当中也能任意的动作。机械手臂要具有三个自由度，这样可以保证它可以到达三维上的任意位置。手臂上的手腕样式是非常多的，根据手腕的弯曲和转动的结构，可以将机械手的手腕划分为四中不同的结构形状。 PLC三自由度机械手控制系统设计+梯形图(2):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_43736.html