摘 要随着我国不断地推进工业化道路，机械手受到了越来越多制造型企业的青睐，企业在制造生产的道路上对机械手控制系统的需求越来越大。本次研究的三轴机械手控制系统运用S7-1200PLC作为核心控制器，借助步进电机驱动，实现机械手在运行控制中的要求，即要求对物块进行牢固抓取、准确定位和移动。系统加入了触摸屏作为人机界面，一方面在触摸屏中显示数据能减少系统显示仪表的数量；另一方面运用触摸屏监控系统能减少硬件接线的工作量，高效利用PLC地址资源。本次研究以贴近企业实际生产需要为目的，对机械手的动作进行研究，设计出多功能、稳定、精准的控制系统。本文对系统的设计主要从以下三点进行设计一是硬件部分，介绍了整个系统组成结构以及接线原理图；二是控制程序的软件部分，对三个轴的配置组态以及主程序的设计；三是人机界面的设计，选用触摸屏监控系统。
Key words: S71200 PLC ;manipulator ;touch screen ;control system目 录
1绪论 1
1.1 研究的目的和意义 1
1.2 机械手控制系统的发展现状以及发展趋势 1
1.3 课题研究的主要内容 2
2 系统的总体设计方案 4
2.1 系统的设计方案介绍 4
2.2 系统的功能设计 5
2.3 I/O分配表 6
3 系统的电气硬件设计 7
3.1 系统的硬件设计思路 7
3.2 硬件的选型 7
3.2.1 PLC 7
3.2.2 电机及其驱动器 8
3.2.3 传感器 9
3.3 硬件接线的原理图 9
3.3.1 系统的主控电路 9
3.3.2 步进驱动器 10
3.3.3 PLC接线图 10
4 系统的控制程序设计 11
4.1 西门子博图V14软件环境介绍 11
4.2 工艺对象—轴组态及其调试 11
4.2.1 组台轴 11
4.2.2 调试过程 12
4.3 PLC控制程序 13
4.3.1 PLC控制程序主流程图 13
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4.3.2 程序设计 14
5 系统的人机界面设计 23
5.1 触摸屏的选型 23
5.2 触摸屏的通讯设置 23
5.3 人机界面的设计 24
5.3.1 登录界面 24
5.3.2 系统的控制界面 25
5.3.3 手动控制界面 25
6 系统的运行结果及其分析 27
7 小结 29
参考文献 30
致谢 31
附录 PLC程序 32
1绪论
1.1 研究的目的和意义
我国作为制造业大国，机械手技术的发展使得众多制造类企业受益良多。在现代智能制造系统中，一方面机械手凭借其在众多工作环境中适应能力强的特点，尤其在高温、高压、污染等恶劣的危险环境下运用机械手代替人工进行作业，人员操作的失误率能大大降低，并且能使人员规避潜在的危险，从而对财产安全和人身安全有了一定的保障；另一方面良好稳定的机械手系统运用到企业中能满足众多工艺要求，在企业生产中机械手的动作代替了人类手臂的运动，因而降低了企业的劳动成本，并且提高了工作效率。因此，发展机械手技术对现代工业的进步具有重要意义。
在工业控制中可编程控制器（PLC）是运用最广泛的控制器，它具有可靠性高、抗干扰能力强、功能多样、体积小、易安装、能耗低等特点，被诸多工程技术人员接受认可。通过运用PLC作为机械手系统的核心控制器，极大地保障了机械手系统的工作稳定性。同时用PLC精确稳定的输出信号驱动步进电机，使机械手的动作精确度得到了很好的保证。
机械手作为执行器件，单单加入PLC对其进行控制组成的机械手控制系统并不完整。现场生产制造中，由于机械手系统在工作运行时往往是高强度、高频率的，其系统的安全稳定性受众多潜在的因素影响，一旦出现系统故障，工作人员不易对故障点进行判别与维护。因此，可以运用触摸屏进行远程监控实现人机交互，根据触摸屏监控程序的编写，设置系统中最重要的几个输入输出量，实时监控机械手的工作状态，便于系统的维护，同时也减小了企业的维护成本。
1.2 机械手控制系统的发展现状以及发展趋势
机械手的出现对现代智能制造的发展做出了重大贡献，而机械手的发展得益于计算机技术，微电子技术，传感器技术，网络通信技术的快速发展。如今，机械手由于用途不同因而种类繁多，如果按照适用范围可以分为通用型机械手和专用型机械手，按照控制方式分为连续轨迹控制机械手和点位控制机械手，按照驱动方式可分为机械式机械手，液压式机械手，气动式机械手，电动式机械手。由于机械手的适用性、控制简便、反应灵活等特点被越来越多地运用到智能制造业。
虽然机械手具有很好的可靠性与高精度，但是机械手技术的发展速度比不上现代工业的发展速度，另外将机械手投入到生产中的成本还是很高的。针对这种情况，全世界对于机械手的生产和研发已经形成了一个产业。同时，世界各地的学者也聚集起来为机械手的零部件制定相关的标准，使不同的机械手系统之间具有一定的兼容性，从而降低机械手的成本，推动机械手产业的发展。
吕达，贾锐在《自动工业机械手的现状研究及创新发展》中指出机械手的创新发展方向：模块化使机械手的使用范围扩大，重复高精度提高机械手的精度，无给油化达到无污染的要求，机电一体化提高系统的可靠性，注重创新研发。宁崧然在《浅谈机械手的研究进展》中认为目前大多数工业机器人仍然属于第一代，主要依靠手动控制，控制方式是开放的，没有识别能力，改进方向主要是实现高度智能化，第二代机器人正在加紧研发，它配备一个微机控制系统，具有视觉、触觉、听、想能力，第三代机器人可以独立完成工作过程中的任务。因此看来当下机械手技术研究的主要热门方向是机械手的视觉功能和触觉功能。视觉功能是通过机械手上装的摄像头采集信息再传给计算机，同时将机械手上装的光学测距仪测出物体空间位置的数据传给计算机，控制机械手的动作。触觉功能通过机械手的压力传感器完成。随着虚拟现实技术的发展，机械手的发展趋向于操作者与机器人的人机交互方面，操控者在远端环境中操控机械手，使智能机械手在实际中实现功能。

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