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机械臂控制系统的设计

1 引言

近年来，随着制造业在我国的高速发展，工业机器人技术也得到了迅速的发展。根据负载的大小可以将机械臂分为大型、中型、小型三类。大型机械臂主要用于搬运、码垛、装配等负载较重的场合；中小型机械臂主要用于焊接、喷漆、检测等负载较小的场合。随着国外工业机器人技术的不断发展，尤其是一些中小型机器人，它们具有体积小、质量轻、精度高、控制可靠的特点，甚至研发出更为轻巧的控制箱，可以在工作区域随时移动，这样大大方便了工作人员的操作。在工业机器人的应用中最常见的是六自由度的机械臂。它是由6个独立的旋转关节串联形成的一种工业机器人，每个关节都有各自独立的控制系统。

2机械臂硬件系统设计

2.1 机械臂构型的选择

要使机器臂的抓持器能够以准确的位置和姿态移动到给定点，这就要求机器人具有一定数量的自由度。机器臂的自由度是设计的关键参数，其数目应该与所要完成的任务相匹配。为了使安装在双轮自平衡机器人上的机械臂能够具有完善的功能，能够完成复杂的任务，将其自由度数目定为6个，这样抓持器就可以达到空间中的任意位姿，并且不会出现冗余问题。在确定自由度后，就可以合理的布置各关节来分配这些自由度了。

由于计算数值解远比封闭解费时，数值解很难用于实时控制，这样，后3个关节就确定了末端执行器的姿态，而前3个关节确定腕关节原点的位置。采用这种方法设计的机械臂可以认为是由定位结构及其后面串联的定向结构或手腕组成的。这样设计出来的机器人都具有封闭解。另外，定位结构都采用简单结构连杆转角为0或90°的形式，连杆长度可以不同，但是连杆偏距都为0，这样的结构会使推倒逆解时计算简单。

定位机构是涉及形式主要有以下几种：SCARA型机械臂，直角坐标型机械臂，圆柱坐标型机械臂，极坐标型机械臂，关节坐标型机械臂等。

SCARA机械臂是平面关节型，不能满足本文对机械臂周边3维空间任意抓取的要求；直角坐标型机械臂投影面积较大，工作空间小；极坐标方式需要线性移

动，机械臂如需较大的工作空间，则臂长较长；和其他类型相比关节型机械臂在其工作空间内干涉是最小的，是一种较为优良的结构。所以初步确定本文机械臂构型为关节型。

2.2臂杆长度的确定

机械臂的臂杆设计如表2-1所示：

表2-1 机械臂臂杆长度

臂体名称大臂L1小臂L2机械手

长度（mm）550500150

2.3 机械臂结构设计

2.3.1 关节结构方案

为了便于机械臂关节的模块化涉及和简化结构，本设计使用电机直接连接减速器，减速器连接臂体连接结构。图2-1是关节结构动力传递方案。

图2-1 关节结构动力传递方案

使用这种联接方式因中间零件少，故形变量与回程间隙都较小，且能保持较高的结构刚度。

2.4 关键部件的选型

2.4.1 关节负载的估算

各关节的动态参数是驱动元件的选择和关节传动零件选择的重要依据。由机器人动力学相关知识可知完整的机器人动力学方程为：

式中

一般使用静力学方法和动力学方法计算机器人的动力参数，速度较低的机械，在运行过程中，惯性引起的动载荷较小，一般使用静力学方法，忽略C和F 的影响。而对于运行速度较高机械，其动载荷也较大，即C项的影响较大，甚至超过静载荷；且粘滞摩擦也较大，同时考虑静载荷和动载荷，需使用动力学计算。本文的设计要求是一款可以安装在全向移动平台上的轻型机械臂，对关节的旋转速度要求不高，因此估算机械臂力矩时采用静力学方法。

图2-2 机械臂受力简图

估计关节力矩之前，首先假设每个关节的重力作用集中在中心，将连杆的重量均分于各关节，机械臂受力简图如图 2-2 所示，使用静力学方法计算关节所受力矩的最大值。六自由度机械臂三维静态仿真图如图2-3所示：

图2-3 三维静态仿真图

2.4.2 关节驱动系统电机的选型

机械臂的驱动系统，有三种基本类型，即电动驱动、液压驱动和气动驱动，也可以根据需要组合成为复合式的驱动系统。

(1) 电机驱动

目前机械臂上使用最多的一种驱动方式是电动驱动，它利用各种电机产生的力和力矩，直接或通过机械传动装置来驱动执行机构。这类系统效率比液压驱动和气动驱动系统高，且电源方便，所以在机器人中得到了广泛的应用。

(2) 液压驱动

液压驱动的主要优点是功率密度大。液压缸也可直接作为臂体的一部分，因而结构紧凑，刚性好。由于液压油液的不可压缩性，系统的固有频率较高，快速响应好，可实现频繁平稳的变速和换向。液压系统易于实现过载保护，动作平稳、耐冲击、耐振动、防爆性好。

(3) 气动驱动

气动驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成，其特点是气源方便、结构简单、造价较低、维修方便。与液压驱动系统相比，同体积条件下功率较小，也难以进行速度控制，多用于中、小负荷且精度要求不高的机器人控制系统中。

综上，本设计决定使用电动驱动方式为机械臂提供动力，步进电机为驱动电机。

2.4.3驱动系统减速器的选型

结合上文，本文将使用步进电机为驱动电机为机械臂提供动力，结合各关节受力和机械臂关节传动机构组合方式，应在驱动电机和机械臂关节间安装减速器做扭矩适配，降低输出轴的速度，增大输出扭矩。一般行星齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、谐波减速器、齿轮减速器等可以和步进电机适配。

1、行星齿轮减速器

行星齿轮减速器通常由一个或者多个外部齿轮围绕着一个中心齿轮旋转，就像行星绕着太阳公转一样。在工作状态中多个行星齿轮协同工作，因而承载能力大，属纯扭矩传动，工作平稳。单级行星齿轮减速器的减速比一般较小，需要增加减速比时只需增加行星轮系的级数即可，而整体体积变化较小。

2、蜗轮蜗杆减速器

蜗轮蜗杆减速器的传动比大，一般为 10-80，也可以达到 80 以上。此外，蜗轮蜗杆减速器机械结构紧凑、热交换性能好、工作平稳、噪声小、具备机械自锁能力，安全性高。

3、谐波减速器

波发生器，柔轮，刚轮是谐波减速器的三大部分，谐波齿轮减速器传动结构简单，减速比高，同时啮合的齿数多，运行平稳、传动承载力大，齿侧间隙小，传动精度高，传动误差只有普通圆柱齿轮传动的 1/4 左右，传动空程小，适用于反向转动，在机器人领域有着广泛应用。但对柔轮材料有较高的强度要求，工艺复杂。

4、齿轮减速器

圆柱齿轮减速机构为定传动比齿轮机构，其传动准确，平稳高效，传动功率范围和速度范围大，广泛用于各种仪器仪表中，但其制造和安装精度要求高，高减速比时结构较为复杂，体积一般较大。

综上，初步去确定使用谐波齿轮减速器，减速比大，传动精度高，体积小巧，输入轴与输出轴轴线重合，可很方便地与步进电机组合安装成为机械臂关节的一部分，同时便于机械臂的模块化设计。本文将采用 Harmonic Drive CSF-mini 系列组合型谐波减速器，其中腰关节采用型号为 CSF-14-100-2XH-F；肘关节俯仰和肘关节旋转采用 CSF-11-100-2XHF，腕俯仰采用 CSF-8-100-2XH-F。

2.4.4电机驱动器的选型

虽然步进电机广泛地应用于各行各业，但步进电机并不能像普通的直流电机那样通过控制输入的等效电压就可以驱动和调速。它必须利用电子电路，将直流电变成分时多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作。常见的有单片机 I/O 直接控制，步进电机驱动芯片、运动控制卡。

1、单片机 I/O 直接控制方式

使用单片机内部的锁存器、计数/定时器，和并行 I/O 接口，可以实现对步进电机的控制，脉冲环形分配器的功能由单片机系统实现完成，通过软件中断方式实现步进电机的变速控制，改变通电顺序则可改变转向。

2、步进电机专用驱动芯片

步进电机专用驱动芯片一般集成度较高，外围电路简单,一般有 ENABLE、STEP 和 DIR 三个输入端，ENABLE 为使能端，使能有效时方可驱动步进电机；STEP 为脉冲输入，输入一个脉冲，即可驱动步进电机产生微动；DIR 为方向，改变 DIR 逻辑电平即可换向。

3、运动控制卡驱动控制

通过计算机可直接控制步进电机，运动控制卡是专用于步进电机控制的 PC 插卡，是应对复杂系统的控制而出现的，一般可同时控制十几台甚至几十台步进电机的运动，一般价格很高。

综上，本设计将使用步进电机专用驱动芯片来驱动步进电机。其中肩关节和

肘关节俯仰有自锁需求，使用东芝 THB7128 3A 128 高细分步进电机专用驱动芯片驱动，其他轴选用 A4988 微步驱动器。

2.4.5传感器的选型

本文将使用步进电机和谐波齿轮减速器为机械臂提供动力，步进电机只需要通控制驱动脉冲的数量，即可简单实现较高精度的定位，并使工作物在精确地停在目标位置。步进电机以细分后的步距角为基本单位进行定位。以两相电机为例，其步距角为1.8°，使用 1/16 细分方式进行驱动，那么每给驱动器一个脉冲步进电机转子旋转的角度为角度=1.8°*1/16=0.1125°，转子旋转一周需要脉冲数为360°/0.1125°=3200，需要旋转到其他任意角度的计算方式与上式相同。本文使用限位开关的型号为 Omron 微动开关 SS-5 摆杆型限位开关。

2.4.6下位机的选型

对于机器臂控制，需要对多台电机进行联动控制。为了实现多台电机之间的通信和控制，必须建立一套数据通信系统来完成主计算机与各运动控制单元间的数据交换。基于现场总线的分布式控制技术能够解决这些问题。但常见的分布式控制系统又有 USB 总线，SERCOS总线，RS-485 总线和 CAN 总线等这几种。本设计将采用RS-485 总线来实现机械臂的分布式控制。

本设计选用了TI公司的2000系列 DSP TMS320LF2407 作为控制单元。其时钟频率可达 40MHz，具有高速的处理能力，片内资源丰富，特别是它特有两个内置事件管理器模块（EVA、EVB）。通过JTAG 接口可以方便的对 DSP 进行全速的在系统调试仿真。TMS320LF2407 的电源电压为 3.3V，正常下作电流为 80m A 左右，抗干扰能力较强。

2.4.6.1 关节控制器硬件电路

关节控制器是以 DSP 芯片为核心，芯片本身及其外围电路的性能直接决定

了系统的性能。故芯片的选择及其外围电路的设计，也就显得十分的重要。下面将通过单个模块电路的方式分别介绍控制器硬件电路。

(1)电源电路

通过开关电源，接入B0505LS模块产生稳定的的5V 电压作为TPS7333芯

片的供电电压，管脚8做为2407 的上电复位信号。管角 5,6 通过滤波电容输出作为 2407 的供电电压（3.3V）。如图2-5。

图2-4 电源电路

(2)时钟电路

TMS320LF2407 的时钟源可以来自外部有源晶振也可以用晶体，利用内部振荡器。一般经常使用外部时钟输入，因为使用外部时钟时，时钟的精度高、信号比较稳定，外部时钟电路和锁相环电路如图 2-6 所示。

图2-5 时钟电路

(3)JTAG 接口电路

仿真接口电路如图2-7所示.目标层次的TI调试标准使用5个标准的IEEE1149.1(JTAG)信号（TRST、TCK、TMS、TDI、TDO）和两个TI扩展口（EMU0、EMU1）。JTAG 目标器件通过专用的仿真端口支持仿真，此端口由仿真器直接访问并提供仿真功能。JTAG 接口电路为仿真器与微机的接口电路，便于系统进行在线调试。

图2-6 JTAG电路

(4)外接SRAM电路

TMS320LF2407最多可寻址64K的外部程序空间和64K的外部数据空间。

由于控制算法的需要，本系统需扩充外部 RAM。TMS320LF2407片内的 Flash

可用作程序存储器，但在开发阶段使用 Flash 作为程序存储器极为不便，因为每一次程序的修改都需要对 Flash 进行清除、擦除和编程操作，而且进行CCS 调试时只能设置硬件断点，故从调试的角度考虑，应扩充程序 RAM。这里用的是CY7C1021V33芯片，它是64K*16bit的SRAM，存取时间为15ns，故不需要插入等待周期，可保证系统全速运行。图 2-8 为外接 SRAM 扩展电路图。

图2-7 SRAM扩展电路图

(5)编码器处理电路

增量式编码器信号处理电路如图2-9所示。

图 2-8 增量式编码器信号处理电路

(6)霍尔接近开关电路

本设计选用 A31443E 常开型霍尔接近开关。其接法如图 2-10，提供电压为5V，由于输出采用了集电极开路门，必须通过 10K 的上拉电阻接到 5V 电源上。当磁源的某一极与霍尔传感器的距离达到一定范围以内时，输出低电平，否则输出高电平，不需要外接放大电路。一套关节控制器将采用 3 支霍尔接近开关。HALL1、HALL2 分别固定在关节控制器运动的极限位置，其信号通过 IOPE5、IOPE6 不断查询。HALL3 用于绝对零位检测，采用中断的方式。

图2-9 霍尔接近开关的接法

2.5 机械臂的模块化设计

机械臂的大小臂体和关节在整个机械臂中具有高度的相似性，同时机械臂是机电一体化的典型，其主体结构和联接结构都有一定的复杂性，而采用模块化设计思想，可以一定程度上简化设计流程，只需对不同的应用对象进行少量修改便可完成组合适配。

2.5.1 旋转关节的设计

机械臂的基本单元有旋转关节和俯仰关节，其结构具有相似性，本文重点介

绍旋转关节的设计。旋转关节包含有电机、减速器、编码器、制动器以及其他附件，本文使用步进电机直连谐波减速器的驱动方式，使用限位微动开关确定机械臂初始定位零点，以计步进电机已发脉冲数为关节相对旋转角度参考，是一个开环的运动控制系统，动力传递链路为：电机--波发生器--柔轮--刚轮—输出轴。机械臂的旋转关节模块在运行过程中会受到来自机械臂末端的弯矩，因此需要对输出轴做轴向和径向卸荷，减少输出轴的负载，保证系统的刚度，延长使用寿命。一般来说，一根轴需要两个支点，每个支点由一个或一个以上的轴承组成，每组轴承间有以下三种常用的配置方法。

1、双支点各单向固定

这种轴承配置常用两个反向安装的圆锥滚子轴承或角接触球轴承，两个轴承各限制轴向一个方向的轴向移动。这种配置方式轴向移动限制比较精确、也便于调整轴承的预紧程度。另外深沟球轴承也可用于双支点各单向固定，通过调整外壳与轴承端盖端面的厚度来补偿轴的受热伸长，因而这种配置方式不适合需要对轴做精确轴向定位的场合。

2、一支点双向固定，另一端支点游动

对于热伸长量较大的轴，这种轴一般跨距较大且工作温度较高，应该采用一支点双向固定，另一支点游动的支撑结构。其双向固定端需要使用能承受双向轴向载荷的轴承，内外圈都需要固定。

3、两端游动支撑

对于人字齿轮轴，由于本身具有相互间的轴向限位作用，其中只需保证一根轴与机座有相对固定的轴向位置，另一根轴上的两个轴承必须游动，防止人字齿轮卡死或两侧受力不均匀。本文将采用一支点双向固定，另一端支点游动的方式组合成卸荷轴承组，其中双向固定端使用深沟球轴承，游动端使用滚针轴承。其中腰关节使用型号为 HRB 61809-2Z、SKF HK5020，肘关节旋转使用型号为 HRB 61806-2Z、SKF HK3512。

2.5.2 旋转关节的设计

各运动轴基于模块化设计，设计时已考虑各运动轴的联接，使用简单的金属板件便能将各运动轴连接可靠，并具有一定的刚度。本文各运动轴均为法兰端面输出，与金属板材间通过螺钉联接固定，依靠金属板与法兰端面的摩擦力传递扭矩到金属板材。图 2-11 为肩关节联接金属板材机械加工工程图：

图2-10 肩关节联接金属板

2.5.3 抓手的设计

一款通用型的机械臂应该具有抓取多种物体的能力，也为某一目标物体专门设计一款抓手，因而在设计机械臂臂体与机械抓手时，需要设计一个合理的联接结构，以便机械抓手能够快速更换。机械抓手在抓取物体时需要保持一定的夹持力，本文将使用舵机为机械手爪提供动力，舵机在旋转到位后能持续提供一定的扭矩以保持夹持状态。使用舵机型号为 TowerPro MG945 全金属齿舵机，

型号舵机类型机械尺寸（mm）扭力工作电压工作死区MG945模拟舵机40.7*19.7*42.912kg/cm(6V) 4.8-6V5us

图2-12 为和机械抓手配合的臂体联接结构。同理只要末端执行器设计为可与该联接结构配合，即可实现更换，以完成对不同物体的抓取任务。

图2-11 机械臂执行器联接结构

3机械臂软件系统设计

整个机械臂控制系统软件包括主计算机监控软件和各关节控制器软件。主计算机接收目标位姿数据,完成路径规划算法。另外，主计算机要实时读取关节控制器的反馈数据，记录机械臂的当前位姿,并显示在屏幕上。不仅直线运动、点到点运动、复位动作的完成需要主计算机监控软件协调，而且像各关节绝对位置的确定过程、各关节运动范围是否越界也必须由主计算机实时参与,及时做出决策。主计算机还要提供给用户友好的人机交互界面，方便于用户输入各种命令，存储设置好的参数，允许数据以表格或者曲线等形式导出。

3.1 关节控制器软件设计

3.1.1 PID控制算法

关节控制器TMS320LF2407来实现，完成电机的位置环控制和速度环控制，如图3-1所示。位置环的控制周期设为2ms，速度环的控制周期也设为2ms。由于采用了速度环，系统的动态性性能可以得到显著提高。两个闭环都采用积分分离PD控制，根据实际调试情况，可以对控制律进行适当的化简。

零位霍尔接近开关在系统上电时用于较粗略的确定电机的绝对位置，再结合增量编码器的Z通道的信号，就可以较精确的确定出电机的绝对位置。主计算机路径规划求得的目标位置，应该换算成增量码盘的脉冲数后，再发给关节控制器。关节控制器利用它和从增量编码器实际测得的脉冲数进行比较，利用积分分离PID算法求解位置环的控制量。

物料分拣机械手自动化控制系统设计

物料分拣机械手自动化控制系统设计摘要机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可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，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。关键词:机械手；可编程控制器；自动化控制；物料分拣

目录第一章前言 (1) 1.1研究的目的及意义 (1) 1.2主要研究的内容 (1) 第二章控制系统的组成结构和性能要求 (2) 2.1控制系统的组成结构 (2) 2.2控制系统的性能要求 (2) 第三章传感器的选择 (4) 第四章控制系统PLC的选型及控制原理 (6) 4.1 PLC控制系统设计的基本原则 (6) 4.2 PLC种类及型号选择 (10) 4.3 I/O点数分配 (10) 4.4 PLC外部接线图 (11) 4.5机械手控制原理 (12) 第五章 PLC程序设计 (14) 5.1总体程序框图 (14) 5.2初始化及报警程序 (15) 5.3手动控制程序 (16) 5.4自动控制程序 (16) 第六章总结与展望 (19) 参考文献 (20) 谢辞 (21)

工业洗衣机控制系统设计

工业洗衣机控制系统设计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

苏州工业园区职业技术学院 (机电一体化综合项目设计制作)项目报告选题：工业洗衣机控制系统设计学生姓名：班级：指导教师：机电工程系制目录

工业洗衣机控制系统设计一、项目概述工业洗衣机常用于大型宾馆及专业洗涤企业，进行批量化洗涤处理由于洗涤容量较大（15-100Kg），其运行控制的关键在于低速洗涤时应具有平滑的力矩，脱水时应具有较高的旋转速度。因此，通常应用变频器实现低速时大起动力矩和动态的响应性能。并且实现大容量电动机的软启动控制，能有效避免洗衣机运行时对宾馆其他设备造成的供电电源波动等不良影响。图1 工业洗衣机工业洗衣机采用一台三相异步电机提供运转动力，传送系统由电机通过二级三角胶带传至滚筒主轴，驱动内胆转动，运转平稳，振动小，经久耐用。由电动机驱动洗衣机的内筒进行正向与反向旋转运动，带动水和衣物作不同步运动，使水和衣物等相互摩擦、搓揉，达到洗净的目的。在洗衣机内部设置“进水电磁阀，排水电磁阀及水位检测开关”，从而满足全自动洗涤和脱水的控制需求。为了保证洗衣机安全可靠运行，在内筒门盖上装有安全锁紧机构，并在外筒门盖上设置电气互锁安全装置（即安装“电磁锁和

磁性开关”），采用磁性开关检测门的“打开、关闭”状态，应用电磁锁控制洗衣机外筒门上锁。设备控制要求分析本设备要求应用“传感器与PLC、变频器及电磁阀”等组成自动控制系统，实现“进水→洗涤→排水→脱水”自动控制的工作流程，具体控制要求如下：接通设备电源时，“电源”指示灯亮；自动洗涤流程按动“启动”按钮→洗涤指示灯亮→开启进水电磁阀进水→当水位升到指定水位时自动停止注水→电磁锁控制外筒门上锁（“门闭锁”指示灯亮）→启动电机低速运行（约600rpm）→延时5秒后电机中速运行（约1200rpm），并按照“正转30秒→←反转30秒”循环运行30分钟后停止运行→“洗涤”指示灯灭。自动脱水流程以上洗涤流程结束延时5秒后→“脱水”指示灯亮→开启出水电磁阀排水→约60秒后关闭电磁阀停止排水→启动电机以额定转速正转，约2分钟之后自动停止运行，→“脱水”指示灯灭→延时10秒后→解除外筒门的“闭锁”→发出“提示”信号，提醒用户取出衣物→当外筒门打开时，提示信号停止，结束自动洗衣工作流程。暂停控制在自动洗涤过程中，按下“暂停”自锁按钮时电机停止运转，当“暂停”按钮旋转复位后，洗衣机则继续洗涤运行。安全运行连锁控制

基于单片机的机械臂控制系统设计与制作

基于单片机的机械臂控制系统设计与制作电子信息科学与技术专业学号：姓名：班级：电科081 日期：2011.10.26

目录课程设计题目及要求第一章绪论 1.1 设计题目及要求 1.2 设计内容第二章硬件设计 2.1 硬件结构图 2.2 各模块工作原理及设计 2.2.1 控制模块 2.2.2 显示模块 2.2.3 按键模块 2.2.4 舵机模块 2.3 软件程序设计第三章硬件制作以及程序的下载调试 3.1 电路板的制作 3.2 元器件的焊接 3.3 程序的下载与调试第四章总结 4.1 课程设计体会 4.2 奇瑞参观感受

课程设计题目及要求题目：基于单片机的机械臂控制系统设计与制作实习内容： 1，完成基于单片机的机械臂控制系统原理图和PCB的绘制，在基本要求的基础上自己可以作一定的扩展； 2，利用热转印纸、三氯化铁腐蚀液等完成PCB板的制作； 3，完成相应电路的焊接和调试； 4，完成相应软件程序的编写； 5，完成软、硬件的联调； 6，交付实习报告。实习要求： 1，两人一组，自由搭配，但要遵循能力强弱搭配、男女搭配、考研和不考研的搭配； 2，充分发挥主观能动性，遇到问题尽量自己解决，在基本要求基础上可自由发挥； 3，第一次制作电路，电路不可追求复杂； 4，注意安全！熨斗、烙铁。

第一章绪论单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅速。单片机集体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求低、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易等众多优点，以广泛用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，无论在民间、商业、及军事领域单片机都发挥着十分重要的作用二十一世纪，随着机械化、自动化水平的不断提高，不仅减轻了劳动强度、提高生产率，而且把人类活动从危险、恶劣环境中替换出来。而其中机器人技术，显示出极大的优越性；在宇宙探索、海洋开发以及军事应用上具有重要的实用价值。大力发展机器人技术，一方面能让社会从劳动苦力型转换到福利休闲型，另一方面能极大的提高民众的幸福感。在新时期的世界各国，随着应用日益广泛，机器人技术将不断发展并走向成熟。本次课程设以单片机作为控制器实现对机械手臂的简单控制。在单片机最小系统的基础上扩展按键接口和舵机接口以及LED显示器，构成最简单的机械臂控制系统。

(完整版)基于plc的机械手控制系统设计

前言随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。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。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。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，生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。本文将通过西门子PLC控制机械手，PLC是可编程控制器（Programmable Logic Controller）的简称，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能。目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展。该系统利用西门子PLC，在步进电机驱动下，完成对机械手在搬运过程中的下降、夹紧、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全过程自动化控制，并对非正常情况实行自动报警和自动保护，实现企业的机电一体化，提高企业的生产效率。

变位机控制系统设计书

变位机控制系统设计书 1. 实验要求：通过PLC来实现两个伺服电机的旋转，俯仰和正反转的控制本次课题要求旋转、俯仰和正反转的控制，必须控制两个伺服电机。考虑到脉冲输出指令的有效端子只有两个，所以如果要使用上面的指令，应该把Y000和Y001分别设定为每台伺服放大器的脉冲命令，另外从Y002和Y011中分别选两个端子作为输出命令符号，控制电机的正转和反转。很显然要把03号参数（输入脉冲串形式）的值设定为0（命令脉冲/命令符号），以集电极开路输入的方式控制。 2. 各功能的实现方法 1.在伺服放大器准备就绪时，可以通过PLC发出上位控制脉冲串，使控制伺服电机运行，切断脉冲串，使电机停车。 2.控制脉冲串频率不同，伺服电机的转速也不同，所以可以通过改变PLC发出的脉冲串频率，实现电机高速和低速的切换。 3.通过命令脉冲/命令符号或正转脉冲/反转脉冲的方式（伺服放大器03号参数）控制伺服电机的正传和反转。 4.通过控制输入脉冲的数量，可以使伺服电机模拟步进电机的运行方式，实现“每一步”运行45度，90度或者360度（示例角度，角度可以任意设定）。 5.指令控制序列输入输出(CN1)端口中的CONT端子把参数设置为（5）时，具有强制停止功能，通过PLC接通该信号时，可以进行电机的紧急停止。 6.利用一个DC24V电源在断电时对控制俯仰的伺服电机进行制动。控制俯仰的伺服放大器的CONT4和CONT5端子设置为限位开关模式，接入限制俯仰幅度的限位开关信号。系统硬件设计

系统构成图本次设计的程序使用的就是50 Hz的脉冲。通过记数器（C）来控制脉冲的输出数目。这种方法不能通过命令符号来控制电机的旋转方向。所使用的是正转脉冲和反转脉冲的控制方法，把03号参数（输入脉冲串形式）的值设定为1，采用正转脉冲表示正方向、反转脉冲表示反方向的旋转量来进行控制。 X—输入继电器；y—输出继电器；m—辅助继电器；t—定时器；c—计数器 3.任务进度表

机械手控制系统设计

机械手控制系统设计 This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.

机械手控制系统设计摘要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。本次设计根据课题的控制要求,确定了搬运机械手的控制方案,设计控制系统的电气原理图，对控制系统进行硬件和软件选型,完成PLC（可编程控制器）用户程序的设计。设计中使用了德国西门子公司生产的S7-200系列的CPU 226。该系列PLC具有功能强大，编程方便，故障率低，性价比高等多种优点。机械手的开关量信号直接输入PLC，使用CPU 226来完成全部的控制功能，包括：手动/自动控制切换，循环次数设定，状态指示，手动完全操控等功能。机械手完成下降、伸出、加紧工件、上升、右旋、再下降、放松工件、缩回、放松、左旋十个动作。通过模拟调试，有序的控制物料从生产流水线上安全搬离，提高搬运工作的准确性、安全性，实现一套完整的柔性生产线，使制造过程变的更有效率。通过本次毕业设计，对PLC控制系统的设计建立基本的思想：能提出自己的应用心得；可巩固、深化前续所学的大部分基础理论和专业知识，进一步培养和训练分析问题和解决问题的能力，进一步提高自己的设计、绘图、查阅手册、应用软件以及实际操作的能力，从而最终得到相关岗位和岗位群中关键能力和基本能力的训练。关键词：机械手；PLC（可编程控制器）；CPU；梯形图

The Design of Manipulator Control System ABSTRACT In industrial manufacturing and other fields, due to the demand of work, many workers are compelled to expose in harmful circumstance like high temperature, corrosion, toxic gases harm and so on, that increased labor intensity, even imperial their lives. However, since the manipulator came out, many knotty problems are smoothly solved. The design requirements under the control of the subject to determine the handling robot control program, designed control system electrical schematic diagram, the control system hardware and software selection, complete the design of the user program in the PLC (programmable controller). Design used in the German company Siemens S7-200 series CPU 226. The series PLC with powerful, easy programming and low failure rate, and cost advantages. Robot switch signal input to the PLC, the CPU 226 to complete all the control functions, including: manual / automatic control switch, set the number of cycles, status indicator, manual complete control and other functions. the production line on the safe move out, so that the manufacturing process becomes more efficient. The graduation project, the design of PLC control system to establish the basic idea: to make their own application experience; can strengthen and deepen the most of the former continued the basic theory and professional knowledge, further training and training to analyze and solve problems the ability to further improve their design, drafting, inspection manuals, application software, as well as the actual ability to operate, and ultimately related jobs and job base in key skills and basic skills training. Key Words: Manipulator;PLC;CPU;Ladder-diagram

示教机械手控制系统设计

百度文库- 让每个人平等地提升自我 0前言 / 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因为，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开发物料搬运机械手，采用的德结束语目录 0前言 0 1 课程设计的任务和要求 ...................................................................... 1 课程设计的任务 ............................................................................ 1 课程设计的基本要求 (3) 2总体设计 (3) PLC 的选型端子分配图 3 PLC 程序设计设计思想... 顺序功能图 4程序调试说明参考文献

国西门子S7-200系列PLC对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。机电传动以及控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。单就机电而言，它的发展大体上经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。所谓成组拖动，就是一台电动机拖动一根天轴，再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械，这种生产方式效率低，劳动条件差，一旦电动机放生故障，将造成成组机械的停车；所谓但电动机的拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机械，它虽然较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运动部件较多时，机械传动机构复杂；多电动机拖动，即是一台生产机械的每一个运功部件分别由一台电动机拖动，这种拖动的方式不仅大大的简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件。、1课程设计的任务和要求课程设计的任务 1）示教机械手控制系统设计 2）示教机械手系统示意图如下图所示

自动售货机控制系统的设计

课程设计题目：自动售货机控制系统的设计目的与任务：（1）进一步掌握MAX+PLUSⅡ软件的使用方法；（2）会使用VHDL语言设计小型数字电路系统；（3）掌握应用MAX+PLUSⅡ软件设计电路的流程；（4）掌握自动售货机的设计方法；（5）会使用GW48实验系统。内容和要求：设计一个简易的自动售货机，它能够完成钱数处理、找零、显示、退币等功能。（1）用3个键表示3种钱，再用3个键表示3种物品。（2）用2个数码管显示输入的钱数，再用2个数码管显示所找的钱数，以元为单位。（3）买东西时，先输入钱，用数码管显示钱数，再按物品键，若输入的钱数大于物品的价格，用数码管显示所找的钱数，并用发光二极管表示购买成功。（4）若输入的钱数少于物品的价格，用数码管显示退出的钱数，并用发光二极管表示购买失败。

设计内容（原理图以及相关说明、调试过程、结果）一、系统设计方案根据系统要求，系统的组成框图如图1所示。图1 系统组成框图系统按功能可分为分频模块、控制模块和译码输出模块。（1）分频模块的作用是获得周期较长的时钟信号，便于操作，且不会产生按键抖动的现象。其原理是定义两个中间信号Q、DIV_CLK，Q在外部时钟CLK的控制下循环计数，每当计数到一个设定的值时DIV_CLK的值翻转，最后将DIV_CLK赋给NEW_CLK即可，改变设定值可改变分频的大小。（a2）控制模块是这个系统的核心模块，它具有判断按键、计算输入钱数总和、计算找零、控制显示四个作用。它的工作原理是每当时钟上升沿到来时，判断哪个按键按下，

若按下的是钱数键，则将钱数保存于中间信号COIN，若下次按下的仍是钱数键，COIN 的值则加上相应的值并显示于数码管；当物品键按下时，则将COIN的值与物品价格进行比较，然后控制找零。（3）由于钱数可能大于9，所以译码显示模块的作用就是将钱数译码后用两个数码管显示，这样方便观察。根据各个功能模块的功能并进行整合，可得到一个完整的自动售货机系统的整体组装设计原理图，如图2所示。图2 设计原理图二、系统主要VHDL源程序（1）分频器的源程序（外部时钟选用3MHz，实现3万分频） LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY CLKGEN IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; NEWCLK:OUT STD_LOGIC); END CLKGEN;

机械手及控制系统设计

河北工程大学课程设计指导说明书课程题目: 机械手及控制系统设计专业: 机械设计制造及其自动化—机电方向班级: 机制11班姓名: 唐科学号 8 指导老师: 杨玉敏

目录第一章绪论题目要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3题目概况。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3气动机械手。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3气动机械手的发展趋势。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3课题的现实意义。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 第二章气动机械手的操作要求及功能机械手移动动作示意图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5机械手操作面板图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5机械手的输入\输出信号定义图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6机械手顺序动作的要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 第三章机械部分设计气动搬运机械手的结构。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8机械手的主要部件及运动。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8驱动机构的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9机械手的技术参数列表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9气动回路的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9末端执行器的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10升降手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12平移手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14 第四章机械手控制设计 PLC的简介。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 PLC的应用领域。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 PLC的系统组成。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 PLC的定义及选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17机械手传送系统输入点和输出点分配表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17 原理接线图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。18 控制程序流程图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19机械手控制软件设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 21控制系统程序。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21 手动单步操作程序。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21 机械手系统梯形图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23 语句表程序设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24 第五章课程设计总结

机械手控制系统设计(完整版).doc

II The Design of Manipulator Control System ABSTRACT In industrial manufacturing and other fields, due to the demand of work, many workers are compelled to expose in harmful circumstance like high temperature, corrosion, toxic gases harm and so on, that increased labor intensity, even imperial their lives. However, since the manipulator came out, many knotty problems are smoothly solved. The design requirements under the control of the subject to determine the handling robot control program, designed control system electrical schematic diagram, the control system hardware and software selection, complete the design of the user program in the PLC (programmable controller). Design used in the German company Siemens S7-200 series CPU 226. The series PLC with powerful, easy programming and low failure rate, and cost advantages. Robot switch signal input to the PLC, the CPU 226 to complete all the control functions, including: manual / automatic control switch, set the number of cycles, status indicator, manual complete control and other functions. the production line on the safe move out, so that the manufacturing process becomes more efficient. The graduation project, the design of PLC control system to establish the basic idea: to make their own application experience; can strengthen and deepen the most of the former continued the basic theory and professional knowledge, further training and training to analyze and solve problems the ability to further improve their design, drafting, inspection manuals, application software, as well as the actual ability to operate, and ultimately related jobs and job base in key skills and basic skills training. Key Words: Manipulator;PLC;CPU;Ladder-diagram

PLC的矿井提升机控制系统设计方案

基于 PLC 的矿井提升机控制系统设计
2010-2-9 20:25:00 来源：
1 引言目前，我国绝大部分矿井提升机（超过 70% ）采用传统的交流提升机电控系统（tkd-a 为代表）。tkd 控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。经过多年的发展，tkd-a 系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而其不足之处也显而易见，它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提升机因电气故障停车事故不断发生。采用 plc 技术的新型电控系统都已较成功的应用于矿井提升实践，并取得了较好的运行经验，克服了传统电控系统的缺陷，代表着交流矿井提升机电控技术发展的趋势。2 总体设计方案基于 plc 技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组成结构如图 1 所示，要由以下 5 部分组成：高压主电路（包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源）、主控 plc 电路、提升行程检测与显示电路、提升速度检测、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。
图 1 矿井交流提升机电控系统框图工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备。司机将制动手柄向前推离紧闸位置，主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向（或反向）极端位置，主控 plc 通过程序控制高压换向器首先得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接入全部转子电阻启动，然后依次切除 8 段电阻，实现自动加速，最后运行在自然机械特性上。交流提升机运行时，旋转编码器跟随主电动机转动，输出 2 列 a/b 相脉冲，分别接到主控 plc 的高速计数器 hsc0 的 a/b 相脉冲输入端，由主控 plc 根据 a/b 脉冲的相位关系，自动确定 hsc0 的加、减计数方式。根据 hsc0 的计数值，就可以计算出提升行程并显示。同时只根据旋转编码器输出的 a 相脉冲，主控 plc 进行加计数。根据 hsc1 在恒定间隔时间内的计数值，就可以计算出提升速度。 3 硬件设计 3.1 提升机主回路部分设计主回路用于供给提升电动机电源，实现失压、过流保护，控制电机的转向和调节转速。主回路由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接触器的常开主触头、动力制动电源装置、提升电动机、电机转子电阻、加速接触器的常开主触头（1jc～8jc）和装在司机操作台上的指示电流表和电压表等组成。系统原理图如图 2 所示。

机械臂控制系统的设计

机械臂控制系统的设计 1 引言近年来，随着制造业在我国的高速发展，工业机器人技术也得到了迅速的发展。根据负载的大小可以将机械臂分为大型、中型、小型三类。大型机械臂主要用于搬运、码垛、装配等负载较重的场合；中小型机械臂主要用于焊接、喷漆、检测等负载较小的场合。随着国外工业机器人技术的不断发展，尤其是一些中小型机器人，它们具有体积小、质量轻、精度高、控制可靠的特点，甚至研发出更为轻巧的控制箱，可以在工作区域随时移动，这样大大方便了工作人员的操作。在工业机器人的应用中最常见的是六自由度的机械臂。它是由6个独立的旋转关节串联形成的一种工业机器人，每个关节都有各自独立的控制系统。 2机械臂硬件系统设计 2.1 机械臂构型的选择要使机器臂的抓持器能够以准确的位置和姿态移动到给定点，这就要求机器人具有一定数量的自由度。机器臂的自由度是设计的关键参数，其数目应该与所要完成的任务相匹配。为了使安装在双轮自平衡机器人上的机械臂能够具有完善的功能，能够完成复杂的任务，将其自由度数目定为6个，这样抓持器就可以达到空间中的任意位姿，并且不会出现冗余问题。在确定自由度后，就可以合理的布置各关节来分配这些自由度了。由于计算数值解远比封闭解费时，数值解很难用于实时控制，这样，后3个关节就确定了末端执行器的姿态，而前3个关节确定腕关节原点的位置。采用这种方法设计的机械臂可以认为是由定位结构及其后面串联的定向结构或手腕组成的。这样设计出来的机器人都具有封闭解。另外，定位结构都采用简单结构连杆转角为0或90°的形式，连杆长度可以不同，但是连杆偏距都为0，这样的结构会使推倒逆解时计算简单。定位机构是涉及形式主要有以下几种：SCARA型机械臂，直角坐标型机械臂，圆柱坐标型机械臂，极坐标型机械臂，关节坐标型机械臂等。 SCARA机械臂是平面关节型，不能满足本文对机械臂周边3维空间任意抓取的要求；直角坐标型机械臂投影面积较大，工作空间小；极坐标方式需要线性移

基于单片机的机械臂控制系统设计与制作

题目：基于单片机的机械臂控制系统设计与制作实习内容： 1，完成基于单片机的机械臂控制系统原理图和PCB的绘制，在基本要求的基础上自己可以作一定的扩展； 2，利用热转印纸、三氯化铁腐蚀液等完成PCB板的制作； 3，完成相应电路的焊接和调试； 4，完成相应软件程序的编写； 5，完成软、硬件的联调； 6，交付实习报告。实习要求： 1，两人一组，自由搭配，但要遵循能力强弱搭配、男女搭配、考研和不考研的搭配； 2，充分发挥主观能动性，遇到问题尽量自己解决，在基本要求基础上可自由发挥； 3，第一次制作电路，电路不可追求复杂； 4，注意安全！熨斗、烙铁。第一章绪论

单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅速。单片机集体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求低、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易等众多优点，以广泛用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，无论在民间、商业、及军事领域单片机都发挥着十分重要的作用二十一世纪，随着机械化、自动化水平的不断提高，不仅减轻了劳动强度、提高生产率，而且把人类活动从危险、恶劣环境中替换出来。而其中机器人技术，显示出极大的优越性；在宇宙探索、海洋开发以及军事应用上具有重要的实用价值。大力发展机器人技术，一方面能让社会从劳动苦力型转换到福利休闲型，另一方面能极大的提高民众的幸福感。在新时期的世界各国，随着应用日益广泛，机器人技术将不断发展并走向成熟。本次课程设以单片机作为控制器实现对机械手臂的简单控制。在单片机最小系统的基础上扩展按键接口和舵机接口以及LED显示器，构成最简单的机械臂控制系统。第二章硬件设计

基于PLC的机械手臂控制系统设计

基于PLC机械手控制系统设计摘要随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。本文主要论述了基于PLC设计的机械手控制系统。首先，对可能用到的可编程控制器进行了相关的介绍，再选择设计所用到的PLC型号。然后，通过对机械手的控制方式及各功能的实现方式进行研究，确定各功能的实现方案和设计控制系统所用到的器材。最后，对PLC控制系统的软件程序和硬件结构进行设计。关键词：工业自动化；可编程控制器；机械手；远程控制；传感反馈

Abstract With the development of modern industrial technology, industrial automation technology is more and more high, the production conditions also tended to bad situation, the front-line workers skills also put forward higher requirements, and the operation safety of workers has also been a corresponding threat. The workers work environment and work content also requires ideal for some simple, reciprocating work by robot remote control or automatic completion is very important This can avoid some people can not contact with the human body damage, such as metallurgy, chemical, pharmaceutical, aerospace, etc.. In the mechanical manufacturing industry, the application of mechanical hand more, the development of faster. At present, it is mainly used in machine tools, forging press under the material and welding, painting and other operations, it can be in accordance with pre established operating procedures to complete the prescribed operation, and some also have with sensor feedback ability, can cope with external changes. Application of the manipulator, to improve the material transfer, workpiece loading and unloading, tool replacement and machine assembly automation, which can improve labor productivity, reduce production costs, accelerate the pace of industrial production mechanization and automation. This paper mainly discusses the design of manipulator control system based on PLC. First, the possible use of the programmable controller is related to the introduction, and then choose the design of the PLC model. Then, through the control mode of the manipulator and the realization way of each function, the realization scheme of each function and the equipment used in the design control system are determined. Finally, the software program and hardware structure of PLC control system are designed. Keywords: industrial; automation programmable controller ; manipulator； Remote control；sensor feedback