基于PLC的机械手设计

基于PLC控制的机械手设计

目录

摘要 (1)

引言 (1)

1.机械手总体方案设计 (2)

1.1设计要求 (2)

1.2运动形式的选择 (2)

1.3驱动方式的选择 (4)

1.4总体结构设计 (5)

2.机械手手部设计 (6)

2.1结构分析 (6)

2.2计算分析 (6)

3.PLC控制系统设计 (11)

3.1机械手移动工件控制系统的控制要求 (11)

3.2机械手移动工件控制系统的PLC选型和资源配置 (13)

3.3机械手移动工件控制系统的PLC程序 (14)

4.动画制作 (18)

4.1建立机械手模型 (18)

4.2制作机械手的动画 (18)

结束语 (26)

致谢 (26)

参考文献 (26)

附录 (27)

摘要

机械手设计包括机械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。本课题通过对设计要求的分析，设计出机械手的总体方案，重点阐述了手部结构的设计以及控制系统硬软件的设计，完成了整个系统工作的动画设计。实现了机械手的基本搬运功能，达到了预期要求，具有一定的应用前景。

关键词：机械手PLC 动画

引言

随着世界经济和技术的发展，人类活动的不断扩大，机器人应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，也从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化各机器人化的要求。随着机器人的产生和大量应用，很多领域，许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。

工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作机, 广泛采用工业机器人，不仅可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。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。

机械手是一种模仿人手动作，并按设定的程序来抓取、搬运工件或夹持工具，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，广泛应用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能组成，主要完成移动、转动、抓取等动作。

控制系统是机械手的指挥系统，它通过控制驱动系统，让执行器按照规定的要求进行工作，并检测其正确与否。可编程控制器（PLC）是一种数定运算操作的电子系统，它将逻辑运算、顺序控制、时序、计数、算术运算等控制程序，用指令形式存放在存储器中，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。与继电器控制线路相比，PLC具有可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、使用方便；设计、安装容易，维护工作量少；功能完善、通用性强；体积小、能耗低等特点。因此，机械手控制系统越平越多的由可编程控制器来实现。

1.机械手总体方案设计

1.1设计要求：

1.机械手能够完成从一个工作点取物体旋转一定角度，放到另一个工作点上。

2.要求完成手抓结构的设计，进行夹紧力的计算分析。初值给定如下：

工件质量m=0.1kg

摩擦系数μ=0.15

重力加速度g=9.8m/s2

垂直加速度a=0.3g=2.94m/s2

水平加速度a=0.3g=2.94m/s2

回转半径r=0.5m

角速度ω＝3.5rad/s

角加速度β＝2.1rad/s2

安全系数S=1.45

夹角φ＝45°

3.要求选用PLC作为控制系统。

1.2运动形式的选择：

根据主要的运动参数选择运动形式是结构设计的基础。常见机器人的运动形式有四种，下面分别论述其特点，然后确定运动形式。

1.直角坐标型机器人

直角坐标型机器人的结构简图如图1-1所示，它在x,y,z轴上的运动是独立的，3个关节都是移动关节，关节轴线相互垂直，它主要用于生产设备的上下料，也可用于高精度的装卸和检测和作业。这种形式的主要特点是：

(1)在三个直线方向上移动，运动容易想象。

(2)计算比较方便。

(3)由于可以两端支撑，对于给定的结构长度，其刚性最大。

(4)要求保留较大的移动空间，占用空间较大。

(5)要求有较大的平面安装区域。

(6)滑动部件表面的密封较困难，容易被污染。

2.圆柱坐标型机器人

圆柱坐标型机器人的结构简图如图1-2所示，R、θ和x为坐标系的三个坐标，其中R是手臂的径向长度，θ是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。这种形式的主要特点是：

(1)容易想象和计算。

(2)能够伸入形腔式机器内部。

(3)空间定位比较直观。

(4)直线驱动部分难以密封、防尘及防御腐蚀物质。

(5)手臂端部可以达到的空间受限制，不能到达靠近立柱或地面的空间。

3.极坐标型机器人

极坐标型机器人又称为球坐标机器人，其结构图如图1-3所示，R，θ和β为坐标系的坐标。其中θ是绕手臂支撑底座垂直轴的转动角，β是手臂在铅垂面内的的摆动角。这种机器人运动所形成的轨迹表面是半球面。其特点是：

(1)在中心支架附近的工作范围较大。

(2)两个转动驱动装置容易密封。

(3)覆盖工作空间较大。

(4)坐标系较复杂，较难想象和控制。

(5)直线驱动装置仍存在密封问题。

(6)存在工作死区。

4.多关节机器人

多关节机器人结构简图如图1-4所示，它是以其各相邻运动部件之间的相对角位移作为坐标系的。θ、α和φ为坐标系的坐标，其中θ是绕底座铅垂轴的转角，φ是过底座的水平线与第一臂之间的夹角，α是第二臂相对于第一臂的转角。这种机器人手臂可以达到球形体积内绝大部分位置，所能达到区域的形状取决于两个臂的长度比例。其特点是：

(1)动作较灵活，工作空间大。

(2关节驱动处容易密封防尘。

(3)工作条件要求低，可在水下等环境中工作。

(4) 适合于电动机驱动。

(5)运动难以想象和控制，计算量较大。

(6)不适于液压驱动。

图1-1 直角坐标型图1-2 圆柱坐标型

图1-3 极坐标型图1-4 多关节型

选择方案的准则：

1.满足设设计要求：机械手能够旋转一定角度。

2.结构简单，便于计算分析。

分析比较以上四种运动形式，确定选用圆柱坐标型机器人。

1.3驱动方式的选择：

机器人关节的驱动方式有液压式、气动式、和电动式。下面将三种驱动方式进行分析比较。

1.液压驱动

机器人的驱动系统采用液压驱动，有以下几个优点：

(1)液压容易达到较高的压力（常用液压为 2.5～6.3MPa），体积较小，可以

获得较大的推力或转矩；

(2)液压系统介质的可压缩性小，工作平稳可靠，并可得到较高的位置精度；

(3)液压传动中，力、速度和方向比较容易实现自动控制；

(4)液压系统采用油液作介质，具有防锈性和自润滑性能，可以提高机械效率，

使用寿命长。

液压传动系统的不足之处是：

(1)油液的粘度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起燃爆炸等危

险；

(2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故造价较高；

(3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，否则会

引起故障。

液压驱动方式的输出力和功率更大，能构成伺服机构，常用于大型机器人关节的驱动。

2.气压驱动

与液压驱动相比，气压驱动的特点是：

(1)压缩空气粘度小，容易达到高速；

(2)利用工厂集中的空气压缩站供气，不必添加动力设备；

(3)空气介质对环境无污染，使用安全，可直接应用于高温作业；

(4)气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元件低。

它的不足之处是：

(1)压缩空气常用压力为0.4～0.6MPa，若要获得较大的力，其结构就要相对

增大；

(2)空气压缩性大，工作平稳性差，速度控制困难，要达到准确的位置控制很

困难；

(3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，处理不当会使钢类零件生锈，

导致机器人失灵。此外，排气还会造成噪声污染。

气动式驱动多用于点位控制、抓取、开关控制和顺序控制的机器人。

3.电动机驱动

电动机驱动可分为普通交、直流电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。

普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。伺服电动机和步进输出力矩相对小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。交、直伺服电动机一般用

于闭环控制系统，而步进电动机则主要用于开环控制系统，一般用于速度和位置精度要求不高的场合。

本课题设计的机械手的特点：

1.点位控制进行搬运工作，采用顺序控制方式。

2.负载小，精度要求不高。

3.要求成本低。

根据以上特点，确定选用气压驱动。

1.4总体结构设计

根据圆柱坐标型运动方式和气压驱动方式的选定，对机械手进行总体结构的设计，机械结构由摆动气缸、双联气缸、单联气缸和气爪组成，结构图如图1-5所示。

图1-5 机械手总体结构图

2.机械手手部设计

2.1结构分析

机械手的手部是最重要的执行机构，是用来握持工件的部件。常用的手部按其握持原理可以分为夹持类和吸附类两大类，本课题采用夹持类手部。夹持类手部又可分夹钳式、托勾式和弹簧式。本课题选用夹钳式，它是工业机器人最常见的一种手部。手部传动机构可分回转型、平动型和平移型。回转型的特点是当手爪夹紧和松开物体时，手指作回转运动。当被抓物体的直径大小变化时，需要调整手爪的位置才能保持物体的中心位置不变。平动型的特点是手指由平行四杆机构传动，当手爪夹紧和松开物体时，手指姿态不变，作平动。和回转型手爪一样，夹持中心随被夹持物体直径的大小而变。平移型的特点是当手爪夹紧和松开工件时，手指作平移运动，并保持夹持中心固定不变，不受工件直径变化的影响。为便于夹持避免固定中心的麻烦，采用平移型，图2-1所示的是靠导槽保持手指作平移运动。手部结构也采用气压驱动。

图2-1 手部装配图

2.2计算分析

因工件运动速度引起视在重量增加情况下的夹紧力计算 机器人手臂停止状态开始的直线运动和旋转运动的组合，所以伴随有速度和加速度.工件有了加速度，其视在重量就变化。设机械手手部纵向中心线上所加的驱动力为P ，P ＝气缸有效截面积×使用的气压×η.作用在一个指尖上的夹紧力为Q （方向沿手指的运动方向）.设两个手指以摩擦力2μQ ，工件重量为G=mg.夹起工件要计算的是单个手指所必须的力Q.

1.垂直上升的情况 如图2-2所示，工件以加速度a 垂直上升，要使工件不掉下，下式必须成立.

20Q mg ma μ-->

得2a g

Q m

μ

+>

代入数据，得()0.319.8

0.1 4.2520.15

Q N +?>?

?

图2-2 工件垂直上升时受力分析图

2.水平旋转的情况

机械手部绕垂直轴以半径r 作水平旋转，工件夹紧面与旋转圆弧切线方向平行，如图2-3所示。 切线方向：20Qt mr μβ-≥

主法线方向：2()02n mr QF mr β

μω+-

≥ 2()02n mr QR mr β

μω--≥

副法线方向：2()02b mg

QF mr μω+-≥

2()02

b mg

QR mr μω--≥

联立上式，求解得

Q ≥

代入数据，得0.17.37Q N >

后指：

(sin )0R Q ma μ?+≥

由于是机械手部机构，Q F =Q R ,所以结果Q 必须满足下式

Q ≥

代入数据，得

0.1 3.55

Q N ≥=

图2-4 工件水平直进时受力分析图 综上所述，得7.37Q N

=最大值

由于考虑到设计的机械手的安全问题，Q 应再乘上一个安全系数S 。

7.37 1.4510.69Q Q S N

=?=?=安全值最大值

夹紧力Q 与压强的关系由实验测得，如图2-5所示。

由设计要求得知夹持长度L ＝25mm,根据图2-5可知所加的压强约为0.5MPa.

夹持长度（

夹紧

力

图2-5 夹紧力、夹持长度、压强关系图

3.PLC控制系统设计

3.1机械手移动工件控制系统的控制要求

3.1.1机械手移动工件的基本结构、工作流程和工作原理

1.机械手移动工件的基本机构

机械移动工件的基本结构图如图3-1所示。

图3-1 机械移动工件的基本结构图

2.机械手移动工作的工作流程

机械手移动工件单个工作流程示意图如图2-2所示。

机械手移动工件的单个工作流程由复位到初始位置、将机械手移动到工件处、夹紧工件、将工件移动到目标位置、放下工件和移动到初始位置6个过程组成。机械手移动工件通过PLC平控制，可以实现这6个过程全自动依次运行。

3.机械手移动工件的工作原理

由于本机械手采用气动传动，为方便检测，选用磁性开关作为传感器。安装在气缸外部即可。机械手移动工件通过磁性限位开关与电磁阀来控制。

(1)机械手左转、右转、左移、右移、上移、下移分别通过左转电磁阀、右转

电磁阀、左移电磁阀、右移电磁阀、上移电磁阀、下移电磁阀来实现，移动或转动的最大位置由左转限位开关SL0、右转限位开关SL1、左移限位开关SL2、右移限位开关SL3、上移限位开关SL4、下移限位开关SL5来控制。

(2)放松、夹紧工件通过放松电磁阀、夹紧电磁阀来实现。夹紧工件通过定时

器控制，根据实际情况，夹紧时间设为3秒。放松工件通过放松限位开

关来控制。

(1)按下启动按按钮，系统先检查机械手是否在初始位置，若不是机械手先

进行复位，然后再进入机械手正式工作状态。按下停止按扭，等机械手

运行到初始位置后，再停车。按下急停按钮，断开PLC外部负载电源和

气动装置电源，系统立即停止。

图3-2 机械手移动工件单个工作流程

3.1.2设备控制要求

该系统要求机械手能自动进行工作，转动时要求回转半径最小，要具体控制要求如下：

(1)按下启动按钮，系统进行自检查机械是否在初始位置，不是的话先进行

复位工作，然后进行正式工作。

(2)复位工作控制要求如下：

①机械手首先上移，直到运动到最上端。

②上移后，机械手开始右移。

③右移完成后，机械手开始左转，至此，复位工作完成。

(3)正式工作控制要求如下：

①机械手开始左移，一直运动到最左端。

②运行到最左端后，机械手开始向下运动。

③到达最下端后，机械手开始夹紧工件，一直到把工件夹紧为止，时间

由定时器控制，定时为3秒。

④机械手开始向上运动，运动到最上端。

⑤上移后，机械手开始右移。

⑥右移完成后，机械手开始右转，直到右转限位开关检测到信号。

⑦右转完成后，机械手下移。

⑧运行到最低位置后，机械手把工件松开，一直到放松限位开关检测到

信号。

⑨工件松开后，机械手开始向上运动。

⑩到达最上端后，机械手开始左转，真到左转限位开关检测到信号，此时机械手已加到初始位置。

(4)该系统进行自动连续循环工作。正常停车时，要求机械手回到初始位置

时才能停车。急停时，切断所有电源，系统停止运行。重新启动后，由

于急停时机械手位置的不确定性，要进行复位工作。

3.2机械手移动工件控制系统的PLC选型和资源配置

3.2.1PLC选型

由于机械手控制系统的输入/输出接点少，要求性价比高，编程简单，维护方便，机身小巧，故选用三菱公司的FX1N-24MR-001型号。市场为3330元。该机有14个输入点，10个输出点，辅助继电器1536点，定时器256点，计数器235点，数据寄存器8000点。

3.2.2系统资源分配

1.I/O触点分配

根据系统控制要求，I/O分配如表3-1所示。

2.定时器部分

这个控制系统夹紧工件需要定时器来控制夹紧程度。时间设为3秒。定时器分配如表3-2所示。

3.2.3硬件电路接线图

硬件电路接线图如图3-3所示。

图3-3 硬件电路接线图

3.3机械手移动工件控制系统的PLC程序

3.3.1编程软件

采用三菱公司编程软件FXGP/WIN-C，其界面如图3-4所示。

3.3.2程序流程图

根据系统控制要求，画出程序流程图。见附件1。

3.3.3状态图

此程序用步进指令编写比较方便直观。根据流程图。可画出状态图，如图3-5所示。

3.3.4梯形图

见附录

3.3.5语句表

见附录

图3-4 FXGP/WIN-C界面

K30

图2-5 状态图

4.动画制作

为了使视觉动态效果逼真突出，选用优秀的三维动画软件3ds max来制作。4.1建立机械手模型

机械手的建模比较简单，通过创建标准基本体与扩展基本体即可建立气缸、气爪等。如图4-1，4-2所示。

图4-1 图4-2

创建六角螺母时，先创建图形中的多边形。再通过修改\修改器列表，选择挤出，完成六边形的拉伸。如图4-3，4-4所示。

通过将创建好的几何体进行装配，再通过复合对象中布尔操作将几何体中

的重叠部分切除。如图4-5所示。

最终的机械手模型如图4-6所示。

4.2制作机械手的动画

3d max 基础动画比较简单，通过激活自动关键点按钮，为物体的移动、旋转、缩放等变换参数记录动画。制作机械手的动画，还要用到层次式关系和FK。首先了解什么是层次关系。比如我们要制作人的手臂动画。我们希望这样来控制：对人物的上臂作旋转操作，上臂的运动自动带动了小臂、手腕、手掌、手指等肢体的运动。这种用一个物体的运动可以带动其他肢体运动的动画关系在3ds max 中我们称其为层次关系。在这个动画关系中，上臂的运动决定了小臂的运动，小臂会跟随上臂的运动而运动；那么在3ds max 中上臂称为小臂的父物体，小臂则称为上臂的子物体。

图4-3

PLC机械手(课程设计)

河南机电高等专科学校课程设计报告书 课程名称：《PLC技术与工程应用》 课题名称：机械手电气控制系统设计 系部名称：自动控制系 专业班级：生产过程自 姓名： 学号：121 2014年06月26日

设计任务书 设计任务书 设计目的： 1、学习PLC电气控制系统的开发过程和系统设计思路； 2、锻炼实际应用程序开发能力； 3、提高电气制图、流程图绘制及办公文档编辑能力。 设计要求： 1、设置机械手复位按钮 机械手每次的工件输送过程，都应该从初始位置开始。定义右转到位、上行到位、退回到位及手指张开到位同时满足时为机械手初始位置。开机运行时，机械手应该首先自动回到初始位置；若遇到特殊情况，机械手停在非初始位置，按下复位按钮即可实现复位。 2、设置单步/连续切换开关 a.在单步模式下按下启动按钮(若机械手处于初始位置，则开始运行；否则，按下复位键，使机械手复位)→伸出→下行→手指夹紧→上行→左转→下行→手指张开→上行→退回→右转→停止 b.在连续模式下按下启动按钮，上述动作依次发生，但回到初始位置之后，继续下一个工件的传输过程。连续模式下，按下停止按钮，待本次工件传输工作结束后，停止运行。

《PLC技术与工程应用》课程设计报告书 目录 目录 ......................................................................................................... I 1 设计思路或方案选择 ............................................................. - 1 -1.1 机械手简述 ............................................................................. - 1 - 1.1.1 设计功能及硬件组成 ............................................................ - 1 -1.2 系统组成 ................................................................................. - 2 - 1.2.1 输出驱动单元......................................................................... - 2 - 1.2.2 输入检测单元......................................................................... - 3 - 1.3 PLC工作原理 .......................................................................... - 3 - 2 硬件电路设计 ............................................................................... - 4 -2.1 输入输出接口电路介绍 ......................................................... - 4 - 2.1.1 输入电路板............................................................................ - 4 - 2.1.2 输出板电路............................................................................ - 5 - 2.1.3 驱动电路 ............................................................................... - 5 - 2.1.4 控制电路原理图 ..................................................................... - 6 -2.2 I/O分配表 .............................................................................. - 6 - 2.2.1 输入信号 ............................................................................... - 6 - 2.2.2 输出信号 ............................................................................... - 7 - 2.3 机械手运动示意图 ................................................................. - 7 - 3 软件设计......................................................................................... - 8 -3.1 总流程图及说明 ..................................................................... - 8 -3.2 重要程序及说明 ..................................................................... - 9 -

基于PLC的机械手控制系统及组态设计

PLC课程设计报告题目：基于PLC的机械手控制系统及组态设计 二级学院：电气与电子工程学院 班级： 14电气实验班 姓名：李浩文 学号： 组员： 指导老师： 成绩： 日期： 2017年4月

基于PLC的机械手控制系统及组态设计 摘要 随着21世纪的发展，技术科技的不断完善，人们对于机械手的控制系统运用越来越成熟，机械自动化逐步代替了人工操作，这意味着将解放人类劳动力，一些简单重复的动作将会有机器代替运作，并且在某些场所，例如高温高压，有毒气体以及威胁到人类生命安全的环境。为了适应社会需求的变化，人类不断实践和探索，机械手应运而生，相应的各种难题迎刃而解。 本设计主要介绍了国内外机械手研究现状及可编程控制器S7-200 PLC的研究发展趋势，基于PLC编程可知，组态王可以实现与S7-200编程器相结合，组建简单的仿真界面，通过仿真软件可以清晰的了解到机械手的操作，包括上移、下移、左移、右移。实验表明，由S7-200PLC和Kingview6.55构成的控制系统人机界面简单、易于操作、经济实用、可靠性高、稳定性高。 关键词：S7-200PLC；组态王Kingview6.55；机械手

目录 1绪论 (1) 1.1研究该课题的重要性 (1) 1.2国内外机械手研究现状 (1) 1.3该课题研究的内容 (2) 2组态王Kingview 6.55和可编程控制器的介绍 (3) 2.1组态王Kingview 6.55的介绍 (3) 2.1.1组态王的历史 (3) 2.1.2组态王的结构 (3) 2.1.3组态王的基本配置 (5) 2.1.4组态王软件产生的背景 (8) 2.1.5组态软件的发展方向 (8) 2.2可编程控制器的介绍 (10) 2.2.1可编程控制器的概述 (10) 2.2.2可编程控制器的历史 (10) 2.2.3 PLC的基本结构 (11) 2.2.4 PLC的工作原理 (12) 2.2.5 PLC的基本配置 (12) 3机械手控制系统的设计 (15) 3.1机械手控制方式的选择 (15) 3.1.1机械手控制方式的分类 (15) 3.1.2 PLC与IPC和DCS的比较 (15) 3.2 PLC的控制电路程序设计 (16) 3.2.1 PLC的I/O分配表 (16) 3.2.2编程指令的选择 (17) 3.2.4 机械手的动作实现过程 (19) 3.2.5 PLC控制机械手的模拟工作图 (19) 3.2.6 PLC梯形图设计 (21) 3.3 PLC程序的调试 (30) 3.3.1 PLC控制的安装与布线 (30) 3.3.2机械手控制程序的调试 (31) 4组态王Kingview 6.55在机械手控制系统中的应用 (32) 4.1工程的建立与结构变量的定义 (32) 4.1.1工程的建立 (32) 4.1.2建立结构变量的步骤 (33) 4.1.3设备与组态王的连接 (35) 4.2动画的连接 (38)

PLC控制的工业机械手设计

学院 课程设计说明书 题目:基于PLC控制的工业机械手 专业:机电一体化技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 二○一○年十一月三日

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。 通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型工业机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。 关键词:机械手，气动控制，可编程控制器（PLC），自动化控制。

学院 课程设计说明书 题目:基于PLC控制的工业机械手 专业:机电一体化技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 二○一○年十一月三日

毕业设计任务书 机电工程系机电一体化技术专业 学生姓名学号 一、毕业设计题目：PLC控制的工业机械手设计 二、毕业设计时间 2010 年11月1日至2010年 11 月 28日 三、毕业设计地点： 四、毕业设计的内容要求： 1、系统的电路原理图。 2、元器件的明细表。 3、毕业设计说明书包含工作原理、系统结构、控制过程、控制流程图机控制程序等，字数不少于6000字。 4、设计格式按照要求完成。 指导教师年月日

毕业设计--基于PLC的机械手控制系统设计

设计题目基于PLC的机械手控制系统设计 摘要 【摘要】 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。 机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它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；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的。 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。

ABSTRACT Manipulator hand and arm can imitate the certain movements function, according to fixed program to grab, transporting or operating tool for automatic operation of the device. It can replace the hard labor in order to realize people the mechanization of manufacturing and automation, can in harmful environment operation to protect the personal safety and so widely used. The type of manipulator, according to drive mode can be divided into hydraulic, pneumatic, electric and mechanical manipulator; According to applicable range can be divided into robots for and general manipulator two; According to the trajectory control mode can be divided into position control and continuous track control robots. The design of the manipulator and add plane rotation type and structure, the action of the manipulator by pneumatic cylinder driving, pneumatic cylinder of the corresponding electromagnetic valve to control, electromagnetic valve controlled by PLC. Drive the implementation of the component finish, can very convenient embedded in all kinds of industrial production line. Manipulator used PLC control, and has high reliability, change program flexible, and other advantages, whether for time control or travel control or mixed control, can be set to realize through PLC program. According to the order of the manipulator action can modify the program, so that more of the manipulator strong generality. Keywords: manipulator electromagnetic valve PLC

机械手的PLC控制 PLC课程设计

一、要求 机械手的PLC控制 1．设备基本动作：机械手的动作过程分为顺序的8个工步：既从原位开始经下降、夹紧、上升、右移、下降、放松、上升、左移8个动作后完成一个循环（周期）回到原位。并且只有当右工作台上无工件时，机械手才能从右上位下降，否则，在右上位等待。 2．控制程序可实现手动、自动两种操作方式；自动又分为单工步、单周期、连续三种工作方式。 3．设计既有自动方式也有手动方式满足上述要求的梯形图和相应的语句表。 4. 在实验室实验台上运行该程序。 二参考 1. “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200” 书中212页“8.1.3机械手的控制” 2. “机床电气控制”第三版王炳实主编 书中156页“三、机械手控制的程序设计”。 3．“可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式时手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。 注解： “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200”书中212页“8.1.3机械手的控制”例中只有手动和自动（连续）两种操作模式，使用顺序控制法编程。PLC 机型选用CPM2A-40型，其内部继电器区和指令与CPM1A系列的CPM有所不同。 “机床电气控制”第三版王炳实主编书中156页“三、机械手控制的程序设计”。本例中的程序是用三菱公司的F1系列的PLC指令编制。有手动、自动（单工步、单周期、连续）操作方式。手动方式与自动方式分开编程。参考其编程思想。 “可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式有手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。用CPM1A编程。 这里“误操作禁止”是指当自动（单工步、单周期、连续）工作方式时，按

基于PLC控制机械手设计[1]

内容摘要 系统的自动控制部分主要由硬件部分和软件部分组成。硬件部分主要是由步进电机、传感器、继电器等硬件来完成本单元的动作。 软件部分主要运用了CAD、PLC和组态王等软件工具。在这次设计中利用PLC 编程来完成机械手单元整个动作。其中对单元操作进行了分步：如，绘制硬件连线、整个单元的流程图、用CAD软件绘制平面图、用组态王来描述机械手动作的整个过程。本单元只是现场总线的其中一部分，但是它完全体现出了现场总线的优点。 第一章是概述，第二章是在这次设计中所用到的工具软件，第四、五章就是本次设计的重点。通过这次设计，让我更深入的了解了自己所学专业。 由于时间仓促、水平有限，其中有许多不足之处在所难免，敬请老师批评指正，给予多多指导。 关键词：可编程控制器PLC; 机械手; 工作原理

目录 第一章绪论 (2) 1.1 研究意义现状分析及其意义 (2) 1.2 机械手的发展趋势.优点及其应用 (3) 第二章系统设计中的应用软件 (6) 2.1 PLC软件 (6) 2.2 CAD软件 (7) 2.3 组态王软件 (7) 第三章硬件部分 (10) 第四章软件部分 (16) 第五章组态部分 (18) 第六章结论 (22) 致谢 (23) 参考文献 (24)

第一章绪论 可编程序控制器(PLC)已在工业生产过程的自动控制中得到了广泛的应用。它是以微处理器为核心,综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的自动控制装置,它具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用和使用方便等一系列优点;气动技术也是实现工业自动化的重要手段,并且已广泛地应用于各工业部门,在机械产品自动化、工业自动化及企业技术改造方面占有重要的地位。气压传动的介质来自于空气,环境污染小,工程容易实现。机械手在工业自动化生产中得到了很好的利用,它可减少人的重复操作,并且它还可以完成人无法完成的操作,从而大大地提高工业生产效率。 人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器，它有三个特点，一个是有类人的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。 到目前为止，工业机器人是最成熟，应用最广泛的一类机器人，世界总量目前已经销售110万台，这是1999年的统计，但这110万台在已经进行装备使用的是75万台，这个量也是不小的。总体情况看，日本在工业机器人这一块，是首位的，成为机器人的王国，美国发展也很迅速，目前在新安装的台数方面，已经超过了日本，中国刚开始进入产业化的阶段，已经研制出多种工业机器人样机，而有小批量在生产中使用，这也是整个在日本、美国以及我们国家在工业机器人情况的一些比较。 1.1 研究意义现状分析及其意义 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

课程设计PLC机械手设计

课程设计任务书 一、设计任务： PLC机械手控制的实现 二、设计要求： 1.阐述机械手的工作原理 2.如何实现PLC对机械手的控制 3.机械手控制程序设计 三、设计期限 年月日至年月日

目录 第一节机械手的工作原理 1.1 机械手的概述 (1) 1.2 机械手的工作方式 (2) 第二节机械手控制程序设计 2.1 输入和输出点分配表及原理接线图 (3) 2.2 控制程序 (4) 第三节梯形图及指令表 3.1 梯形图 (8) 3.2 指令表 (9) 总结与评价 (10) 参考文献 (11)

第一节机械手的工作原理 1.1机械手的概述 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。

1 1.2 机械手的工作方式 机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。 1、机械手传送工件系统示意图，如图1所示。 图1 机械手传送示意及操作面板图

基于PLC的机械手臂设计

毕业设计（论文） 题目: 机械手的PLC控制 专业: 机电一体化 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 成都电子机械高等专科学校 xxxx年x月

摘要 机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC 主机，通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。 关键词：机械手 PLC 变频器交流电机

Abstract Manipulator industrial robot systems traditional mandate, Robot is one of the key components. Manipulator using the mechanical structure of screw-ball, slider, and other mechanical devices composition; Electric have AC motor, inverter, sensor, and other electronic device components. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, micro-switches position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters. Key Words: Manipulator PLC Inverter AC motor

气动机械手的PLC控制系统的设计

毕业设计报告 课题：气动机械手PLC控制系统的设计 系部：电气工程系 专业：机电一体化技术 班级：机电092 姓名：XXX 学号：XXXXXXX 指导老师：XXXX 2011．3

江苏信息职业技术学院毕业设计报告 目录 摘要 (3) 第一章机械手的简介 (4) 1．1 概述 (4) 1．2 机械手的组成 (4) 1．3 机械手的应用 (4) 1．4 机械手应用 (4) 第二章机械手机械设计 (5) 2．1 机械手总体结构设计 (5) 2．2 机械手的工作原理 (6) 2．3 机构模块化设计 (7) 2．4 手部结构设计 (8) 第三章机械手机械控制设计 (10) 3．1 工作过程与控制要求 (10) 3．2 气动驱动设计的简述 (11) 3．3 PLC控制系统设计 (12) 结束语 (20) 谢辞 (21) 参考文献 (22)

气动机械手PLC控制系统的设计 气动机械手PLC控制系统的设计 摘要:气动技术具有一系列显著优点，在工业生产中得到越来越广泛的应用，己成为自动化不可缺少的重要手段。进入 90 年代后，气动技术更突破传统死区，经历着飞跃性进展。再者，冲压自动化是解决冲压生产成本及安全问题、提高冲压生产企业效益的必然选择，而冲压机械手是冲压自动化的重要组成部分。但是，目前冲压机械手高昂的价格却使国内众多的中小冲压企业望而却步。 PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC由于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，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术技术有效抑制外部干扰源对PLC的影响，此外PLC还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业的的发展具有很重要的意义。 关键词：意义，应用，原理，plc，机械手，气动控制技术

(整理)PLC课程设计题目及要求.

1.电动机顺序的控制 要求：按下启动按钮后，电动机M1运转10S, 停止5S, 电动机M2与M1相反，即M1停止时M2运行，M2运行时M1停止，如此循环往复，直至按下停车按钮。 2.喷泉的控制 要求：有A、B、C、三组喷头，启动后：A组先喷5S;然后B、C同时喷，A停；5S后B 停；再5S后C停，而A、B又喷；再2S,C也喷；持续5S后全部停喷。再过3S重复前述过程 3.压力机控制 要求：压力机冲头停在上方原始位置，行程开关SQ1被压下，其常开触点闭合。按下启动按钮，其常开触点通电一次，液压电磁阀YV1接通，冲头下行。当冲头接触工件后压力迅速升高，压力继电器SP压力值达到预定值后，其常开触点闭合。保压5S,接通电磁阀YV2。冲头上升，返回原始位置再压住行程开关SQ1,冲头停止上升，按上述控制要求设计。 4．液压滑台自动循环运动控制 要求：液压滑台循环工作过程为预备、快进、工进、停留和快退五个工步，分别利用1000～1005作为各步的工进继电器，各工步转换条件由外设SB、SQ1、SQ2、SQ3和压力继电器SP提供，对应各步的动作作为驱动电磁阀YV1、YV2和YV3的线圈。 5.* 物料传送系统的控制 在自动物流生产线上，一般通过加工、检侧、包装等工位的传送带来运送加工的工作。 每套传送系统由不同电机控制，为节能运行，没有工件的传送暂不运行，检测到工件则启动传送带，工件到达传送带的尾端，启动下条传送带，如果前条传送带没有工件则停止运行。 动作要求：按启动按钮后加工工位的传送带开始运行，有工件运行到传送带的尾部时传感器动作，启动检测工位的传送带，再传送到尾部时传感器动作，启动包装工位传送带，该传送带启动2S后，前条传送带没有工件则停止运行。传感器检测到工件到位置3S后，若前条传送带没有工件停止运行。 6. 工业自动清洗机的控制 在工业现场有一种自动清洗机，工作时将需要清洗的部件放在小车上，按启动按钮后小车自动进入清洗池指定位置A，首先加入酸性洗料，小车再继续前行到另一位置B,然后返回到位置A，打开排酸阀门将酸性洗料放出，完成一次酸洗后。再加入碱性洗料，清洗过程同酸洗。等碱性洗料完全放出后，小车从位置A回到起始位置，等待下次启动信号。 动作要求：该清洗设备的小车前进后退通过电动机的正反转控制，酸性洗料的碱性洗料通过两个泵分别注入，通过打开电磁阀排放洗料，再这里洗料的注入和放出都通过时间控制，实际的清洗也可以用液位开关控制。 7．升降控制系统 有一个升降控制系统。在自动控制时，要求上升10S，停5S，下降10S，停10S，往复循环10次后停止运行。 8．车库自动门的控制系统 汽车到达车库门前，超声波开关接收到来车的信号，门电动机正传，门上升，当门上升到顶点碰到上限开关时，停止上升，汽车驶入车库后，光电开关发出信号，门电动机反转，门下降，当下降到下限开关后门电动机停止。

(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。

plc机械手课程设计

p l c机械手课程设计Last revision on 21 December 2020

目录 1 2 (4) 3 (4) 4 PLC及机械手的选择和论证 (6) PLC的结构及基本配置 (6) PLC的选择及论证. (7) 6 软件电路设计及描述 1引言

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。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，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的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地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有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生产的。并且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。机械手可在空间抓、放、搬运物体，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。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。 可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。 机械手采用plc控制，具有可靠性高，改变程序灵活等优点。无论进行时间控制还是控制或混合控制，都可以通过设置plc的程序实现。可以根据机械手的动作顺序改变程序，是机械手通用性更好。 采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好。阻力损失和泄露减少。不会污染环境，造价低。 在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。 2 设计目的及主要内容 设计目的 1、培养plc设计能力； 2、扩展知识结构； 3、培养综合运用能力； 4、是课堂教学的有益补充。通过本次课程设计，进一步加强自己对机械手和PLC的认识，以及它们在生活中广泛应用。 主要内容 1.正确选用机械手和PLC类 2.绘制I/O分配 3.设计梯形图 4.指令语句 5.模

机械手自动操作控制的PLC程序的设计说明

中北大学 信息商务学院 课程设计说明书 学生：学号： 系：机械自动化系 专业：机械设计制造及其自动化 题目：数控技术课程设计 ——机械手自动操作控制的PLC程序设计 指导教师：职称: 职称: 2016年12月5日

中北大学 信息商务学院 课程设计任务书 2016/2017 学年第 1 学期 所在系：机械工程系 专业：机械设计制造及其自动化 学生姓名：学号： 课程设计题目：数控技术课程设计 —机械手自动操作控制的PLC程序设计起迄日期： 2016年12月5日～2016年12月9日课程设计地点：中北大学信息商务学院 指导教师： 系主任：暴建岗 下达任务书日期: 2016 年12月 5日

课程设计任务书 1．设计目的： 通过对机械手自动操作控制的PLC程序设计，使学生在熟练机械手的动作顺序与原理的基础上，学会应用PLC。 2．设计容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 机械手将工件从A工作台搬到B工作台。机械手的工作过程由8个动作完成一个循环，如图所示。取放工件的上升/下降和左移/右移分别用YV1、YV3、YV4和YV5控制，夹具的夹紧和放松由电磁阀YV2控制。当工件搬到B工作台返回时，用光电开关SQ7发出无工件信号。 （1）采用部移位寄存器M100~ M117逐位输出方式实现顺序控制，移位条件是对各限位开关（SQ1~SQ6）的状态检测来决定。 （2）夹紧或放松动作，分别用定时器T450、T451延时控制。 （3）采用具有保持功能的辅助继电器M202驱动夹紧阀。 通过本课程设计,完成 ①输入输出信号分析与PLC I/O分配图 ②PLC选型 ③主要元器件型号的选择 ④主接线图设计 ⑤完成梯形图设计并完成相应指令。 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 要求独立完成机械手自动操作控制的PLC程序设计，包括程序的编制和调试，并根据规定格式完成课程设计说明书的撰写。

PLC课程设计机械手电气控制系统设计

《PLC技术与工程应用》课程设计任务书 课题名称：机械手电气控制系统设计 专业班级：电气自动化技术102班 河南机电高等专科学校自动控制系 2012-06-01

1、概述 机械手是工业生产过程中常见的自动化设备，它具有工件的自动取拿、移动和输送功能。机械手机构控制涉及了PLC、传感器、电机驱动等技术。 机械手实验设备如图1所示。该设备可以实现手臂的左右摆动、伸出与退回、上下移动、机械手指的夹紧与张开等四自由度动作。 图1. 机械手实验设备 1.1 输出驱动单元 该设备四自由度动作由四台直流电动机驱动，每台电动机可进行正反转运行。左右摆动由齿轮组啮合实现减速传动；伸出与退回、上下移动由直流减速电机驱动丝杠--螺母结构完成；机械手指的夹紧与张开由直流减速电机驱动连杆结构实现。该设备共有8个动作，由控制器输出信号驱动。 1.2 输入检测单元 每个自由度运行极限位置设置了两个行程开关，用于判断当前动作是否到

位。该设备共有8个行程开关作为控制器的输入信号。 2、输入输出接口电路介绍 机械手实验设备既是所谓控制对象，对于一般工业控制，其控制核心使用可编程控制器(PLC)。设计输入输出接口电路 (如图2所示) 的目的是为解决机械手设备输出驱动单元、输入检测单元与PLC之间的信号接口问题。图中上层电路板是驱动电路板，下层电路板左侧是输入接口电路板，右侧是输出接口电路板。 图2. 输入输出接口电路板 2.1 输入接口电路板 输入接口电路板原理图如图3所示，其功能是将设备上行程开关的开关状态转换为统一的电平信号(逻辑1：24V DC ；逻辑0：0V DC)。板上设有光电隔离电路，将内外电源隔离，以保护设备安全。 图3. 输入接口电路板电气原理图

基于PLC控制的机械手设计(毕业论文)第一章绪论

第一章绪论 1. 1 PLC简介 可编程控制器简称PLC(Progrsmmable Logic Controller, PLC),它是以微处理器为基础服务夫人通用工业控制装置。国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输出和输入，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器是一种通用的工业控制计算机。它的程序是可以控制不同的对象。具有更大的灵活性，再加上体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善，适应性强，安装接线简单等众多优点，它可以方便地应用在各种场合，PLC釆用了典型的计算机结构，主要是山微处理器(CPU)、存储器(RAM/R0M)、输入输出接口(I/O)电路、通信接口及电源组成。 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 PLC的主要特点，可靠性高、抗干扰能力强功能完善、应用领域广编程简单，易学易用系统安装简单、体积小、价格低可编程控制器的应用领域PLC在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业的应用也越来越广泛，主要有以下儿个方面的控制，开关量的逻辑、控制模拟量控制、运动控制过程控制、数据处理通信及联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着现代社会计算机技术的提高，网络通讯技术的不断发展，它也将和其他的工业控制计算

机械手plc课程设计

目录 1 课程设计目的 2 机械手工作过程及控制要求 2.1 机械手的工作过程 2.2机械手的控制要求 3 机械手的系统设计 3.1PLC的选择 3.2热继电器的选择 3.3熔断器的选择 3.4主电路的设计 3.5输入输出点的地址分配 3.6机械手程序设计（见附录） 4总结 5 参考文献

附录

1 课程设计目的 机械手采用PLC控制技术，大大提高了系统的自动化程度，提高了控制系统的可靠性。根据系统的控制要求综合运用了PLC技术，编程软件，机械手的电气控制系统进行课程设计，为机械手在实际应用中控制系统的设计提供借鉴。 根据工业机械手常规操作运行的特点画出时序图，根据画出的时序图以及各种综合情况选择PLC 型号，进行硬件系统的设计，根据PLC硬件系统及内部资源并画出工业机械手自动控制装置的 硬件系统图。 根据工业机械手的运行特点和要求利用所学的PLC的基本指 令进行程序设计。 根据设计的PLC硬件系统图进行接线，利用 STEP-Micro/WIN32编程软件将程序输入到PLC进行上机操作，直至调试正确。 通过编程及调试程序，了解掌握S7-200PLC的硬件构成及使用方法，摸索并积累编程的技巧经验，在调试中发现问题，分析问题，解决问题。 2 机械手工作过程及控制要求 2.1 机械手的工作过程 该机械手是一个水平、垂直位移的机械设备，其操作是将做工作台搬运到又工作台，由光耦合器VLC来检测左工作台有无工件。有工件才搬运，即使按下启动按钮，若检测到左工作台上无工件，系统也不能启动。图1是这种机械手的动作示意，其过程并不复杂，共6个动作，分3组，即上升、下降、左移、右移和放松加紧。