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PLC控制的通用翻转机械手的设计

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目录1 绪论 (5)1.1 前言 (5)1.2 工业机械手在生产中的应用 (7)1.3 机械手的组成 (8)1.3.1执行机构 (8)1.3.2驱动机构 (9)1.3.3控制系统分类 (9)2 总体布局设计方案 (9)2.1机械手的确定 (9)2.2驱动机构的选择 (10)2.3机械手的技术参数列表 (11)3 机械手手部的设计计算 (11)3.1 手部设计时应注意的问题 (11)3.2 典型的手部结构 (11)3.3 机械手手部结构及驱动的设计计算 (12)3.3.1选择手部的类型及夹紧装置 (12)3.3.2手指夹紧力及液压缸驱动力的计算液压缸的选用 (12)3.4机械手手指部的设计计算 (14)3.4.1齿轮齿条传动机构的设计计算 (14)3.4.2手指指部的设计计算 (18)3.4.3手指指部齿轮安装销的设计计算 (18)4 机械手腕部的设计计算 (18)4.1机械手腕部结构及运动分析 (18)4.2机械手腕部驱动装置的设计计算及选用 (18)5 机械手臂部的设计及有关计算 (20)5.1臂部设计时应注意的问题 (20)5.2手臂的典型结构以及结构的选择 (20)5.3手臂Z方向升降运动的受力分析及其计算 (21)5.4手臂Z方向升降运动液压缸结构尺寸的设计计算及选用 (23)6机身的设计 (24)6.1机身的概述 (24)6.2机身设计时应注意的问题 (24)7液压元件及动力机的设计选择 (25)7.1液压泵的选择 (25)7.2动力机选择 (25)7.3油管的设计 (26)7.4油箱的设计 (26)7.5液压元件的选择 (26)7.6液压油的选用 (28)8液压系统的验算 (29)8.1压力损失的验算 (29)8.1.1回路压力损失的验算 (29)8.1.2局部压力损失验算 (29)8.2计算液压系统的发热温升 (30)9 可编程控制器PLC (31)9.1 PLC简介 (31)9.2 PLC内部原理 (33)9.3P L C工作元原理 (35)9.4 PLC 机型的选择 (38)10 PLC工作控制过程简述 (39)结束语 (40)参考文献 (41)致谢 (42)附录 (42)PLC控制的通用翻转机械手的设计学生：陈斌指导老师：周光永（湖南农业大学工学院，长沙 410128）摘要：机械手是机器人的操作机，是机器人完成各种任务的执行机构。

本文主要针对生产线上的自动化设计了一个三个自由度的通用翻转机械手。

为实现机械手的动作要求，该设计采用两个活塞式液压缸和一个摆动液压缸，活塞式液压缸一个用来驱动齿条式机械手的张合来抓住物体，一个用来实现物体的移动；摆动式液压缸用来实现机械手的翻转，并采用PLC控制液压电磁阀工作实现机械手的自动动作。

关键词：PLC控制；液压驱动；翻转；机械手The Design Of Turning Manipulator Based On PLC ControlStudent:Chen BinTutor:Zhou Guangyong(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: Robot manipulator is the operator who directs the robot in completing various tasks. This article focuses on the automation of the production line designed generic flip of a three-design-of-freedom robot. Actions requirements for achieveing the manipulator. The design uses two piston hydraulic cylinders and a rotary actuator. Piston hydraulic cylinder is used to drive a rack robot sheets together to grasp objects, one for the movement of objiect. The swining hydraulic cylinder used to acheve the robotic flip. And hydraulic solenoid valve is controlled by PLC automatic action of the robot.Key words:PLC control ；hydraulic drive; flip; Manipulator1 绪论1.1 前言在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。

工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。

20世纪50年代以后﹐机械手逐步推广到工业生产部门﹐用于在高温﹑污染严重的地方取放工件和装卸材料﹐也作为机床的辅助装置在自动机床﹑自动生产线和加工中心中应用﹐完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等作。

机械手主要由手部机构和运动机构组成。

手部机构随使用场合和作对象而不同﹐常见的有夹持﹑托持和吸附等类型。

运动机构一般由液压﹑气动﹑电气装置驱动。

机械手可独立地实现伸缩﹑旋转和升降等运动﹐一般有2～3个自由度。

机械手广泛用于机械制造﹑冶金﹑轻工和原子能等部门。

能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运对象或作工具的自动作装置。

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。

针对这一问题，本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于移置轴类零件。

首先，本文将设计机器人的伸缩臂、机身、横移液压缸和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文还将设计该机器人的液压控制系统。

机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。

它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国高科技跟踪国际发展的重要方面。

工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技发展和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。

目前，机器人的定义，世界各位尚未统一，分类也不近相同。

最近联合国组织标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序来完成各种工作，主要应用于搬运材料，传递工件。

参考国外的定义，综合我国的习惯用语，对工业机器人做如下定义：工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。

主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。

工业机器人以刚性高的手臂为主题，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高。

它可以根据外补来的信号自动进行操作。

工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展阶段可分为三代：第一代机器人就是现在工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。

它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存储信息，工作是读取这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。

第二代机器人是带感觉的机器人。

它具有寻力觉、嗅觉、视觉等进行反馈能力。

其控制方式较第一代要复杂的多，这种机器人从1980年开始进入实验阶段，不久将普及应用。

第三代机器人即智能机器人。

这种机器人除了嗅觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身或周围的环境，识别状态的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务，并且能跟踪工作对象的变化具有使用工作环境的功能。

这种机器人还处于试验阶段，尚未大量投入实用。

基于液压控制的移置机械手的设计有以下几个主要内容：1)设计计算各非标准零部件及选用标准件2)测绘各零部件图3)设计并绘制PLC和液压系统控制图4)编写机械手的设计计算说明书1.2 工业机械手在生产中的应用机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。

机械手可以完成许多工作，如搬运、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。

在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。

各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。

可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。

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%。

从这里可以看出，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。

目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。

本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。

下面具体说明机械手在工业方面的应用。

1.3 机械手的组成要机械手像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂运动的驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。

这些系统的性能就决定了机械手的性能。

一般而言，机械手通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如下图1：图1 机械手的组成Figure 1: The picture of Manipulator's composition1.3.1 执行机构（1）手部既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。

手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。

传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜槭杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。

（2）腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。

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PLC控制机械手控制系统设计

PLC控制机械手控制系统设计

PLC控制机械手控制系统设计PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于控制机械设备的电子设备，广泛应用于工业自动化领域。

在机械手控制系统设计中，PLC可以起到关键的作用，实现机械手的精确控制和高效运行。

下面将介绍PLC控制机械手控制系统的设计要点。

首先，PLC控制机械手控制系统设计需要明确系统的功能和需求。

根据机械手的应用场景和任务要求，确定系统需要具备的功能和性能指标，例如机械手的动作速度、精度、负载能力等。

其次，PLC控制机械手控制系统设计需要选择合适的PLC型号和配套设备。

根据系统需求和实际情况，选择适合的PLC型号和配套设备，例如输入输出模块、通信模块、运动控制模块等。

同时，还需要考虑PLC的编程环境和开发工具，确保可以方便地进行PLC程序的编写和调试。

然后，PLC控制机械手控制系统设计需要进行系统的硬件设计。

根据机械手的结构和控制需求，设计硬件电路和连接方式，包括传感器的选择和布置、执行器的选型和控制方式等。

同时，还需要考虑系统的电源供应和电气安全措施，确保系统的稳定性和安全性。

接下来，PLC控制机械手控制系统设计需要进行PLC程序的编写和调试。

根据系统功能和需求，编写PLC程序，包括输入输出的配置、数据处理的逻辑、控制算法的实现等。

在编写过程中，需要进行充分的测试和调试，确保程序的正确性和可靠性。

最后，PLC控制机械手控制系统设计需要进行系统的集成和调试。

将PLC控制系统与机械手的其他部分进行集成，包括传感器、执行器、机械结构等。

进行系统的调试和优化，确保机械手的正常运行和稳定性。

总之，PLC控制机械手控制系统设计需要从系统的功能和需求出发，选择合适的PLC型号和配套设备，进行系统的硬件设计，编写PLC程序并进行调试，最后进行系统的集成和调试。

通过科学合理的设计和调试，可以实现机械手的精确控制和高效运行。

基于PLC的机械手控制设计

基于PLC的机械手控制设计

基于PLC的机械手控制设计基于PLC的机械手控制设计，是一种智能化的机械手控制方法，它利用PLC 控制器进行逻辑控制，使机械手能够自主地完成多种工作任务。

本文将介绍本方法的具体实现过程，包括机械结构设计、PLC程序设计以及控制算法设计。

一、机械结构设计机械结构是机械手的核心，合理的机械结构设计将为实现机械手的自主运动提供必要的保障。

机械手一般由控制系统、机械部分和执行机构三部分组成。

机械部分一般包含基座和移动结构，执行机构包括手臂和手指。

这里我们以一款三轴机械手为例进行介绍。

1. 机械手构造机械手采用了一种比较简单的三轴结构，主要有三个关节——一个旋转关节和两个平移关节。

机械手的底座固定在工作台上，三个关节通过模拟伺服电机的方式进行控制。

2. 机械手控制器机械手采用PLC控制器进行逻辑控制，PLC控制器由三个部分组成：输入接口、中央处理器和输出接口。

输入接口用于读取传感器信号，输出接口用于控制执行机构，中央处理器则用于控制机械手的运动。

二、PLC程序设计机械手的PLC程序设计主要分为四个部分：程序初始化、数据采集、运动控制和异常处理。

1.程序初始化机械手程序初始化主要包括程序开头的自诊断和状态检测，并根据检测结果自动执行不同的控制程序。

自诊断可以避免因器件故障等原因引起的机械手操作异常。

2.数据采集机械手需要收集外部环境数据和操作数据。

外部环境数据包括工作物品的坐标、大小、形状等信息，操作数据包括机械手应该执行的命令。

在采集数据时，机械手需要通过传感器或外部设备接口实现。

3.运动控制机械手的运动控制分为机械手移位运动和执行机构运动两个部分。

机械手移位运动需要根据采集到的工作物品信息以及执行机构的操作命令来控制机械手的运动轨迹。

执行机构运动控制则是将机械手的控制信号转换为电机运动信号。

4.异常处理机械手运动过程中可能会出现异常情况，例如碰撞、误差等，需要通过对异常情况的处理来保证机械手的安全和可靠性。

PLC实验简易机械手PLC控制

PLC实验简易机械手PLC控制

简易机械手PLC控制示意图如下：2、控制方式：1）手动操作：将机械手复归至原点位置。

2）连续运行：在原点时，按启动按钮，按工作循环图边疆工作一个周期。

一个工作周期工艺过程：原点下降夹紧（T）上升右移下降松（T）上升左移至原点。

3、显示控制Y0------下降Y1------夹紧、放松Y2------上升Y3------右移Y4------左移参考答案：（1）I/O输入、输出分配X0 起动Y0------下降X1 下限X2 上限Y1------夹紧、放松X3 右限X4 左限Y2------上升X5 手动/自动X6 下降Y3------右移X7 夹紧、放松X10 上升Y4------左移X11 右移X12 左移Y5------原点X13 原点X14 急停/复位（2）PLC输入、输出图（3）状态流程图(4)步进状态图X5CJ P0X6Y0 X14 ZRST S20 S28 X7Y1 ZRST Y0 Y5 X10Y2X11Y3X12Y4FENDP0自动程序RETENDS20（5）编写程序LD X5 SET S22CJ P0 STL S22LD X6 RST Y1OUT Y0 OUT T0 K20LD X7 LD T0OUT Y1 SET S23LD X10 STL S23OUT Y2 OUT Y2LD X11 LD X2OUT Y3 SET S24LD X12 STL S24OUT Y4 OUT Y3LD X13 LD X3OUT Y5 SET S25FEND STL S25P0 OUT Y0LD M8000 LD X1SET S0 SET S26STL S0 STL S26LD X14 SET Y1ZRST S20 S28 OUT T1 K20ZRST Y0 Y5 LD T1LD X2 SET S27AND X4 STL S27SET S20 OUT Y2STL S20 LD X2SET Y1 SET S28OUT Y5 STL S28LD X0 OUT Y4SET S21 LD X4STL S21 OUT S20OUT Y0 RETLD X1 END。

基于PLC控制机械手的运动设计

基于PLC控制机械手的运动设计

摘要本设计的控制对象为机械手，是具有六个自由度的关节型机器人，属于工业机器人中的一种。

机器人不仅有较高的工作精度，极大地提高了生产效率，还能根据不同的环境进行适当的调整，有较强的适应性。

该机械手各关节运动是通过步进电机进行控制的，PLC与位置控制模块向步进电机发出脉冲从而控制步进电机动作。

位置控制模块是一种扩展的智能单元，能独立发出脉冲来控制步进电机运作，并提供了多种控制模式供用户选择。

文中介绍了搬运机械手系统的设计过程，详细论述了机械手运动轨迹规划的过程以及PLC与位置控制模块对步进电机进行控制的方式。

采用RS232总线与其它PLC组成工业控制网络，完成了对多台步进电机的同时控制，可以达到较高控制的精度，实现了位置控制的目的。

关键词：机械手；运动轨迹；PLC；步进电机ABSTRACTControl object of the present design is manipulator which is an articulated robot with six degrees of freedom belonging to an industrial robot. The robot not only has higher accuracy, which greatly improves production efficiency, but also makes an appropriate adjustment depending on the environment, there is a strong adaptability. Joint movement of the manipulator is controlled by the stepper motor, PLC and position control module send pulses to the stepper motor to control the stepper motor action. Position control module is an extension of the intelligent unit, which can send pulses to control the stepper motor operation, and provides a variety of control modes for the user to choose.This paper introduces the design process of the handling manipulator system, discusses the robot trajectory planning process in detail as well as PLC and position control module of the stepper motor in a controlled manner. The RS232 bus with other PLC forms an industrial control network, completed the control on the stepper motor at the same time, which can achieve a higher control accuracy to achieve the purpose of the position control.Key Words：Manipulator；Motion trajectory；PLC；Stepper motor目录1绪论 (1)1.1机器人概述 (1)1.2研究内容 (3)2机械手系统的硬件设计 (4)2.1机械手硬件结构 (4)2.2机械手的保护装置 (5)2.3设计控制总体方框图 (6)2.4 PLC型号的选择 (6)2.5位置控制模块的选择及其基本功能 (8)2.6步进电机及其驱动器 (11)2.6.1步进电机的选择 (11)2.6.2步进电机驱动器 (12)2.6.3步进电机的控制与接线 (14)3轨迹规划与方案选择 (17)3.1机械手运动轨迹的要求 (17)3.2轨迹规划的方法 (17)3.3轨迹规划的方案比较与选择 (17)3.3.1方案比较 (17)3.3.2机械手转角计算步骤 (18)3.4机械手转角的简便计算方法 (20)3.5输出脉冲数的计算 (24)4 PLC控制机械手运动轨迹软件设计与分析 (25)4.1控制过程分析 (25)4.2 I/O分配 (26)4.3程序设计 (28)结论 (38)参考文献 (39)I致谢 (40)II1绪论1.1机器人概述机器人一词最早出现于1920年捷克作家Karel Capek的剧本《罗萨姆的万能机器人》中，在该剧中，机器人“Robota”这个词的本意是苦力，是一种人造的劳动力,而实际上的机器人与人很少有相似之处。