于PLC控制的五自由度气动机械手的设计

PLC控制气动机械手的毕业设计PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于工业自动化控制系统的数字计算机。

在工业领域，气动机械手是一种常见的机械装置，用于执行各种复杂的操作。

结合PLC技术来控制气动机械手，可以提高工作效率、减少人力成本，并且具有高度的可编程性和灵活性。

因此，本毕业设计的目标是使用PLC控制气动机械手的行为。

首先，需要设计和搭建气动机械手的机械结构。

这包括选择适当的材料和组件，设计机械臂的关节、连接方式和传动机构等。

机械结构的设计应该能够实现所需的运动范围和精度，以及承受所需负载的能力。

其次，需要选择合适的气动元件，如气缸和气动阀门等。

这些气动元件将被连接到机械结构上，并通过PLC进行控制。

气缸的选择应考虑所需的推力和速度，以及气动阀门的选择应考虑所需的控制方式和流量。

接下来，需要设计和编程PLC控制系统。

根据机械手的操作需求，编写PLC的程序来控制气动元件的开关和运动。

这可以通过使用PLC的编程软件来实现，例如Ladder Diagram（梯形图）或Structured Text（结构化文本）等。

编程应包括气动机械手的起始、终止、运动和停止等操作。

然后，需要设计和搭建PLC控制系统的电气部分。

这包括选择适当的传感器来监测机械手的位置、速度和负载等参数，并将其与PLC连接。

同时，需要选择适当的开关、继电器和电源，以确保PLC系统的稳定性和可靠性。

最后，需要对设计的气动机械手进行测试和调试。

通过设置适当的测试场景和运行指令，检查气动机械手的运动是否符合预期，并对PLC控制系统进行调整和优化。

在测试和调试阶段，需要对机械手的运动速度、力度和位置进行准确的测量和记录，以确保其性能和精度。

在本毕业设计中，将使用PLC技术来控制气动机械手的行为。

通过设计和搭建机械结构、选择气动元件、编程PLC控制系统和搭建电气部分，可以实现对气动机械手的精确控制和自动化操作。

这样的设计不仅可以提高工作效率和准确性，还可以减少人力成本和操作风险。

五自由度机械手的PLC控制DOI： 10. 16640/jki. 37-1222/t. 2016. 24. 0431引言机器人是在机械化、自动化开展浪潮中涌现出来的一种新型装置，它的出现大大解放了生产工人的劳动，提高了劳动生产率。

机器人技术是未来高技术、新兴产业开展的基础之一，对于国民经济和国防建设具有重要意义。

我国在863计划、国家自然科学基金、国家科技重大专项等规划中对机器人技术研究给予极大的重视⑴。

随着工业4.0和我国的“中国制造2025”战略的部署，我国大力开展制造业，而我国的制造业正处在上升期，随着市场竞争的激烈、劳动力本钱的逐年上升以及用户对个性化、定制化的需求越来越迫切，老龄化社会的形成，一线工人减少的趋势不可逆转，我国制造业迫切需要升级改造，来提高经济效益，因此，对机器人产业具有迫切的需求。

2系统的控制要求要求机械手在4个工位之间依次搬运工件，控制程序具有“复位”“启动” “停止”“急停”功能。

机械手在运动过程中，按“停止”按钮，五自由度机械手完成当前动作后停止运行，按“启动”按钮，五自由度机械手继续下一步动作。

在五自由度机械手运动时，按下“急停”开关，五自由度机械手立即停止移动及转向，此时如需再次运行机械手，需亲手将本次搬运途中掉下的工件拿到1号物料台，再按“复位”按钮“复位”完成后，按启动可重新运行。

系统采用两台S7-200PLC,一台作为从站对机械手进行控制, 另一个台作为主站监控机器人的运行状态。

触摸屏与主站PLC连接，实现对主站PLC和从站PLC的实时监控，并控制PLC按上述流程完成搬运任务。

利用触摸屏，可以对系统进行“复位”、“启动”、“停止，，，，急停，，等操作，并可以在触摸屏上实时显示当前五自由度机器人的运行状态。

3硬件设计系统输入需要有四个按钮分别控制系统的“复位(SB1) ” “启动(SB2) ” “停止(SB3) ” “急停(SB4) ” 功能；还需有四个传感器分别作为“原点”“右限位”“底座旋转限位”的限位与控制。

内容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。

自从工业机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。

在我国，近几年也有较快的发展，并取得了一定的效果，受到机械工业和铁路工业等部门的重视。

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。

PLC可以按照所需要求完成机械手的设计，使机械手的设计简单化，大大节省了时间。

本文应用西门子S7—200系列PLC来实现气动机械手的搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）的控制功能。

利用可编程技术结合相应的硬件装置，控制气动机械手完成各种动作。

该系统具有结构简单、可靠稳定、容易控制等优点。

关键词：气动机械手；S7—200系列PLC；CPU226；I目录第1章引言 (1)第2章系统总体方案设计 (2)2.1程序设计的基本思路 (2)2.2气动机械手的控制要求 (2)2.3系统的硬件结构与操作功能 (2)2.3.1硬件结构 (33)2.3.2气动机械手的操作功能 ··················································错误！未定义书签。

基于PLC的气动机械手控制系统设计一、本文概述随着工业自动化技术的飞速发展，气动机械手作为实现生产自动化、提高生产效率的重要工具，在各个领域得到了广泛应用。

基于可编程逻辑控制器（PLC）的气动机械手控制系统，以其稳定可靠、易于编程和维护的特性，成为当前研究的热点之一。

本文旨在探讨基于PLC 的气动机械手控制系统的设计方法，包括系统构成、硬件选择、软件编程以及调试与优化等方面，以期为我国工业自动化领域的发展提供参考和借鉴。

本文将简要介绍气动机械手及其控制系统的基本原理和特点，为后续的设计工作奠定理论基础。

将详细阐述PLC在气动机械手控制系统中的应用优势，包括其可靠性、灵活性以及扩展性等方面的优势。

在此基础上，本文将深入探讨基于PLC的气动机械手控制系统的设计方法，包括系统架构的设计、硬件设备的选择、软件编程的实现以及系统调试与优化等方面。

本文将总结基于PLC的气动机械手控制系统的设计要点和注意事项，为相关工程实践提供指导和借鉴。

通过本文的研究，旨在为我国工业自动化领域的发展提供新的思路和方法，推动气动机械手控制系统的技术进步和应用推广。

也期望本文的研究成果能对相关领域的学者和工程师产生一定的启示和借鉴作用，共同推动工业自动化技术的发展和创新。

二、气动机械手控制系统概述气动机械手控制系统是以可编程逻辑控制器（PLC）为核心，结合气动执行元件、传感器以及相应的控制逻辑，实现对机械手的精确控制。

该系统结合了气动技术的快速响应和PLC的灵活编程特性，使得机械手的动作更加准确、迅速且易于调整。

PLC控制器：作为整个控制系统的核心，PLC负责接收和处理来自传感器的信号，根据预设的程序逻辑，控制气动执行元件的动作。

PLC 具有高度的可靠性和稳定性，能够适应各种复杂的工作环境。

气动执行元件：包括气缸、气阀和气压调节器等。

气缸是实现机械手抓取、移动等动作的主要执行机构；气阀用于控制气缸的运动方向和速度；气压调节器则用于调节气缸的工作压力，以保证机械手的稳定性和精确性。

毕业设计（论文、作业）毕业设计（论文、作业）题目：基于PLC控制的气动机械手的设计分校（站、点）：年级、专业：教育层次：学生姓名：学号：指导教师：完成日期：目录摘要 (Ⅰ)一、机械手设计方案 (1)（一）机械手的手部结构方案设计 (1)（二）机械手的手腕结构方案设计 (1)（三）机械手的手臂结构方案设计 (1)（四）机械手的驱动方案设计 (1)（五）机械手的控制方案设计 (1)（六）机械手的主要参数 (1)（七）机械手的技术参数列表 (2)二、机械手手部设计 (2)（一）夹持式手部结构 (2)（二）升降缸的尺寸设计与校核和伸缩缸的选择 (3)三、机械手的PLC控制设计 (13)（一）可编程序控制器的选择及工作过程 (13)（二）机械手可编程序控制器控制方案 (13)四、结论 (14)参考文献 (14)致谢 (16)内容摘要对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾-放和搬运物件，这就要求它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。

设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求;尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制.本次设计的机械手是通用气动上下料机械手，是一种模拟大中型场合工作的机械搬运设备。

可以改变动作程序的自动搬运或操作设备，操作频繁的生产场合。

在发出指令协调各有关驱动器之间的运动的同时，还要完成编程、示教/再现以及其他环境状况（传感器信息）、工艺要求、外部相关设备之间的信息传递和协调工作，使各关节能按预定运动规律运动。

关键词：机械手 PCL 气动Ⅰ基于PLC 控制的气动机械手的设计一、机械手的设计方案（一）机械手的手部结构方案设计为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当工件是棒料时，使用夹持式手部;当工件是板料时，使用气流负压式吸盘。

PLC的气动机械手控制系统设计如今，气动技术在工业生产当中的应用愈发广泛，基于气动技术设计而成的机械手设备，由于其本身具有成本低、性能高等优点，成为工业生产企业较为常用的工具，也逐渐受到各个企业的重视。

相比基于其他控制方式设计而成的机械手而言，气动机械手设备具有成本低、结构简易、环保以及抗干扰力强等优势。

PLC技术的加入，使得气动机械手的优势更为明显，且气动机械手的使用与控制方式变得更为灵活与方便，促进了气动机械手的发展。

1、机械手技术简介机械手是设计人员将真人手部能完成的动作为模仿对象设计而成的机械设备。

机械手能够依照使用者编入的程序或下达的指令，沿固定的轨迹完成自动抓、取以及搬运等动作，为使用人员提供便利。

如今机械手在工业生产中的广泛应用也促进了机械手发展，机械手的智能化水平得到大幅提升。

目前，我国大部分工业生产中所使用的机械手，其大部分都拥有自动化装置，尤其将机—电—液—气相结合的自动化装置更容易受到工业生产企业的喜爱。

如今，机械手技术的应用范围不断扩大，已经开始向非制造业延伸，如采矿机器人、建筑机器人，越来越多的高科技技术开始添加至机械手之上，使机械手的更加完善，对人类发展具有积极意义。

2、机械手的基本形式2.1 直角坐标式机械手注塑形直角坐标式机械手是目前较为有代表性的机械手之一。

其以空间直角坐标系OXYZ 为设计基础，能够使机械手按一定顺序沿着空间直角坐标系的三个轴进行往返运动，使得机械手获得六个自动度的运行，往往应用于工作目标排列整齐，且工作位置排列成行的工作当中。

部分工业制造企业也将直角坐标式机械手安置于传送带上，使两者相互配合使用。

直角坐标式机械手应用范围较广，且其本身便具备一定的优势，如CF75—10—c—p—fo 型机械手。

直角坐标式机械手具有以下特点：其一，生产量较高且频率较快，可以达到企业对机械手速度方面的要求。

其二，与生产流水线中的传送带配合较为默契，也能与加工装配机械进行配合。

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摘要在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。

随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。

同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。

工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。

尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。

在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。

而气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。

其主要特点是:介质来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。

但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。

气动技术有以下优点:(1)介质提取和处理方便。

气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵存在介质变质及补充的问题.(2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小(一般不卜浇塞仅为油路的千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。

外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低和严重污染。

(3)动作迅速，反应灵敏。

气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。

气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。

基于PLC控制的气动机械手设计摘要本设计中首先介绍了机械手的概念、应用和发展，经过研究设计了一个基于PLC 控制的气动机械手系统，该机械手主要用于在一些特殊情况下代替人力搬运工件。

机械部分采用各种不同功能气缸的有机连接来实现机械手的各种运动，并通过对实际受力及力矩的分析，选取带动系统转动的摆转气缸、水平运动的无杆气缸、升降运动的导向气缸以及执行夹紧任务的气爪，气缸之间、气缸与底座之间通过转接板进行连接，为保证系统的可靠性和稳定性，对受力及力矩较大的部件进行了必要的校核工作。

控制部分采用单线圈两位五通电磁阀控制气爪的夹紧动作，并采用双线圈三位五通电磁阀控制各气缸的动作。

对电磁阀的控制采用三菱FX系列PLC，通过对所要控制的动作的分析绘制了顺序功能图，并藉此设计了外部接线图和梯形图，从而较详细地完成了整个机械手系统的设计。

关键词：机械手；PLC；气缸；电磁阀The Design of the Pneumatic Manipulatorcontrolled by PLCAbstractIn this design, the application and development along with the concept of the manipulator is introduced firstly. After some researches, a pneumatic manipulator system controlled by PLC has been designed, and The manipulator is mainly used in some special cases to replace human porters. The mechanical part takes advantage of the organic connection of air cylinders for different purpose to achieve various forms of movement of the manipulator, besides, through the analysis of the actual force and moment selecting the swing air cylinder to drive the system to rotate, the rodless air cylinder to drive the horizontal movement of the system, the guide air cylinder to lift works and gas claw to complete clamping tasks. Air cylinders are connected through the adapter plates and so are the connection of air cylinders with the base. In order to ensure the reliability and stability of the system, the necessary checking work has been done for the parts in which force and moment are larger. The control part adopts a single coil two position five way electromagnetic valve to control the clamping action of the pneumatic claw, and double coil three position five way electromagnetic valves to control the various movement of the air cylinders. The control of electromagnetic valves adopts the PLC of Mitsubishi FX series. The sequential function chart was drawn through the analysis of the control action, and the outer wiring diagram and ladder diagram is designed according to it. Then the design of the manipulator system has been finished.Key words: manipulator ; PLC; air cylinder; solenoid valve目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 概述 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 机械手的定义与分类 (2)1.3 机械手应用及组成结构 (2)1.4 机械手的发展趋势 (4)1.5 总体设计要求 (5)1.6 设计主要内容 (6)1.7 本章小结 (7)2 气动系统设计 (8)2.1 本机械手自由度分析及实现方式初步设计 (8)2.2 夹紧元件 (8)2.3 手部转动气缸 (12)2.4 升降导向气缸 (15)2.5 水平无杆气缸 (17)2.6 底座转动气缸 (20)2.7 本章小结 (22)3 连接零部件设计 (23)3.1 连接零部件设计整体思路 (23)3.2 转接板设计 (23)3.3 立柱及其连接 (23)3.4 底座设计 (24)3.5 本章小结 (25)4 无杆气缸的刚度校核 (26)5 传感器的选择 (28)6 机械手气动控制系统设计 (30)6.1 气动机械手的动作过程 (31)6.2 气压系统设计 (31)6.2.1气压驱动系统设计 (31)6.2.2气动控制元件设计 (32)6.2.3气动辅助元件设计 (32)6.3 本章小结 (32)7 PLC的介绍、选择与控制 (33)7.1 PLC的特点介绍 (33)7.2 PLC的选型及外部接线图、梯形图绘制 (33)7.2.1 所选PLC介绍 (34)7.2.2 PLC外部接线图 (35)7.2.3 PLC控制程序（梯形图） (36)（一）公用程序 (37)（二）手动程序 (38)（三）自动回原点程序 (39)（四）自动程序 (40)1.单步与非单步的区分 (42)2.单周期与连续的区分 (43)3.单周期工作过程 (43)4.单步工作过程 (43)5.输出电路 (44)7.3 本章小结 (45)总结 (46)致谢 (48)参考文献 (49)1 概述1.1 课题背景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。

创新论坛当前工业在生产领域应用的气动机械手仍然是重要设备，因为它能在有效控制下完成相对复杂的机械操作。

本文通过分析PLC下的气动机械手的结构和系统气动原理来设计基于PLC的气动机械手控制系统。

在生产过程中伴随着机械化和自动化的发展，一种新的工具——机械手因运而生并在工业生产领域内得到广泛应用。

如今，由于电子信息技术的飞速发展，关于机器人有关研制和生产在现代化社会备受关注，更是引起了高新技术领域的高度关注，机械手就在这种背景下产生，并逐渐实现与机械化、自动化的有机结合。

气动技术是将空气作为压力介质，能有效减少环境污染，可以广泛应用在非污染行业中，对于自动化控制方面更加便捷。

但传统的机械手在一定范围内缺少灵活度，设计中如果加上可编程逻辑控制器( PLC) 的优势，就能在自动控制领域得到广泛的认可。

因此，本文提出一种基于PLC的气动机械手控制系统，运用在生产领域有何优势。

1 气动机械手整体构造机械手，实际上就是以机器形象的代替人力完成工作，智能化的设备根据自身运行程序或接收到的指令，在规定时间内对目标进行运送，转移等基本动作。

因为很多工业现场需要太多人力去施工存在一定风险，工作效率也不高。

现在介绍的气动机械手工作压力在0.6～1.0MPa之间。

机械手经过直线运动以及旋转就能够搬运物体。

机械手旋转要在多个部分的共同协作下完成，包括摆动臂、摆动气缸、摆动位置微动开关、轴向止推轴承等部件，机械手的摆臂区间在0°～180°之间，机械手需要导柱与导轨、气缸、滑动导柱等各个部件密切配合才能完成升降动作，移动大概就在0～150cm；通过气缸、弹簧共同作用，可以进行夹持工件的动作，可以通过调节弹簧预压缩量来改变夹持力的大小。

机械手主要是根据工件是否合格的要求将生产线上的工件运输到各个生产环节中去。

具体结构示意如1。

图1 气动机械手的流程图2 气动回路控制气动控制系统的设计简要逻辑控制如图2 所示。

毕业论文基于PLC控制的五自由度机械手设计目录第一章绪论²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²11.1 机器人的发展史²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²11.2 机器人的定义²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²2 第二章设计原理及目的²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²42.1 设计的目的和意义²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²42.2 设计项目发展情况²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²42.3 设计原理²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²5 第三章五自由度机械手运动分析与计算²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²63.1 数学基础理论²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²63.1.1 刚体位姿的表示和齐次变换²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²63.1.2 机器人运动学的D-H表示法²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²83.2 五自由度机械手的机械结构方案设计与计算²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²103.2.1 方案功能设计与分析²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²103.2.2 对机械手的计算²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²12 第四章机械手及模拟搬运设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²174.1 控制方案的总体设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²174.2 机械手的工作流程²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²174.3 机械手的简介²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²174.4 机械手的硬件设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²184.4.1 PLC的设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²194.4.2 PLC控制电路相对于电器控制电路的优点²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²194.4.3 步进电机的设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²20 第五章电路元气件及设备的选择²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²225.1步进电机简介²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²225.1.1步进电机简介²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²225.1.2步进电机的基本参数²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²225.1.3步进电机的一些特点²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²235.1.4静力矩的选择²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²246.1.5电流的选择²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²255.1.6 力矩与功率换算²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²255.1.7 应用中的注意点²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²265.2步进电机的选择²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²275.2.1各项参数²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²275.2.2步进电机驱动模块²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²285.2.3 技术特点²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²285.3 PLC部分²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²295.3.1. 设备连接²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²325.4 其他设备²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²32 第六章控制系统的程序设计²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²336.1 应用背景与要求²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²336.2 组成部分²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²336.2.1 关节限位控制²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²336.2.2 工件坐标系的测量与计算²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²346.2.3 机械手的张合控制²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²346.2.3 公式之间的转换²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²346.2.4 计算结果的存储²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²346.3 机械手系统的工艺流程²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²346.4 机械手控制系统功能设计分析²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²366.4.1 PLC的资源分配²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²366.4.2 机械手系统的控制程序²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²36 致谢²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²39 设计小结²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²40参考文献²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²41附录一、流程图²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²42附录二、PLC外部接线图²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²43附录三、示例程序²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²44附录四、翻译部分²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²54摘要随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈，人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定输送带为主的传统搬运方式，不但占用空间也不容易更变生产线结构，加上需要人力监督操作，更增加生产成本，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。

《基于PLC的气动机械手控制系统设计》篇一一、引言随着工业自动化技术的不断发展，气动机械手因其结构简单、操作方便、成本低廉等优点，在工业生产中得到了广泛应用。

然而，传统的气动机械手控制系统往往存在控制精度低、可靠性差等问题。

为了解决这些问题，本文提出了一种基于PLC的气动机械手控制系统设计方法。

该设计方法能够提高机械手的控制精度和可靠性，满足工业生产的需求。

二、系统设计1. 硬件设计基于PLC的气动机械手控制系统主要由PLC控制器、气动执行机构、传感器和人机界面等部分组成。

其中，PLC控制器是整个系统的核心，负责接收传感器信号、控制气动执行机构的动作以及与人机界面进行通信。

气动执行机构包括气缸、气阀等部件，负责实现机械手的抓取、移动等动作。

传感器用于检测机械手的位置、速度等状态信息，为PLC控制器提供反馈信号。

人机界面用于实现操作人员与机械手的交互，包括参数设置、状态显示等功能。

2. 软件设计软件设计主要包括PLC控制程序的编写和人机界面的开发。

PLC控制程序采用梯形图或指令表等形式进行编写，实现机械手的控制逻辑。

具体包括机械手的启动、停止、抓取、释放等动作的控制，以及根据传感器信号进行位置、速度等状态的检测和处理。

人机界面的开发主要包括界面设计、数据交互等部分，实现操作人员与机械手的交互功能。

三、控制系统设计要点1. 可靠性设计为了保证机械手控制系统的可靠性，需要采取一系列措施。

首先，选用高质量的PLC控制器和传感器等部件，确保其性能稳定、可靠。

其次，对控制系统进行合理的布局和接线，避免电磁干扰和电气故障等问题。

此外，还需要对控制系统进行定期维护和检修，及时发现和解决问题。

2. 控制精度设计为了提高机械手的控制精度，需要采取精确的控制系统设计方法。

首先，需要对机械手的运动轨迹进行精确的规划和计算，确保其运动轨迹的准确性和稳定性。

其次，需要采用高精度的传感器和控制器，实现对机械手位置、速度等状态的精确检测和控制。

本科毕业设计气动机械手PLC控制系统的设计摘要机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，在生产过程中起着非常重要的作用。

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。

机械手能代替人类完成危险、重复、枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力，因此机械手得到了越来越广泛的应用。

机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可在各个不同环境中用来搬运物体。

本课题要完成的主要内容。

设计工业通用机械手模型，是一个水平/垂直运动的机械设备，用来将工件从左工作台搬到右工作台。

机械手能完成左右移动、上下升降和手部的放松夹紧，可在空间按固定动作夹放单个物体。

关键词：可编程控制器;机械手;自动化目录1 问题的提出 (1)1.1 课题背景及研究意义 (1)1.2 国内外现状 (1)1.3 课题设计的目的 (2)1.4 课题的主要内容 (2)2 机械手 (3)2.1 机械手介绍 (3)2.1.1 机械手的分类 (3)2.1.2机械手的构成 (3)2.2 机械手控制方式的选择 (4)2.2.1 控制方式的分类 (4)2.2.2 PLC与工业控制计算机和集散控制系统的比较及选型 (5)3 可编程序控制器 (7)3.1 PLC简介 (7)3.1.1 PLC的基本结构 (7)3.1.2 PLC的工作原理 (10)3.1.3 PLC机型的选择 (13)4 机械手控制系统硬件结构 (15)4.1 气动机械手的控制要求 (15)4.2硬件结构 (16)4.3气动机械手的工作方式 (16)4.4根据设计要求、分析I/O情况、画出分配表 (17)4.5 CPU选择 (17)5.1主程序机构图 (19)5.2设计程序 (20)5.2.1公用程序 (20)5.2.2手动程序 (20)5.2.3自动程序 (20)5.2.4自动回原点程序 (24)6 软件仿真调试情况 (25)6.1环境要求 (25)6.2调试情况 (25)致谢 (28)参考文献 (29)附录A I/O分配表 (30)附录B 梯形图 (31)附录C 程序指令表 (39)1 问题的提出1.1 课题背景及研究意义机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。

基于PLC的气动机械手控制系统设计一、引言随着工业自动化进步的日益成熟，气动机械手在生产过程中扮演着越来越重要的角色。

它以其结构简易、动作速度快和成本低廉的特点，成为企业提高生产效率和降低成本的抱负选择。

为了实现对气动机械手灵活、准确的控制，我们选择了PLC作为控制系统的核心，以期设计出一套高效、稳定的气动机械手控制系统。

二、PLC简介PLC（Programmable Logic Controller）——可编程逻辑控制器，是一种数字化的电子设备，能够依据预定程序自动执行工业过程控制。

它具有通用性强、可编程性高等特点，能够代替传统的继电器控制系统。

PLC的基本工作原理是：接收传感器信号和外部信号输入，经过内部程序的处理和裁定，然后输出控制信号，控制执行器完成各种工业操作。

PLC系统的核心是CPU，其外部与输入输出设备相连，通过与其他外部设备的通信，实现对工业控制过程的控制和监控。

三、气动机械手控制系统的设计1. 总体设计方案气动机械手控制系统的总体设计方案如下：（1）控制系统硬件设计选择一块功能齐全、性能稳定的PLC控制器作为控制系统的核心；选用气压传感器、温度传感器、位置传感器等作为输入设备；选用气动阀门和气缸作为输出设备。

（2）控制系统软件设计使用Ladder图编程语言进行PLC软件开发，实现气动机械手的各种动作控制。

通过编写逻辑和条件裁定，将传感器信号进行处理和裁定，然后输出对应的控制信号。

2. 系统硬件设计（1）PLC控制器的选择依据我们的需求，选择一款性能稳定、扩展性强的PLC进行控制。

在选择PLC时，需思量其输入输出点数和通信能力，以满足我们的需求。

（2）传感器的选择传感器用于检测气压、温度和气动机械手的位置等信息。

选用合适的传感器对目标参数进行实时监测，确保机械手的准确控制。

（3）执行器的选择气动机械手的执行器主要包括气压阀门和气缸。

选择性能稳定、响应速度快的气动阀门和气缸，以确保机械手动作的准确和稳定。

目录摘要 (III)第一章绪论 (1)1.1气动机械手的应用领域 (1)1.2机械手的发展状态及前景方向 (1)1.3本课题的研究目的与意义 (2)第二章气压传动的工作原理 (3)2.1气压传动概述 (3)2.1.1气压传动组成及工作原理 (3)2.1.2气压传动系统的组成 (3)2.1.3气压传动的优点 (3)2.1.4气压传动的缺点 (3)2.2PLC与气压控制 (4)2.2.1基础气压 (4)2.2.2PLC与气压过程控制 (6)2.3电磁阀应用技术 (12)2.3.1概述 (12)2.3.2电磁阀的应用领域 (12)2.3.3电磁阀的种类及工作原理 (13)2.3.4电磁阀的特点 (14)2.3.5电磁阀的应用 (14)第三章FX系列可编程控制器 (18)3.1PLC概述 (18)3.1.1 PLC的历史及发展 (18)3.1.2 PLC的应用领域 (19)3.1.3 PLC的特点 (20)3.2FX系列PLC (21)3.2.1 FX2N结构特点及硬件配置 (21)3.2.2可编程控制器的软元件的作用和功能 (23)第四章机械手PLC控制系统总体设计方案概述 (25)4.1机械手PLC控制系统总体设计 (25)4.2机械手传送工件系统示意图 (25)4.3机械手输送系统I/O接口分配表 (26)4.4机械手控制系统的工作原理和运行模式 (28)4.5机械手PLC控制程序设计 (29)4.6各运行模式下程序设计 (30)4.6.1初始化程序 (30)4.6.2手动运行程序设计 (30)4.6.3回原点运行程序设计 (31)摘要4.6.4自动运行程序设计 (31)第五章总结与展望 (33)5.1设计总结 (33)5.2前景展望 (33)致谢 (34)参考文献 (35)目录摘要在生产中广泛存在着很多不能直接由人手完成的工作，尤其是搬运笨重物体或在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气和放射性等恶劣的环境下工作。