气动机械手的设计及其PLC控制系统(含CAD图纸)

PLC控制气动机械手实训案例一、机械手的工作过程与控制要求1.机械手概况：搬运机械手将工件从左工作台搬往右工作台，机械手的结构和各部分动作的示意图如图8-59所示：图8-59 机械手工作过程示意图（1）机械手所有的动作均由气压驱动。

（2）它的上升与下降、左移与右移等动作均由二位五通双控电磁换向阀控制，即当下降电磁阀通电时，机械手下降；下降电磁阀断电时，机械手停止下降；只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升。

（3）机械手的夹紧和放松用一个二位五通单控电磁换向阀来控制，线圈通电时夹紧，线圈断电时放松。

2.机械手的工作过程：机械手的动作顺序和检测元件、执行元件的布置示意图如图8-60所示：图8-60 机械手动作顺序和检测元件、执行元件布置示意图（1）机械手的初始位置停在原点，按下启动按钮后，机械手将依次完成下降—夹紧—上升—右移—再下降—放松—再上升—左移八个动作。

（2）机械手的下降、上升、右移、左移等动作的转换，是由相应的限位开关来控制的，而夹紧、放松动作的转换是由时间来控制的。

（3）为保证安全，机械手右移到位后，必须在右工作台上无工件时才能下降，若上一次搬到右工作台上工件尚未移走，机械手应自动暂时等待。

为此设置了一只光电开光，以检测“无工件”信号。

3.控制要求（1）手动工作方式：利用按钮对机械手每一动作单独进行控制。

例如，按“下降”按钮，机械手下降，按“上升”按钮，机械手上升。

用手动操作可以使机械手置于原位，还便于维修时机械手的调整；（2）单步工作方式：从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按一下动按钮，机械手完成一步的动作后自动停止。

（3）单周期工作方式：按下启动按钮，从原点开始，机械手按工序自动完成一个周期的动作，返回原点后停止。

（4）连续工作方式：按下启动按钮，机械手从原点开始按工序自动反复连续循环工作，直到按下停止按钮，机械手自动停机。

或者将工作方式选择开关转换到“单周期”工作方式，此时机械手在完成最后一个周期的工作后，返回原点自动停机。

机械手的PLC控制（三维建模CAD图纸）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。

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,交流电机,可编程控制器(PLC),自动化控制,。

Abstract?Manipulator?industrial?robot?systems?traditional?mandate,?Robot?i s?one?of?the?key?components.?Manipulator?using?the?mechanical?structure?of?screw?b all,?slider,?and?other?mechanical?devices?composition??Electric?have?AC?motor,?inverter, sensor,andotherelectronic?device?components.?The?device?covers?a?programmable?control?technology,?position?control?technology,?detection?technology,?Mechatronics?i s?a?typical?representative?of?one?of?the?machines.?This?paper?presents?a?manipulator?by?three?P LC?output?pulse,?driving?horizontal,?the?vertical?axis?transducer,?control?manipulator?axi s?horizontal?and?vertical?positioning?precision,?micro?switches?position?signal?transmissio n?will?host?PLC??location?close?to?the?switching?signal?from?the?feedback?from?the?mainfram e?to?the?PLC,?through?the?exchange?of?Motor?reversion?to?control?the?manipulator?gripper?Zh ang,?thus?achieving?accurate?manipulator?movement?functions.?The?topics?to?be?develop ed?by?the?Manipulator?grasping?be?up?in?space?objects,?movements?flexible,?diverse,?can replacetheartificialheatand?dangerous?operation?conducted?operations,?According?to?the?wo rkpiece?can?change?the?campaign?process?and?the?requirements?of?any?changes?to?the?relev ant?parametersIn?this?paper,?by?reviewing?the?developmental?status?of themanipulatorinrecentyears,combining?the?design?of?manipulator?and?systematic?analyzing?tech nology?of?the?manipulator,?We?proposed? the? design? scheme? that? the?manipulator?was? driven? by? the? pneumatic? and? the?system?was?controlled?by?PLC.?Integrative?idea?was?adopted?in?this?design?to? fully?consider?the? characteristics? of? the? software? and? hardware? and? complementary? optimizationWe?analyzed?and?designed?the?overall?structure,?the?implementation?o f?structural,?driving?system?and?control?system?of?the?manipulator.?We?used?pneumatic?driven?i n?the?driving?system,?PLC?control? unit? in? the? control? system? to? complete? initialization? of? the? system,? manipulator's?moving,? failure?alarm?and?so?on.?Finally?we?put? forward?a?control? strategy?which? is? simple,?easy?to?realize,?and?clear?theoretical?significanceThrough? the? work? above,? a? practical,? economical,? high?reliability? sorting? material?manipulator? was? designed,? which? also? had? certain? reference? value? for? the? other? types? of?economical?PLC?control?system?design.Key?words:?manipulator?;?AC?motor?;programmable?logic?controller?PLC; automatic?control;sorting?material第一章前言1.1 研究的目的及意义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。

河南科技学院2012届本科毕业论文（设计）论文题目：气动机械手的设计及其PLC控制系统学生姓名：周文涛所在院系：机电学院所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：安爱琴完成时间：2012年 5月 10日摘要本文设计了一种气动搬运机械手，其控制部分采用PLC控制系统。

论文首先对气动机械手的功能进行分析，确定了总体方案，并设计了驱动系统原理图。

由设计参数对机械手的主要组成部分进行选型，并对其进行三维建模，用于演示其工作原理。

然后，根据控制要求，对PLC进行了选型，编写出了控制系统的梯形图程序，并绘制出了硬件接线图。

关键词：机械手，PLC，气压传动AbstractKeywords: Manipulator，PLC，Pneumatic Transmission目录1 绪论由于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等领域的需要，能代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化、，在有害环境下操作以保护人身安全的机械手得到了广泛的应用。

机械手是自动生产设备和生产线上的重要装置之一，它可以根据各种自动化设备的工作需要，按照预定的控制程序动作。

因此，在机械加工、冲压、锻造、铸造、装配和热处理等生产过程中被广泛用来搬运工件，借以减轻工人的劳动强度；也可以自动取料、上料、卸料和自动换刀的功能，气动机械手是机械手的一种，它具有结构简单，重量轻，动作迅速、平稳、可靠和节能等优点。

机械手技术涉及到力学、机械学、液压气压传动、自动控制、传感器和计算机等多学科领域，是一门跨学科的综合技术。

机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程的多功能机器，它有多自由度，可代替人的劳动，以便在复杂、恶劣的环境中工作。

1.1 设计背景工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。

它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。

机械手作业的准确性和适应各种复杂环境的能力，在国民经济领域中有着广阔的发展和应用前景。

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。

基于PLC的气动机械手控制系统设计（全套CAD图纸）全套CAD图纸,联系 695132052全套CAD图纸,联系 695132052第1章绪论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。

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。

如果机械手发生某些偏离时,会引起零部件甚至机械本身的损坏,但若有了传感反馈自动,机械手就可以根据反馈自行调整。

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。

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。

近些年,随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用,机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。

借助PLC强大的工业处理能力,很容易实现工业生产的自动化。

基于此思路设计的机械手,在实现各种要求的工序前提下,大大提高了工业过程的质量,而且大大解放了生产力,改善了工作环境,减轻了劳动强度,节约了成本,提高了生产效率,具有十分重要的意义。

同时,借助组态软件的辅助作用,大大提高了系统的工作效率。

因此,在自动化机床和综合加工自动生产线上,目前几乎都设有机械手,以减少人力和更准确地控制生产的节拍,便于有节奏地进行生产。

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。

目录1.引言 (1)2.气动机械手的发展历程及应用现状 (1)2.1气动技术简介 (1)2.2机械手技术简介 (2)2.3 PLC解析 (2)3.PLC的气动机械手控制系统的需求分析 (4)3.1基于PLC的气动机械手控制系统特点 (4)3.2基于PLC的气动机械手控制系统的发展前景分析 (4)3.3基于PLC的气动机械手控制系统的功能需要 (4)3.4基于PLC的气动机械手控制系统设计相关技术 (5)4.气动安装机械手的发展趋势 (9)4.1重复高精度化 (9)4.2实现自动化 (10)5.总结 (10)参考文献 (11)致谢 (13)1.引言伴随着经济的发展，生产行业向机械化、自动化的方向快速发展，机械手应运而生。

进入21世纪以来，电子技术已经广泛应用于各行各业，机械手的研制和生产已经受到相关行业的广泛重视。

在实际建设过程中，很多企业愿意在生产过程中采用机械手进行作业，这样不仅可以降低生产成本，还能减轻人力劳动强度。

正因如此，在很大程度上促进了机械手的发展，使其更加符合生产企业的实际需求。

气动机械手在生产领域发挥着不可替代的作用，具有结构简单、价格低廉以及可靠性高等特点。

气动技术以压力为动力，压力主要来源于大气，对环境污染较小，是实现企业发展自动化的重要手段之一。

本文以气动机械手的控制设计为主要研究对象，对其控制设计思路做了简单介绍。

2.气动机械手的发展历程及应用现状气动技术的动力来源主要就是空气压缩机，通过对空气进行压缩，来传递能量或者传递信号，是自动控制的一种主要手段。

最早在1776年，由约翰威尔逊成功的研制了第一台空气压缩机，这台空气压缩机只能产生一个气压的压力。

1880年，人们在火车的刹车上装上了气缸，成功的做成气动刹车。

在20世界30年代，气动技术被广泛应用于自动门和机械的辅助动作上。

到20世界50年代初期，在液压的基础上，研究出了气压元件，不过这时气压元件体积庞大。

60年代，气动技术已经自成体系，形成工业控制系统。

基于PLC的机械手控制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。

工业机械手就这样诞生了,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。

电气方面有电机、开关电源、电磁阀、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、气动技术等，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输出四路来分别驱动横轴、竖轴、底盘转动、手转动电机，控制机械手横轴、竖轴和手爪顺逆旋转的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；电机拖动底盘旋转；电磁阀控制气阀的开关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。

本文设计的工业机械手模型可在空间抓放物体，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：可编程控制器PLC,机械手,电机,任意位置！！所有下载了本文的注意：本论文附有CAD图纸，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（QQ邮箱），或加我百度用户名QQ，我把图纸发给你。

最后，希望此文能够帮到你！The control of manipulater by PLCABSTRACTIn industrial production and other domains, because works need, the people frequently receive factor the and so on high temperature,corrosion and virulent gas harm, increased worker's labor intensity,even endangers life. The industry manipulator like this was born, the manipulator is in theindustry robot assembly system the traditional duty implementingagency, is one of robot key components. The electrical aspect has theelectrical machinery, the switching power supply, the solenoid valve,and so on the electronic device composition. This equipment has covered the programmable control technology, theposition control technology, the air operated technology and so on, isthe integration of machinery model represents one of instruments. Thisarticle introduced the manipulator is outputs four groups by PLCseparately to actuate the abscissa axis, the z-axis, the chassisrotation, hand turns an electric motor, controls the manipulatorabscissa axis and the z-axis pintpointing, the microswitch bequeathsthe position signal the PLC main engine; The electrical machinerydrives the hand fingernail and the chassis revolves; The solenoidvalve controls the air valve the switch to control the manipulatorhand fingernail to gather, thus realizes the manipulator proper motionfunction. This topic plans the industry manipulator model which develops to bepossible in the space to grasp puts the object nimbly, the movement isdiverse, may replace artificially carries on the work in hightemperature and the dangerous operation area, and may changes therelated parameter as necessary according to the work piece change and the movement flow request.KEY WORDS: Programmable controller PLC, manipulator,electrical machinery,freeposition目录前言 (1)第1章机械手各功能实现形式与控制方式 (2)1.1机械手概述 (2)1.1.1机械手的定义与发展 (2)1.1.2机械手分类及控制方法 (3)1.1.3机械手的结构原理 (3)1.2本机械手模型的机能和特性 (5)1.3夹紧机构 (5)1.4躯干 (6)1.5设计要求 (6)1.5.1控制方式及要求 (7)1.6旋转编码盘 (9)第2章控制系统硬件设计 (10)2.1 PLC的定义及特点 (10)2.2 PLC的选型 (12)2.2.1常用PLC介绍 (12)2.2.2常用PLC介绍 (14)2.2.3确定型号FX1N－60MR (16)2.2.4 FX1N所具有优越性能 (17)2.2.5 FX系列PLC型号的说明 (17)2.3三菱FX系列的结构功能 (18)2.3.1 PLC内部功能 (19)2.3.2 PLC输入输出接口的安全保护 (20)2.4 FX1N PLC梯形图中的编程元件 (21)第3章软件设计 (23)3.1程序的总体结构 (23)3.2各部分程序如下 (24)结论 (33)谢辞 (34)参考文献 (35)附录 (37)外文资料翻译 (45)前言随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，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。

说明书设计题目：气动机械手系统设计专业年级： 2011级机械制造及其自动化学号： ********* 姓名：指导教师、职称：2015 年 05 月 27 日目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 .......................................................... - 1 -1.1 本课题的目的和意义 ............................................ - 1 -1.2 本课题研究的主要内容、预期结果、关键问题和相关发展趋势 ........ - 1 -1.2.1 本课题研究的主要内容 .................................... - 1 -1.2.2 预期设计结果 ............................................ - 1 -1.2.3 关键问题 ................................................ - 1 -1.2.4 相关发展趋势 ............................................ - 2 -1.3 本课题的设计方法 .............................................. - 2 -1.4 系统功能说明 .................................................. - 3 - 第二章机械手气动系统设计 ............................................ - 4 -2.1 明确机械手的工作要求 ......................................... - 4 -2.1.1 气动机械手结构示意图分析 ................................ - 4 -2.1.2 工作要求 ................................................ - 5 -2.1.3 运动要求 ................................................ - 5 -2.1.4 动力要求 ................................................ - 5 -2.2 设计气动控制回路 ............................................. - 5 -2.2.1 列出气动执行元件的工作程序 .............................. - 5 -2.2.2 作X-D线图，写出执行信号的逻辑表达式 .................... - 6 -2.2.3 画出系统的逻辑原理图 .................................... - 7 -2.2.4 画出系统的气动回路原理图 ................................ - 7 - 第三章气缸及气动元件设计 ........................................... - 10 -3.1 手臂回转、伸缩、夹紧、升降气缸的设计 ........................ - 10 -3.3.1 确定气缸类型 ........................................... - 10 -3.3.2 气缸内径计算 ........................................... - 10 -3.3.3 选择气缸 ............................................... - 11 -3.3.4 验算气缸力的大小 ....................................... - 11 -3.3.5 活塞杆直径d的校核 ..................................... - 12 -3.3.6 耗气量计算 ............................................. - 13 -3.2 选择气动控制元件 ............................................ - 14 -3.2.1 选择主控气动换向阀 ..................................... - 14 -3.2.2 选择行程阀 ............................................. - 14 -3.2.3 选择手控换向阀 ......................................... - 15 -第四章机械手控制系统的设计 ......................................... - 16 -4.1 控制系统分析 ................................................ - 16 -4.1.1 总体控制要求 ........................................... - 16 -4.1.2 PLC机械手的动作分析.................................... - 16 -4.1.3 系统硬件配置 ........................................... - 17 -4.2 系统变量定义及分配表 ........................................ - 17 -4.2.1 输入/输点数分配 ........................................ - 17 -4.2.2 输入/输出点地址分配 .................................... - 18 -4.2.3 系统接线图 ............................................. - 18 -4.2.4 PLC外围接线图.......................................... - 19 -4.3 控制系统程序设计 ............................................ - 20 -4.3.1 控制程序流程图设计 ..................................... - 20 -4.3.2 程序设计（梯形图） ..................................... - 21 - 第五章 PLC机械手的程序调试.......................................... - 28 -5.1 系统调试及结果分析 .......................................... - 28 -5.1.1 PLC程序调试及解决的问题................................ - 28 -5.1.2 PLC与上位机联调........................................ - 28 -5.1.3 结果分析 ............................................... - 28 - 第六章设计总结 ..................................................... - 30 - 参考文献 ............................................................ - 31 - 致谢词 .............................................................. - 32 -摘要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。