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基于PLC机械手控制系统设计工业机械手是一种高科技自动化生产设备，也是工业机器人的一个重要分支。
它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在各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
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。
通用机械手是一种能够独立按程序控制实现重复操作的机械手，适用范围比较广。
由于通用机械手能够很快地改变工作程序，适应性较强，因此在不断变换生产品种的中小批量生产中得到了广泛的应用。
机械手的发展得益于其积极作用：一方面，它能够部分代替人工操作；另一方面，它能够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；还能够操作必要的机具进行焊接和装配，从而改善了工人的劳动条件，显著提高了劳动生产率，加快了实现工业生产机械化和自动化的步伐。
因此，机械手受到了很多国家的重视，投入了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，机械手的应用更为广泛。
近年来，在我国也有较快的发展，并取得了一定的效果，受到了机械工业的关注。
机械手是一种能够自动控制并可重新编程以变动的多功能机器，具有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。
随着工业技术的发展，机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。
但现在，制成了能够独立按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的通用机械手。
本文介绍了机械手的分类和应用，其中第一类是通用机械手，可以根据任务需要编制程序完成各项规定工作。
本项目要求设计的机械手模型也属于这一类，通过设计可以增强对工业机械手的认识，并熟悉掌握PLC技术、位置控制技术、气动技术等工业控制常用的技术。
机械手控制系统的设计步骤包括确定被控系统必须完成的动作和它们之间的关系、分配输入输出设备、设计PLC用户程序、对程序进行调试和修改，最后保存已完成的程序。
目录第1章概述 (1)1.1 PLC简介 (1)1.2机械手概述 (1)1.3 机械手控制系统设计步骤 (2)第2章控制方案论证 (3)2.1 搬运机械手的设计原理 (3)2.2 PLC的选取 (4)第3章控制系统硬件电路设计 (7)3.1传送带A,B主电路图及传送带B的控制电路图 (7)3.2PLC控制面板及接口电路图 (8)第4章控制系统软件设计 (10)4.1控制系统的软件设计原理 (10)4.2梯形图 (12)第5章控制系统调试 (14)5.1 控制系统的调试过程 (14)总结 (15)参考文献 (16)附录 (17)第1章概述1.1PLC简介自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。
同时，PLC的功能也不断完善。
随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。
今天的PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。
实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。
1.2机械手概述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各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
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。
工业机器人电气控制系统设计分析摘要：工业机器人主要用于搬运物料，即按照程序要求将特定动作有序完成的一种机械装置。
除了搬运物料以及完成动作这两种功能以外，工业机器人还具有图像识别、语音交互等功能，而且开发人员正致力于其他功能的设计。
工业机器人由四个部分组成：1.检测系统；2.控制系统；3.驱动系统；4.机械系统。
对此，本文围绕工业机器人如何应用电器控制系统这一问题展开了详细论述，以期能够为工业行业创造更高效益。
关键词：工业生产；机器人；电气控制1 工业机器人的起源《罗萨姆的万能机器人》这本著作中最先提出了机器人这一名词。
二战期间，美国为了开发核武器，设计了遥控机械手，这也是世界上首台工业机器人。
早在1954年，乔治.沃尔德相当于可编辑机器人的最先设计者。
约瑟夫·英格伯格享有“工业机器人之父”的称号，他在1959年就成为了Unimation公司的董事，主要从事于工业机器人的生产。
到1961年，通用汽车公司将工业机器人广泛用于汽车零部件的生产当中。
Unimation公司为了扩大工业机器人的推广与应用，通过降低成本价向通用公司出售工业机器人。
Unimation 公司于1967年向瑞典出售了工业机器人，这也是工业机器人在欧洲的首次使用。
到1969年，Unimation公司又将工业机器人远销到日本。
此后，全世界都开始注重工业机器人的研发与推广。
纵观工业机器人的发展历程，可知工业机器人在美国的引领下取得了非凡的成就。
与其他国家相比，日本和欧洲还是比较超前，只是要晚于美国。
2 工业机器人电气控制系统的功能2.1搬运工业机器人的常见动作就是搬运工厂零件或物品。
例如，加工机床将工业机器人取代人工作业进行上下料。
机器人需在头部安装吸附装置或夹持装置，这样才能搬运物品。
一般来说，机器人主要用于夹持气缸，吸附真空吸盘。
为了使气缸动作得到控制，机器人的内部控制系统必须保证开关量信号的输出。
想要使真空吸盘能够产生吸力，也是如此。
机械手电气控制系统设计目录一、机械手设计任务书………………………………。
11机械手结构、动作与控制要求 (1)2设计任务 (1)二、电器控制部分…………………………………。
..。
21.电器元件目录表……………………………………。
22.机械手主电路接线图 (3)3。
继电器控制电路 (4)4.接线图 (4)5.电器板元件布置图 (5)6。
控制面板...。
....................................。
(5)三、PLC控制部分 (6)1.PLC的选型..........................。
.. (6)2.PLC I/O图 (6)3。
状态转移图……………………。
……………………。
74.梯形图.................................。
. (7)5。
指令表 (10)四、参考文献 (14)一、机械手设计任务书1机械手结构、动作与控制要求机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作,以实现生产的自动化。
本设计中的机械手采用关节式结构。
各动作由液压驱动，并由电磁阀控制。
动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则控制的电气控制系统，动作时间需要可调。
以镗孔专用机床加工零件的上料、下料为例，机械手的动作顺序是:由原始位置将以加工好的工件卸下，放回料架,等待料架转过一定角度后，再将未加工零件拿起，送到加工位置，等待镗孔加工结束，再将加工完毕工件放回料架，如此重复循环。
设计要求1.1加工中上料和下料各动作采用自动循环。
1。
2各动作之间应有一定的延时（由时间继电器调定)1.3机械手各部分应单独动作，以便调整及维修。
1.4液压泵电动机（Y100L2—4.3KW）及各电磁阀运行状态应有指示。
1。
5应有必要的电气保护与联锁环节。
2设计任务:2。
1绘制电气控制原理线路图，选用电器元件，制订元件目录表。
2.2设计并绘制以下工艺图样中的一种：电器板元件布置图与底板加工零件图；电器板接线图；控制面板元件布置图、接线图及面板加工图；电气箱及系统总接线图.2。
机械手电气控制系统设计电气控制系统是机械手的一个重要组成部分，它负责控制机械手的运动、姿态和工作程序等，以实现其预定的操作任务。
本文将结合实例，介绍机械手电气控制系统的设计思路和关键点。
1.设计思路1.1系统可靠性：机械手在工作过程中需要保证高度的可靠性和稳定性，电气控制系统的设计应考虑各种可能的故障，并采取相应的措施进行防护和容错处理。
1.2运动控制精度：机械手的运动需要高度准确的控制，因此电气控制系统应具备足够的精度，以确保机械手能够完成高精度的操作任务。
1.3灵活性和可扩展性：电气控制系统应具备良好的灵活性和可扩展性，能够适应不同的工作环境和任务需求，并能够方便地进行功能扩展和改进。
2.关键点2.1电气控制器选择：根据机械手的规模和需求，选择适当的电气控制器。
常见的选择包括PLC（可编程逻辑控制器）、DSP（数字信号处理器）等。
选择电气控制器时需要考虑其性能、功能、可靠性、扩展性和成本等因素。
2.2传感器选型：机械手的电气控制系统需要各种传感器来获取机械手关节的位置、速度、力矩等信息，以实现准确控制。
选择合适的传感器是电气控制系统设计中的关键环节，常用的传感器包括编码器、加速度计、光电传感器等。
2.3运动控制算法：机械手的运动控制是电气控制系统设计的核心，需要考虑机械手的运动规划、轨迹规划和动力学控制等问题。
常见的运动控制算法包括PID控制、模糊控制、遗传算法等，根据机械手的需求选择合适的算法。
2.4人机界面设计：为了方便操作和监控，机械手的电气控制系统需要设计一个人机界面，可以通过触摸屏、键盘、指示灯等方式实现对机械手的控制和状态显示。
3.实例分析以工业生产线上的机械手电气控制系统设计为例，该机械手需要完成从料盘上取出零件、装配、焊接等任务。
首先，选择PLC作为电气控制器，具备良好的可靠性和扩展性。
接下来，选择编码器作为关节位置传感器，通过读取编码器信号获取关节的实时位置信息。
针对机械手的运动控制，采用PID控制算法实现关节的位置和速度控制。
机械手模型的PLC控制系统设计摘要:利用S7-300系列PLC对机械手进行控制,详细阐述了系统的主回路和控制回路工作原理以及接线图。
关键词:机械手PLC S7-300 主回路控制回路机械手是随着工业机械化、自动化而发展起来的一种装置,具有结构简单、运动迅速、可靠性高、节能环保的特点,目前已经在各行业得到了广泛应用[1]。
应用PLC控制机械手能实现各种规定的工序动作,不仅可以提高产品的生产效率,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成本,有着十分重要的意义[2]。
本文中,我们提出了一种简单、可靠的基于S7-300系列的PLC机械手控制系统,实现了物件的取放、上下、左右、旋转过程。
PLC简单易学,相对于C语言易于掌握,对技术人员的要求也一般。
本文介绍的基于德国西门子S7-300系列PLC设计的机械手控制系统。
1 机械手的工作过程开始运行后,机械手如果不在初始位置上,单相异步电动机开始运转(横轴向手抓方向移动,竖轴向上移动),归位后首先横轴电动机工作,横轴前伸;前伸到位后,手爪电动机得电带动手爪转动;当传感器检测到限位磁头时,电动机停止,PLC控制电磁阀动作,手张开;延时一段时间,竖轴电动机工作,竖轴下降;下降到位后,电磁阀复位,手爪夹紧;延时过后,竖轴上升,同时横轴缩回,地盘电动机带动地盘旋转;当横轴、竖轴、地盘都到位后,横轴前伸;到位后手爪旋转,然后竖轴下降,电磁阀动作,手爪张开;延时后竖轴上升复位,然后开始下一周动作。
2 主回路工作原理及接线图本文中总共用到了四台电机,他们分别完成机械手横轴的左右移动,机械手竖轴的上下移动,机械手爪的180度旋转运动,以及机械手立柱的270度旋转运动,在此都选用单相交流异步电动机。
并且由于机械手无论是横轴的运动,竖轴的运动,手爪的旋转以及立柱的旋转都用到了往复运动,因此每台电机都能很好的实现正反转功能。
电机1控制机械手的左/右移动;电机2控制机械手的上/下移动;电机3控制手爪的旋转;电机4控制机械手立柱的旋转。
基于PLC的机械手控制系统设计摘要：在工业生产流水线传送系统当中，机械手采用圆柱坐标的方式进行空间位移，能够使机械手做好准确定位，机械手具有多个自由度，并且可以用来搬运工件，有效完成在不同环境当中的工作任务，很多生产线可以运用机械手来代替人的繁重体力劳动，实现工厂生产的自动化和机械化，并且在有害的环境下能够有效保护人的生命安全，本文主要对接写手的结构系统进行了简单分析，强调了机械手在工业运行中的重要作用。
关键词：plc；机械手；控制系统中图分类号：tp241 文献标识码：a 文章编号：1001-828x（2012）05-0-01机械手是能够进行自动定位控制并能对编程进行重新改变的一种多功能机器，机械手具有多个自由度，并且可以用来搬运工件，有效完成在不同环境当中的工作任务，很多生产线可以运用机械手来代替人的繁重体力劳动，实现工厂生产的自动化和机械化，并且在有害的环境下能够有效保护人的生命安全，就当前的发展来看，机械手已经广泛应用于原子能、轻工、电子、冶金、机械制造等各个部门，通常也会被用作一些机床机器的附加设备，其最为核心的部分就是控制系统和执行系统，而且其执行机构多是由电机、气动以及液压所构成的，具有应用广泛、灵活性好、操作范围大的特点。
一、机械手运用的现状分析机械手是当前自动控制领域中出现的一种较为新颖的技术，是现代工业生产中能够用到的重要技术组成，并且已经在工业生产中得到了广泛应用，取得了良好的效果，利用机械手技术进行工业生产，能够大大减少工人的工作强度，并且通过对plc技术的准确控制，也能大大提高工业生产的效率，对于改善工人的劳动条件产生积极的意义。
就当前的应用情况来看，机械手主要采用的是气动驱动或者是液压的控制方式进行操作，这种方式具有很大的优越性，不仅结构简单，而且非常便于控制和掌握，在使用的过程中要注意对气源以及压力进行合理的配置。
二、机械手的结构系统分析1.系统配置。
在工业生产流水线传送系统当中，机械手采用圆柱坐标的方式进行空间位移，能够使机械手做好准确定位，机械手主要是由手爪、手臂、立柱和底盘构成，其工作流程主要是：将机械手固定在初始位置，底盘转动到所要求的取货台位置上，降低立柱，伸出手臂，做好定位之后将物料抓取，然后升高立柱，回收手臂，避免在运行的过程中与设备发生碰撞，到达出货台，下降立柱，伸出手臂，打开手，然后再把物料放在相应的出货台上，复位机械手，再开始下一个流程。
电气控制及S7-1200-PLC应用技术-机械手控制引言在现代工业生产中，机械手作为一种自动化设备，被广泛应用于物料搬运、装配等生产环节。
机械手的控制往往需要借助电气控制系统来完成。
本文将介绍电气控制及S7-1200-PLC 在机械手控制中的应用技术。
电气控制系统概述电气控制系统是将电力与信号传输技术相结合的控制系统。
它通过控制电气元件的通断、电气信号的传输与转换，实现对机械设备的控制。
在机械手控制中，电气控制系统起到重要的作用，实现机械手的各种动作和功能。
S7-1200-PLC简介S7-1200-PLC是西门子公司推出的一款小型可编程逻辑控制器。
它具有体积小、功能强大、可靠性高等特点，在工业自动化领域中有着广泛应用。
S7-1200-PLC集成了多个输入输出接口，可以实现与不同信号设备的连接和数据交互。
机械手控制的基本流程机械手控制的基本流程包括以下几个步骤：1.接收控制指令2.解析控制指令3.控制执行部件4.反馈信号处理5.实时监控控制过程6.故障诊断与处理电气控制及S7-1200-PLC在机械手控制中的应用技术1. 接收控制指令机械手控制的第一步是接收控制指令。
通常情况下，控制指令通过人机界面或上位机发送给PLC。
S7-1200-PLC通过其网络通信接口与上位机进行通信，接收控制指令。
2. 解析控制指令一旦接收到控制指令，S7-1200-PLC需要对其进行解析。
解析控制指令包括对指令的解码、转换和存储。
S7-1200-PLC 通过其内置的编程软件进行代码编写和组织，实现对控制指令的解析。
3. 控制执行部件机械手的运动控制往往需要通过执行部件来实现。
执行部件可以是电动机、气缸等。
S7-1200-PLC通过输出接口，控制执行部件的开关和状态。
4. 反馈信号处理机械手的运动过程中，需要对其执行部件的状态进行监测和反馈。
S7-1200-PLC通过输入接口，接收执行部件的状态信息，从而实现反馈信号的处理和监控。
机械手电气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。
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。
机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。
广泛采用工业机器人，不仅可以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。
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。
本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器 (PLQ 控制功能。
使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。
关键字：机械手；自动化装备；可编程控制器；PLC摘要前言 (2)第1章设计目的及主要内容 (3)1.1 设计目的 (3)1.2.主要内容 (3)第2章机械手的操作要求及功能 (4)2.1.操作要求 (4)2.2操作功能 (5)第3章PLC及机械手的选择和论证 (6)3.1PLC (6)3.1.1 PLC 简介 (6)3.1.2 PLC的结构及基本配置 (6)3.1.3 PLC 的选择 (7)3.2机械手 (7)3.2.1机械手简介 (7)3.2.2机械手的选择 (8)第4章硬件电路设计及描述 (8)4.1操作方式 (10)4.2输入与输出分配表及I/O分配接线 (10)第5章软件电路设计及描述 (12)5.1机械手的操作系统程序 (12)5.2回原位程序 (12)5.3手动单步操作程序 (13)5.4自动操作程序 (14)5.5机械臂传送系统梯形图 (14)5.6指令语句表 (16)18第6章总结 (17)参考文献大二的学习即将结束，课程设计是其中一个重要环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。
摘要机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部和运动机构组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械手有2～3个自由度。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。
有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手关键词:点控制机械手连续控制机械手可编程控制技术AbstractThe manipulator can imitate the manpower and the arm certain movement functions, with by presses the fixed routine to capture, the transporting thing 'or' operation tool automatic operation installment. It may replace human's strenuous labor by to realize the production mechanization and the automation, can operate under the harmful environment by protects the personal safety ,Thus widely applies in department and so on machine manufacture, metallurgy, electron, light industry and atomic energy.The manipulator mainly is composed by the hand and the motion. The hand is uses for to grasp holds the work piece (or tool) a part, according to is grasped holds the thing the shape, the size, the weight, the material and the work request but has the many kinds of structural style , Like supporting on both sides, request holding and adsorption and so on. motion , causes the hand to complete each kind of rotation (to swing), the migration or the compound motion realizes the stipulation movement , the change is grasped holds the thing the position and the posture. The motion fluctuation, the expansion and contraction, revolves and so on the independence movement way , is called manipulator's degree of freedom. In order to capture in the space the free position and the position object , must have 6 degrees of freedom. The degree of freedom is the essential parameter which the manipulator designs. The freedom goes past much , manipulator's flexibility is bigger ,the versatility is broader , Its structure is also more complex. The common special-purpose manipulator has a 2~3 degree of freedom..The manipulator usually serves as the engine bed or other machines add-on components , like on automatic engine bed or automatic production line loading and unloading and transmission work piece, Replaces the cutting tool in the processingcenter and so on, does not have the independent control device generally. Somewhat operates the equipment to need by the human direct control, like uses in the hostwhich the atomic energy department manages the dangerous goods from the type operator also often being called the manipulator.Keywords: position control manipulator continual trajectory control manipulatorPLC目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)目录 (Ⅲ)1 绪论 (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 (4)2 PLC的介绍与选择 (5)2.1 PLC的特点 (5)2.2 PLC的选型 (6)2.3 三菱FX系列的结构功能 (8)3 各功能实现形式与控制方式 (9)3.1 本机械手模型的机能和特性 (9)3.2 夹紧机构 (10)3.3 躯干 (10)3.4 旋转编码盘 (11)3.5 电源与传动整体 (12)3.5.1 控制电源 (12)3.5.2 传动整体 (13)4 控制系统设计 (13)4.1 控制系统硬件设计 (13)4.1.1 PLC梯形图中的编程元件 (14)4.1.2 PLC的I/O分配 (14)4.1.3 机械手控制系统的外部接线图 (16)4.2 控制系统软件设计 (17)4.2.1 公用程序 (17)4.2.2 自动操作程序 (18)4.2.3手动单步操作程序 (24)4.2.4 回原位程序 (27)参考文献 (31)致谢 (32)1 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。
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:计控102班姓名:刘宾学号:1014132312012年06月20日目录目录 (11、引言 (42、系统总体设计要求 (63、系统方案设计 (64、上位监控系统设计 (125、程序调试 (145.1 调试设备 (145.2 遇到的问题与解决方法 (146、心得体会 (15附录1 参考文献 (16附录2 程序清单 (161、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。
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。
机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术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。
,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。
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。
机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。
有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
..毕业设计题目：机械手PLC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。
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。
PLC机械手设计主要是依靠限位开关和电磁阀的控制及推动来实现的。
机械手的所有动作均采用电控制、气压驱动。
它的上升/下降、左移/右移和左旋转/右旋转均采用双线圈双位电磁阀推动气压缸完成。
机械手的动作转换依靠限位开关来控制并且按照一定的顺序动作。
在机械手运动的过程中会安装检测灯来检测其运动的启停。
本设计所用机械部件有模拟机械手爪，电气方面有可编程控制器（PLC）、开关电源、电磁阀、等部件。
按钮发出两路脉冲到机械手驱动，控制它的前后移动由气动阀Y4控制，左右移动由气动阀Y5控制，左右旋转由气动阀Y6控制，夹紧和放松由气动阀Y7控制，另外还有启动和停止两个按钮。
机械手自动完成全部动作。
【关键词】: 电磁阀限位开关继电器机械手Abstractin the industrial production and other fields,because the job needs,people are often under the threat of high temperature,corrosive and toxic gases and other factors,the increase in labor intensity,and even life-threatening.Sincethe advent of mechanical hand,be smoothly done or easily solved the corresponding problems.In space manipulator can be caught,put and carry objects,flexible,applicable to small batch production,production varieties can be switched,widely used in flexible automatic line.PLC design manipulator mainly rely on the limit switch and the solenoid valve control and promote them.The robot moves are all used electrical control,pneumatic drive.It's up / down,left / right shift and rotate left/right rotation using a double double coil solenoid valveto promote the completion of the cylinder pressure.The mechanical hand movements depend on the conversion limit switches to control the order and in accordance with a certain action.In the robot's movement in the process ofdetection lights will be installed to detect movement of its start and stop.The design of the mechanical components are used in simulation of mechanical hand,there are electric programmable logiccontroller(PLC),switching powersupply,electromagnetic valve,etc..A two button drive impulse to the robot,its control before and after moving from Y4 pneumatic valve control,move aroundby the Y5 pneumatic valve control,left and right rotation by the Y6 pneumatic valve control,clamping and relax by the Y7 pneumatic valve control,in addition to start and stop the two button.Automatic completion of all the action of manipulator.[keyword]:solenoid valve,limit switch relay manipulator第1章绪论1.1 PLC的发展及其应用PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
基于PLC机械手控制系统设计任务书毕业论文(设计)任务书论文(设计)题目专业学生姓名贺装志班级教研室指导教师起止时间敖章洪(或外聘单位)2023年12月15日至2023年5月15日建筑电气教研室自07103班号基于PLC的机械手控制系统设计学202316010323毕业论文(设计)任务、目的与基本要求：毕业设计课题任务：设计机械手控制系统，包括硬件电路和软件编程。
硬件电路主要由PLC，机械手，电机及其他相关部分构成，软件编程包括PLC流程图，梯形图和程序。
机械手是工业生产中常用的进行水平／垂直位移的机械设备，它的动作由气缸驱动，气缸又由相应的电磁阀控制。
控制系统如采用传统的继电接触控制，机械触点多，接线复杂，因而控制装置体积很大，并且故障率高，可靠性差，动作精确度低。
PLC以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点。
使用PLC的自动控制系统体积小，可靠性大大提高，故障率大大降低，动作精度高，因此该课题具有实际意义。
通过设计，让学生将所学的知识综合运用，了解本专业在社会中的一些应用，提高学生专业外语水平，增加他们的见识，增强他们的动手能力、创新能力和综合分析能力，学会专业软件的应用，能熟练的使用计算机，提高学生检索资料的能力，养成良好的学习习惯和严谨的工作作风，为今后的学习生活打下良好的基础。
设计基本要求：一、技术要求：1、设计方案可行；2、机械手能进行前后左右移动；3、有半自动工作方式和手动工作方式，当位于手动工作方式时，用按动按钮去控制机械手动作；当位于半自动工作方式时，在机械手处于原位情况下，按动起动按钮，机械手就能自动完成一个循环过程并停在原位待命；4、有能力的可以对系统进行仿真；5、整个系统能够稳定运行。
二、文本要求：1、论文结构合理，条理分明；2、电路图绘制正确，排版美观；3、撰写开题报告与调研报告，格式与要求要符合规定；4、撰写毕业设计报告，要求用打印稿，论文格式必须使用学校的统一模板。
搬运机械手电气控制系统设计搬运机械手是一种能够自动进行物品搬运的机器人。
它们广泛应用于各种工业领域，如汽车制造、仓储物流、半导体生产等。
电气控制系统是搬运机械手的重要组成部分，它可以控制机械臂的移动和抓取动作，提高机器人的运行效率和精度。
本文将介绍搬运机械手电气控制系统的设计原理、硬件结构和软件实现等内容。
一、设计原理搬运机械手的电气控制系统一般由控制器、电机驱动器和传感器等组成。
控制器是机械手的“大脑”，它可以接收指令和传感器反馈信号，并对电机驱动器进行控制。
电机驱动器可以将控制器发送的电信号转换成机械臂的运动。
传感器可以感知机械臂的状态和周围环境的情况，提供反馈信号给控制器做出相应的调整。
二、硬件结构1. 控制器控制器是搬运机械手电气控制系统的核心部分。
它一般由微处理器、存储器、输入输出接口等组成。
微处理器是控制器的主要芯片，它可以将程序后的代码翻译成相应的机器指令，然后控制器可以根据机器指令来完成相应的动作。
存储器可以对程序进行储存，保证搬运机械手在断电或故障情况下能够重新启动和恢复工作。
输入输出接口可以将控制器与电机驱动器和传感器进行连接，在实现机械臂的控制和状态反馈的过程中发挥重要作用。
2. 电机驱动器电机驱动器是将控制器发送的电信号转换成机械臂运动轨迹的硬件设备。
驱动器的选择要根据机械臂的负载和速度要求进行匹配。
常见的驱动器有步进电机驱动器、直流电机驱动器、交流伺服驱动器等。
除了根据负载和速度要求进行匹配外，还需要根据控制器输出信号的电压和电流进行选择。
3. 传感器传感器是搬运机械手电气控制系统中的重要组成部分。
它可以感知机械臂的状态和周围环境的变化，提供反馈信号给控制器进行相应的调整。
常见的传感器有位置传感器、力传感器、温度传感器等。
位置传感器可以感知机械臂的位置和速度，力传感器可以感知机械臂的受力情况和负载变化，温度传感器可以感知机械臂和周围环境的温度等。
三、软件实现搬运机械手的电气控制软件一般分为机器人控制软件和人机交互软件两部分。
机械手电气控制系统设计分析摘要：机械手电气控制系统是自动化生产线中重要的组成部分，它实现了机械手的精确操作和运动控制。
本文从机械手电气控制系统的设计和分析方面入手，探讨了机械手电气控制系统中的主要设计要素、设计方法、运动控制和传感器等相关问题，并进行了详细阐述。
关键词：机械手，电气控制系统，设计要素，设计方法，传感器1.引言机械手电气控制系统是机械手的核心控制部分，它负责机械手的运动控制、力控制、位置控制等功能。
机械手电气控制系统设计的好坏直接影响机械手的性能和工作效率。
因此，对机械手电气控制系统进行设计和分析具有重要意义。
2.设计要素2.1控制器选择控制器是机械手电气控制系统的核心组成部分，负责控制机械手的运动和动作。
常用的控制器主要包括PLC控制器、PC控制器和单片机控制器等。
在选择控制器时，需考虑机械手的动作要求、控制精度和成本等因素。
2.2电机选择电机是机械手运动的驱动力源，常用的电机包括步进电机、直流无刷电机和直流有刷电机等。
在选择电机时，需要考虑机械手的负载要求、运动速度和精度等因素。
2.3传感器选择传感器是机械手电气控制系统中的关键设备，用于检测机械手的位置、力量、速度等参数。
常用的传感器包括位置传感器、力传感器和速度传感器等。
在选择传感器时，需考虑机械手的控制要求、传感器的精度和可靠性等因素。
3.设计方法3.1机械手建模机械手建模是机械手电气控制系统设计的基础工作，通过对机械手的结构和动力学性质进行建模，可以确定机械手的控制要求和所需设备参数。
3.2控制器设计控制器设计是机械手电气控制系统设计的核心内容，通过采用适当的控制算法和控制策略，可以实现机械手的精确运动和灵活控制。
3.3传感器配置传感器配置是机械手电气控制系统设计的重要环节，通过合理配置传感器，可以实现对机械手的力控制、位置控制和速度控制等功能。
4.运动控制5.传感器应用传感器在机械手电气控制系统中起到了关键作用，它能够实时监测机械手的运动状态，并将相关信息反馈给控制器。
机械手电气控制系统设计1.机械手及其应用机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械手有2～3个自由度。
1.1 国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面1.热加工方面的应用热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。
为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作2.冷加工方面的应用冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。
进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。
最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。
3. 拆修装方面拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。
目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。
近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。
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，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。
1.2机械手的应用意义在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：1.可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，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。
2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。
而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。
在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
3.可以减少人力，便于有节奏地生产应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。
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。
2 机械手的组成机械手的组成包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。
2.1、手部即与物件接触的部件。
由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。
夹持式手部由手指(或手爪) 和传力机构所构成。
手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。
回转型手指结构简单，制造容易构件，故应用较广泛平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。
手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。
常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。
而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。
传力机构型式较常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母多，式弹簧式和重力式等。
附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电吸磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和电磁盘两类。
对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。
造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。
对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。
电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。
用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。
此外，根据特殊需要，手部还有勺式(如浇铸机械手的浇包部分)、托式(如冷齿轮机床上下料机械手的手部)等型式。
2.2、手腕是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。
2.3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。
手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位置。
工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。
手臂可能实现的运动如下:手臂运动基本运动复合运动直线运动与回转运动的组合(即螺旋运动)两直线运动的组合(即平面运动)回转运动:如水平回转、左右摆动运动直线运动:如伸缩、升降、横移运动两回转运动的组合(即空间曲面运动)。
手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。
此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。
导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱和V形槽、燕尾槽等导向型式。
2.4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。
机械手的立往通常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。
2.5、行走机构当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。
滚轮式行走机构可分为有轨的和无轨的两种。
驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。
2.6、机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。
3 机械手的分类工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。
3.1按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:3.1.1专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。
专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大附属，如自动机床、自动线的上、下料机械手和‘加工中心”批量的自动化生产的自动换刀机械手。
3.1.2通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。
通过调整可在不同场合使用，驱动系统和格性能范围内，其动作程序是可变的，控制系统是独立的。
通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。
通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:伺服型具有伺服系统定位控制系统，可以点位控制，也可以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。
3.2按驱动方式分3.2.1液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。
其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。
但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。
若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。
3.2.2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。
3.2.3机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。
它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。
它主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。
它常被用于工作主机的上、下料。
3.2.4电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。
其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。
此类机械手目前还不多，但有发展前途。
(三)按控制方式分3.3.1点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。
若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。
目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。
3.3.2连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。
这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制[4]。
5.总体方案确定本设计中的机械手采用关节式结构，并右电磁阀控制。
动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则控制的电气控制系统。
原始位置（装好工件等待加工位置，其状态是大手臂竖立，小手臂伸出并处于水平位置，手腕很横移向右，手指松开）——手指夹紧（抓住卡盘上的工件）——松卡盘——手腕左移（从卡盘上卸下已加工好的工件）——小手臂上摆——大手臂下摆——手指松开（工件放回料架）——小手臂收缩——料架转位——小手臂伸出——手指夹紧（抓住未加工零件）——大手臂上摆（取送零件）——小手臂下摆——手腕右移（将工件装到机床的主轴卡盘中）——卡盘收紧——手指松开，等待加工。
图8-13 机械手的外形及其与料架的配置1-手部 2-手腕 3-小臂 4-工件 5-大臂 6料架6.控制方式选择根据要求选择用电气控制，由油泵电机（采用Y100L2-4.3KW）驱动，继电器，时间继电器，限位开关控制。
7.电气控制设计图及继电器控制7.1 机械手电气控制系统工作流程图等待，进入下次循环等待，进入下次循环7.2继电器控制YV1 手指夹紧 YV2 手指放松YV3 手腕左移 YV4 手腕右移YV5 小臂伸出 YV6 小臂收缩YV7 小臂上摆 YV8 小臂下摆YV9 大臂上摆 YV10 大臂下摆7.3 限位开关I0.1 手腕左移限位开关 I0.2 小臂上摆限位开关I0.3 大臂下摆限位开关 I0.4 小臂收缩限位开关I0.5 小臂伸出限位开关 I0.6 大臂上摆限位开关I0.7 小臂下摆限位开关 I0.8 手腕右移限位开关7.4电气控制电路图见附录一8.设计心得通过此次机械手电气控制系统设计课程设计进一步了解和掌握了电气控制系统设计，比较全面的将所学的电气控制和电力拖动方面的知识运用于设计当中。
