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基于PLC对气动的机械手控制设计

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基于PLC对气动机械手的控制课程报告

[摘要]：介绍一种基于PLC和气动机械手控制系统的设计方案。本论文中介绍了可编程控制器对气动机械手的驱动及控制原理。本设计使用气动控制机械手横轴、纵轴的进给及夹取装置，通过限位开关等实现机械手的精确运动。该机械手可在固定位置夹取放松物块、停止，动作灵活快速，代替一些固定位置的作业区进行作业，具有较高的应用价值。本课题设计使用MCGS组态软件设计模拟物料搬运机械手，程序使用GX Developer的SFC程序类型设计。

[关键字]：PLC，气动，机械手

一、课题设计的软硬件概述及应用：

(一) GX Developer编程软件概述及应用

这里介绍的GX Developer8.86Q（SW7D5C-GXW）版本，它适用于Q系列、QnA系列及FX系列的所有PLC。GX编程软件可以编写梯形图程序和状态转移图程序（全系列），支持在线和离线编程功能，并具有软元件注释、声明、注解及程序监视、测试、故障诊断、程序检查等功能。本课题使用FXCPU系列，FX2NC类型，程序类型为SFC的方式进行编写课题程序。课题要求：独立编写控制气动机械手运动的程序。

(二) MCGS组态软件简介概述及应用

用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制。本课题使用MCGS组态软件设计模拟气动搬运机械手的动态显示。课题要求：熟悉使用MCGS组态软件，并绘制气动机械手的模拟图。

(三) 可编程程序控制器概述及应用（plc）：

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。本课题设计使用的是三菱FX2N-48MT晶体管输出型PLC。

(四) 其他硬件

气动元件具体型号：2个MA20X100-S-CA汽缸、1个MSA20X75-S-CA弹簧复位汽缸、2个4VBOC-06三位五通电磁阀、1个3V110-06-NC两位四通电磁阀、5个LJ12A3-4-Z1E常开到位开关。

二、 基于PLC对气动机械手的控制

（一） 气动机械手的系统结构与要求方式：

系统结构：本课题使用的是气压驱动的机械手，可以实现两个自由度方向上的运动功能。本课题只用实现由气动驱动的机械手臂的左右运动(水平方向)的控制和上下运动(垂直方向)的控制（图1为气动机械手结构示意图）（图2系统控制原理图）。

要求方式：机械手可以根据设定的程序完成手动，自动的功能将工件从在机械手的限位范围内的任意位置A处搬运到B处及回原位的功能。该机械手的工作方式在自动循环周期时,在MCGS模拟界面上按下“启动”按钮,机械手的自动动作顺序为:下降→夹紧→上升→伸臂→下降→放料→上升→缩臂(回到初始位循环进行),当出现异常时按下该站的“急停”按钮,机械手会立刻停止运动。X1,X2,X3,X4分别为下、上、右、左限位开关。

图1气动机械手结构及工作要求示意图

图2系统控制原理图 （二） 气动机械手外部硬件设计

I/O分配：

输入 输出

器件代号 气动按钮 功能说明 地址表 功能说明

SQ1 X5 上升

Y5 手臂上升

SQ2 X10 下降 手臂下降

SQ3 X7 松开

Y6 夹具松开

SQ4 X12 夹紧 夹具夹紧

SQ5 X11 右行

Y4 手臂右行

SQ6 X6 左行 手臂左行

SQ7 X20 手动

SQ8 X21 回原位

SQ9 X22 单步

SQ10 X23 单循环

SQ11 X24 自动

SQ12 X25 原位

SQ13 X26 启动

SQ14 X27 停止

SQ15 X28 急停

图3 机械手的外部接线图。机械手在最上面X2、最左边X4，称系统处于原点状态。M26为手动控制按钮，按下该按钮后，可以进行按键开关M5-M12对应的手动操作。M22-M24分别为自动方式中单步、单周期、连续工作方式按钮，按下其中的某一个取反按钮，再按1松0的起动按钮M26，该工作方式的动作就会自动执行。M21和M25位原位条件，当按下取反按钮M21，再按1松0按钮M25，机械手将自动回到原点状态。垂直和水平方向受两个气动控制，Y4和Y5为控制方向,Y6控制夹紧松开。

图3 机械手的外部接线图

（三） 气动机械手MCGS模拟控制系统设计

图4气动机械手模拟系统控制按钮图，气动机械手MCGS模拟系统设置了手动工作方式和自动工作方式。自动方式又分为自动回原点、单步、单周期、连续四种工作方式。在选择单步、单周期和连续工作方式前，系统应当处于原点状态。

其中自动方式是由参数设置实现定位控制。机械手手臂的运动速度由输入气动的脉冲频率控制，机械手下降及左行的距离由脉冲数控制，脉冲频率和脉冲数可以根据工业现场的实际情况在梯形图程序中设定，可根据运动流程的要求随时更改相关参数具有可重复操作性。

图4气动机械手模拟系统控制按钮图

（四） 基于PLC气动机械手的控制SFC梯形图

a) 公共部分

b) 手动部分

c) 原位部分

d) 自动部分

三、 遇到的问题及解决办法

在开始设计的时候，遇到的主要问题对程序中的IST指令的认识不够深刻，不能很好的正确使用，自己在电脑上编写的程序感觉逻辑没有问题，但程序就是不能运行，经排查发现自己设计仅考虑了过程，没有想到系统初始状态对程序的影响，也有可能是其中的几个开关的常闭常开设计错误，这经过不断修正就能解决。在多次调试程序中一直找不到错误的时候，自己也会通过网络查找多方资料，和询问老师同学，得到了有效的解决。在其他问题上都能够与同学的讨论合作得出解决办法。最终调试成功该气动机械手的控制，达到课题的要求。通过本次设计，可以增进对气动机械手的认识，同时熟悉并掌握部分PLC技术，对提高自身动手，独立思考能力有很大帮助。 四、 课题总结

经调试，程序没问题，组态运行都正确，气动机械手运转无抖动和失步现象发生，机械手系统处于良好运行状态。气动机械手系统实现的只是两个自由度方向上的运动，根据工实际需要，可以对作其进一步的改进，加上底座直流电机的旋转，在夹紧装置肘部添加腕回转控制装置，能使之成为多自由度机械手控制系统。条件允许的情况下，也可以采用触摸屏代替MCGS组态环境对机械手系统进行控制，这样占用空间小，人机交互界面直观，操作更方便。

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基于PLC的机械手臂控制课程设计

基于PLC的机械手臂控制课程设计

课 程 设 计 说 明 书

课程设计说明书

课 程 名 称:电气控制PLC课程设计

课 程 代 码: XXXXXXXX

题

目:基于PLC机械手控制系统

学 生 姓 名: X X

学 号: XXXXXXXXXXXXX

年级/专业/班: XXXX级电气自动化X班

学院(直属系) : XXXXXXX学院

指 导 教 师: X X

学院名称： XXXXXX 专业： XXX 年级： 2021级

机械手控制系统设计

一、 选题背景及题目来源

工业实际工程，可在天科TKPLC-A实验装置机械手装置的模拟控制实验区完本钱模拟实验。

二、训练目的

〔1〕通过使用各根本指令，进一步熟悉掌握PLC的编程和程序调试；

〔2〕学会绘制电气原理图及接线图；

〔3〕选择电气元器件；

〔4〕完成系统硬件和软件设计；

〔5〕完成模拟实验；

〔6〕编写技术文件。

三、要求实现的功能

启动机械手，将物体从A处移动到B处，机械手将完成原位、下降、抓取、上升、右移、下降、放松、上升、左移、循环或者回到原位动作过程。在执行动作时由限位开关对机械手位置进行控制，并且由双线圈二位电磁阀推动气缸完成。提出改良方案：在机械手夹紧过程进行探究，增加压力传感器用于机械手爪压力并进行反响控制；增加超声波传感器检测物体是否滑落。当物体出现滑落或操作错误时发出报警等。

四、实验设备

1、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机一台

2、天科TKPLC-A实验装置

3、机械手模块

五、设计任务

〔1〕根据控制要求分析控制及动作过程，设计硬件系统；

〔2〕绘制电气原理图及PLC I/O接线图；

〔3〕设计软件系统；

(完整版)基于plc的机械手控制系统设计

(完整版)基于plc的机械手控制系统设计

青岛科技大学本科毕业设计论文

1

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。基于PLC的机械手控制系统设计

2 1机械手概述

1.1机械手简介

基于PLC的机械手控制系统设计

基于PLC的机械手控制系统设计

基于PLC的机械手控制系统设计

目录

一、内容概括................................................2

1. 研究背景和意义........................................3

2. 国内外研究现状........................................3

3. 研究目的和任务........................................5

二、PLC技术基础.............................................6

三、机械手控制系统设计原理..................................7

1. 机械手控制系统概述....................................8

2. 机械手控制系统的组成..................................9

3. 机械手控制系统的工作原理.............................10

四、基于PLC的机械手控制系统设计............................11

1. 系统设计目标.........................................13

2. 系统设计方案.........................................13

3. 控制系统硬件设计.....................................15 4. 控制系统软件设计.....................................17

五、PLC在机械手控制系统中的应用实现........................18

1. PLC的选型与配置......................................19

基于PLC的气动搬运机器人控制系统设计

基于PLC的气动搬运机器人控制系统设计

机床电器２０１１．４　ＰＬＣ・变频器・计算机——基于ＰＬＣ的气动搬运机器人控制系统设计　

基于ＰＬＣ的气动搬运机器人控制系统设计　

赵红顺（常州机电职业技术学院，２１３１６４）　

摘要：利用欧姆龙Ｃ２００Ｈ型ＰＬＣ控制气动搬运机器人的设计。　关键词：气动送药机器人；梯形图；ＰＬＣ　中图分类号：ＴＰ２４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—０４２０（２０１１）０４—００３６—０２　

０　引言　

随着科学技术的进步，机器人的应用越来越广泛，　几乎渗透到所有领域。气动搬运机器人，其实质上通　

过ＰＬＣ控制气压系统来控制机械手完成搬运危险品。　

在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境　中，代替人来完成工作。　

ｌ　气动搬运机器人的工作原理　

如图１所示，气动送药机器人主要是在起爆药筛　分、倒药工位上，用于空杯接药，并将装满起爆药的药　

杯送到隔爆窗内，然后由工人在隔爆窗内将药杯取出　

换上空杯，再由气动机器人将空杯送回到筛分倒药工　位上，准备接药。　

３　３　ｆ　１　

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图１　气动搬运机器人结构示意图　

药杯托架１用螺钉固定在带导杆水平运动气缸２　的支板上，水平运动气缸２用螺钉固定在垂直运动无　杆缸３的气动滑块台上，无杆缸３用螺钉固定在立柱４　

上，立柱４与立轴５固联在一起，立轴５的拉杆５　与销　

轴８（与气缸６活塞相联）构成回转付。立轴５通过轴　承７与机座相联，构成回转副。气缸６与销轴７，也构　成回转副。　

水平缸活塞移动带动药杯，作水平方向的伸缩运　

动；垂直缸滑台３　的升降，带动药杯，作升降运动；旋转　缸活塞６　的前后移动，通过推拉立轴５的拉杆５　，驱使　

立轴作旋转运动。当活塞在气缸６内移动时，带动立　

一３６一　轴摇杆５　绕立轴中心转动，同时气缸６摆动。　本气动搬运机器人的功能是或将弹药搬到隔爆窗　

内，其工作行程是：顺转一上升一伸出一开门１一放置