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物料搬运机械手设计

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课程设计 电气控制系统与PLC课程设计

：简易物料搬运机械手的PLC控制系统设计 1.设计的目的 1通过课程设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识及基本技能进行分析和解决实际问题的能力。 2使学生受到PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施的目的。 3使学生掌握简易机械手的电器工作原理。

2设计内容

1． 目录 2．原理介绍和分析部分 3．根据要求选择系统方案 4．PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配 5．程序框图和程序设计 6．心得体会

。 3设计任务和要求 1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。 2、根据控制要求，编制简易物料搬运机械手PLC控制程序。 3、编写设计说明书，内容包括： ① 设计过程和有关说明。 ② 基于PLC的简易物料搬运机械手电气控制电路图。 ③ PLC控制程序（梯形图）。 ④ PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。 ⑤ 电气设备明细表。 ⑥ 参考资料、参考书及参考手册。 ⑦ 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。

要求 (1) 在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。 (2) 在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。 (3) 要求电气原理图设计可行，基本能够实现课题要求的功能。程序流程框图绘制规范。 (4) 完成一份课程设计报告, 要求将设计内容及设计工作需要注意的事项写成一份设计报告，要求文字通畅、字迹工整，3000---5000 字。 (5) 应在规定的时间内完成所有的设计任务。

4器材 机械手 自动机械装置 5参考资料 1常晓玲 主编 北京 《电气控制系统与可编程控制器》 机械工业出版社 2004.1

2．钟肇新、彭侃 编译 可编程控制器原理及应用 第二版 广州：华南理大学出版社，2003.5 3. 李乃夫主编. 可编程控制器原理、应用、实验. 北京：中国轻工业出版社，2003 4. 张建民.《机电一体化系统设计》.北京：高等教育出版社，2001年 5. 求是科技编著 PLC应用开发技术与工程实践 北京 人民邮电出版社，2005.1 一、 机械手的控制及说明 一、课题内容 机械手能把工件从A点移到B点，机械手的结构示意图如图1所示。该机构的上升、下降和左移、右移是由双线圈两位电磁闹推动气缸来实现的。当某一线圈得电，机构便单方向移动，直至线圈断电才停在当前位置。夹紧和放松是由单线圈两位电磁阂驱动气缸来实现的，线圈通电则夹紧，失电则为放松。设备上装有上、下限位和左、有限位开关。 机械手工作循环过程示意图如图2所示。从图中可见，机械手工作循环过程主要有8个动作，即为：

图1 机械手结构示意图 二 机械手的控制系统要求分析 机械手动作示意图如图1所示。其全部动作由汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀和继电器控制。其中，上升／下降和左移／右移分别由双线圈两位继电器控制。下降继电器线圈通电时，机械手下降；下降继电器线圈断电时，机械手下降停止。只有上升继电器线圈通电时，机械手才上升；上升继电器线圈断电时，机械手上升停止。同样，左移／右移分别由左移继电器和右移继电器控制。机械手的放松／夹紧由一个单线圈(称为夹紧电磁阀)控制。该线圈通电，机械手夹紧；该线圈断电，机械手放松。 机械手的动作过程如图2所示。从原点开始按下启动按钮时，下降继电器线圈通电，机械手开始下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降继电器线圈断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧，夹紧后，上升继电器线圈开始通电，机械手上升；上升到顶时，碰到上限位开关，上升继电器线圈断电，上升停止；同时接通右移继电器，机械手右移，右移到位时，碰到右移极限位开关，右移继电器线圈断电，右移停止。此时，右工作台上无工作，则光电开关接通，下降继电器线圈接通，机械手下降。下降到底时碰到下限位开关下降继电器线圈断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松，放松后，上升继电器线圈通电，机械手上升，上升到极限时碰到极限位开关，上升继电器断电，上升停止；同时接通左移继电器，机械手左 移；左移到原点时，碰到左极限开关，左移继电器线圈断电，左移停止。至此，机械手经过八步动作完成一个循环。 三 PLC的共有选型及I/O口接线图 根据控制要求共有20个输入和5个输出，共有25个点数，按照设计要求和需要我们选用了三菱FX系列中的FX2-48 MR作为设计主体，其输入与输出接线图及控制面板如图所示：

I/O口分配表 输入信号 输出信号 名称 代号 输入点编码 名称 代号 输出点编码

上限位 SQ1 X0 上升 YV1 Y0 下限位 SQ2 X1 下降 YV2 Y1 左限位 SQ3 X2 右移 YV3 Y2 右限位 SQ4 X3 左移 YV4 Y3 下降点 SB1 X4 夹紧 YV5 Y4 上升点 SB2 X5 左移点 SB3 X6 右移点 SB4 X7 启动 SB5 X8 手动操作 SA1-1 X10 回原点 SA1-2 X11 单步 SA1-3 X12 单周期 SA1-4 X13 自动 SA1-5 X14 回原点启动 SB6 X15

X15 回原点启动 X5 X4 X6 X7 X21 X22 X8 X23 电源

急停

上升

右移 左移

下降 夹紧 松开 启动 停止

回原点X11 单步运行 X12 单周期X13 自动 X14 手动X10

操作面板示意图 全自动 SB7 X16 停止 SB10 X17 夹紧 SB8 X21 放松 SB9 X22 工作检测 ST5 X20 KV1 KV2 KV3 KV4 KV5

KM2 KM3 KM4 KM5

220V/380V 外围电路（1）

L1 L2 L3 QF QF QF 上升/下降 KM1 KM2 左/右移 KM3

KM4 夹紧/放松 KM5

M1 M2 YA4 外围接24V PLC机械手主电路图

FR

FV

KM1 四 初始化程序设计 在主电路中KM1、KM2、KM3、KM4为继电器，YA4是电磁阀。 当PLC中输出Y0时，KV1 导通同时接触器KM1导通继电器动作，机械手上

升；当KM2通电时继电器动作，机械手下降；当KM3导通时继电器动作，机械手右移；当KM4导通时继电器动作，机械手左移；当KM5通电时电磁阀动作，使机械手夹紧或放松，而图中的FV为短路保护，FR为过载保

KV4 外围电路（2） ---- PLC

ST1ST2ST3ST4SB1SB2SB3SB4SB5SA1-1SA1-2SA1-3SA1-4SA1-5SB6

SB7SB8SB9SB10SB11

X0X1X3X2X4X5X6X7X24X10X11X12X14X13X15X17X21X22X20X16Y0

Y1Y2Y3

Y4COM

COMCOM

KV1KV2KV3KV4

KV5PLC 护。M8044特殊辅助继电器作为原点位置条件用，当原点位置条件满足时

M8044接通。 1．为了使I ST指令在每个扫描周期内均执行，用PLC“RUN”时ON和M 8000驱动。 2．使用IST指令时五种工作方式加三种必要的按钮，共八种控制信号： A手动方式 B回原点方式 C单步方式 D单周期方式 E自动连续方式 F回原点方式 G启动按钮 H停止按钮 3．使用IST指令后，PLC自动把状态元件S中S0—S2分配给了3大类模式的初始化状态用，且规定S0用于手动，S1用于回原点，S2用于自动/单步/单周期。S10—S19用于回原点程序模块中的状态。因此，指令格式中的S20是用户可以分配给自动/单周期/单步的最小 状态号。下图为置初始状态IST指令自动动作的特殊辅助继电器M8040—M8047的动作内容。 M8040是禁止转移用辅助继电器，当M8040=ON时就禁止所有状态转移，手动状态下M8040总是接通的。在原点、单周期运动时按动停止按钮后一直到再按启动按钮的时间内，M8040一直保持ON状态。单步执行时M8040常通，但是再按动启动按钮时，M8040=OFF，使状态可以顺序转移一步。 转移开始特殊辅助继电器M8041是初始状态S2向另一状态转移的转移条件辅助继电器。手动加原点M8041不动作，单步、单周期时，仅在按动启动按钮时动作，自动时按启动按钮后保持为M8041=ON，按停止按钮后M8041=OFF。 启动脉冲辅助继电器M8042是在启动按钮按下时瞬间接通。特殊辅助继电器M8044是原点条件，M8043是回原点结束，这两个元件应由用户程序控制。

1 手动方式程序 手动方式梯形图程序如图所示，S0手动方式的初始状态，手动方式的夹

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基于PLC的物料搬运机械手设计

基于PLC的物料搬运机械手设计


进 行 阐述 。所设 计 的机 械手 可 完成 机 械手旋 转 、 臂 垂直 手 上 下 、 水平 移动 、 爪旋 转 ４个 自由度 的控 制 。 手臂 手
２ 总体 概 况 ２Ｊ 机 械 手 组成 ．
按 复 位 按扭 后 ，Ｌ Ｐ Ｃ控 制 转盘 电机 、 横轴 和竖 轴 步 进
电机使 机 械手 运 行 到初 始位 置 。 按 启 动按 扭 后 ， Ｌ Ｐ Ｃ控 制 转 盘 电 机 正 转 ，通 过底 盘 光 电 传 感 器记 数 到 达设 定 位 置 后 驱 动 转 盘 电机 反 转 ， 运
该物 料 搬 运 机械 手 为 坐标 式 机 械 手 ，由机 械 手装 置
行 到设定位 置 １ ，Ｌ 后 Ｐ Ｃ控 制 横 轴 和 竖 轴 步 进 电机 ， 横
（ ） 同样 条 件 下 ， 部 空 心轴 的应 力 和变 形 以及 受 ２在 局 动 载 荷影 响程 度 介 于实 心轴 和整 体空 心 轴之 间 。 （ ） 有 考 虑 整 体 空 心 轴 和 局 部 空 心轴 的结 构 细 节 ３没 以及 实 际 加工 工 艺 对 强 度 和 刚度 的影 响 ， 旨在对 ｌ固 定 ｔ 式 矿 车车 轴 的 轻 型化 途 径进 行 探 讨 ，为 车 轴轻 型 化 实 用 设 计 奠定 前期 基 础 。
心轴 。
作者 简介 ： 文娟 （９ ３ ）女 ， 徐 １６ 一， 硕士 ， 教授 ， 主要从事教 学管理和机械
５ 结
论
矿设备设计 ［ ． 京 ： Ｍ］ 北 冶金工业出版社 ，９ ７ １７ ． ［ ３］ 成大先． 机械设计手册［ ． Ｍ］ 北京 ： 化学 工业 出版社 ，０ ３ ２ ０．
（ 编辑 毕 胜）
由上 述 分 析 结 果 可 知 ， 满 足 强 度 、 度 条 件 下 ， 在 刚 理
搬运机械手(毕业设计)答辩

搬运机械手(毕业设计)答辩

搬运机械手(毕业设计)答辩搬运机械手(毕业设计)答辩尊敬的评委：大家好！我是搬运机械手毕业设计的设计者，今天很高兴来到这里参加答辩。

本次毕业设计的题目是：搬运机械手的设计与实现。

现在，我将从设计背景、设计思路、设计流程、设计结果、存在的问题与改善方案以及结论等方面介绍我的毕业设计。

一、设计背景随着制造业发展的迅速，机器人搬运是提高生产效率和质量的必然趋势，在各种工业场所如汽车、电子、食品、印刷和医药等行业都有广泛应用。

目前机器人搬运技术市场上的机器人手臂都是由不同的电机驱动旋转关节，传统机器人手臂的构造复杂，体积较大，且价格高昂，显然不符合生产企业的实际需要。

因此，设计一款小型、低成本、高效率的搬运机械手成为必然趋势。

二、设计思路本文的搬运机械手主要由组成件构成：机械臂、手爪和控制器。

机械臂和手爪主要用于搬运物品，控制器负责控制整个机器人的动作。

机械臂：由五个旋转关节组成，每个旋转关节由一个步进电机驱动。

旋转关节间使用机械臂联轴器进行紧固拼接，联轴器具有连接两个轴线、传递扭矩和补偿轴向位移的功能。

机械臂可以做出复杂的运动，以完成不同的操作任务。

手爪：手爪放置在机器人的末端，手爪可以是夹式的，也可以是磁铁式的。

本文采用的是夹式的手爪，其夹爪可以通过电机控制开闭动作。

控制器：采用基于单片机的控制器设计，控制器的主要功能是接收外部控制信号，然后通过给定的控制算法计算出各电机的控制参数，以控制整个机器人的运动状态。

本设计采用的是Atmega328P单片机，可实现串口通信以及完整的IO口控制。

控制器直接控制电机运动，从而完成了机械臂的运动控制。

三、设计流程本设计流程分为五个部分：机械结构设计、手爪设计、电机驱动电路设计、控制部分设计和整机调试。

1. 机械结构设计机械臂由五个旋转关节以及长度可调的“小手”组成。

机械臂的长度、重量和运动范围对机械结构设计至关重要。

2. 手爪设计手爪的结构和精度决定了机器人在搬运和放置物品时的稳定性。

棒料搬运机械手设计

棒料搬运机械手设计

棒料搬运机械手设计棒料搬运机械手是一种在工业生产过程中广泛使用的机械手类型，它主要用于将金属棒料从一个地方移到另一个地方，以及对棒料进行定位和加工。

在现代工业生产中，棒料搬运机械手正在被越来越广泛地应用，可以说是不可缺少的重要设备之一。

那么，究竟什么是棒料搬运机械手呢？在本文中，我们将对其进行详细介绍和分析。

一、棒料搬运机械手的构成棒料搬运机械手的基本构成包括机械臂、控制系统、传感器以及终端工具等四个部分。

机械臂是机械手的主体，其结构类似于人的手臂，由多个关节组成，能够实现多种动作。

控制系统是机械手的大脑，它通过电子元器件控制机械臂的运动，并且接受来自传感器的反馈信息，以便及时调整机械臂的动作。

传感器是机械手的感官器官，它负责感知棒料的位置、形状和大小等信息，并将这些信息传输给控制系统。

终端工具是机械手的手部，用于抓取和放置棒料。

二、棒料搬运机械手的工作原理棒料搬运机械手的工作原理可以概括为：通过控制系统对机械臂的运动进行精确的控制，使其抓取到棒料并将其从一个位置移动到另一个位置。

机械手在执行任务时需要通过传感器获取到棒料的位置和形状等信息，然后通过控制系统对机械臂进行控制，使其能够准确地抓取到棒料，并将其移动到指定的位置。

在整个过程中，机械手需要对棒料进行定位和加工，并及时调整自身的动作，以使得工作顺利进行。

三、棒料搬运机械手的设计要点棒料搬运机械手的设计需要注意以下几个要点：1、结构设计：机械臂的结构必须能够满足棒料搬运的需要，同时还要具备足够的自由度和灵活性，以满足不同工作条件下的需求。

2、传感器选择：传感器需要选用高精度的产品，以确保机械手能够准确地感知到棒料的位置、形状和大小等信息，从而能够对其作出精确的控制。

3、控制系统设计：控制系统需要具备强大的计算能力和良好的实时性，以确保机械手能够在工作中做出及时的反应，并且能够快速地进行动作调整。

4、终端工具设计：终端工具需要具备足够的强度和稳定性，以确保机械手能够稳定地抓取和放置棒料，同时也需要灵活性，以适应不同形状和大小的棒料。

1、物料搬运机械手系统plc设计

1、物料搬运机械手系统plc设计

物料搬运机械手系统PLC 编程设计课程名称：可编程控制器原理及应用 任课教师：冯治国老师 班级：机制102班 学号： 姓名：一、设计题目及概述(一) 设计题目如图1所示为一简易物料搬运机械手的工艺流程图。

该机械手是一个水平/垂直位移的机械设备，其操作是将工件从左工作台搬运到右工作台，由光耦合器VLC 来检测工作台上有没有工件。

机械手通常位于原点，它的动作全部由气缸驱动，而气缸则由相应的电磁阀控制。

其中，上升/下降和左移/右移分别由双线圈二位电磁阀控制，放松/夹紧由一个单线圈二位电磁阀(称为夹紧电磁阀>控制。

成绩图1 简易物料搬运机械手(二)设计概述PLC控制系统的设计包括3个重要的环节，其一是通过控制任务的分析，确定控制系统的总体设计方案；其二是根据控制要求确定硬件构成方案；其三是设计出满足控制要求的应用程序。

二、对设计任务的深入调查研究(一)机械手的工作方式此系统需要具备多种工作方式，如既能自动的循环运行一个过程，也能进行手动操作运行一个工作步等。

常见的工作方式有联系、单周期、单步和手动。

1.单周期方式机械手在原位压左限位开关和上限位开关。

按一次操作按钮机械手开始下降，下降到左工位压动下限位开关后自停；接着机械手夹紧工件后开始上升，上升到原位压动上限位开关后自停；接着机械手开始右行直至压动右限位开关开关后自停；接着机械手下降，下降到右工位压动下限位开关<两个工位用一个下限位开关）后自停；接着机械手放松工件后开始上升直至压动上限位开关后自停<两个工位用一个上限位开关）；接着机械手开始左行直至压动左限位开关后自停。

至此一个周期的动作结束，再按一次操作按钮则开始下一个周期的运行。

2.连续方式启动后机械手反复运行上述每个周期的动作过程，即周期性连续运行。

3.单步方式每按一次操作按钮，机械手完成一个工作步。

例如，按一次操作按钮机械手开始下降，下降到左限位压动下限位开关自停，欲使之运行下一个工作步，必须再按一次操作按钮等。