机械手的模拟控制
课程设计
2017-2018 学年第一学期院系：__________工程技术学院_______________
班级：153801
学号：123820150046
姓名：林伟勇
指导教师：卢明阳
日期：2017年11月16日
目录
一绪论 (1)
1.1 课题研究目的及意义 (1)
1.2 国内外机械手研究概况 (1)
1.3 课题研究的内容 (2)
二机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介 (3)
2.1 可编程序控制器简介 (3)
2.2 PLC的结构 (3)
2.3 PLC的特点 (4)
2.4 PLC的主要功能 (5)
三机械手模型控制系统的设计 (5)
3.1 PLC程序设计 (5)
3.2 I/O点数的确定及PLC类型的选择 (5)
3.3PLC的I/O分配 (6)
3.4 编程指令的选择 (6)
3.5 PLC程序的设计 (6)
3.6 PLC程序的调试 (7)
3.7 PLC控制的安装与布线 (7)
3.8 机械手控制程序的调试 (8)
四、程序流程图 (9)
五、梯形图 (12)
六结束语 (14)
参考文献 (15)
一绪论
1.1 课题研究目的及意义
机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。
可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一[1]。
由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。机械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少。本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化控制的。通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。
MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域中有着广泛的应用[2]。本设计通过MCGS组态软件对机械手进行监控，将机械手的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。
1.2 国内外机械手研究概况
机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的发展，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。目前，正式投入使用的绝大部分机械手属于第一代机械手，即程序控制机械手。这代机械手基本上采用点位控制系统，没有感觉外界环境信息的感觉器官，主要用于焊接、喷漆和上下料。第二代机械手具有感觉器官，仍然以程序控制为基础，但可以根据外界环境信息对控制程序进行校正。这代机械手通常采用接触传感器一类
的简单传感装置和相应的适应性算法。现在，第三代机械手正在第一、第二代机械手的基础上蓬勃发展起来，它是能感知外界环境与对象物，并具有对复杂信息进行准确处理，对自己行为做出自主决策能力的智能化机械手。它能识别景物，具有触觉、视觉、力觉、听觉、味觉等多种感觉，能实现搜索、追踪、辨色识图等多种仿生动作，具有专家知识、语音功能和自学能力等人工智能[3]。
目前机械手技术有了新的发展：出现了仿人型机械手、微型机械手和微操作系统（如细小工业管道机械手移动探测系统、微型飞行器等）、机械手化机器、智能机械手（不仅可以进行事先设定的动作，还可按照工作状况相应地进行动作，如回避障碍物的移动，作业顺序的规划，有效的动态学习等）。机械手的应用领域正在向非制造业和服务业方向扩展，并且蓬勃发展的军用机械手也将越来越多地装备部队[4][5]。
国外方面：近几年国外工业机械手领域有如下几个发展趋势。机械手性能不断提高，而单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展；传感器作用日益重要；虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。
国内方面：目前在一些机种方面，如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手（水下、爬壁、管道、遥控等机械手）基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。从技术方面来说，我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基础[6]。
1.3 课题研究的内容
本课题主要研究的是基于PLC的机械手模型控制系统的设计，包括硬件的设计和软件的设计。通过设计编制PLC程序实现机械手模型控制系统的自动控制。利用组态软件MCGS设计出人机界面，进行设备和数据对象的连接，实现动画连接，实现机械手的监控。通过MCGS将机械手的动作过程进行动画演示，使机械手的动作形象化。提供较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。
二机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介
2.1 可编程序控制器简介
可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC或PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适应复杂的控制任务。
2.2 PLC的结构
PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。PLC 的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成[9]。其结构简图如下：
图2-1 PLC硬件结构图
PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由PLC厂家提供，用于控制PLC 本身的运行，系统程序固化在EPROM中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的。
2.3 PLC的特点
可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。国内外现有的机械手系统，它们的控制形式大都采用可编程序控制器控制，特别是在智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。其主要原因是因为PLC具有以下优点：
1、灵活、通用
在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电器控制系统的话，那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，浪费了大量的人力、物力和时间。而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通用性。
2、可靠性高、抗干扰能力强
对于机械手系统来说，可靠性、抗干扰能力是非常重要的指标，如何能在各种工作环境和条件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制系统必须考虑的问题。现代PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠性程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证PLC能在恶劣的工业环境可靠的工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施，使其可以适应恶劣的工业应用环境。
3、操作方便、维修容易
PLC采用电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程，使用户十分方便的读懂程序和编写、修改程序。对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识。工程师编好的程序十分清晰直观，只要写好操作说明书，操作人员经短期的学习就可以使用。
4、功能强
现代PLC不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成A/D、D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可控制开关量，又可控制模拟量；既可控制一个机械手，又可控制一个机械手群；既可控制简单系统，又可控制复杂系统；既可现场控制，又可远程控制。
5、体积小、重量轻和易于实现机电一体化
由于PLC采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且PLC
是为工业控制设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备[10]。
同样，可编程序控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片机控制，其开发潜力要差于单片机，并且通用性不好，不同厂家的可编程序控制器以及其附属单元都是固定专用等等。
2.4 PLC的主要功能
PLC是一种应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。
PLC系统主要有以下功能：
1)多种控制功能；
2)数据采集、存储与处理功能；
3)通信联网功能；
4)输入、输出接口调理功能；
5)人机界面功能；
6)编程、调试功能。
PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。PLC产品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需求[11]。
三机械手模型控制系统的设计
3.1 PLC程序设计
3.2 I/O点数的确定及PLC类型的选择
本次设计使用的是THWJX-1型机械手实物教学实验装置。本装置需采用晶体管输出型可编程控制器，可同时输出两路脉冲到步进电机驱动器，控制步进电机运行。由于机械手系统的输入/输出点少，要求电气控制部分体积小，成本低，并能够用计算机对PLC进行监控和管理，该机械手的控制为纯开关量控制，且I/O点数不多，仅需11个输入点和9个输出点，考虑留有一定的裕量。故选用日本三菱公司生产的多功能小型FX1N-24MT-D主
机，该机输入点为14个，输出点为10个[15]。
3.3PLC的I/O分配
根据机械手动作的要求及机械手实物教学实验装置说明指导，输入、输出点分配如表3-5所示。
表3-5PLC的I/O分配表
3.4 编程指令的选择
方案一：使用起保停电路的编程方式。用辅助继电器代表步，仅仅使用与触电和线圈有关的指令。编出程序规范，具有易于阅读和容易查错的优点，但因为存在大量的自保持触点，使程序代码较长。
方案二：采用以转换为中心的编程方式。这种编程方式与转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系，用它编制复杂的顺序功能图的梯形图时，会有很大帮助。
方案三：采用STL指令的编程方式。STL指令（步进梯形指令）是三菱厂家设计的专门用于顺序控制的指令，使用该指令可以使编制顺序控制程序更加方便，而且易于调试和维护，且代码较短。
经论证本次设计采用的编程方式选用方案三。
3.5 PLC程序的设计
程序流程图见附录1、顺序功能图见附录2、梯形图见附录3、指令表见附录4。
3.6 PLC程序的调试
由于PLC是专门为工业生产环境设计的控制装置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工业环境中使用。但环境过于恶劣、电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，都将不能保证PLC正常、安全、可靠的运行。因此，讨论PLC设计调试就具有十分重要的意义。
3.7 PLC控制的安装与布线
1、输入接线
（1）输入接线一般不要超过30m。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。
（2）输入、输出线不能用同一根电缆，输入、输出线要分开。
（3）利用普通二极管恰当的串接在PLC输入回路中，防止信号干扰，使PLC输入信号大大增强。
2、电源接线
电源是PLC引入干扰的主要途径之一，PLC应尽可能取用电压波动较小、波形畸变较小的电源，这对提高PLC的可靠性有很大帮助。PLC的供电线路应与其他大功率用电设备或强干扰设备（如高频炉、弧焊机等）分开。为了提高整个系统的抗干扰能力，可编程序控制器供电回路一般可采用隔离变压器、交流稳压器、晶体管开关电源等。我们正是用了隔离变压器和交流稳压器来抗干扰。隔离变压器是初级和次级之间采用隔离屏蔽层，用漆包线或同等非导磁材料组成，电器回路上不允许短路，两极各引出一个接地抽头。初级与次级之间的静电屏蔽要联结到零点位，接地抽头配电容耦合最后引出到接地点。在选用交流稳压器时，一般可按照实际最大需求容量的130%计算。这样可以保证稳压特性又有助于稳压器工作可靠[16]。
PLC供电电源为50Hz、220V 10%的交流电。由于本设计使用的是FX1N系列可编程控制器，所以有直流24V输出接线端。该接线端可为输入及传感器（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。
3、接地
正确选择接地点，完善接地系统接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶
然发生的电压冲击危害。所以我们给可编程控制器接上了专用接地线。
3.8 机械手控制程序的调试
在程序调试过程中出现了一系列的问题，但最终都一一解决了。在使用STL指令编程时，刚开始由于对STL指令掌握的不是很好，所以犯了不少错误，加上机械手模型装置本身存在的一些问题，所以在调试程序时，机械手动作不符合控制要求。经过不断查阅资料，研究、改进，最终程序调试成功。机械手运行良好，动作正确、符合控制要求。
四、程序流程图
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五、梯形图
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六结束语
在本次课题设计中，机械手模型控制系统采用PLC进行控制，大大提高了该系统的自动化程度，减少了大量的中间继电器、时间继电器和硬件接线，提高了控制系统的可靠性。同时，使用PLC进行控制可方便更改生产流程，增强控制功能。通过本次设计，可以根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数，实现机械手控制系统的不同工作需求，机械手控制系统具有了很大的灵活性和可操作性。
利用组态软件MCGS对机械手控制系统进行监控，可以以最少的人员配置来加强对机械手的管理，提供较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，进而为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。MCGS是一种比较新颖的软件，将MCGS 应用于机械手的自动控制对我来说是一次新的体验。
本文中介绍的机械手模型控制系统对于教学有很好的辅助作用。机械手控制技术是一项综合型的技术，机械手控制系统又是一个复杂的随机系统，本次设计的机械手模型控制系统与真正的机械手控制系统之间还有很大的差距。由于对组态软件MCGS掌握的不熟练，软件的一些功能没有能应用到监控系统中。另外，本文中的机械手模型控制系统比较简单，还需要不断改进和加强。
参考文献
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物料分拣机械手自动化控制系统设计 摘要 机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可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，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 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，提出了用气动驱动和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。对物料分拣机械手的整体结构、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气动驱动，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。 关键词:机械手；可编程控制器；自动化控制；物料分拣
目录 第一章前言 (1) 1.1研究的目的及意义 (1) 1.2主要研究的内容 (1) 第二章控制系统的组成结构和性能要求 (2) 2.1控制系统的组成结构 (2) 2.2控制系统的性能要求 (2) 第三章传感器的选择 (4) 第四章控制系统PLC的选型及控制原理 (6) 4.1 PLC控制系统设计的基本原则 (6) 4.2 PLC种类及型号选择 (10) 4.3 I/O点数分配 (10) 4.4 PLC外部接线图 (11) 4.5机械手控制原理 (12) 第五章 PLC程序设计 (14) 5.1总体程序框图 (14) 5.2初始化及报警程序 (15) 5.3手动控制程序 (16) 5.4自动控制程序 (16) 第六章总结与展望 (19) 参考文献 (20) 谢辞 (21)
自动化专业综合设计报告 设计题目：机械手的模拟控制 所在实验室：PLC实验室 指导教师：由枫秋 学生姓名韩璐 班级文自082-1 学号200890517106 撰写时间：2012-03-1 成绩评定：
一、设计目的 用PLC设计机械手的模拟控制。 二、设计要求 有一机械手，有手动操作和自动操作两种方式，其控制要求如下： （1）按动启动按钮后，传送带A运行直到光电开关PS检测到有工件时传送带A 才停止。 （2）当光电开关PS检测到工件时，机械手臂先下降，下降到位后机械手夹紧工件，2S后开始上升，而机械手臂保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位后机械手松开，2S后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运行，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到光电开关PS检测到有工件时传送带A才停止……循环。 （3）手动操作，每个动作均能单独操作，用于将机械手复归至原点。 （4）自动停止时有两种情况，一种是停在当前位置，当下一次启动时从当前位置继续进行，另一种是按下停止按钮时，不马上停止而是一个周期结束后停在原点位置。 三、设计内容 1、输入输出分配表 机械手的输入信号主要有启动开关、停止开关、检测信号PS、上升限位开关、下降限位开关、左转限位开关、右转限位开关、手动下降开关、手动上升开关、手动左转开关、手动右转开关共十个输入信号，机械手中各个输入按钮和限位开关在PLC 控制中对应的端口号如表1所示 机械手的输出信号主要有传送带A运行、传送带B运行、机械手下降、机械手上升、机械手左转、机械手右转、机械手夹紧共七个输出信号，机械手各输出信号在PLC 控制中对应的端口号如表2所示
实验报告 （理工类） 课程名称: 机器人创新实验 课程代码: 6003199 学院(直属系): 机械学院机械设计制造系 年级/专业/班: 2010级机制3班 学生姓名: 学号: 实验总成绩: 任课教师: 李炜 开课学院: 机械工程与自动化学院 实验中心名称: 机械工程基础实验中心
一、设计题目 工业机器人设计及仿真分析 二、成员分工：（5分） 三、设计方案：（整个系统工作原理和设计）（20分） 1、功能分析 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 本次我们小组所设计的工业机器人主要用来完成以下任务： （1）、完成工业生产上主要焊接任务； （2）、能够在上产中完成油漆、染料等喷涂工作； （3）、完成加工工件的夹持、送料与转位任务； （5）、对复杂的曲线曲面类零件加工；（机械手式数控加工机床，如英国DELCAM公司所提供的风力发电机叶片加工方案，起辅助软体为powermill，本身为DELCAM公司出品）
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。
百度文库- 让每个人平等地提升自我 0前言 / 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到 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。因为，它能大大地 改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单 位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的 场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受 到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开 发物料搬运机械手，采用的德 结束语 目录 0前言 0 1 课程设计的任务和要求 ...................................................................... 1 课程设计的任务 ............................................................................ 1 课程设计的基本要求 (3) 2总体设计 (3) PLC 的选型 端子分配图 3 PLC 程序设计 设计思想... 顺序功能图 4程序调试说明 参考文献
国西门子S7-200系列PLC对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。我们利用可编 程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。 机电传动以及控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。单就机电而言，它的发展大体上经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。所谓成组拖动，就是一台电动机拖动一根天轴，再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械，这种生产方式效率低，劳动条件差，一旦电动机放生故障，将造成成组机械的停车；所谓但电动机的拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机械，它虽然较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运动部件较多时，机械传动机构复杂；多电动机拖动，即是一台生产机械的每一个运功部件分别由一台电动机拖动，这种拖动的方式不仅大大的简化了生产 机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件。 、1课程设计的任务和要求 课程设计的任务 1）示教机械手控制系统设计 2）示教机械手系统示意图如下图所示
压力加工设备控制系统设计 实训报告 （机械手动作的模拟） 学院：机械工程学院 专业：机械设计与制造及其自动化 班级：机械1002班 学号：101201210 姓名：李保琳 同组学生：吉灵龙、刘伟峰、孙武亮 洪敏、黄鹏、黄橙、沈斌 扬州大学机械工程学院 2013年12月30日
实训课题机械手动作的模拟 一、实训目的 用数据移位指令来实现机械手动作的模拟。 二、实训设备（包括实验面板图） 1、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机一台 2、PC/PPI编程电缆一根 3、锁紧导线若干 三、输入/输出接线端口分配表
电气接线图： 四、控制动作分析 图中为一个将工件由A 处传送到B 处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为： 原位 → 下降 → 夹紧 →上升 → 右移 ↑ ↓ 左移 ← 上升 ← 放松 ← 下降 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 I0.1 I0.0 I0.2 I0.3 I0.4 L2 L1 M1 YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 HL SD SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 V+ COM V C V C S7-200 CN PLC 机械手
P L C机械手动作的模拟集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
目录 一、摘要 (1) 二、控制要求 (2) 三、控制原理介绍及图示 (3) 1、机械手动作的模拟实验面板图 (3) 2、输入/输出接线列表 (3) 3、控制过程 (3) 四、控制方案 (5) 1、工作过程分析 (5) 2、梯形图 (6) 五、运行调试 (9) 六、小结 (10)
七、参考文献 (11)
一、摘要 随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及。 机械手：mechanicalhand，也被称为自动手，autohand 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，可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。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。 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
实训四机械手的模拟控制 一、实验目的 用PLC构成机械手控制系统 二、实验内容 1. 控制要求 按起动后，传送带A运行直到按一下光电开关才停止，同时机械手下降。下降到位后机械手夹紧物体，2s后开始上升，而机械手保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位机械手松开，2s后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运转，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到按一下光电开关才停止……循环 2. I/O分配 输入输出 启动按钮：X0 左转限位SQ3：X3 上升YV1：Y1 加紧YV5：Y5 停止按钮：X5 右转限位SQ4：X4 下降YV2：Y2 传送带A：Y6 上升限位SQ1：X1 光电开关PS：X6 左转YV3：Y3 传送带B：Y7 下降限位SQ2：X2 右转YV4：Y4 3.用梯形图设计程序。 4.调试并运行程序 5.将调试运行正常的梯形图写入实验报告。 （实验报告包括：1、实验目的2、控制要求3、I/O口分配4、梯形图5、实验结果） 实训四机械手的模拟控制 一、实验目的 用PLC构成机械手控制系统 二、实验内容 1. 控制要求 按起动后，传送带A运行直到按一下光电开关才停止，同时机械手下降。下降到位后机械手夹紧物体，2s后开始上升，而机械手保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位机械手松开，2s后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运转，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到按一下光电开关才停止……循环 2.I/O分配 输入输出 启动按钮：X0 左转限位SQ3：X3 上升YV1：Y1 加紧YV5：Y5 停止按钮：X5 右转限位SQ4：X4 下降YV2：Y2 传送带A：Y6 上升限位SQ1：X1 光电开关PS：X6 左转YV3：Y3 传送带B：Y7 下降限位SQ2：X2 右转YV4：Y4 3.用梯形图设计程序。 4.调试并运行程序 5.将调试运行正常的梯形图写入实验报告。 （实验报告包括：1、实验目的2、控制要求3、I/O口分配4、梯形图5、实验结果）
机械手控制系统设计 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。 本次设计根据课题的控制要求,确定了搬运机械手的控制方案,设计控制系统的电气原理图，对控制系统进行硬件和软件选型,完成PLC（可编程控制器）用户程序的设计。设计中使用了德国西门子公司生产的S7-200系列的CPU 226。该系列PLC具有功能强大，编程方便，故障率低，性价比高等多种优点。机械手的开关量信号直接输入PLC，使用CPU 226来完成全部的控制功能，包括：手动/自动控制切换，循环次数设定，状态指示，手动完全操控等功能。机械手完成下降、伸出、加紧工件、上升、右旋、再下降、放松工件、缩回、放松、左旋十个动作。通过模拟调试，有序的控制物料从生产流水线上安全搬离，提高搬运工作的准确性、安全性，实现一套完整的柔性生产线，使制造过程变的更有效率。 通过本次毕业设计，对PLC控制系统的设计建立基本的思想：能提出自己的应用心得；可巩固、深化前续所学的大部分基础理论和专业知识，进一步培养和训练分析问题和解决问题的能力，进一步提高自己的设计、绘图、查阅手册、应用软件以及实际操作的能力，从而最终得到相关岗位和岗位群中关键能力和基本能力的训练。 关键词：机械手；PLC（可编程控制器）；CPU；梯形图
II The Design of Manipulator Control System ABSTRACT In industrial manufacturing and other fields, due to the demand of work, many workers are compelled to expose in harmful circumstance like high temperature, corrosion, toxic gases harm and so on, that increased labor intensity, even imperial their lives. However, since the manipulator came out, many knotty problems are smoothly solved. The design requirements under the control of the subject to determine the handling robot control program, designed control system electrical schematic diagram, the control system hardware and software selection, complete the design of the user program in the PLC (programmable controller). Design used in the German company Siemens S7-200 series CPU 226. The series PLC with powerful, easy programming and low failure rate, and cost advantages. Robot switch signal input to the PLC, the CPU 226 to complete all the control functions, including: manual / automatic control switch, set the number of cycles, status indicator, manual complete control and other functions. the production line on the safe move out, so that the manufacturing process becomes more efficient. The graduation project, the design of PLC control system to establish the basic idea: to make their own application experience; can strengthen and deepen the most of the former continued the basic theory and professional knowledge, further training and training to analyze and solve problems the ability to further improve their design, drafting, inspection manuals, application software, as well as the actual ability to operate, and ultimately related jobs and job base in key skills and basic skills training. Key Words: Manipulator;PLC;CPU;Ladder-diagram
机械手动作的模拟 控制要求 图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为： 机械手动作的模拟实验面板图： 此面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。 输入/输出接线列表] 工作过程分析： 当机械手处于原位时，上升限位开关I0.2、左限位开关I0.4均处于接通（“1”状态），移位寄存器数据输入端接通，使M10.0置“1”，Q0.5线圈接通，原位指示灯亮。 按下启动按钮，SB1置“1”，产生移位信号，M10.0的“1”态移至M101，下降阀输出继电器I0.0接通，执行下降动作，由于上升限位开关U0.2断开，M10.0置“0”，原位指示灯灭。 当下降到位时，下限位开关SQ1接通，产生移位信号，M10.0的“0”态移位到M10.1，下降阀Q0.0断开，机械手停止下降，M10.1的“1”态移到M10.2，M20.0线圈接通，M20.0
动合触点闭合，夹紧电磁阀Q0.1接通，执行夹紧动作，同时启动定时器T37，延时1.7秒。 机械手夹紧工件后，T0动合触点接通，产生移位信号，使M10.3置“1”，“0”态移位至M102.，上升电磁阀YQ0.2接通，I0.1断开，执行上升动作。由于使用S指令，M20.0线圈具有自保持功能，Q0.1保持接通，机械手继续夹紧工件。 当上升到位时，上限位开关I0.2接通，产生移位信号，“0”态移位至M10.3，Q0.2线圈断开，不再上升，同时移位信号使M10.4置“1”，Q0.4断开，右移阀继电器Q0.3接通，执行右移动作。 待移至右限位开关动作位置，I0.3动合触点接通，产生移位信号，使M10.3的“0”态移位到M10.4，Q0.3线圈断开，停止右移，同时M10.4的“1”态已移到M10.5，Q0.0线圈再次接通，执行下降动作。 当下降到使I0.1动合触点接通位置，产生移位信号，“0”态移至M10.5，“1”态移至M10.6，Q0.0线圈断开，停止下降，R指令使M20.0复位，Q0.1线圈断开，机械手松开工件；同时T38启动延时1.5秒，T1动合触点接通，产生移位信号，使M10.6变为“0”态，M10.7为“1”态，Q0.2线圈再度接通，I0.1断开，机械手又上升，行至上限位置，I0.2触点接通，M10.7变为“0”态，M11.2为“1”态，I0.2线圈断开，停止上升，Y004线圈接通，X003断开，左移。 到达左限位开关位置，X004触点接通，M11.2变为“0”态，M11.3为“1”态，移位寄存器全部复位，Q0.4线圈断开，机械手回到原位，由于I0.2、I0.4均接通，M10.0又被置“1”，完成一个工作周期。 再次按下启动按钮，将重复上述动作。
机械手电气控制系统设计
目录 一、机械手设计任务书 (1) 1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 (2) 1.电器元件目录表 (2) 2.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 (7) 4.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。 2.3编制设计，使用说明书，设计小结，列出设计参数资料目录。
机械手控制系统 一、工程分析 1.工程框架： 用户窗口：机械手控制系统 定时器构件的使用 策略组：启动策略、退出策略、循环策略 2.数据对象： 整型：S、R、J、SB、UP、X、DOWN、ZUO、YOU 实型：JD、JIA、I、Y1、X1、S0 3.图形制作： 机械手控制系统窗口，机械手及其台架及工件，启动和复位按钮，上移、下移、左移、右移、启动、复位指示灯。 4.流程控制： ①按启动按钮后，机械手下移5S——夹紧2S——上升5S——右移10S——下移5S——放松2S——上移5S——左移10S，最后回到原始位置，自动循环。 ②松开启动按钮，机械手停在当前位置。 ③按下复位按钮后，机械手在完成本次操作后，回到原始位置，然后停止。 ④松开复位按钮，退出复位状态。 二、建立工程 1.鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，工程名为：“机械手控制系统” 2.选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。 3.在文件名一栏内输入“机械手控制系统”，点击“保存”按钮，工程创建完毕 三、制作工程画面 1.建立画面 ①在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。 ②选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。 ③将窗口名称改为：水位控制；窗口标题改为：机械手控制；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”。 ④在“用户窗口”中，选中“水位控制”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动
窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。如 2.编辑画面 选中“水位控制”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。 3.制作文字框图 ①单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。 ②选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。 ③在光标闪烁位置输入文字“机械手控制系统”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，文字输入完毕。 ④如果需要修改输入文字，则单击已输入的文字，然后敲回车键就可以进行编辑，也可以单击鼠标右键，弹出下拉菜单，选择“改字符”。 4.图形的绘制 ①画地平线：单击绘图工具箱中“画线”工具按钮，挪动鼠标光标，此时呈“十字”形，在窗口适当位置按住鼠标左键并拖曳出一条一定长度的直线。单击“线色”按钮选择：黑色。单击“线型”按钮，选择合适的线型。调整线的位置（按住鼠标拖动）。调整线的长短。调整线的角度。线的删除与文字删除相同。单击“保存”按钮。 ②画矩形：单击绘图工具箱中的“矩形”工具按钮，挪动鼠标光标，此时呈“十字”形。在窗口适当位置按住鼠标左键并拖曳出一个一定大小的矩形。单击窗口上方工具栏中的“填充色”按钮，选择：蓝色。单击“线色”按钮，选择：没有边线。调整位置。调整大小。单击窗口其他任何一个空白地方，结束第1个矩形的编辑。依次画出机械手画面9个矩形部分。单击“保存”按钮。 5.构件的选取 ①画指示灯：需要启动、复位、上、下、左、右、夹紧、放松8个指示灯显示机械手的工作状态。 ②画按钮：单击画图工具箱的“标准按钮”工具，在画图中画出一定大小的按钮。调整其大小和位置。 ③机械手的绘制. ④画机械手左侧和下方的滑杆。 四、定义数据对象 定义数据对象的内容主要包括：
机械手的模拟控制 图7-29为传送工件的某机械手的工作示意图，其任务是将工件从传送带A 搬运到传送带B。 1.控制要求 按起动按钮后，传送带A运行直到光电开关PS检测到物体，才停止，同时机械手下降。下降到位后机械手夹紧物体，2s后开始上升，而机械手保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位机械手松开，2s后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运行，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到光电开关PS再次检测到物体，才停止……循环。 机械手的上升、下降和左转、右转的执行，分别由双线圈二位电磁阀控制汽缸的运动控制。当下降电磁阀通电，机械手下降，若下降电磁阀断电，机械手停止下降，保持现有的动作状态。当上升电磁阀通电时，机械手上升。同样左转/右转也是由对应的电磁阀控制。夹紧/放松则是由单线圈的二位电磁阀控制汽缸的运动来实现，线圈通电时执行夹紧动作，断电时执行放松动作。并且要求只有当机械手处于上限位时才能进行左/右移动，因此在左右转动时用上限条件作为联锁保护。由于上下运动，左右转动采用双线圈两位电磁阀控制，两个线圈不能同时通电，因此在上/下、左/右运动的电路中须设置互锁环节。 为了保证机械手动作准确，机械手上安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，分别对机械手进行下降、上升、左转、右转等动作的限位，并给出动作到位的信号。光电开关PS负责检测传送带A上的工件是否到位，到位后机械手开始动作。 2. I/O分配 输入输出 起动按钮： I0.0 上升YV1：Q0.1 停止按钮： I0.5 下降YV2：Q0.2 上升限位SQ1：I0.1 左转YV3：Q0.3 下降限位SQ2：I0.2 右转YV4：Q0.4 左转限位SQ3：I0.3 夹紧YV5：Q0.5 右转限位SQ4：I0.4 传送带A：Q0.6 光电开关 PS： I0.6 传送带B：Q0.7
设计报告应包括以下几点: PLC 课程设计课题舞台灯光的模拟及机械 手的模拟控制工程设计 院系电子信息工程学院专业电气自动化（船舶电气）班级电气095 姓名 学号 完成日期2011年9月25日指导教师 实训地点
论文概述： 可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：a、电源； b. 中央处理单元(CPU)； c、存储器； d、输入输出接口电路； e、功能模块; f、通信模块。 PLC作为一种特殊形式的计算机控制装置, 比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性．在自动化领域有着广泛的应用，而本文所介绍的舞台灯光和机械手程序，就是其中典型的代表。 课题一：舞台灯光的模拟控制 一、课程设计目的与要求： 随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC在工业控制领域内得到十分广泛地应用。从单机自动化到整条生产线的自动化，乃至整个工厂的生产自动化；从柔性制造系统、工业机器人到分散式网络化控制系统，PLC都承担着及其重要的角色。从应用的角度来说，学习PLC技术不仅要靠掌握系统配置和编制程序的方法，更需要通过具体的编程操作实践训练，系统集成（PLC外部接线、输入信号处理、输出控制对象、功能模块组装）实训，系统的调试、纠错和运行等实践环节，才能不断加深对PLC指令功能及特点的理解和认识，掌握编程方法，提高编程技巧，真正具备PLC技术的综合应用和设计能力。 二、设计内容及控制要求（流程图及文字说明） （1）本实验是用PLC构成舞台灯光控制系统，按启动按钮，按以下规律显示： 1--2--3—4—5—6—7—8—9—10-11-12-13-14-15-16-15-......-1-12-123-1234 -......至全亮间隔1S闪烁3次,78-6789-5678910-全亮闪烁3次,1-13-135-......至奇数灯全亮，2-24-246......至偶数灯全亮，116-215-314- (78) 78-69-510-……-116 如此循环。 以上闪烁以间隔一秒为准。 按下停止按钮，程序马 上停止运行。 （2）舞台灯光的 模拟实验面板图
河北工程大学 课程设计指导说明书 课程题目: 机械手及控制系统设计 专业: 机械设计制造及其自动化—机电方向班级: 机制11班 姓名: 唐科 学号 8 指导老师: 杨玉敏
目录 第一章绪论 题目要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3题目概况。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3气动机械手。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3气动机械手的发展趋势。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3课题的现实意义。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 第二章气动机械手的操作要求及功能 机械手移动动作示意图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5机械手操作面板图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5机械手的输入\输出信号定义图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6机械手顺序动作的要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 第三章机械部分设计 气动搬运机械手的结构。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8机械手的主要部件及运动。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8驱动机构的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9机械手的技术参数列表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9气动回路的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9末端执行器的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10升降手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12平移手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14 第四章机械手控制设计 PLC的简介。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 PLC的应用领域。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 PLC的系统组成。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 PLC的定义及选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17机械手传送系统输入点和输出点分配表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17 原理接线图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。18 控制程序流程图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19机械手控制软件设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 21控制系统程序。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21 手动单步操作程序。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21 机械手系统梯形图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23 语句表程序设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24 第五章课程设计总结
目录 1．简介22 1.1课题概况22 1.2设计要求22 1.3设计内容22 2．系统总体方案设计33 2.1总体方案选择说明33 2.2控制方式选择33 2.3操作界面设计（其它图见附录）44 3.PLC控制系统的硬件设计44 3.1 PLC的选型44 3.2 I/O点数的估算55 3.3 I/O分配表55 3.4电气原理图设计55 3.5电气元件明细表55 4. PLC控制系统程序设计66 4.1 状态分配表66 4.2 机械手控制程序顺序功能图(或流程图)设计66 4.3 控制程序设计思路66 5．系统调试及结果分析1111 5.1 系统梯形图1111 5.2 结果分析1515 5.3调试过程中问题及解决方法1515 6．系统的使用说明书1515 7．课程设计体会1616 8．参考文献1616 9．附录1717
1．简介 1.1课题概况 一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成，当某个电磁阀线圈通电，就一致保持现有的机械动作，如果线圈断电则停止机械动作。例如下降的电磁阀通电，机械手下降，如线圈断电，则停止现有的下降动作，直到通电后继续下降；当此电磁阀相反方向的线圈通电时则进行上升的机械动作。另外夹紧/放松有单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行加紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，启动按钮SB1、停止按钮SB2,SA1为单次工作和循环工作的选择开关，SA2为手动工作和自动工作选择开关。启动按钮SB1按下后开始工作，有八个动作，如下所示： 原位→下降→夹紧→上升→右移 ↑↓ 左移←上升←放松←下降 1.2设计要求 (1)初始状态：机械手运行前，处于原位状态。 (2)由SA2开关选择自动或手动工作。自动工作有单次循环工作和重复循环工作两种流程；手动工作状态时，按下启动按钮，只能单步运行：按下启动按钮则运行一步，下一步运行需要再按一次启动按钮。 (3)启动操作：按下启动按钮SB1，机械手按如表所示的工作流程运行。 (4)停止工作：按下停止按钮SB2后，立即停止运行，按下启动按钮SB1又能继续运行。 1.3设计内容 该机械手分为自动工作与手动工作： 一、自动工作： (1)单次循环：按下启动按钮→下降（YV1）→下降到位，夹紧（YV2）延时4s→上升（YV3）→上升到位，右移（YV4）→右移到位，下降（YV1）→下降到位，放松延时3s→上升（YV3）→上升到位，左移（YV5）→左移，到达原位→停止工作 (2)重复循环：按下启动按钮→下降（YV1）→下降到位，夹紧（YV2）延时4s→上升（YV3）→上升到位，右移（YV4）→右移到位，下降（YV1）→下降到位，放松延时3s→上升（YV3）→上升到位，左移（YV5）→左移，到达原位 按以上步骤循环三次。 二、手动工作： 单步运行：按下启动按钮→下降（YV1）到位停止→按下启动按钮→夹紧(YV2)延时2s→按下启动按钮→上升（YV3）到位停止→按下启动按钮（以此类推）……
PLC 控制机械手设计与模拟调试 设计任务和要求如下: 1、任务：机械原点高在可动部分左上方，即压下左限开关和上限开关。并且工作钳处于放松状态；上升、下降和左、右移动由电磁阀驱动气缸来实现的；当工件处于工作台B 上方准备下放时，为确保安全，用光电开关检测工作台B 有无工件，只在无工件时才发出下放信号；机械手工作循环为：启动---->下降---->夹紧--→上升---->右行---->下降---->放松---->上升---->左行---->原点。 2、要求： （1） 电气原理图设计，工作方式设置为自动循环和点动两种。 （2） PLC 梯形图设计，工作方式设置为自动循环、点动、单周循环和步进四种。 （3） 有必要的电气保护和联锁。 （4） 自动循环时应按上述顺序动作。 启动---->下降---->夹紧--→上升---->右行---->下降---->放松---->上升---->左行 ---->原点。 夹紧 放松 SQ5 x5SQ6 x6 机械手运行模拟图
I/O 接线图 左行 右行上升放松/夹紧下降自动起动 停止 手动单步单周回原点连续回原点起动手动上升手动下降手动左移手动右移手动放松手动夹紧左限位右上限位右下限位右限位左上限位左下限位
I/O分配表
梯形图
(1)回原点方式 按住X21，按一下X25→ Y0断电，停止下降；Y2通电，上升；→上升到位即压下X5→Y3断电，停止右移；Y4通电，左移→左移到位即压下X6 →停止。 (2)手动方式 按住X20，原位（按X2、X6），①按X14→ Y0通电，下降→下降到位即压下X1→Y0断电，停止下降；松开X14，②按X10→Y1通电，夹紧；松开X10，③按X15 → Y2通电，上升（Y1保持通电，保持夹紧）→上升到位即压下X2→Y2断电，停止上升；松开X15，④按X12→ Y3通电，右移（Y1保持通电，保持夹紧）→右移到位即压下X3→松开X12，B处无工件，即按下X0，⑤按X14→ Y0通电，下降→下降到位即压下X4→Y0断电，停止下降；松开X14，⑥按X11→Y1断电，放松；松开X11，⑦按X15 → Y2通电，上升→上升到位即压下X5→Y2断电，停止上升；松开X15，⑧按X13→ Y4通电，左移→左移到位即压下X6→Y4断电，停止。 (3)单步方式 按住X22，原位（按X2、X6），按一下X26→Y0通电，下降→下降到位即压下X1→Y0断电，停止下降；→按一下X26→Y1通电，夹紧→延时1秒→按一下X26→Y2通电，上升→上升到位即压下X2→Y2断电，停止上升；→按一下X26→Y3通电，右移→右移到位即压下X3→Y3断电，停止右移→按一下X26→Y0通电，下降→下降到位即压下X4→Y0断电，停止下降→按一下X26→Y1复位，放松→延时1秒→按一下X26→Y2通电，上升→上升到位即压下X5→Y2断电，停止上升→按一下X26→Y4通电，左移→左移到位即压下X6→停止。 (4)单周方式 按住X23，按一下X26→Y0通电，下降→下降到位即压下X1→Y0断电，停止下降；→Y1通电，夹紧→延时1秒→Y2通电，上升→上升到位即压下X2→Y2断电，停止上升；→Y3通电，右移→右移到位即压下X3→Y3断电，停止右移→B处无工件，即按下X0，Y0通电，下降→下降到位即压下X4→Y0断电，停止下降→Y1复位，放松→延时1秒→Y2通电，上升→上升到位即压下X5→Y2断电，停止上升→Y4通电，左移→左移到位即压下X6→停止。（一周） (5)自动方式 按住X24，按一下X26→Y0通电，下降→下降到位即压下X1→Y0断电，停止下降；→Y1通电，夹紧→延时1秒→Y2通电，上升→上升到位即压下X2→Y2断电，停止上升；→Y3通电，右移→右移到位即压下X3→Y3断电，停止右移→B处无工件，即按下X0，Y0通电，下降→下降到位即压下X4→Y0断电，停止下降→Y1复位，放松→延时1秒→Y2通电，上升→上升到位即压下X5→Y2断电，停止上升→Y4通电，左移→左移到位即压下X6→Y0．．通电，下降 ．．．．．（下一个循环）。 无论什么时候，按X27，将停止。