第一篇：基于PLC的搬运机械手控制系统设计文献综述

文献综述

题

目学生姓名专业班级学

号院（系）指导教师完成时间

工业机械手的应用

自动化200 级 班

电气信息工程学院 2011年 06月 05日

工业机械手的应用 机械手概述

用于再现人手功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿人手的部分动作，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。

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、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。

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。

机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其

一、它能部分的代替人工操作；其

二、它能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；其

三、它能操作必要的工具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入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，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。

机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。2 机械手的发展史

现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。

1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。

1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。

1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±1毫米。

美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。

德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。

瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。

瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。

日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。

第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。

第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。

随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。工业机械手在生产中的应用

机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。

在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。下面具体说明机械手在工业方面的应用。3.1 建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线

一般都采用机械手在机床之间传递零件。国内这类生产线很多，如沈阳永泵厂的深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂的4号和5号电动机加工自动线（轴类），上海拖拉机厂的齿坯自动线（盘类）等。

加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的气盖加工自动线转位机械手。

3.2 在实现单机自动化方面

各类半自动车床，有自动加紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，单仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动化生产，一人看管多台机床。目前，机械手在这方面应用很多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二车床厂的自动循环液压仿行车床机械手，沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手，青海第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。由于这方面的使用已有成功的经验，国内一些机床厂已在这类产品出厂是就附上机械手，或为用户安装机械手提供条件。如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台多工位机床）和天津二注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手的自动装卸工件，可实现全自动化生产。目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上的冲床用机械手的较多。如沈阳低压开关厂200t环类冲床磁力起重器壳体下料机械手和天京拖拉机厂400t冲床的下料机械手等。机械手控制方法

机器人控制系统硬件结构要围绕着如何更好地实现机器人的控制功能而设计和选择。以控制器的核心计算机的分布方式来看，机器人控制系统硬件控制结构大体可分为集中控制、主从控制、分级控制等三类。

在核心控制器的选择上可以有多种方案，目前在机电一体化设计中主要有三种：单片机、工业控制计算机、可编程控制器（PLC）。随着计算机系统的不断发展，也出现了运动控制卡和逻辑控制器等新型控制硬件。

单片机控制机械手能够完成简单的逻辑控制或模拟量控制，可按需要自行配置通信功能，软硬件开发工作量很多，输出带负载能力和抗干扰能力差，可靠性差，环境适应能力差，成本较为低廉。

PLC控制机械手可按使用要求选购相应的产品完成复杂的逻辑控制，逻辑控制为主，也可以组成模拟量控制系统，软硬件开发工作量较少，输出带负载能力和抗干扰能力强，可靠性好，环境适应能力强，成本较为高。

工业控制计算机具备完善的控制功能，软件丰富，执行速度快，软件开发工作量较多，硬件开发工作量较少，执行速度较慢，环境适应力一半，可靠性好，成本较为高。

参考文献

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第二篇：搬运机械手PLC控制系统设计毕业设计

搬运机械手PLC控制系统设计毕业设计

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，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 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。

本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(SQ1---SQ9)产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

关键词：搬运机械手，可编程控制器（PLC），液压，电磁阀

ABSTRACT With the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, 1

第三篇：基于PLC和组态王的搬运机械手控制系统的设计

基于PLC和组态王的搬运机械手控制系统的设计

首先分析了搬运机械手控制系统的要求，然后进行了可编程控制器I / O点的分配、编写了PLC控制程序、绘制了原理图;同时，实现了PLC与上位计算机组态王软件的通讯、设备的连接与配置、数据库的构造、图形界面的设计和动画连接的建立等;最后运行系统并调试成功。本设计利用工控组态软件实现对搬运机械手的运行过程进行监控和管理，这对提高生产过程的自动化控制水平有着重大的意义。

引言

随着我国社会主义市场经济的发展，现代工业日新月异，流水生产线已基本普及，人工搬运或包装货物和产品不仅耗时费力，而且在环境恶劣、无法作业的条件下依然动用人工去作业已然不太现实。因此，传统的工作方式必然不能适应我国社会主义市场经济的快速发展，自动化生产模式则应运而生，而机械手自动化控制的研究与应用对实现自动化生产有着巨大的意义。

利用PLC 控制实现机械手的精准、快速地进行货物的搬运、移动、打包和分拣等繁琐或有害人体的工作，劳动强度得以大大减轻，生产的自动化程度也得到大幅度提高，并且机械手完全可以代替人工在环境恶劣、工人无法作业或有特殊要求的场合完成既定的工作任务。因此，利用组态软件可实现远程控制、可视画面同步和实时监测从而构成一个集动作控制、过程监测与控制的网络化、智能化、综合化、组态化的机电一体化自动控制，在我国现代化工业发展进程中将起到巨大的推动作用。系统的控制要求

搬运机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸、气夹等机械部件组成;电气方面有步进电机、步进电机驱动器、传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。其结构示意图如图1 所示。

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图1 搬运机械手示意图

机械手转盘部分由直流电机驱动，升降和伸缩部分由步进电机驱动，夹紧部分由气泵和电磁阀控制。

机械手的工作过程为: 从原点开始，按下启动按钮，系统初始化，气夹正转，到位后机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降停止，同时机械手夹紧;夹紧后机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止;基座正转，到位后机械手右移，右移到位时，碰到右限位开关，右移停止;机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降停止;同时气夹电磁阀断电，机械手放松，放松后，机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止;机械手开始左移，左移到位时，碰到左限位开关，左移停止，基座反转，到位后回到原点位置。至此，机械手经过12 步动作完成了1 个动作周期。系统的PLC 控制部分设计

2．1 PLC 输入输出点分配

2．1．1 控制系统输入输出

控制系统输入输出分配如表1 和表2 所示。

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表1 可编程序控制器(PLC)输入点

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表2 可编程序控制器(PLC)输出点

2．1．2 PLC 外部接线图的设计

PLC 外部接线图如图2 所示;气夹电机接线图如图3 所示;基座电机接线图如图4 所示

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图2 PLC 外部接线图 点击图片查看大图

图3 气夹电机接线图 点击图片查看大图

图4 基座电机接线图

2．2 系统的顺序功能图

系统的顺序功能图如图5 所示

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图5 系统的顺序功能图 组态部分的设计

在本设计中，交通信号灯监控系统的监控软件采用了北京亚控公司的Kingview6． 5 组态王软件。

3．1 定义I /O 设备

首先双击工程浏览器左侧大纲项“设备 COM1”，弹出串口设置对话框，如图6 所示。

要用www.xiexiebang.com组态软件进行实时监控首先要完成通讯连接，组态王通讯参数应与PLC 的通讯参数设置保持一致。由于本系统是PLC 与组态王间进行通讯，因此将PLC 的生产厂家、设备名称、通讯方式等填入相应的对话框即可。

在本设计中采用的是三菱FX 系列可编程控制器，当使用RS232 与上位机相连时，PLC 与组态王连接的I /O 设备的缺省与推荐设置如表3 所示。按照表3 中给定参数设置串口设置对话框

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图6 串口设置对话框

表3 I /O 设备的通讯参数

然后选择工程浏览器左侧大纲项“设备 COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”，选择PLC 三菱FX2 系列产品中“编程口”，如图7 所示。

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图7 设备配置向导对话框

单击“下一步”，为外部设备取一个名称，输入“PLC”，再单击“下一步”，为设备选择连接串口;假设为COM1，单击“下一步”，填写设备地址为“1”，单击“下一步”，设置通信故障恢复参数(一般情况下使用系统默认设置即可)，单击“下一步”，弹出“设备配置向导—信息纵览”。请检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。

3．2 构造数据库

要在组态王中知道外部设备的状态，以及能够输出控制信号到机械手，需要建立相应的变量。建立完成的数据库如图8 所示。

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图8 构造好的组态王数据库

然后是动画连接，接着是脚本程序的编写。

3．3 脚本程序的编写

1)事件命令语言的编写。在组态王工程浏览器窗口左侧选择命令语言目录中的“事件命令语言”，在右侧双击新建图标，则出现“事件命令语言”对话框，在“事件描述”中输入“停止按钮= = 1”，在“发生时”语言编辑区域输入: 停止标志= 1;运行标志= 0;∥本站点 复位按钮= 0;∥本站点 启动按钮= 0;单击右下方的“确认”按钮，则完成第一段事件命令语言的编写。

类似可编写“复位按钮”“下降”“启动按钮”“横轴回缩”的事件命令语言。2)应用程序命令语言的编写。在组态王工程浏览器窗口左侧选择命令语言目录中的“应用程序命令语言”，双击右侧图标，则出现“应用程序命令语言”对话框，在这里编写机械手动画的主要控制程序。在“运行时”栏里输入: if(运行标志= = 1){ if(次数＞ = 0＆＆ 次数＜ 50＆＆ 下降= = 1){ 机械手y = 机械手y + 2;次数= 次数+ 1;} if(次数＞ = 50＆＆ 次数＜ 60＆＆ 气夹电磁阀 = = 1){ 次数= 次数+ 1;} if(次数＞ = 60＆＆ 次数＜ 110＆＆ 上升= =1)3．4 运行和调试

进入组态王运行系统。显示出组态王运行系统画面(如图9 所示)，达到了预期的目标。

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图9 搬运机械手的组态界面 结论

设计综合了计算机和PLC 的长处: 计算机作为上位机提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理，PLC 作为下位机执行可靠有效的分散控制。监控系统不仅可以接受多种由PLC 发出的控制信号，亦可向PLC 发出各种命令信号，还可以与PLC 之间进行各种状态数据的传输。基于组态王的搬运机械手的PLC 控制系统的设计正确，实现了搬运机械手的自动控制，加强了远程监控的能力，提高了控制系统的准确性和稳定性。

第四篇：基于PLC的搬运机械手控制系统设计程序（最终版）

主程序:OB1 // 启动系统 LD I0.0 ON M0.0 AN I1.4 AN I1.5 = M0.0 // 系统初始化 LD SM0.1 CALL SBR0 // 试灯 LD I0.1 = Q0.0 = Q0.1 = Q0.2 = Q0.3 = Q0.4 = Q0.5 = Q0.6 // 上电后200ms延时接通伺服电源 LD SM0.0 LPS AN Q1.5 AN Q1.6 TON T37, 2 LPP A T37 S Q1.5, 2 // 伺服电源接通后伺服报警清零输出点Q1.7产生一个300ms的清零脉冲信号 LD Q1.5 A Q1.6 LPS EU S Q1.7, 1 LRD A Q1.7 TON T33, 30 LPP A T33 R Q1.7, 1 // 伺服1位控模块0启动 LD M0.0 A M0.1 A Q2.0 AN Q2.2 = L60.0 LD I1.4 O I1.5 O Q2.2 O I1.6 O I2.0 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR1, L63.7, M4.0, VB66, VD0, VD68, M3.0 // 伺服2位控模块0启动 LD M0.0 A M0.1 A Q2.1 AN Q2.3 = L60.0 LD I1.4 O I1.5 O Q2.3 O I2.1 O I2.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR12, L63.7, M4.1, VB67, VD4, VD72, M3.1 // 调用复位子程序 LD I0.2 A I0.4 A Q1.5 A Q1.6 CALL SBR23 // 手动子程序刚开始调用时，步进脉冲数清零 LD I0.4 A M0.0 LPS CALL SBR27 EU R Q2.2, 2 S Q2.0, 2 LPP MOVD 0, VD118 MOVD 0, VD122 MOVD 0, VD110 MOVD 0, VD114 // 半自动程序刚开始调用时，步进脉冲数清零 LD I0.5 A M0.0 LPS CALL SBR26 EU R Q2.2, 2 S Q2.0, 2 LPP MOVD 0, VD118 MOVD 0, VD122 MOVD 0, VD110 MOVD 0, VD114 // 自动子程序 LD M0.0 A I0.3 CALL SBR25 EU R Q2.2, 2 S Q2.0, 2 // 报警处理 LD SM0.0 CALL SBR24 // 急停后，伺服停止，气缸保持 LD I1.4 S Q2.0, 2 S Q2.4, 1 R Q2.5, 1

初始化子程序: // 伺服电源接通后延时30s系统初始化 LD Q1.5 A Q1.6 LPS AN M0.1 TON T38, 300 LPP A T38 S M0.1, 1 // 首次上电或者回参考点状态时，状态位置位 LD M0.1 A I0.3 EU S Q2.1, 2 R M3.0, 5 R M4.0, 10 R Q2.2, 2 MOVB 0, VB20 MOVW 0, VW16 MOVW 0, VW18 MOVW 0, VW12 MOVW 0, VW14 R Q2.4, 1 S Q2.5, 1 Network 3 LD M0.1 MOVD 100000, VD500 MOVD 20000, VD504 MOVD 1000000, VD508 MOVD 50000, VD512

复位子程序: Network 1 LD I0.2 S M0.5, 1 // 伺服1复位 LD M0.5 = L60.0 LD I0.2 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.3, VB68 // 伺服2复位 LD M0.5 = L60.0 LD M4.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.4, VB69 // 机械手爪松开 LD M0.5 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 // 复位完成 LD I2.2 R M0.5, 1 R M4.3, 2 END_SUBROUTINE_BLOCK 报警子程序: // 伺服1报警 LD I1.6 O I2.0 O I2.6 AN Q1.7 = M0.2 // 伺服2报警 LD I2.1 O I2.3 O I2.7 AN Q1.7 = M0.3 // 伺服运动过程中松开工件报警 LD I0.6 O I0.7 O I1.0 O I1.1 A I0.4 A I1.3 = M0.4 // 报警灯显示 LD M0.2 O M0.3 O M0.4 = Q0.0 自动子程序: // 网络注释 LD I0.0 O M0.7 S M0.6, 1 // 伺服1复位 LD I0.3 = L60.0 LD M0.6 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.5, VB70 // 伺服2复位 LD I0.3 = L60.0 LD M4.5 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.6, VB71 //参数复位 LD I2.2 R M0.6, 1 R M4.5, 2 // 伺服1下降 LD I0.3 A I2.4 AN I2.0 = L60.0 LD I2.2 EU = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M4.7, VB70, VD76, VD80 // 下降指示灯 LD I2.2 O Q1.0 AN M4.7 = Q0.2 // 伺服1下降完成 LD I3.0 AN T39 = Q1.0 // 夹紧工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.4, 1 R Q2.5, 1 AN T39 TON T39, 20 // 夹紧指示灯 LD I3.0 O Q0.5 AN Q2.5 = Q0.5 // 夹紧完成 LD T39 AN Q2.5 = Q1.3 // 伺服1上升 LD I0.3 AN I1.6 = L60.0 LD Q1.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M5.0, VB71 // 上升指示灯 LD T39 ON Q0.1 AN M5.0 AN I3.0 = Q0.1 // 上升完成 LD I1.7 = Q0.7 // 伺服2前进 LD Q2.4 AN I2.3 = L60.0 LD Q0.7 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR14, L63.7, VD508, VD512, 1, I1.4, M5.1, VB72, VD84, VD88 // 前进指示灯 LD Q0.7 ON Q0.3 AN M5.1 AN I3.1 = Q0.3 // 前进完成 LD I3.1 AN T40 = Q1.1 // 到达前进工位后伺服1下降 LD Q2.4 A I2.5 AN I2.1 = L60.0 LD Q1.1 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M5.2, VB73, VD92, VD96 // 下降指示灯 LD I3.1 ON Q0.2 AN M5.2 = Q0.2 // 下降完成 LD I3.0 AN T40 = Q1.0 // 放下工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 R M4.7, 4 AN T40 TON T40, 20 // 松开指示灯 LD Q1.0 ON Q0.6 AN Q2.4 = Q0.6 // 松开完成 LD T40 = Q1.4 // 重复动作 LD Q1.4 = M0.7 半自动子程序: // 网络注释 LD I0.5 S M0.6, 1 // 伺服1复位 LD I0.3 = L60.0 LD M0.6 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.5, VB70 // 伺服2复位 LD I0.3 = L60.0 LD M4.5 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.6, VB71 //参数复位 LD I2.2 R M0.6, 1 R M4.5, 2

// 伺服1下降 LD I0.3 A I2.4 AN I2.0 = L60.0 LD I2.2 EU = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M4.7, VB70, VD76, VD80 // 下降指示灯 LD I2.2 O Q1.0 AN M4.7 = Q0.2 // 伺服1下降完成 LD I3.0 AN T39 = Q1.0

Network 8 // 夹紧工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.4, 1 R Q2.5, 1 AN T39 TON T39, 20 // 夹紧指示灯 LD I3.0 O Q0.5 AN Q2.5 = Q0.5 // 夹紧完成 LD T39 AN Q2.5 = Q1.3 // 伺服1上升 LD I0.3 AN I1.6 = L60.0 LD Q1.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M5.0, VB71 // 上升指示灯 LD T39 ON Q0.1 AN M5.0 AN I3.0 = Q0.1 // 上升完成 LD I1.7 = Q0.7 // 伺服2前进 LD Q2.4 AN I2.3 = L60.0 LD Q0.7 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR14, L63.7, VD508, VD512, 1, I1.4, M5.1, VB72, VD84, VD88 // 前进指示灯 LD Q0.7 ON Q0.3 AN M5.1 AN I3.1 = Q0.3 // 前进完成 LD I3.1 AN T40 = Q1.1 // 到达前进工位后伺服1下降 LD Q2.4 A I2.5 AN I2.1 = L60.0 LD Q1.1 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M5.2, VB73, VD92, VD96 // 下降指示灯 LD I3.1 ON Q0.2 AN M5.2 = Q0.2 // 下降完成 LD I3.0 AN T40 = Q1.0 // 放下工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 AN T40 TON T40, 20 // 松开指示灯 LD Q1.0 ON Q0.6 AN Q2.4 = Q0.6 // 松开完成 LD T40 = Q1.4 // 伺服1上升 LD I0.5 = L60.0 LD Q1.4 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M5.3, VB74 // 上升指示灯 LD Q1.4 ON Q0.1 AN M5.3 = Q0.1 // 上升完成 LD I1.7 = Q0.7 // 伺服2后退 LD I0.5 = L60.0 LD Q0.7 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M5.4, VB75 // 后退指示灯 LD Q0.7 ON Q1.2 AN M5.4 = Q1.2 Network 28 // 后退完成 LD I2.2 = Q1.2 R M4.7, 6 手动子程序: // 手动上升 LD I0.6 AN I1.7 AN M1.1 AN M1.2 AN M1.3 = M1.0 = Q0.1 // 手动下降 LD I1.7 AN I2.0 AN M1.0 AN M1.2 AN M1.3 = M1.1 = Q0.2 // 伺服1手动 LD I0.4 = L60.0 LD M1.4 = L63.7 LD M1.0 AN I1.6 = L63.6 LD M1.1 AN I2.0 = L63.5 LD L60.0 CALL SBR2, L63.7, L63.6, L63.5, VD504, M3.2, VB74, VD8, VD12, M3.4 // 手动后退 LD I1.1 AN M1.0 AN M1.1 AN M1.3 = M1.2 = Q0.4 // 手动前进 LD I1.0 AN M1.0 AN M1.1 AN M1.2 = M1.3 = Q0.3 // 伺服2手动 LD I0.4 = L60.0 LD I1.4 = L63.7 LD I1.2 AN I2.1 = L63.6 LD I1.3 AN I2.3 = L63.5 LD L60.0 CALL SBR13, L63.7, L63.6, L63.5, VD512, M3.3, VB75, VD16, VD20, M3.5 // 手动夹紧工件 LD I1.2 S Q2.4, 1 R Q2.5, 1 // 夹紧指示灯 LD Q2.4 AN Q2.5 = Q0.5 // 手动松开工件 LD I1.3 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 // 松开指示灯 LD Q2.5 AN Q2.4 = Q0.6

第五篇：搬运机械手PLC控制系统设计毕业设计

设计题目 搬运机械手PLC控制系统设计 学生姓名 孙飞龙 学 号 02030801013 专业班级 机电一体化（1）班 指导老师 张兰仙

机电工程系

搬运机械手PLC控制系统设计毕业设计

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，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 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。

本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(SQ1---SQ9)产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

关键词：搬运机械手，可编程控制器（PLC），液压，电磁阀

目 录

前 言………………………………………………………………………………….1

第一章 机械手的概况

1.1 搬运机械手的应用简况…………………………………………………2

1.2 机械手的应用意义………………………………………………………3

1.3 机械手的发展概况………………………………………………………3

第三章 搬运机械手PLC控制系统设计

3.1 搬运机械手结构及“ title=”下一页">> >> >>| 其动作………………………………………………

3.2 搬运机械手系统硬件设计………………………………………………

3.3 搬运机械手控制程序设计……………………………………………… 操作面板及动作说明…………………………………………………… I/O分配………………………………………………………………… 梯形图的设计……………………………………………………………

1）梯形图的总体设计……………………………………………………

2）各部分梯形图的设计…………………………………………………

3）绘制搬运机械手PLC控制梯形图…………………………………… 结 论………………………………………………………………………………

谢 辞………………………………………………………………………………

参考文献………………………………………………………………………………….附：语句表

梯形图 I/O接线图

前言

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。

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。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

第一章 机械手概况

1.1搬运机械手的应用简况

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。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。

但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75％是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生 5 产时间的5％。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，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。

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|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 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。

综上所述，有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势。1.3.3机械手的发展概况与发展趋势

1.3机械手的发展概况

专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。

早在40年代，随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。

50～60年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。

60～70年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。

80-90年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。

90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。

90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。

总之，目前机械手的主要经历分为三代：

第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。

1.4机械手的发展趋势

目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。

因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。

将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，9 扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。

在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。

视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。

触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。

手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到1995年，全世界约有50%的汽车由机械手装配。

现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.5 PLC概况及在机械手中的应用

1.可编程序控制器的应用和发展概况

可编程序控制器（programmable controller），现在一般简称为PLC（programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。

在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线刻控制盘（柜）就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。

2.PLC的应用概况

PLC的应用|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。

按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。

1）.用于逻辑控制

这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。

2）.用于模拟量控制

PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。

3）.用于机械加工中的数字控制

现代PLC具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。

4）.用于工业机器人控制

5）.用于多层分布式控制系统

高功能的PLC具有较强的通信联通能力，可实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。

3.PLC的特点

1）.可靠性高、抗干扰能力强

PLC能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，PLC的平均无故障间隔时间高，日本三菱公司的F1系列PLC平均无故障时间间隔长达30万h，这是一般微机所不能比拟的。

2）.控制系统构成简单、通用性强

由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变PLC的硬件设备，只需相应改变软件程序。

3）.编程简单、使用、维护方便

4）.组合方便、功能强、应用范围广

PLC既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制；既可用单片机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。因此，PLC应用范围很广。

5）.体积小、重量轻、功耗低

PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约1.2KW。

5.PLC在机械手中的应用

机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，从而节省人的劳动，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单、通用性强;编程简单、使用、维护方便;组合方便、功能强、应用范围广;体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合，本设计正是以PLC控制为基础从而实现机械手的各种动。

第二章 搬运机械手总体设计方案

2.1搬运机械手结构及其动作

本机械手用于生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图3—1所示：

图2—1机械手的动作周期

2.2机械手的控制过程

如图3—2所示由A、B两个液压缸完成工件的夹紧和提升的动作，A缸通过一个单电两位四通电磁换向阀控制工件的夹紧、放松，B缸通过一双电两位四通电磁阀控制机械手的升降；由小车实现机械手的移动。该小车由两台电动机驱动，一台是高速，一台是慢速。当小车前进时以慢—快—慢的形式进行，返回时按慢—快—慢的形式后退。当工件从传送带传输到机械手下方时，工件碰压行程开关SQ1，B缸活塞杆伸出，带动机械手下降，下降至终点碰压行程开关SQ3与机械手夹钳相连的A缸活塞杆收进，机械手将工件夹紧；当工件夹紧到位时，行程开关SQ5动作，B缸的活塞杆收进，把工件提升；当工件提升到最高位置时碰压行程开关SQ4，启动小车慢速右行；当小车碰压行程开关SQ7时转为快速行走；接近终点时小车碰压 14 行程开关SQ8，转为慢速行走；行至右端行程开关SQ9，小车停止前进；停留5秒后，B缸活塞杆再次外伸，机械手下降至终点，A缸活塞杆外伸带动夹钳松开，将工件放下；然后机械手上升，小车以慢—快—慢的形式沿原路返回，恢复到图示所示的原点位|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 置。

2.3机械手的控制要求

为了便于生产加工、维修、调整设置的工作方式选择开关。分为手动和自动操作，其中自动操作中包括了：单步、单周期、连续；手动操作包括手动和回原位的操作。

手动操作：供维修用，即用按钮对机械手的每一步动作单独控制。例如，当选择手动操作时，按下上升/下降按钮，机械手在满足条件情况下即执行相应的动作，其它动作以此类推。

回原位：当由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时，再次通电将操作方式选择置于回原位位置，按下复位按钮，机械手即可按最短路径的原则返回到原点位置。

单步运行：供试用，即没按一次启动按钮机械手向前执行一个动作后停止。

单周期运行：供首次检验用，当机械手在原点时按下启动按钮，机械手自动执行一个周期后停止在原点位置

连续运行：正常使用，当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始的执行各工步动作。

该机械手在自动工作状态时，应先将其工作方式选择开关放在“返回原位”，并按下返回原位按钮，对状态器进行置位，然后再将工作方式选择开关放置自动工作方式下。若自动工作状态解除，则硬件工作方式选择开关放置于“手从操作”位置。

第三章 搬运机械手硬件系统设计

硬件系统设计包括机械部分和电气控制部分的设计。

3.1机械手的结构

设计其结构如图3—2所示

图3—2：机械手的结构示意图

图中设置9个行程开关SQ1—SQ9用于检测工件、小车、机械手的位置及机械手夹钳的夹紧、放松状态，并对系统实施控制。其中SQ1为工件是否到位的检测开关；SQ2为小车原位检测开关；SQ3、SQ4分别为机械手下降上升是否到位检测开 16 关；SQ5、SQ6分别为机械手夹紧放松检测开关；SQ7、SQ8分别为小车速度转换开关；SQ9为小车运动停止开关。

3.2电气控制的设计

包括主电路和控制电路的设计。主电路由两台电动机，即慢速电机和快速电机，分别拖动小车慢行和快行，其控制如下：慢速电动机M1由接触器KM1、KM2分别控制其正传和反转；快速电动机M2由接触器KM3和KM4分别控制其正传和反转。机械手的夹紧放松动作是由一单电两位四通电磁阀控制的一个液压缸完成的，在通电情况下，机械手松开，得电时松开，可以防止在设备运行过程中突然断电导致的机械手松开，工件脱落的情况发生。

3.3操作面板及动作说明

根据控制和生产工艺的要求，控制操作包括手动和自动，手动又包括手动步进、回原位操作，自动控制包括单步、单周期、连续的操作。故操作方式选择开关设置有五个档位。手动工作方式下，手动动作包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退、慢退和复位，故设置六个动作看官按钮。各个动作进行的同时均设有动作指示灯。另外设有启动停止按钮。

其操作面板如图3—3所示：

图3—3机械手操作面板示意图

3.4 I/O分配

I/O设备即所需的I/O点数如下表所示：

信

I/O设备

号

操作方式选择旋钮开关 手动时运动选择按钮

输 入

启动停止按钮 行程开关 9 5 8

输 出

动作指示 原点指示 1

交流接触器控制线圈 电磁阀 3

I/O点数 信号

I/O设备

I/O点数

根据I/O点的分配要求及考虑10%到15%的I/O裕量，本设计PLC采用F1—60MR 36/24型，样图见图3-4所示：

图3—4 F1-40MR样图

控制电路设计主要是PLC输入、输出接线的设计，其I/O分配如图3—5所示。

电气接线图见附图

图3—5 PLC I/O接线控制图

第四章 搬运机械手的软件系统设计

机械手动控制属顺序控制，故其手动程序采用普通的PLC控制指令控制，自动程序采用步进梯形指令控制

4.1梯形图的总体设计

按照机械手控制和工艺流程的要求，在选择“手动方式”时应执行手动程序；在选择“回原位”时应执行回原|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位程序；在选择自动程序时应执行自动程序。其中自动程序要在启动按钮按下时才执行。故梯形图的总体构成如图3—6所示。

图3—6搬运机械手PLC控制梯形图总体构成

4.2各部分梯形图的设计

1.通用部分梯形图设计

通用部分梯形图分为三部分：

1）.状态器的初始化。初始化状态器S600在手动方式下被置位、复位。当方式选择开关置于“返回原位”（X514接通）时，按下复位按钮（X507）时被置位，在“手动操作”（X510）接通时，S600复位。处于中间工步的状态器用手动做复位操作，即在方式选择开关位于“手动操作”或“返回原位”时，中间状态器同步复位。故初始化梯形图如图3—7所示，（如果状态器要在供电时从断电前条件开始继续工作，则不需要M71）。

图3—7 状态器初始化梯形图

2）.状态器转换启动。若机械手工作在自动工作方式下，当初始状态器S600被置位后按下启动按钮，辅助继电器M575工作，状态器的状态可以一步一步的向下传递，即可进行转换。在执行“连续程序” 时，转换启动继电器M575一直保持到 22 停机按钮按下为止。另一面采用M100检查机器是否处于原位。当M575和M100都接通时，从初始状态器开始进行转换，故其梯形图如图3—8所示。

图3—8状态器转换启动梯形图

3）.状态器转换禁止梯形图。激活特殊辅助继电器M574并用步进梯形指令控制状态器转换时，状态器的转换就被自动禁止。

在“单周期”工作期间，按下停止按钮时，M574应被激励并自保持，操作停止在现行工步。当按下停止按钮时，从现行工步重新开始工作，M574应复位，即重新允许新转换。

在“步进”工作方式时，M574应始终工作，此时，禁止任何状态转换。但没按下一次启动按钮时，M574断开一次，允许状态器转换一次。

在“手动”工作方式时禁止进行状态转换。在手动方式解除之后，按下启动按钮，则状态转换禁止解除，M574复位。

PLC在启动时，用初始化脉冲M71和M574自保持，以此禁止状态转换，直到按下启动按钮。故状态器转换禁止梯形图如图3—8所示。

图3—8 状态器转换禁止梯形图

通过对3—7和3—8的分析可得出：在执行“手动操作”和“返回原位”程序时，M575一直不能被接通，而M574长期被接通，（按下启动按钮时除外）；执行“步进”程序时没按一次启动按钮，M574断开一次，M575接通一次，状态器转换一次；在执行“单周期操作”程序时，按下启动按钮，M574断开，M575接通，状态器的转换可一步一步向下转换，直至按下停止按钮时，M574自锁，状态器的转换被禁止，操作停止在现行工序（再次按下启动按钮时从现行工序开始工作）；在执行“连续程序”时，M575一直接通到按下停止按钮，此时M574一直不能接通。

2.手动操作梯形图

手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制，可以用常规继电器顺序方式来设计梯形图。“手动操作时”按下放松按钮时，机械手卡抓松开，当松开放松按钮时，机械手卡爪在液压缸作用下自动加紧并保持；按下上升按钮，上升输出Y435保持 24 接通；按下下降按钮，Y436保持接通；在上限位按下慢进按钮，慢进输出Y430接通，至行程开关SQ7闭合，小车停止；快进、快退、慢退情况同慢进。

手动操作梯形图设置有互锁，只有在小车处于左限位（即X403闭合）或右限位（即X412闭合）时机械手的上升下降动作才能进行，只有当机械手处于下限位（即X404接通）机械手的加紧放松动作才可以手动控制；为了安全，同一个电动机的正反转线圈不能同时接通，设计中设计了自锁开关，防止线圈同时接通造成的短路。故手动操作时梯形图如图3—9所示。

图3—9 手动操作梯形图

3.返回原位梯形图 在“返回原位”状态下，“夹紧”与“下降”动作应被停止，上限位未动作时，应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位位置。故返回原位梯形图如图3—10所示：

图3—10 返回原位梯形图

4.“自动”状态梯形图 图3—11表示了机械手自动工作时执行各工步的情况，表示了各工步的实现和转换的条件。在第一次下降工步中，下降电磁阀Y436接通。自下限位置时，X404接通，转换为“夹持”过程；夹持电磁阀Y434复位，至加紧限位X406接通，转换为上升动作；当上限为开关SQ4闭合，X405接通，小车开始慢进动作。快进、慢进、延时、下降、加紧、上升、慢退、快退、慢退动作依次类推，如上所述一步一步按顺序驱动各个负载动作，称为顺序控制或过程步进型控制。26

图3—11搬运机械手自动工作流程图

用状态器代替自动工作流程图的各工步，可得到3—12所示的功能表图：

图3—12 搬运机械手自动工作功能表图

根据图3—12所示的自动工作功能表图，可设计出自动操作时的梯形图如图3—13所示。

图3—13搬运机械手自动工作梯形图

5、绘制搬运机械手PLC控制梯形图

将从初始化开始的一系列梯形图，按照总体结构图（图3—6）的形式组合在一起，得到机械手PLC控制的梯形图（见附图），其语句表见附录。

附图：

搬运机械手结构图

搬运机械手控制梯形图

搬运机械手动作流程图

搬运机械手控制接线图

结 论

本设计主要应用于机加工生产，货物调运等场合。

搬运机械手采用PLC控制，体积小，重量轻，控制方式灵活，可靠性高，操作简单，维修容易。使用该机械手代替人工搬运工件，既安全，又准确，提高了劳动生产率，保证了工件的质量，降低了工人的劳动强度，具有较好的经济效益和社会效益。

可编程控制器PLC以其丰富的I/O接口模块、高可靠性,可以在机械手的控制系统的设计中起到了十分重要的作用。

本文就设计过程中的几项关键的问题提出了自己的一些看法,可以有效地提高系统的抗干扰能力,对PLC读、写,事件响应等通信时间可进行精确的控制,取得了良好的效果.随着机械手应用的普及，机械手向着专用化，机械结构向模块化、可重构化的方向发展，机械手的动作更加灵活多样，其控制方式也在向着多元化的方向发展，在PLC控制的过程中,还有许多的问题需要解决，PLC在机械手开发中的开发应用还有很大的空间。

谢 辞

此次设计是在张兰仙老师的悉心指导下完成的。导师为论文课题的研究提出了许多指导性的意见，为论文的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。张兰仙老师的严谨治学、不断探索的科研作风，敏锐深邃的学术洞察力，孜孜不倦的敬业精神，给我留下了深刻的印象，使我受益良多。生活中张兰仙老师就是我的朋友，她的态度让我对生活有了新的认识。在本文结束之际，特向我敬爱的导师致以最崇高的敬礼和深深的感谢！

通过此次设计，一方面让我认识到自己的不足，发现了学习中的错误之处；另一方面又积累丰富的知识，吸取别人好的方法和经验，增强对复杂问题的解决能力，摸索出一套解决综合问题的方法，为自己以后的工作和学习打下坚实的基础。再一方面也加强了我和老师的交流，认识到知识的渊博度。

经过这次的努力，使我顺利的完成了毕业设计。这份毕业设计既是对过去三年所学知识的总结，又是自己知识的积累，也大大加深了对单片机技术的了解。

毕业设计中既动脑、，又动手，是一个理论与实际结合的过程。仅仅有理论是不够的，更重要的是实际的，是我们所设计的实物，具有设计合理，经济实用的优点。这就需要我们设计者考虑问题是要仔细、周密，不能有丝毫的大意。对设计方案的优越化，也需要我们综合各方面的因素考虑，尤其是实际。再次像教育指导我的老师及同学表示诚挚的感谢！

鉴于本人所学知识有限，经验不足，又是初次研究这种复杂的设计，在此过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请各|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位老师给予批评和指正。

参考文献

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