机械手控制系统的设计

1、 PLC课程设计 课题：机械手控制系统的设计 作 者： 学 号： 专 业： 班 级： 指导教师： 任务要求 1.1 设计任务与要求 许多娱乐场合设有投币手动抓物机械手。仿照娱乐场合中的手动抓物机械手，设计机械手的控制系统，能够配合机械手的机械结构实现手动抓物。要求：在资料调查和分析的基础上，对系统进行的分析和设计；要求完成如下主要功能：（1）机械手的控制可以用单片机或PLC；（2）通过按键，实现机械手的上升、下降、左移、右移、手爪张开、闭合；（3）可采用上位机，远程控制机械手的上升、下降、左移、右移、手爪张开、闭合。（4）采用电机驱动控制方式。机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀

2、控制，可以完成俩个工作台之间的工件搬运，完成动作包括左右，上下及工件的夹紧和放松六个动作过程，并可实现手动和自动两个操作过程。本课题结合学生的将来的职业岗位，主要要求学生根据机械手的工作原理及控制特点，设计该类型机械手的PLC控制过程，包括PLC的选型，即采用的类型。确定输入输出端口的个数。完成左右，上下及工件的夹紧和放松六个动作过程梯形图。实验二：机械手控制系统的设计机械手PLC控制设计摘 要 随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈、人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式，不但占用空间也不容易更变生产线结构，加上需要人力监督操作，更增加生产

3、成本，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。本论文可编程控制器(PLC)选用西门子（SIEMENS）公司S7-200系列的CPU224.机械手的开关量信号直接输入PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制,而电磁阀通过

4、控制相应的汽缸，完成俩个工作台之间的工件搬运，包括左右，上下及工件的夹紧和放松六个动作过程，并可实现手动和自动两个操作过程。关键词：PLC,可编程控制器，机械手 目 录1、 控制系统结构52、 控制要求53、 机械手顺序功能图64、 输入、输出分配75、 程序设计及工作过程分析 5.1程序设计7 5.2程序梯形图9 5.3过程分析12六、方案特点及存在的问题13七、课程设计心得与总结13 参考文献一、控制系统结构机械手系统结构如图所示。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。二、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

5、/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：机械手要求具有以下几种工作方式：1.手动操作：用各自的控制按钮来一一对应地接通或断开各动作的工作方式。2.单周期操作：按下起动按钮，机械手传送工件运行一次后，停在原位后等待下次启动。3.连续操作：按下起动按钮，机械

6、手能自动连续往复运行。三、机械手顺序功能图四、输入、输出分配输入信号输出信号启动按钮SB1I0.0电磁阀下降YV1Q0.0停止按钮SB2I0.1电磁阀上升YV3Q0.1左限位SQ4I1.0电磁阀左行YV5Q0.2右限位SQ3I1.1电磁阀右行YV4Q0.3上限位SQ2I1.2夹紧YV2Q0.4下限位SQ1I1.3原位HLQ0.5五、程序设计及工作过程分析5.1程序设计语言表:LD I0.0 LD M0.2 O Q0.0 O Q0.0 AN Q0.4 = Q0.4 AN M0.5 LDN I1.3 AN I1.3 A Q0.4 AN Q0.2 LDN I1.3 AN Q0.5 AN Q0.4 A

7、N Q0.3 A M0.5 AN Q0.1 OLD = M0.1 O Q0.1 LDN Q0.4 AN I1.2 AN M0.5 AN Q0.2 A I1.3 AN Q0.0 = M0.2 AN QO.3 = Q0.1LD Q0.4 LDN Q0.4 AN I1.0 A I1.2 A M0.1 AN Q0.3 O Q0.3 LD Q0.4 AN Q0.0 AN I1.1 A M0.3 AN Q0.1 AN Q0.0 OLD = Q0.2 AN Q0.1 O Q0.0 AN Q0.2 AN I1.3 = Q0.3 = Q0.0LD I1.1 LDN Q0.4 O Q0.0 A I1.0 A Q0

8、.4 0 Q0.5 AN I1.3 AN I1.3 AN Q0.1 AN I0.1 AN Q0.2 AN Q0.1 AN Q0.3 AN Q0.3 = M0.3 = Q0.5 S M0.4 R M0.4,1LD Q0.4 R M0.5,1 A M0.4 LDN Q0.4 A I1.3 A I1.2 R Q0.4 O Q0.2 S M0.5,1 AN I0.1 5.2程序梯形图1) 电磁阀下降2) 夹紧3) 电磁阀上升4) 电磁阀右行5) 电磁阀左行4.1 主程序设计5.3过程分析 机械手动作过程的实现 机械手的动作过程如图3-1所示。从原点开始，按下启动按钮，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到

9、底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。若此时右工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移，左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。至此，机械手经

10、过八部动作完成了一个周期的动作。 图3-1 机械手动作过程6、 方案特点及存在的问题 在设计机械手没考虑到断电情况，一旦断电后恢复将会导致机械手难以控制，将会导致工程事故。这是一个很现实的问题，作为设计者必须考虑到的一点。在正常情况下，做每一动作时，其他的步骤的开关将处于关闭状态。它的可靠性高，实用性强、灵活性好、功能齐全，并且编程简单、使用方便。七、课程设计心得与总结 经过一段时间的设计，可编程控制器和机械手的设计完毕，机械手的模型已设计完毕，其功能基本达到要求。整个系统稳定性好，而且只要修改控制程序，就可以让机械手作出不同的动作，控制的柔性很好。系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更

11、是进一步学习与探索的过程。在这个过程中，我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识，对机械手的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识和深刻的体会，并在学习和实践过程中增长了知识、丰富了经验。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、系统运行于调试的过程来进行。系统的分析和设计是一项既复杂又辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程，在设计过程中，要边学习，边实践，遇到新的问题就不断探索和努力直到问题得到解决。在设计中，体会到理论必须和实际相结合。虽然收集了大量的资料，但在实际应用中却有很多差异，出现了许多意想不到的问题

12、。许多问题都是书本上是这样，而在实际运用中却很不一样，在经过多次分析修改后，才设计出达到要求的系统。目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、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，相应的发展通用机械手，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、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换工件，扩大应用范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。 总之，随着PLC传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高，更重要的是机械手的安全性高，节省人工，提高效率和品质，延长机器寿命，防模具损坏，降低产品不良率，节省原料，降低成本，节省人力，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。 参考文献1 张建民主编.工业机器人M，北京理工大学出版社，1992 2 李静主编. 机电一体化技术基础与产品设计M，机械工业出版社，19963 杨长能主编. 可编