机电传动控制PLC课程设计示教机械手
基于PLC控制的机械手设计(毕业论文)第二章 PLC机械运动控制手
第二章 PLC机械运动控制手2.1 机械手工作原理机械手主要由执行机构．驱动机构和控制系统组成，机械手的执行机构又包括手部、手臂和躯干。
手部安装在最前端，主要是用来准确的抓取搬移工件，手臂的作用是用来辅助手部准确的抓住工件并能够转移到所需要的位置，机械手的运动有两种：一个是上下直线运动，另一个是左右直线运动。
因此其必须安装有液压缸、电液脉冲马达、电磁阀等作为其执行机构的动力部分或辅助系统。
驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。
其主要以电气和气压驱动为主，只有少量的运用液压和机械驱动。
本课题采用的机械手全部动作由汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀控制。
而电磁式继电器广泛用于电力拖动控制系统中，其结构及工作原理与接触器类似，也是由电磁机构和触点系统组成。
继电器只能用于切换电流较小的控制电路或保护电路(各触点允许通过的电流多为5A)，继电器可对多种输入信号量的变化作出反映，起工作原理为上升/下降和左移/右移分别由双线圈二位电磁阀控制。
例如，当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手停止下降，但保持现有动作状态。
只有在上身电磁阀通电时，机械手才上升；当上身电磁阀断电时，机械手停止上升。
同样，左移/右移分别由座椅电磁阀和右移电磁阀控制，机械手的放松/夹紧由一个单线圈二位电磁阀控制，该线圈通电时，机械手夹紧；该线圈断电时，机械手放松。
机械手的工作机构手部、手臂和躯干，手部主要采用电气传动，而抓取机构主要采用气压传动，机械手的是抓取工件要准确迅速的抓起是设计的最起码的要求。
当我们设计手爪时，首先要知道机械手的坐标形式、运动的速度和加速度的具体要求，还要考虑被夹紧的物体的重量、大小和惯性来计算。
同时还要考虑手爪的开口尺寸，以保证有足够的开口来抓取工件。
为了防止工件在被夹紧是有损坏，所以我们要在手爪的接触部分加上弹性棉垫。
为了防止电源临时出现故障。
所以我们应该对其工件加以保护。
PLC实验简易机械手PLC控制
简易机械手PLC控制示意图如下：2、控制方式：1）手动操作：将机械手复归至原点位置。
2）连续运行：在原点时，按启动按钮，按工作循环图边疆工作一个周期。
一个工作周期工艺过程：原点下降夹紧（T）上升右移下降松（T）上升左移至原点。
3、显示控制Y0------下降Y1------夹紧、放松Y2------上升Y3------右移Y4------左移参考答案：（1）I/O输入、输出分配X0 起动Y0------下降X1 下限X2 上限Y1------夹紧、放松X3 右限X4 左限Y2------上升X5 手动/自动X6 下降Y3------右移X7 夹紧、放松X10 上升Y4------左移X11 右移X12 左移Y5------原点X13 原点X14 急停/复位（2）PLC输入、输出图（3）状态流程图(4)步进状态图X5CJ P0X6Y0 X14 ZRST S20 S28 X7Y1 ZRST Y0 Y5 X10Y2X11Y3X12Y4FENDP0自动程序RETENDS20（5）编写程序LD X5 SET S22CJ P0 STL S22LD X6 RST Y1OUT Y0 OUT T0 K20LD X7 LD T0OUT Y1 SET S23LD X10 STL S23OUT Y2 OUT Y2LD X11 LD X2OUT Y3 SET S24LD X12 STL S24OUT Y4 OUT Y3LD X13 LD X3OUT Y5 SET S25FEND STL S25P0 OUT Y0LD M8000 LD X1SET S0 SET S26STL S0 STL S26LD X14 SET Y1ZRST S20 S28 OUT T1 K20ZRST Y0 Y5 LD T1LD X2 SET S27AND X4 STL S27SET S20 OUT Y2STL S20 LD X2SET Y1 SET S28OUT Y5 STL S28LD X0 OUT Y4SET S21 LD X4STL S21 OUT S20OUT Y0 RETLD X1 END。
PLC实验——机械手控制
1. 机械手控制
搬运纸箱的机械手结构示意图如图1所示, 它的气动系统原理图如图2所示。
机械手的主要运动机构是升降气缸和回转气缸。
升降挡铁初始时处于行程开关SQ1处, 吸盘在A处正上方。
系统启动后, 如果光电开关TD检测出A处有纸箱, 则升降气缸使机械手的升降杆下降, 当升降挡铁碰到行程开关SQ2时, 吸盘恰好接触到纸箱上表面, 继续让升降杆下降, 以挤出吸盘和纸箱表面围成的空腔内的空气, 形成负压。
持续几秒钟, 升降杆停止下降, 升降气缸使升降杆上升, 吸盘带着纸箱上升, 当升降挡铁碰到SQ1时, 停止上升。
回转气缸使回转臂顺时针转180°, 吸盘运动至B处正上方, 回转挡铁碰到行程开关SQ4时停止回转, 吸盘下降, 当升降挡铁碰到SQ2时, 停止下降, 并且停止几秒钟, 这时, 电磁阀HF3开启, 吸盘放松纸箱。
之后, 吸盘上升, 当升降挡铁碰到SQ1时, 吸盘逆时针转180°回到A处正上方, 回转挡铁碰到行程开关SQ3时停止回转, 如果TD未检测出A处有纸箱, 则机械手停止等待；若TD检测出A处有纸箱, 则机械手重复上述工作过程。
机械手的I/O连接图、流程图、梯形图分别如图2、图3、图4所示。
图1 机械手
图2 I/O连接图图3 流程图
图4 梯形图。
PLC机械手课程设计报告
目录摘要 (I)1 设计目的和要求 (1)1.1 目的 (1)1.2 要求 (1)2 机械手的工艺和控制要求 (2)2.1 设备概况 (2)2.1.1 工艺介绍 (2)2.1.2 面板操作 (2)2.2 控制要求 (3)2.2.1液压系统油泵启动及停止 (3)2.2.2机械手工作方式 (3)2.2.3系统保护和报警功能。
(3)3 PLC控制系统发设计方法。
(4)3.1 确定输入输出 (4)3.2 选着PLC的型号。
(4)3.3 机械手设计框图： (4)3.4 为PLC的输入输出编址 (4)4 电气原理图设计 (6)4.1主电路设计 (6)4.2输入电路 (6)4.3输出电路 (6)4.4绘图注意事项 (6)5 PLC程序设计 (7)5.1主程序流程图 (8)5.2 手动子程序 (9)5.3回原点子程序流程图 (10)5.4 单步流程图 (11)5.5 单周期流程图 (12)5.5自动流程图 (13)5.6 程序调试 (13)6 总结 (14)附录1 机械手电气原理图附录2 机械手梯形图摘要机械手主要用于搬动或者装卸零件的重复动作，动力来源于液压系统。
在机械手控制选用PLC，其原因安全可靠。
机械手控制分为手动、回原点、单步、单周期、自动五大部分。
各个功能运用转换开关进行切换，切后按照以前步骤继续执行。
通过PLC输出驱动中间继电器，接通电磁阀。
首先运用AUTOCAD绘制实际工程电气接线图，在实验室运用实验模拟设备，进行编程模拟。
关键字：机械手PLC 电气接线图电磁阀中间继电器1 设计目的和要求1.1 目的（1）用PLC实现对机械手手、自动控制。
（2）用PLC设计具有多种操作方式的电控系统的程序结构。
（3）掌握一般控制系统操作方式切换时保持系统状态连续的程序设计思路和方法。
（4）自行设计手动、回原点、单步、单周期和自动五种工作方式下的控制程序。
1.2 要求（1）绘制电气原理图时要符合国家标准。
（2）PLC配置及硬件接线正确。
PLC搬运机械手课程设计
第1章概述1.1搬运机械手概述图1.1是搬运机械手工作示意图。
该机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。
为使动作准确，安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5。
分别对机械手进行抓紧、左旋、右旋、上升、下降等行程的检测，并给出动作到位的检测信号。
另外还安装了光电开关SP。
负责检测传送带A上的物品是否到位。
此外，还设置了起动按钮SB1和停止按钮SB2，分别用以启动和停止机械手的动作。
图1.1 搬运机械手工作示意图传送带A、B由电动机M1、M2拖动，M1、M2分别由接触器KM1、KM2控制，机械手的上、下、左、右、抓、放等动作由液压系统驱动，并分别由6个电磁阀YV1—YV6来控制。
1.2搬运机械手运动过程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1.2所示：图1.2机械手动作过程1.3设计要求传送带B处于连续运行状态，不用PC控制。
机械手和传送带A要求按照一定的顺序动作，其步序图如图1.3所示。
启动时，机械手按照步序图的工步顺序动作；停止时，机械手停止在现行工步上。
重新启动时机械手从停止前一瞬间的动作继续进行；PLC断电时的要求与停止时的要求一致。
要求搬运机械手控制系统具有手动、单周期和连续循环三种工作方式。
1.4设计任务1.设计和绘制电气控制原理图或PC I/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。
2.选择电气元件，编制电气元件明细表。
3.设计操作面板电器元件布置图。
4.上机调试程序。
5.编写设计说明书。
启动按钮SB1停止按钮SB2手爪抓限位开关SQ1手臂左限位开关SQ2手臂右限位开关SQ3手臂上限位开关SQ4手臂下限位开关SQ5光电开关SP 传送带A运行KM1手臂左旋YV3手臂右旋YV4手臂上升YV1手臂下降YV2手爪抓紧YV5手爪松开YV6步序234567891s11个搬运周期图1.3搬运机械手动作步序图第2章控制方案论证机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有单周（连续）控制和手动控制等操作方式。
PLC课程设计---机械手
3.1 编程软件 step7 的介绍
STEP7 编程软件用于 SIMATIC S7、C7 和 M7 和基于 PC 的 WinAC，是供它们 编程、监控和参数设置的标准工具。
为了在 PC 机上使用 STEP7，必须配置 MPI 通信卡或 PC/MPI 通信适配器， 将计算机接入 MPI 或 PROFIBUS 网络，以便下载和上载用户程序及组态数据。STEP7 允许多个用户同时处理一个工程项目，但不允许多个用户同时对一个项目进行写 操作（如程序及组态数据的下载）。
在 STEP7 中，一个自动化系统的所有数据以项目（Project）的形式来进行 组织和管理。一个项目包含了以下的三类数据。
1、硬件结构的组态数据及模块参数
6
PLC 控制技术课程设计
2、通信网络的组态数据 3、可编程模块的程序 上述数据都以对象的形式存储，STEP7 采用目录式的层次结构管理项目中的 所有对象。对象从上到下有三个层次： 第一层：项目； 第二层：通讯子网、PLC 站或 S7 程序； 第三层：第二层下面的具体对象，视第二层定。 SETP7 的主界面
4.1 设计内容 1）计算输入输出点，编写 I/O 对应表及内部元件使用表； 2).. 编写 PLC 控制程序，要求可以实现手动、单周期及连续工作 3 种操作方
式； 3）完成实验所需要的硬件接线； 4）利用实验台上的开关、按钮、小指示灯等，模拟演示其工作过程； 5）完成课程设计报告。
4.2 PLC 的 I/O 的分配
3.2 仿真软件 S7-200 的介绍 S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检
测、监测及控制的自动化。S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或 相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 S7-200 系列具有极高的性能/价格比。
PLC实训程序--机械手
机械手一、实验目的用PLC完成机械手传送工件的过程二、实验器材1、JD2003型可编程控制器实验台 1台2、工件传送机构模块1块3、PC机或FX-20P-E(自备）1台4、自锁连接导线若干三、实验原理与实验步骤1、工件传送机构演示板结构如图2、用PLC完成机械手工件传送过程3、控制要求：（1）按下启动按钮，机械手下降到达限位开关S4时停止（2）机械爪夹紧工件KM吸合，上升至限位开关S3停止（3）机械臂右行至限位开关S2停止（4）机械手开始下降至限位开关S4时停止（5）机械爪松开KM失电（6）机械手上升至限位开关S3左行，左行至限位开关S1停止（7）回到初始位置开始下一个工件的传送4、实验步骤：（1）打开实验台电源，编程器与PLC连接（2）根据具体情况编制输入程序，并检查是否正确（3）按图接线，实验台与工件传送机构模块，检查连线是否正确（4）启动程序，观察运行结果四、设计程序清单I/O地址分配指令表：0 LD X0041 ANI Y0002 ANI Y0013 ANI Y0024 ANI Y0035 ANI Y0046 SET S1 8 STL S19 OUT Y00310 LD X00311SET S213 STL S214 SET Y00415 OUT T1 K1018 LD T119 OUT Y00220 LD X00221 AND T122 SET S324 STL S325 OUT Y00126 LD X00127 SET S429 STL S430 OUT Y00331 LD X00332 SET S534 STL S535 RST Y00436 OUT T4 K3039 LD T440 OUT Y00241 LD X00242 SET S644 STL S645 OUT Y00046 LD X00047 OUT S149 RET50 END梯形图接线图：※FX系列的输出继电器的公共端：FX2N－32MR为COM0～COM4;FX2N－48MR为COM0～COM5; FX1N－60MR为COM0～COM7。
机电一体化课程设计---机械手
机电一体化课程设计---机械手机电一体化课程设计机械手一、机械手及其应用机械手: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。
在中国工业韧带发展中，很多高生产率高精度的机械加工设备从国外引进，大大的提高了工作速度，产品的加工精度，降低了工作的劳动强度，所以大受欢迎。
机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。
因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。
工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。
工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁，单调的操作，如果没有机械手那么工人的劳动强度是很高的，有时候还要用行车员工件，生产速度大大延缓，这种情况采用机械手是很有效的。
此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染环境条件上进行操作。
更显其优越性，有着广阔的发展前途。
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。
机电工程系电气自动化机械手PLC控制系统设计
机械手PLC控制系统设计机械手在专用及自动生产线上应用的十分广泛，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。
一、机械手PLC控制系统的基本组成1.机身2.大臂电机3.光电编码器4.大臂5.小臂电机6.同步带7.光电编码器8.小臂9.手腕升降电机10手抓电机11手抓及绕磁线圈1.机械手及料架的组成机械手的结构主要由手指，手腕，小臂和大臂等几部分组成。
料架为旋转式，由料盘和棘轮机构组成。
2.PLC控制系统的组成PLC控制系统采用三菱F1系列超小型PLC对机械手进行动作控制。
各动作由油泵电机（采用Y100L2-4.3KM）液压驱动，并由电磁阀控制。
其中油泵电机及各电磁阀运行状态均有指示灯显示。
二、机械手的动作过程及其控制要求1.机械手的动作过程以镗孔专用机床加工零件的上料，下料为例，机械手的工作顺序是：由原始位置将已加工好的工件卸下，放回料架，等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。
具体动作顺序是：原始位置→手指夹紧（抓住卡盘上的工件）→松卡盘→手腕左移（从卡盘上卸下已加工好的工件）→小手臂上摆→大手臂下摆→手指松开（工件放回料架）→小手臂收缩→料架转位→小手臂伸出→手指夹紧（抓住未加工零件）→大手臂上摆（取送零件）→小手臂下摆→手腕右移→卡盘收紧→手指松开，等待加工。
2．技术要求及指标1、输入电压：AC200V～240V（带保护接地三芯插座）；2、气源：0.2Mpa～0.85Mpa；3．图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。
为使机械手动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，并发出动作到位的输入信号。
传送带A上装有光电开关SP，用于检测传送带A上物品是否到位。
PLC课程设计坐标式机械手
目录第一章设计要求 (2)1. 1 控制要求 (2)1．2 I/O编址并画出工作框图 (4)1．3 编程并调试 (4)1．4 I/O端子接线图 (4)第二章工艺过程 (5)第三章操作面板布置 (7)第四章输入/输出端子地址分配 (8)第五章程序规划及编制 (9)第六章单操作工作的程序 (10)第七章自动操作程序 (11)第八章 PLC外围端子接线图 (16)第九章总结 (17)参考文献 (18)第一章设计要求图1 坐标式机械手动作原理图1. 1 控制要求如图1所示，将物体从位置A搬至位置B机械手整个搬运过程要求都能自动控制。
在启动过程中能切换到手动控制及自动控制或半自动控制(又称单周期控制)，以便对设备进行调整和检修。
图2是机械手控制系统的逻辑流程图。
系统启动之前，机械手处于原始位置，条件是机械手在高位﹑左位。
（1）动作顺序：机械手从原点位置起始下移到A处下限位→从A 处夹紧物体后上升至上限位→右移至右限位→机械手下降至B处下限位→将物体放置在B处后→上升至上限位→左移至左限位（原点）为一个循环。
（2）上限、A、B下限、左限、右限分别由限位开关控制；机械手设立起动和停止开关。
（3）机械手夹紧或松开的工作状态以及到达每一个工位时，均应有状态显示。
（4）机械手的夹紧和放松动作均应有1s延时，然后上升；机械手每到达一个位置均有0.5s的停顿延时，然后进行下一个动作。
（5）若机械手停止时不在原点位置，可通过手动开关分别控制机械手的上升和左移，使之回到原点。
（6）要求循环120次后自动停止工作并警铃报警1．2 I/O编址并画出工作框图1．3 编程并调试1．4 I/O端子接线图第二章工艺过程机械手的全部动作由气缸驱动，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。
例如当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手下降停止。
只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升；当上升电磁阀断电时，机械手上升停止。
PLC实例-械手的PLC控制
根据皮带运输机的控制要求，其系 统接线图如图所示（PLC的输出负载都 用指示灯代替）。 六、系统调试
七、实训报告
自动交通灯的PLC控制
一、实训目的 1 熟悉顺控指令的编程方法； 2 掌握并行性流程程序的编制； 3 掌握交通灯的程序设计及其外部接线。
四、软件程序 1
．I/O分配 X0：
起动按钮， 水位开关，
X1：停止开关， X2：高 X3：低水位开关；
Y0：进水电磁阀， Y1：排水电磁阀， Y2：脱水电磁阀， Y3：报警指示，
Y4：电动机正转， Y5：电动机反转。
2．程序设计方案
根据系统的控制要求及PLC的I/O分 配，画出其状态转移图。 五、系统接线
交通灯控制时序图
（2）基本逻辑指令编程，其梯形图如图所 示。
交通灯控制的梯形图
（3）步进指令编程，其状态转移图如图所 示。
五、系统接线
六、系统调试
七、实训报告
交通灯控制的状态转移图
交通灯控制系统接线图
灯、接线端口及按钮等）； 3 实训控制台1个； 4 电工常用工具1套； 5 手持式编程器或计算机1台； 6 连接导线若干。
三、实训要求
设计一个用PLC控制的皮带运输机的 控制系统。其控制要求如下：
在建材、化工、机械、冶金、矿山等 工业生产中广泛使用皮带运输系统运送原 料或物品。供料由电阀DT控制，电动机 M1、M2、M3、M4分别用于驱动皮带运 输线PD1、PD2、PD3、PD4。
X1：自动位起
动，
X2：正常停止， X4 X3：紧急停止，
：点动DT电磁阀， X5：点动M1，
X6：点动M2， X10 ：点动M4，
PLC课程设计机械手电气控制系统设计
《PLC技术与工程应用》课程设计任务书课题名称：机械手电气控制系统设计专业班级：电气自动化技术102班河南机电高等专科学校自动控制系2012-06-011、概述机械手是工业生产过程中常见的自动化设备，它具有工件的自动取拿、移动和输送功能。
机械手机构控制涉及了PLG传感器、电机驱动等技术。
机械手实验设备如图1所示。
该设备可以实现手臂的左右摆动、伸出与退回、上下移动、机械手指的夹紧与张开等四自由度动作。
图1.机械手实验设备1.1输出驱动单元该设备四自由度动作由四台直流电动机驱动，每台电动机可进行正反转运行。
左右摆动由齿轮组啮合实现减速传动；伸出与退回、上下移动由直流减速电机驱动丝杠--螺母结构完成；机械手指的夹紧与张开由直流减速电机驱动连杆结构实现。
该设备共有8个动作，由控制器输出信号驱动。
1.2输入检测单元每个自由度运行极限位置设置了两个行程开关，用于判断当前动作是否到位。
该设备共有8个行程开关作为控制器的输入信号2、输入输出接口电路介绍机械手实验设备既是所谓控制对象，对于一般工业控制，其控制核心使用可编程控制器（PLC）。
设计输入输出接口电路（如图2所示）的目的是为解决机械手设备输出驱动单元、输入检测单元与PLC之间的信号接口问题。
图中上层电路板是驱动电路板，下层电路板左侧是输入接口电路板，右侧是输出接口电路板＜图2.输入输出接口电路板2.1输入接口电路板输入接口电路板原理图如图3所示，其功能是将设备上行程开关的开关状态转换为统一的电平信号（逻辑1：24V DC ;逻辑0: 0V DC）。
板上设有光电隔离电路，将内外电源隔离，以保护设备安全。
FLC輸人模块图3.输入接口电路板电气原理图本设备8个输入信号，对应输入接口电路板的8根输入信号线。
各信号线对应的行程开关如表1所示。
表1.2.2输出接口输出接口（如图4所示）由两块电路板构成：驱动电路板和输出接口电路板。
它们的功能是将PLC输出的控制信号用于驱动继电器动作，从而控制电动机正向或反向运行。
PLC课程设计--机械手动作的模拟
一、课程设计的目的和任务：本课程是电气工程及电气自动化专业在掌握所学习的专业基础课专业课基础上一次叫全面的实习训练，通过完成一个具有较完善功能的设计课题，大到训练学生综合运用所学知识的能力。
其基本目的是：培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已学的理论和生产实习知识去分析和解决工程实际问题的能力，学习工业自动化网络一个完整系统设计的一般方法，掌握运用专业课、专业基础课的知识解决自动化网络方面常见实际问题的能力。
进行基本技能训练，如利用设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、试验设备进行调试和数据处理等。
陪养学生的创新能力。
二、设计方式1、根据课程设计任务书提出的控制要求选择系统方案和控制方式2、合理选择元器件型号，正确进行硬件电路设计和软件调试。
3完成电路设计、编写完成实时控制程序或编写完仿真程序。
4调试和完成控制系统，使之满足控制要求。
5编写课程设计说明书。
三、机械手及其应用机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装置。
在我国由于大多数工业机器人所执行的工作为模拟人的手臂而工作，因而通常把工业机器人称做操作机械手。
四、机械手的特点：（1）对环境的适应性强能代替人从事危险，有害的工作。
在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理的设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温，异常压力和有害气体，粉尘，放射线作用下，以及冲压，灭等危险环境中胜任工作。
（2）机械手能持久，耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。
（3）由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可以避免人为的操作错误。
（4）机械手特点是通过用工业机械手的通用性，灵活性好，能很好的适应产品的不断变化，以满足柔性生产的需要。
因此采用机械手最明显的特点是提高劳动生产率和降低成本。
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。
《机电一体化系统设计》电子教案 项目十 PLC控制搬运机械手设计
• 从本任务的机械手来看，在选用材料时不需要很大的负载力，一也不 需要很高的弹性模量和抗变形能力，在综合考虑材料的成本、可加工 性及工作状况等条件下，可初步选用铝合金作为机械臂的构件。
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10. 1搬运机械手设计案例导入
• 10. 1. 4 PLC模块设计
• 设计PLC控制系统时，要全面了解被控对象的机构和运行过程，明确 动作的逻辑关系，最大限度地满足生产设备和生产过程的控制要求， 同时力求使控制系统简单、经济、使用及维护方便，并保证控制系统 安全可靠。
项目十 PLC控制搬运机械手设计
• 10. 1搬运机械手设计案例导入 • 10. 2回转搬运机械手设计
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10. 1搬运机械手设计案例导入
• 现引入一个自动搬运零件的机械手设计案例，外形如图10一1所示。 • 此搬运机械手能完成的基本动作顺序如下:垂直气缸向下，抓取零件，
气爪夹子关5s;垂直气缸向上，水平气缸向左;垂直气缸向下，夹子开 5s，放开零件;垂直气缸向上，水平气缸向右。循环。
• (3)纤维增强合金:如硼纤维增强合金、石磨纤维增强镁合金，其(E/P) 比高达11.4 x 107 m2/s和8. 9 x 107 m2/s。这种纤维增强合金属材料 具有非常高的(E/P)比，且没有无机材料的缺点，但价格较昂贵。
用PLC设计的简易的机械手控制电路
用PLC设计的简易的机械手控制电路
今日为大家介绍一个用plc设计的简易的机械手掌握电路。
掌握要求示意图：
当按下启动按钮X1后，机械手先向下移动再向上移动，然后向右移动再向右下移动，再向右上移动，再回到原点。
（我们可以想像成一个机械手抓持着一个工件，把工件从一个位置移动到另一个位置）。
I/O安排表：
首先我们先把输入与输出的安排给编好。
流程图：
像设计这种带有步进顺控指令的电路，我们可以先画一个流程图以便利我们一步步的分析与设计电路。
首先机械手从原点开头先向下——向上——向右——右下——右上——向左——复位。
然后步与步之间的转换条件我们可以设置成各个限位开关，然后我们通过移位指令把M101到M107的各个指令一步步激活。
梯形图：
当我们在启动前机械手位于原点位置，X5（左限位开关），X3（右限位开关）是被压合的，就会传输一个1到M100里面去，然后M100的常开触点闭合，按下启动按钮X1，M100的数据通过移位指令移到
M101里面去，机械手向下运动，当遇到下限位开关X2后，M101的数据通过移位指令移到M102里面去，机械手向上运动，当遇到上限位开关X3后，M102的数据通过移位指令移动到M103里面去，机械手向右运动，，，，，，以此类推，始终到M107复位指令。
假如我们想让机械手直接复位也可以按下X0复位按钮，这样机械手就可直接复位。
PLC控制实验--机械手控制
实验九机械手控制一、实验目的掌握机械手控制系统的接线、调试、操作二、实验设备序号名称型号与规格数量备注1 网络型可编程控制器高级实验装置THORM-D 12 实验挂箱CM24 13 实验导线 3 号若干4 通讯电缆USB 15 计算机 1 自备三、控制要求1. 总体控制要求：机械手将 A 处工件抓取并放到 B 处。
2. 机械手回到初始状态，SQ4=SQ2=，1 SQ3=SQ1=，0原位指示灯HL点亮，按下“SB1”启动开关，下降指示灯YV1点亮，机械手下降，（SQ2=0）下降到 A 处后（SQ1=1）夹紧工件，夹紧指示灯YV2点亮。
3. 夹紧工件后，机械手上升（SQ1=0），上升指示灯YV3 点亮，上升到位后（SQ2=1）, 机械手右移（SQ4=0）, 右移指示灯YV4点亮。
4. 机械手右移到位后（SQ3=1）下降指示灯YV1点亮，机械手下降。
5. 机械手下降到位后（SQ1=1）夹紧指示灯YV2熄灭，机械手放松。
6. 机械手放松后上升，上升指示灯YV3点亮。
7. 机械手上升到位（SQ2=1）后左移，左移指示灯YV5点亮。
8. 机械手回到原点后再次运行。
四、程序流程图五、端口分配表序号CM12（面板端子）CM24（面板端子）说明备注9. 00 SB1 启动开关10. 01 SQ1 下限位开关11. 02 SQ2 上限位开关PLC输入12. 03 SQ3 右限位开关13. 04 S4 左限位开关14. 05 SB2 停止开关15. 00 YV1 下降指示灯16. 01 YV2 夹紧指示灯17. 02 YV3 上升指示灯PLC输出18. 03 YV4 右移指示灯19. 04 YV5 左移指示灯20. 05 HL 原位指示灯21. 主机输入端COM、CM24面板+24V 接电源24V 电源正端22. 主机输出端COM、CM24面板COM接电源COM 电源地端六、操作步骤1. 检查实验设备中器材及调试程序。
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目录前言 (2)1. 课程设计的任务和要求 (3)1.1 课程设计的任务 (3)1.2 设计要求 (3)1.3课程设计动作要求 (3)2. 总体设计 (4)2.1 PLC选型 (4)2.2 PLC端子分配设计 (5)2.3 控制原理图 (6)3. PLC程序设计 (8)3.1 设计思想 (8)3.2 顺序功能图设计 (8)3.3 PLC梯形图设计 (10)（1）主程序.. (10)（2）公用子程序 (11)（3）手动子程序 (12)（4）自动子程序 (13)（5）回原点程序 (17)4. 程序模拟调试说明 (19)结束语 (23)参考文献 (24)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1.1课程设计的任务（1）完成《课程设计指导书》所要求的控制循环。
1.2设计要求1）画出端子分配图和顺序功能图2）设计并调试PLC控制梯形图3）设计说明书1.2课程设计的动作要求示教机械手控制系统设计1．单循环为：1）从原点开始下降；2）吸工件，延时1秒；3）上升；4）右转；5）下降；6）放下工件，延时1秒；7）上升；8）左转，回原点。
2．要求有四种工作方式：手动、单步、单周期、连续。
3．连续时，循环5次结束，声光间断报警5秒。
2.总体设计2.1 PLC的选型在选择PLC时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统1、PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。
从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。
2、PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。
从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。
整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统;模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。
3、存储器容量的估算;存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O 点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
4、控制功能的选择;该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
综上所述，选择CPU型号为216的PLC。
2.2 PLC端子分配图示教机械手的端子分配图如图2.1所示：图2.1 示教机械手端子分配图2.3 控制原理图外部接线图如图2.2所示：图2.2 外部接线图操作面板示意图如图2.3所示：图2.3操作面板示意图3.PLC程序设计3.1 设计思想该机械手能完成手动，单步，单周期，连续工作，在主程序中，SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执行的。
用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及处理不同工作方式之间的相互转换。
在自动回原点方式下，I2.1为ON，执行“回原点”子程序。
在其他三种工作方式下执行“自动”子程序。
程序的总体思想是启保停的编程方法。
机械手的上升，下降，左行，右行，放松与夹紧，可用5个线圈来控制，机械手的上，下，左，右限位可用传感器或限位开关来控制。
自动：当机械手处于起始位置时，上限位开关和左限位开关开关闭合。
将控制旋钮调到连续，按下启动按钮，关闭上限位左限位，自动程序开始运行，机械手下降，关闭启动按钮。
然后按下下限位开关，机械手开始吸工件并延时1S，延时完后按夹紧到位，机械手上升。
按上限位，机械手右行。
按右限位机械手下降。
按下限位，机械手放工件并延时1S。
延时完后上升，按上限位和左限位，则左行。
完成后计数器加一，并重复上述操作则。
手动：在手动方式下，I2.0为ON，执行“手动程序”子程序。
每按一次启动，执行一步。
3.2 顺序功能图设计回原点顺序功能图如图3.1所示：图3.1 回原点顺序功能图自动程序顺序功能图：图3.2自动程序顺序功能图3.3 PLC梯形图设计（1）主程序：图3.3是主程序SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执行的。
在手动方式下，I2.0为ON，执行“手动程序”子程序。
I2.1为ON，执行“回原点”子程序。
在其他三种工作方式下执行“自动”子程序。
图3.31 主程序结构（2）图3.32为公用程序，用于处理各种方式都要执行的任务，以处理不同工作方式间的切换。
机械手在原点的条件为，左限位开关I0.4.上限位开关I0.2 的常开触点闭合，表示机械手松开的Q0.4的常闭触点闭合，此时“原点条件”M0.5 为ON 在开始执行用户程序（SM0.1为ON），或者系统处于手动状态或自动回原点状态(I2.0或I2.1为ON)时,初始步对应的M0.0将被置位，为进人单步，单周期和连续工作方式做好准备。
如果此时M0.5 为OF 状态，M0.0 将被复位，初始步为不活动步，无法进入单步，单周期或连续的工作方式工作。
当系统处于手动工作方式时，必须将图3.2中除初始步以外的各步对应的存储器位(M2.0-M2.7)复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误的动作。
在非连续方式下，I2.4的常闭触点断开，则启动后表示连续工作状态的标志M0.7 复位。
图3.32 公用程序(3) 手动程序: 图3.33为手动程序,为了保证系统的安全，在手动程序中设置了一些必要的连锁: 1.设置上升和下降之间、左行和右行之间的互锁,以防止功能相反的两个输出同时为ON。
2.用限位开关I0.1-I0.4 限制机械手移动的范围。
3.用上限位开关I0.2 的常开触点与控制左行和右行的Q0.3 和Q0.2的线圈串联，使机械手只有升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞。
图3.33手动程序(4) 自动程序:图3.34为自动程序梯形图单周期、连续和单步这三种工作方式主要是用“连续”标志M0.7 和“转换允许”标志M0.6 来区分的。
1.单步与非单步的区分。
M0.6 的常开触点接在每一个控制代表步的存储器位的启动电路中，它们断开时禁止步的活动状态的转换。
如果系统处于单步工作方式,I2.2 为1状态，它的常闭触点断开，“转换允许”存储器位M0.6 在一般情况下为0 状态，不允许步与步之间的转换。
当某一步的工作结束后，转换条件满足，如果没有按启动按钮I2.6,M0.6 处于0状态,启保停电路的启动电路处于断开状态,不会转换到下一步。
一直要等到按下启动按钮I2.6,M0.6 在I2.6 的上升沿ON一个扫描周期,M0.6 的常开触点接通，系统才会转换到下一步。
系统工作在连续、单周期(非单步)工作方式时，,I2.2 的常闭触点接通，使M0.6 为1状态，串联在各启保停电路的启动电路中的M0.6 的常开触点接通，允许步与步之间的正常转换。
2.单周期与连续的区分：在连续工作方式下,I2.4 为1状态。
在初始步为活动步时按下启动按钮I2.6,M2.0 变为1状态,机械手下降。
与此同时，控制连续工作的MO.7 的线圈“通电”并自锁。
当机械手在步M2.7 返回最左边时,I0.4 为1状态，因为“连续”标志位M0.7 为1状态，转换条件满足，系统将返回步M2.0,反复连续地工作下去。
按下停止按钮I2.7 后,M0.7 变为0 状态,但是机械手不会立即停止工作,在完成当前工作周期的全部操作后,机械手返回最左边，左限位开关I0.4 为1状态,转换条件满足,系统才从步M2.7 返回并停留在初始步。
在单周期工作方式下,M0.7一直处于0状态。
当机械手在最后一步M2.7 返回最左边时，左限位开关I0.4为1的状态，转换条件满足，系统返回并停留在初始步。
图3.34 自动程序梯形图（5）自动回原点程序图：在回原点工作方式下,I2.1为ON。
按下启动I2.6,M1.0 变为ON,机械手上升。
升到上限位开关时,I0.2 为ON,机械手左行，到左限位开关时,I0.4 变为ON,将步M1.1复位，同时将Q0.4复位,机械手松开。
这时原点条件满足，M0.5 为ON,在公用程序中,初始步M0.0被置位，为进入单周期、连续和单步工作方式做好了准备，因此可以认为步M0.0是步M1.1的后续步。
图3.35 自动回原点程序4程序调试模拟调试说明在连续条件下完成一个工作周期：1.按下上限位I0.2和左限位I0.4，开启原点条件。
2.按下连续开关I2.4之后按下启动I2.6。
开始执行Q0.1，机械手下降。
3.关闭I0.2和I0.4，按下下限位I0.1，置位Q0.4机械手夹紧，计时器T37开始计时1S。