气动机械手控制系统设计
《2024年基于PLC的气动机械手控制系统设计》范文
《基于PLC的气动机械手控制系统设计》篇一一、引言随着工业自动化程度的不断提高，气动机械手在工业生产线上扮演着越来越重要的角色。
为了提高机械手的控制精度、稳定性和可靠性，基于PLC的气动机械手控制系统设计成为了当前研究的热点。
本文将详细介绍基于PLC的气动机械手控制系统的设计原理、方法及实施过程。
二、系统设计目标本系统设计的主要目标是实现气动机械手的自动化控制，提高生产效率，降低人工操作成本。
具体包括以下几个方面：1. 提高机械手的控制精度和稳定性；2. 实现机械手的自动化操作，减少人工干预；3. 具备较高的可靠性和抗干扰能力；4. 具备灵活的扩展性和可维护性。
三、系统设计原理基于PLC的气动机械手控制系统主要由PLC控制器、气动执行机构、传感器及辅助设备等组成。
其中，PLC控制器作为核心部件，负责接收上位机的指令，控制气动执行机构的动作，同时监测传感器的状态，实现机械手的自动化控制。
四、硬件设计1. PLC控制器：选用高性能的PLC控制器，具备较高的处理速度和稳定性。
根据机械手的动作需求，配置相应的输入/输出端口。
2. 气动执行机构：包括气缸、气阀等，负责实现机械手的抓取、移动等动作。
3. 传感器：包括位置传感器、压力传感器等，用于监测机械手的状态，为PLC控制器提供反馈信号。
4. 辅助设备：包括电源、通信接口等，为系统提供必要的支持和保障。
五、软件设计1. 编程语言：采用结构化文本、梯形图、功能块图等编程语言，实现PLC控制器的逻辑控制功能。
2. 程序设计：根据机械手的动作需求，编写相应的程序，实现抓取、移动、停止等动作的控制。
同时，通过传感器反馈的状态信息，实现机械手的闭环控制。
3. 通信协议：与上位机通信，实现数据的传输和指令的下达。
六、系统实施1. 安装与调试：按照硬件设计图，将各部件安装到指定位置，并进行调试，确保各部件正常工作。
2. 编程与测试：根据程序设计要求，编写相应的程序，并进行测试，确保程序正确无误。
气动机械手PLC控制系统设计
（一）PLC机械手的原理及流程图——————————————————4
（二）电路中主要元器件的绍———————————————————5
1电器继电器的原理及应用———————————————————5
2电磁阀的工作原理及应用———————————————————5
3)其它接口
若主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元(不带CPU)相接进行扩充。PLC还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。
4)编程器
编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。
5．机械手开始右旋，状态开关动作，抓紧动作结束，机械手开始下降。
6．机械手下升到下降位置，状态开关动作，下降动作结束，机械手开始后退。
7．机械手右旋到右限位置，状态开关动作，右旋动作结束，机械手开始下降。
8．机械手后退到后退位置，机械手开始放松，一个工作循环过程完毕。
9．机械手的工作方式为：单步。
机械手的动作顺序如下：机械手初始位置是后退、下降、逆时针旋转均到底部，机械手成放松状态。当按下启动按钮后，机械手开始前进，前进到底碰到限位开关，前进动作停止，机械手开始上升，上升到顶端，碰到限位开关，上升动作停止，机械手开始执行顺时针旋转动作，顺时针旋转到底，碰到限位开关，旋转动作停止，机械手开始执行夹紧动作，碰到限位开关，夹紧动作停止，机械手开始执行逆时针旋转，逆时针旋转到底，碰到限位开关，逆时针旋转动作停止，机械手开始下降，下降到底部时，碰到限位开关，下降动作停止，机械手执行后退动作，碰到限位开关，后退停止，机械手放松，此时回到初始位置，一个周期动作完成。根据机械手的动作顺序，可以画出如图2.1所示的流程图：
气动机械手控制系统设计
气动机械手控制系统设计气动机械手是一种应用气动技术的机械手执行器，通过气动元件驱动来实现抓取、搬运、装配等动作。
气动机械手控制系统设计是指设计控制气动机械手运动的电气、电子、液压等各种控制设备和控制方式。
本文将从气动机械手的工作原理、控制系统的设计要点和实现方法三方面进行详细介绍。
一、气动机械手的工作原理具体来说，气源通常会提供一定的压力，一般使用压缩空气。
气控元件包括气缸、气阀等，用于对压缩空气进行控制，如控制气缸的进气和排气，实现气缸的伸缩和运动方向的改变。
而工作执行器则是机械手的关键组成部分，它是气缸和机械手夹具的组合，通过气缸的控制，实现机械手的抓取、搬运等动作。
二、气动机械手控制系统设计要点1.选择合适的气源和气控元件：在设计气动机械手控制系统时，需要根据机械手的负载要求选择合适的气源和气控元件。
气源的压力和流量要满足机械手的工作需求，而气控元件的类型和数量要根据机械手的动作来确定。
2.设计合理的控制回路：气动机械手的控制回路包括气源控制回路和气缸控制回路。
气源控制回路主要控制气源的启动和停止，而气缸控制回路则控制气缸的进气和排气，实现机械手的运动。
控制回路的设计要合理布置元件，使其在工作过程中能够有序工作，减少能量损失。
3.合理安排气缸的布局：气缸的布局对机械手的工作效果有很大影响。
在布置气缸时，需要考虑机械手的工作空间、抓取点的位置和安全性等因素，尽量将气缸设在合适的位置，以提高机械手的工作效率和稳定性。
三、气动机械手控制系统的实现方法1.纯气动控制：纯气动控制是指完全依靠气源和气控元件来控制机械手的运动。
这种控制方式结构简单，控制精度较低，主要适用于对动作精度要求不高的场合。
2.气动与电气联合控制：在气动机械手的控制系统中，可以结合电气元件和电气控制方式，与气动元件共同控制机械手的运动。
在这种控制方式下，电气元件可用于控制气控元件的工作，提高气动机械手的控制精度。
3.PLC控制：PLC控制是指使用可编程序控制器(PLC)对气动机械手进行控制。
基于PLC的气动机械手控制系统设计
基于PLC的气动机械手控制系统设计一、本文概述随着工业自动化技术的飞速发展，气动机械手作为实现生产自动化、提高生产效率的重要工具，在各个领域得到了广泛应用。
基于可编程逻辑控制器（PLC）的气动机械手控制系统，以其稳定可靠、易于编程和维护的特性，成为当前研究的热点之一。
本文旨在探讨基于PLC 的气动机械手控制系统的设计方法，包括系统构成、硬件选择、软件编程以及调试与优化等方面，以期为我国工业自动化领域的发展提供参考和借鉴。
本文将简要介绍气动机械手及其控制系统的基本原理和特点，为后续的设计工作奠定理论基础。
将详细阐述PLC在气动机械手控制系统中的应用优势，包括其可靠性、灵活性以及扩展性等方面的优势。
在此基础上，本文将深入探讨基于PLC的气动机械手控制系统的设计方法，包括系统架构的设计、硬件设备的选择、软件编程的实现以及系统调试与优化等方面。
本文将总结基于PLC的气动机械手控制系统的设计要点和注意事项，为相关工程实践提供指导和借鉴。
通过本文的研究，旨在为我国工业自动化领域的发展提供新的思路和方法，推动气动机械手控制系统的技术进步和应用推广。
也期望本文的研究成果能对相关领域的学者和工程师产生一定的启示和借鉴作用，共同推动工业自动化技术的发展和创新。
二、气动机械手控制系统概述气动机械手控制系统是以可编程逻辑控制器（PLC）为核心，结合气动执行元件、传感器以及相应的控制逻辑，实现对机械手的精确控制。
该系统结合了气动技术的快速响应和PLC的灵活编程特性，使得机械手的动作更加准确、迅速且易于调整。
PLC控制器：作为整个控制系统的核心，PLC负责接收和处理来自传感器的信号，根据预设的程序逻辑，控制气动执行元件的动作。
PLC 具有高度的可靠性和稳定性，能够适应各种复杂的工作环境。
气动执行元件：包括气缸、气阀和气压调节器等。
气缸是实现机械手抓取、移动等动作的主要执行机构；气阀用于控制气缸的运动方向和速度；气压调节器则用于调节气缸的工作压力，以保证机械手的稳定性和精确性。
气动机械手控制系统设计分析
气动机械手控制系统设计分析气动机械手是一种用气压作为动力源的机械手臂，主要应用于工业自动化制造中的装配、夹取等工作。
气动机械手控制系统是机械手操作的重要组成部分，本文将从气动机械手控制系统设计分析的角度，对气动机械手控制系统相关问题进行分析。
一、气动机械手控制原理气动机械手的控制原理是通过空气压力驱动气缸活塞，改变气缸活塞的位置从而实现机械手臂的运动。
气动机械手控制系统一般由执行机构、感应元件、控制器、传感器等组成，其中最重要的部分就是控制器。
在气动机械手控制系统中，控制器是独立的微型计算机，其主要功能是根据操作者的设定来计算控制信号并形成控制指令，同时控制器还负责接收传感器的信号，控制气缸的开闭以及控制气压的大小等。
控制器一般使用PLC（可编程逻辑控制器）或PC（个人计算机）等。
二、气动机械手控制系统设计1、控制器选型气动机械手控制系统设计的一个重要因素是选择控制器类型。
可编程逻辑控制器（PLC）是主要的控制器类型之一，它是一种基于电子技术的智能控制器，具有可编程性和可扩展性特点。
PLC的应用是非常广泛的，它可以用于机器人、制造业、自动化系统等领域。
另外，个人计算机（PC）也可以作为气动机械手控制器。
相比PLC，PC的可编程性更强，其控制功能也更加灵活。
不过，PC在可靠性和实时性方面相对较弱，其控制系统需要通过编写控制软件或使用现有的控制程序来实现。
因此，在实际应用中需要根据具体的控制要求和性能要求来选择控制器类型。
2、传感器选型在气动机械手控制系统中，传感器是非常重要的部分，它能够实现机械手运动的持续监测和位置检测。
传感器的选型应该根据需求进行，有以下几种常用传感器：（1）接触式传感器：可以感知物体的接触情况，通常用于检测机械手夹持物体的情况。
（2）光电传感器：可以感知物体的存在和位置，通常用于检测工件的位置和方向。
（3）压力传感器：可以感知气压变化，通常用于检测气缸的工作状态。
（4）编码器：可以检测机械手的位置和方向，通常用于机械手的导航。
气动机械手plc设计
系统扩展性考虑
模块化设计
将系统划分为多个模块，便于未来功能扩展和升级。
预留接口
在设计时预留外部接口，以便未来与其他设备或系统进行集成。
可扩展的存储和计算能力
考虑未来数据处理需求的增长，设计可扩展的存储和计算架构。
06 案例分析
案例一
总结词：成功应用
详细描述
PLC采用可编程的存储器，用于存储程序、数据和参数等信 息，并通过输入/输出接口与外部设备进行通信。它能够按照 程序逻辑执行控制任务，具有高度的可靠性和灵活性，广泛 应用于工业自动化领域。
PLC的工作原理
总结词
PLC的工作原理包括输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。在输入采样阶段，PLC读取输入信号的状态并将 其存储在输入映像寄存器中；在程序执行阶段，PLC按照用户程序的顺序执行指令，并更新内部寄存器的值；在 输出刷新阶段，PLC将输出映像寄存器的状态输出到输出模块，驱动外部负载。
优化程序
根据调试结果，对程序进行优化，提高机械手的控制 性能和稳定性。
04
气动机械手PLC控制系统的 实现
系统硬件配置
控制器
气动元件
选择一款高性能的PLC控制 器，如西门子S7-300或欧 姆龙CP1H系列，以满足气
动机械手的控制需求。
01
02
根据气动机械手的动作要求 ，选择适当的气动元件，如 气缸、电磁阀、气源处理元
控制系统
控制系统是气动机械手的核心部分，通过PLC（可编程逻辑控 制器）对机械手的运动进行控制，实现各种动作的精确控制和 协调。
传感器
传感器用于检测机械手的运动状态和位置，将信号反馈给控 制系统，以便实现精确控制。
气动机械手控制系统设计
X20
输出端子 名称
机械手下降 夹紧/松开 机械手上升 机械手右移 机械手左移 原点指示灯
代号
YV3 YV5 YV4 YV1 YV2 L1
端子编号
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5
2.PLC外部接线图
根据对机械手的输 入输出信号的分析以及 所选的外部输入设备的 类型及PLC的机型，设 计机械手PLC控制外部 接线如图 8-63所示 。
（2）“无工件”检测信号采用光电开关作检测元件， 需要1个输入端子；
（3）“工作方式”选择开关有手动、单步、单周期、 和连续4种工作方式，需要4个输入端子；
三、确定输入输出点数并选择PLC
1.输入信号
输入信号是将机械手的工作状态和操作的信息提供给 PLC。PLC的输入信号共有17个输入信号点，需占用17个输 入端子。具体分配如下：
3.控制要求
（3）单周期工作方式
按下启动按钮，从原点开始，机械手按工序自动 完成一个周期的动作，返回原点后停止 。
（4）连续工作方式
按下启动按钮，机械手从原点开始按工序自动反 复连续循环工作，直到按下停止按钮，机械手自动停 机。或者将工作方式选择开关转换到“单周期”工作 方式，此时机械手在完成最后一个周期的工作后，返 回原点自动停机 。
图8-63 机械手PLC控制外部接线图
五、控制程序设计
1.总体设计
（1）设计思想
该机械手控制程序较复杂，运用模块化设 计思想，采用“化整为零”的方法，将机械手控 制程序分为:公共程序、手动程序和自动程序， 分别编出这些程序段后，在“积零为整”，用条 件跳转指令进行选择，用这种设计思想设计的控 制程序运行效率高，可读性好。
暂时等待。为此设置了一只光电开光，以检测“无工件”信号 。
基于PLC的取放料气动机械手系统设计
基于PLC的取放料气动机械手系统设计近年，随着计算机技术的发展，我国的工业结构发生了很大的变化，现代化技术很好的取代了传统的人工劳动力，随着人们对生产效率不断提出新的要求。
在现代化工业生产过程中，越来越多的工业过程加入了现代化的技术。
很好的避免了环境恶劣情况的影响。
特别是机械手的应用，其系统组成相对简单并且不污染环境、组件价格便宜和系统安全可靠等特点，已经渗透到工业的各个领域，在工业的发展与成长中占据了重要的地位。
标签：机械手;气动系统;控制系统;PLC一、气动机械手相关技术概况1.1 气动技术简介顾名思义，很好的利用了气体的压力来完成动力的提供。
该技术很好的符合了時代价值观念，具有绿色，环保，安全，稳定的优秀特性。
另外来说，该技术能够避免外界环境的影响。
取材容易，技术成本低，极大地提升了企业的整体效益。
现阶段已经成熟的应用到了我国工业生产的各个层次，随着技术的发展，相信会在我国的医药领域大量的使用。
该技术已经大量的在工业生产中使用，并不断地朝着智能化的方向发展，从全球的范围来看，西方的资本主义国家在该领域发展的比较迅速，占领了大量的市场份额。
我国在该领域起步较晚，技术方面不没有特别的娴熟。
随着我国技术的进步，相信我国能够在该领域不断地实现进步，使得该技术朝着集成化，小型化，智能化的方向发展[6]。
1.2 控制技术简介控制模块作为整个设备的核心模块，起到了举足轻重的影响。
更好的实现有效稳定的控制，才会进一步的提升整个装置的运行效率。
现阶段来看，我国在该领域主要是使用了PLC系统完成装置的控制。
PLC系统又名可编程操作系统，很好的运用了自身强大的逻辑功能实现数据的计算与存储。
这一控制系统很好的完成了我们所需要的各项任务。
在过去时间里，我们工业上的控制模块主要是采用了继电器模块，该传统的控制方式存在着大量的缺点与不足，不能够很好的起到准确的控制作用。
PLC系统作为新生代的控制系统，很好的代替了传统的工业装备控制模块。
PLC气动机械手控制系统编程与实现
教案课程名称PLC控制系统编程与实现学时4序号11授课班级日期任课教师课题气动机械手控制系统编程与实现教学目标专业能力：1.会运用“子程序调用指令”来设计气动机械手控制系统梯形图程序。
2．学会分析系统控制要求及分配I/O点，能正确识气动机械手控制系统的梯形图和线路图。
3.学会使用编程软件输入梯形图，阅读指令表。
4.能正确编制、输入和传输气动机械手控制PLC程序。
5.能通独立完成气动机械手控制电路的安装与调试。
关键能力：1.能够向大家介绍简单的原理性知识，锻炼良好的表达能力。
2.能互相配合，具有团队协作能力。
3.能养成很好的自学与自我管理的能力。
应用性知识目标：1.熟练掌握并行序列顺序控制继电器指令的应用。
2.掌握跳转、循环、子程序调用的应用。
3.熟练模拟运行并调试。
训练项目任务1．试设计气动机械手PLC控制电路；并要求具有短路保护和过载保护的功能。
2．安装与调试气动机械手PLC控制电路。
教学媒体准备1．PLC实训装置。
2．多媒体教学设备、教学课件、视频教学资料。
3．实训记录单。
教学过程教学时间分配表:序号任务教学方式时间分配（分钟）1并行序列顺序控制继电器指令的介绍教授、演示40 2拓展知识教授、演示153项目任务分析根据任务工单自学、教师指导40 4编制PLC程序学生自行编制405安装于调试学生演示、教师讲评456实践考核根据成绩评分标准考核过程考核，在实践过程中进行一、基本知识1.跳转指令（跳转开始指令JMPn和跳转标号指令LBLn）跳转指令的功能是根据不同的逻辑条件，有选择地执行不同的程序。
利用跳转指令，可以使程序结构更加灵活，减少扫描时间，从而加快系统的响应速度。
执行跳转指令需要用两条指令配合使用，跳转开始指令JMPn和跳转标号指令LBLn，其中n是标号地址，n的取值范围为0～255的字型类型。
使用跳转指令需要注意以下几点：①由于跳转指令具有选择程序段的功能，在同一程序且位于因跳转而不会被同时执行的两段程序中的同一线圈不被视为双线圈，双线圈指在同一程序中，出现对同一线圈的不同逻辑处理现象，这在编程中是不允许的。
基于PLC的气动机械手控制系统设计
创新论坛当前工业在生产领域应用的气动机械手仍然是重要设备，因为它能在有效控制下完成相对复杂的机械操作。
本文通过分析PLC下的气动机械手的结构和系统气动原理来设计基于PLC的气动机械手控制系统。
在生产过程中伴随着机械化和自动化的发展，一种新的工具——机械手因运而生并在工业生产领域内得到广泛应用。
如今，由于电子信息技术的飞速发展，关于机器人有关研制和生产在现代化社会备受关注，更是引起了高新技术领域的高度关注，机械手就在这种背景下产生，并逐渐实现与机械化、自动化的有机结合。
气动技术是将空气作为压力介质，能有效减少环境污染，可以广泛应用在非污染行业中，对于自动化控制方面更加便捷。
但传统的机械手在一定范围内缺少灵活度，设计中如果加上可编程逻辑控制器( PLC) 的优势，就能在自动控制领域得到广泛的认可。
因此，本文提出一种基于PLC的气动机械手控制系统，运用在生产领域有何优势。
1 气动机械手整体构造机械手，实际上就是以机器形象的代替人力完成工作，智能化的设备根据自身运行程序或接收到的指令，在规定时间内对目标进行运送，转移等基本动作。
因为很多工业现场需要太多人力去施工存在一定风险，工作效率也不高。
现在介绍的气动机械手工作压力在0.6～1.0MPa之间。
机械手经过直线运动以及旋转就能够搬运物体。
机械手旋转要在多个部分的共同协作下完成，包括摆动臂、摆动气缸、摆动位置微动开关、轴向止推轴承等部件，机械手的摆臂区间在0°～180°之间，机械手需要导柱与导轨、气缸、滑动导柱等各个部件密切配合才能完成升降动作，移动大概就在0～150cm；通过气缸、弹簧共同作用，可以进行夹持工件的动作，可以通过调节弹簧预压缩量来改变夹持力的大小。
机械手主要是根据工件是否合格的要求将生产线上的工件运输到各个生产环节中去。
具体结构示意如1。
图1 气动机械手的流程图2 气动回路控制气动控制系统的设计简要逻辑控制如图2 所示。
基于PLC的教学型气动机械手控制系统设计
基于PLC的教学型气动机械手控制系统设计【摘要】本文介绍了基于PLC的教学型气动机械手控制系统设计。
在探讨了研究背景、研究意义和研究目的。
在详细介绍了教学型气动机械手的概述，PLC在气动机械手控制中的应用，教学型气动机械手控制系统设计原理，硬件设计和软件设计。
结论部分总结了设计成果，指出存在问题和展望未来研究方向。
本文的研究可以为教学型气动机械手控制系统设计提供参考，具有一定的实际应用价值。
【关键词】PLC、教学型气动机械手、控制系统设计、硬件设计、软件设计、研究背景、研究意义、研究目的、应用、设计成果总结、存在问题、展望、未来研究方向。
1. 引言1.1 研究背景目前对于基于PLC的教学型气动机械手控制系统设计的研究还比较有限，存在着一定的研究空白。
本研究旨在通过对教学型气动机械手的控制系统进行设计和优化，探讨如何更好地利用PLC技术实现对气动机械手的精准控制。
该研究也将探讨如何将基于PLC的气动机械手控制系统应用于教学实践中，提高学生对自动化控制技术的理解和应用能力。
通过本研究的实施，将为教学型气动机械手的控制系统设计提供新的思路和方法，具有一定的理论和实践意义。
1.2 研究意义教学型气动机械手是现代教育领域中非常重要的一种教学工具，它结合了气动控制技术和机械手操控技术，具有直观、生动的特点，能够帮助学生更好地理解和掌握相关课程知识。
而基于PLC的教学型气动机械手控制系统设计，将PLC技术与气动控制技术相结合，实现了机械手的自动控制，极大地提高了教学效率和教学质量。
研究基于PLC的教学型气动机械手控制系统设计具有重要的意义。
这种控制系统可以帮助学生更好地理解自动控制原理和技术，培养学生的实际动手能力和创新意识，提高他们的综合素质。
这种系统可以提高教师的教学效率，使教学内容更加直观生动，激发学生学习的积极性。
研究基于PLC的教学型气动机械手控制系统设计还可以促进气动控制技术和自动控制技术的发展和应用，为相关领域的发展提供技术支持和人才培养。
基于PLC的气动机械手动控制系统设计分析
基于PLC的气动机械手动控制系统设计分析机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的、并广泛应用于工业生产领域的一种新工具。
在电子信息技术快速发展和广泛应用的现代化社会，机器人的研制与生产在高新技术领域掀起一阵狂澜，同时推动了机械手的发展，使机械手逐渐实现与机械化、自动化的有机结合。
气动技术是实现自动化控制的一项重要技术，它以空气为压力介质，不易形成环境污染，尤其是在非污染行业中的应用广泛，能更加便捷地实现自动化控制。
但传统的机械手操作中通常保留2～3个自由度，在一定范围内限制了机械的灵活度。
而可编程逻辑控制器(PLC) 以其易编程、结构简单、性能强大、可靠性高等优势得到了工业生产自动控制领域的广泛认可。
因此，本文结合机械手控制存在的问题，提出一种基于PLC控制的多角度气动机械手控制系统，从而提高系统运行的可靠性和实用性。
1、气动机械手结构机械手实际上是模拟人手动作而设计的一种机械设备，它根据使用者编入的程序或指令来实现固定轨迹下的自动抓取与搬运等动作，实现工业生产的自动化控制。
结合气动机械手及相关电子器件，本文设计的气动机械手结构主要包括传感器、直线导轨、行程开关、气缸、定位开关、步进电机、支架等部件; 控制系统采用标准模块化设计，主要包括气动装置和PLC控制系统。
传感器作为反馈检测元件，对PLC提供信号控制气动装置中的电磁阀，PLC控制系统作为主控器，可实现对整个机械手的控制，zui终使机械手完成上升、下降、旋转等动作。
本文设计的气动机械手工作压力介于0．6MPa～1．0MPa 之间。
机械手借助2个直线运动与1个旋转运动实现物品的搬运任务; 转动需在摆动臂、摆动气缸、摆动位置微动开关、轴向止推轴承等部件的相互协作下实现，其工作行程为0°～180°; 升降运动则在升降气缸、垂直导柱与导轨、滑动导柱等部件的共同作用下完成，其工作行程为0～150cm; 手部需在气缸、弹簧的作用下完成夹持工件操作，夹持力的大小可通过弹簧预压缩量进行调节。
气动机械手控制系统的设计
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 。 年来 ， 近 随着 电子技 术特 别 是 电子计算机 的广泛 应用 ， 器人的研制和 生产 已 机 成 为高科 技技 术领 域 内迅速发 展起 来 的一 门新 兴
１ ． ２气 动机械手 工作 过程
工作 启动 时 ，步进 电机复位 使机 械手 部分 到
作者简 介 ：宋 志峰 （９ １ ） Ｉ ８ 一 ，男 ，机 械 工程硕 士 ，主 要从 事机械 自动 化控制 的教 学与科 研工 作。
第 ２期
宋志峰 ：气动机械手控制系统 的设计
ｌ１ ２
通 的 电磁 换 向 阀控 制换 向， 由于 ４个气 缸先 后动 作 ，所 以设计 有 中位 。可 以通 过 调节 节流 阀的节
流 口控 制 流量 大 小 ，从而 控制 气缸 运 动 的速度 。
如 图 ５所 示 。
气动 回路 很容 易实 现 自动控 制 ， 以通 过 Ｐ Ｃ来 可 Ｌ 控 制换 向阀实 现 自动换 向。此 外 ，气动 回路可 以 适应任 何 恶劣 环境 ， 比较 容 易维护 ，因此 在 自动 控 制 中应 用越 来越 广 泛 。
延 时 ５Ｓ ，确保物 体准 确放 置在物料 台上 ；延时结 束后 手爪气 缸缩 回 ，复位 到起始 位置 。此 为一个
工作 循环 。
可靠性 高 、灵 活通 用等 优点 ；气动 技术 中 的压 力 介质 来 自于 空气 ，环 境 污染 小，容 易实现 控制 工
程 ，是 实现 自动化 控制 的重要 手段 之一 ，尤其 在
３ Ｐ Ｃ控 制 系统 的设 计 Ｌ
在该 系统 中输 入 点数 为 １ ０点 ，输 出点数 为 ８
《2024年基于PLC的气动机械手控制系统设计》范文
《基于PLC的气动机械手控制系统设计》篇一一、引言随着工业自动化技术的不断发展，气动机械手因其结构简单、操作方便、成本低廉等优点，在工业生产中得到了广泛应用。
然而，传统的气动机械手控制系统往往存在控制精度低、可靠性差等问题。
为了解决这些问题，本文提出了一种基于PLC的气动机械手控制系统设计方法。
该设计方法能够提高机械手的控制精度和可靠性，满足工业生产的需求。
二、系统设计1. 硬件设计基于PLC的气动机械手控制系统主要由PLC控制器、气动执行机构、传感器和人机界面等部分组成。
其中，PLC控制器是整个系统的核心，负责接收传感器信号、控制气动执行机构的动作以及与人机界面进行通信。
气动执行机构包括气缸、气阀等部件，负责实现机械手的抓取、移动等动作。
传感器用于检测机械手的位置、速度等状态信息，为PLC控制器提供反馈信号。
人机界面用于实现操作人员与机械手的交互，包括参数设置、状态显示等功能。
2. 软件设计软件设计主要包括PLC控制程序的编写和人机界面的开发。
PLC控制程序采用梯形图或指令表等形式进行编写，实现机械手的控制逻辑。
具体包括机械手的启动、停止、抓取、释放等动作的控制，以及根据传感器信号进行位置、速度等状态的检测和处理。
人机界面的开发主要包括界面设计、数据交互等部分，实现操作人员与机械手的交互功能。
三、控制系统设计要点1. 可靠性设计为了保证机械手控制系统的可靠性，需要采取一系列措施。
首先，选用高质量的PLC控制器和传感器等部件，确保其性能稳定、可靠。
其次，对控制系统进行合理的布局和接线，避免电磁干扰和电气故障等问题。
此外，还需要对控制系统进行定期维护和检修，及时发现和解决问题。
2. 控制精度设计为了提高机械手的控制精度，需要采取精确的控制系统设计方法。
首先，需要对机械手的运动轨迹进行精确的规划和计算，确保其运动轨迹的准确性和稳定性。
其次，需要采用高精度的传感器和控制器，实现对机械手位置、速度等状态的精确检测和控制。
基于PLC的气动机械手控制系统设计
基于PLC的气动机械手控制系统设计一、引言随着工业自动化进步的日益成熟，气动机械手在生产过程中扮演着越来越重要的角色。
它以其结构简易、动作速度快和成本低廉的特点，成为企业提高生产效率和降低成本的抱负选择。
为了实现对气动机械手灵活、准确的控制，我们选择了PLC作为控制系统的核心，以期设计出一套高效、稳定的气动机械手控制系统。
二、PLC简介PLC（Programmable Logic Controller）——可编程逻辑控制器，是一种数字化的电子设备，能够依据预定程序自动执行工业过程控制。
它具有通用性强、可编程性高等特点，能够代替传统的继电器控制系统。
PLC的基本工作原理是：接收传感器信号和外部信号输入，经过内部程序的处理和裁定，然后输出控制信号，控制执行器完成各种工业操作。
PLC系统的核心是CPU，其外部与输入输出设备相连，通过与其他外部设备的通信，实现对工业控制过程的控制和监控。
三、气动机械手控制系统的设计1. 总体设计方案气动机械手控制系统的总体设计方案如下：（1）控制系统硬件设计选择一块功能齐全、性能稳定的PLC控制器作为控制系统的核心；选用气压传感器、温度传感器、位置传感器等作为输入设备；选用气动阀门和气缸作为输出设备。
（2）控制系统软件设计使用Ladder图编程语言进行PLC软件开发，实现气动机械手的各种动作控制。
通过编写逻辑和条件裁定，将传感器信号进行处理和裁定，然后输出对应的控制信号。
2. 系统硬件设计（1）PLC控制器的选择依据我们的需求，选择一款性能稳定、扩展性强的PLC进行控制。
在选择PLC时，需思量其输入输出点数和通信能力，以满足我们的需求。
（2）传感器的选择传感器用于检测气压、温度和气动机械手的位置等信息。
选用合适的传感器对目标参数进行实时监测，确保机械手的准确控制。
（3）执行器的选择气动机械手的执行器主要包括气压阀门和气缸。
选择性能稳定、响应速度快的气动阀门和气缸，以确保机械手动作的准确和稳定。
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气动机械手课程设计说明书设计题目: 气动机械手结构及控制系统设计学生姓名：学号：1204010714专业班级：指导教师：2015年07月23日目录摘要 (1)第一章气动机械手课题研究的意义、目的 (1)1.1课题设计的意义 (1)1.2课题设计的目的 (2)第二章总体方案设计 (2)第三章机械系统的设计与计算 (4)3.1工况分析 (4)3.2机械手重要部件的设计计算与校核 (4)第四章气动系统设计 (5)4.1气动系统原理 (5)4.2气动系统原理图 (5)4.3气动系统控制过程 (6)第五章气动系统附件的选择 (6)5.1分水过滤器 (6)5.2油雾器的选择 (7)5.3减压阀选择 (8)5.4管道与管接头 (8)5.5换向阀的选择 (8)5.6单向节流阀的选择 (8)第六章PLC控制系统设计 (9)6.1 PLC硬件系统设计 (9)6.2软件的设计 (10)总结 (14)参考文献 (15)附图 (16)交通大学机械工程学院气动机械手设计说明书（论文）摘要机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
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。
气动机械手控制系统的设计要求是在控制系统的指令下，能将工件迅速、灵活、准确、可靠地抓起并运送到指定位置。
在工业生产中，利用气动机械手将工件从一条生产线搬运到另一条生产线是一种高效的工作方式。
因此采用PLC可编程控制器作为工件抓取机械手的控制系统，根据机械手的控制要求和操作功能，设置动作流程，分配输入输出接点，按所需来选PLC的型号，接着进行梯形图的编辑，最后进行程序的编辑与调试，从而使机械手能够完成符合设计要求的动作。
关键词：机械手、可编程控制器、PLC、控制设计第一章气动机械手课题研究的意义、目的1.1 课题设计的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。
自动化还可以节省大量的人力、物力等。
1.2课题设计的目的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。
第二章总体方案设计参阅各种气压设计书籍和论文，对照设计任务要求，并通过对以前学习过的课程进行综合考虑，设计出的气动机械手的示意图如图1所示。
机械手采用气压传动，选用品质精良的气动元件组合而成，为直角坐标式机械手结构，实现2个自由度，由机身、水平臂、竖直臂、夹紧手组成，可以完成水平臂的伸缩、竖直臂的升降以及抓取等动作，可以方便的通过节流阀调节合适的执行元件的速度，完成物件平面内点对点的移动。
机械臂用2个气缸控制，即横向移动气缸和纵向移动气缸，其控制系统采用目前控制领域应用比较普遍、性能优越的PLC，根据需要选用西门子公司的S7-200型PLC作为控制系统的核心。
由于该系统要求该气动机械手的动作逻辑顺序为：升降气缸1下降——抓取工件——升降气缸1上升——气缸2左移——气缸1下降——卸载工件，完成一次物料的搬运。
在设计计算时发现，如用方案一，则横向气缸活塞杆会承受很大的弯矩，影响装置的使用寿命，而且浪费原材料，不经济。
故采用方案二，其中导轨分担了纵向活塞的重力，故在设计时可视作横向气缸只受轴向力，不受径向力。
1.机身2.水平臂3.竖直臂4.夹紧手方案1.气动机械手示意图1.垂直臂2.水平臂3.夹紧手4.机座5.导轨方案2.气动机械手示意图第三章机械系统的设计与计算3.1工况分析（1）动作分析，运动部件的动作循环为：见附图（2）确定执行元件气动机械手气动控制完成的主要是直线运动，因此气压系统的执行元件为气压缸（3）分析机械手的控制过程机械手是由手臂气缸、横向移动气缸、和抓手气缸协作完成工件的搬运。
三个气缸均由电磁换向阀控制。
机械手由初始位置开始工作时，按下启动按钮，手臂气缸活塞杆伸出，带动机械手下降，下降到位后，下限位信号发出，触发抓手夹钳相连的抓手气缸活塞杆伸出，抓手将工件夹紧，手臂气缸的活塞杆收进，把工件提升；当工件提升到最高位置时产生上限位信号，启动横向气缸水平移动；当悬臂伸出到最右端时，产生右移限位信号，触发手臂气缸活塞杆伸出，带动机械手下降，下降到位后，下限位信号发出，抓手将工件放开，手臂气缸的活塞杆收进，达到高点时产生上限位信号，启动横向气缸向左移到原点，完成一个工作循环。
3.2机械手重要部件的设计计算与校核一、水平气缸的计算与校核（a）缸径和活塞杆的计算（b）气缸筒壁厚的确定（c）气缸耗气量的计算（d）活塞杆的校核（1）进行强度和特定强度校核（2）稳定性校核二、竖直方向气缸的选择计算与校核（a）缸径和活塞杆的计算（b）气缸筒壁厚的选择（c）气缸耗气量的计算（d）气缸排气口径（e）活塞杆的校核三、手抓气缸的计算与校核（a）求活塞杆拉力（b）气缸筒壁厚的选择（c）气缸耗气量的计算（d）气缸排气口径（e）活塞杆的校核第四章气动系统设计4.1 气动系统原理气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。
其主要特点是：气源的获得极为方便，气动动作迅速，结构简单，成本低。
但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，输出压力小，抓重一般在30kg以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速，轻载，高温和粉尘大的环境。
气动系统的组成按照控制过程可分为气源信号输入，信号处理及最后的命令执行4个过程。
1、气源部分以空气压缩机，储气罐开始。
2、信号输入部分主要考虑被控对象能采用的信号源。
3、信号处理有气控和电控两种方式。
4、命令执行元件主要包括方向控制阀和驱动器。
4.2 气动系统原理图4.3 气动系统控制过程气源接入系统后，首先经过气源处理三联件（分水过滤器、减压阀、油雾器）。
处理后，进入管路系统。
为保证系统的可靠运行，可在减压阀后安装一个压力继电器。
只有当气源压力达到设定值之后，压力继电器才能产生压力合格信号，启动系统开始工作。
三个电磁换向阀控制均由PLC控制，其中两个长行程气缸都增加了单向节流阀来调速，而控制手抓的气缸，考虑到其行程很短，因此可以省略调速装置。
另外，每个控制阀的排气口均装有消音器，以消除气流喷出带来的噪音。
第五章气动系统附件的选择5.1 分水过滤器分水过滤器能除去压缩空气中的冷凝水，颗粒杂质和油滴，具有较强的滤尘能力。
它的工作原理：当压缩空气从输入口流入后，由导流板引入滤杯中，导流板使气流沿切线方向旋转，于是空气中的冷凝水，油滴和颗粒较大的固态杂质等因质量较大受离心力作用被甩到滤杯内壁上，并流到底部沉积起来，随后空气流过滤心，进一步除去其中的固态杂质，洁净的空气便从输出口输出。
分水过滤器主要性能参数有流量特性，分水效率，和过滤精度。
（1）流量特性流量特性是指过滤器在一定的进气压力下，其进出口两端的压力降与通过该元件标准额定流量之间的关系在相同的流量和进气压力下，压降越小，表明流动阻力越小。
（2）分水效率分水效率表示过滤器分离水分的能力（3）过滤精度滤心的过滤精度按其所能滤尘的最小微粒尺寸分为5um,10um,25um，40um四档，可根据空气质量的要求选定。
该设计选用型号QSL25，最高使用压力1MPa，过滤精度50-75，分水效率80%，工作温度：5-60℃。
5.2 油雾器的选择油雾器一种特殊的注油装置，它使润滑油雾化，变成油雾，随着气流进入到所需润滑的部件上，实现润滑，用这种方法润滑，具有润滑均匀，稳定和无需大量的储油设备等特点。
工作原理：压缩气体由输入口进入后，通过喷嘴上正对着气流方向的小孔进入阀座的腔内，阀座与钢球，弹簧组成的一个特殊的单向阀。
在压缩空气刚刚进入阀座的最初一瞬间，钢球被压在阀座上，但此单向阀密封不严有所泄露，压缩空气会漏入油杯的上腔中，上腔处于密封状态，故上腔压力逐渐上升，其结果使钢球处于中间位置，这样压缩空气即通过阀座上的孔进入储油杯的上腔，油面受压使油经过吸油管，将单向阀的钢球顶起，钢球上部管口为一个边长小于钢球直径的四方孔，所以钢球不能将口部管口封死，油能不断地经过节流阀的阀口流入油雾器，再滴入喷嘴中，气流从小孔中引射出来雾化后从输出口输出。
油雾器性能指标：1.流量特性:描述流量与压力降的关系2.喷雾特性3.反应速度4.油雾粒度5.不停气加油的泄气特性该设计选用油雾器：QIO-10-SI（根据空气流量及油雾粒度选择）5.3 减压阀选择减压阀是为了调整输出压力的阀，但经过调定的输出压力值总是低于输入压力的值。
本设计使用直动式减压阀，基本特性：（1）调压范围（2）流量特性（3）压力特性选用QTY20 最高使用压力为 1.6MPa，调压范围0.05-0.63 0.05-1.00 0.05-0.40MPa5.4 管道与管接头本次管道的设计选用软管聚氨酯管是高性能聚氨酯制品，弹性极大，具有很好的耐磨弯曲疲劳特性，允许的温度范围在-35℃-60℃，适用于大多数的气动气流场合。
本次设计的管接头选择是快插式管接头，它具有以下特点：a.对管接头的加工质量要求较严格b.有直通，两通，三通四通等各种结构样式c.主要用干气动回路中小直径的软管连接5.5 换向阀的选择作用：控制管道内气流的通断和气流的流动方向。
选择：左右移动，升降等适用三位四通电磁换向阀，夹松选用两位四通电磁换向阀。
5.6 单向节流阀的选择单向节流阀是由单向阀和节流阀并联成的组合式控制阀在本设计中采用排气节流，当换向阀作为工作气缸有杆腔进入压缩空气，无杆腔接大气，但排气受到节流，控制气缸向右运动速度，换向阀右位工作，无杆腔进压缩空气，有杆腔接大气，排气时同样受到节流作用，控制气缸向右运动速度。
选择：根据流量选择节流阀型号：AS100-M3第六章 PLC控制系统设计6.1 PLC硬件系统设计（1） PLC选型（a）I/O 点数选择控制系统，可知该机械手控制系统共使用了16个输入点，和6个输出点。
选择相应规模的可编程控制器，并留有10%~15%的I/O裕量，因为S7-200CPU226 具有24个输入点和16个输出点，所以选用S7-200CPU226。
（b）内存估计公式为总存储字数=（开关量输入点数+开关量输出点书）×（0+模拟量点数×150×1.25）=6837.5字节。