基于PLC的机械手控制系统设计_王月芹
基于PLC的机械手控制系统设计任务书
基于PLC的机械手控制系统设计任务书任务书设计目标：设计一个基于PLC的机械手控制系统，能够实现对机械手的精确控制和操作。
系统能够完成各种复杂的任务，如物料的搬运、装配和堆垛等。
设计要求：1.系统应具备自动化控制功能，能够通过PLC对机械手进行控制。
2.系统应支持多种控制模式，如手动控制、自动控制和远程控制等。
3.系统应能够实现对机械手各个关节的精确控制，保证操作的准确性和稳定性。
4.系统应具备自诊断和故障检测能力，能够对机械手的状态进行实时监测和报警。
5.系统应具备良好的反应速度，能够快速响应用户的指令和要求。
6.系统应采用可靠的通信协议和接口，能够与其他设备和系统进行数据交互。
7.系统应具备良好的人机交互界面，易于操作和使用。
8.系统应具备扩展性和可升级性，能够满足未来的需求和变化。
设计内容：1.系统硬件设计：a)选择适合的PLC控制器和电机驱动器，满足系统要求。
b)设计机械手的结构和传动装置，考虑机械手的工作范围和载荷要求。
c)选择合适的传感器和执行器，用于机械手的位置检测和动作执行。
d)设计电源和电气控制部分，提供稳定可靠的电力供应。
e)设计安全保护装置，确保系统和人身安全。
2.系统软件设计：a)编写PLC控制程序，实现机械手的各种动作和控制模式。
b)设计人机交互界面，使操作人员能够方便地对机械手进行控制和监测。
c)实现系统的自诊断和故障检测功能，能够及时发现和排除故障。
d)设计远程控制和数据交互功能，使系统能够与其他设备和系统进行联动。
3.系统测试和验收：a)对系统进行各种功能和性能测试，确保系统能够满足设计要求。
b)进行系统集成测试，验证系统与其他设备和系统的接口和兼容性。
c)完成系统的文档编写和培训，使用户能够方便地使用和维护系统。
d)按照用户需求和要求进行现场验收和调试，确保系统正常运行。
4.系统实施和推广：a)根据用户需求和场地情况，对系统进行布局和安装。
b)组织人员进行系统使用和维护培训，使用户能够熟练使用系统。
基于PLC机械手控制系统设计
2024-04-29
• 项目背景与意义 • 整体方案设计 • 硬件选型 • 程序设计 • PLC仿真 • 项目总结与展望
目录
Part
01
项目背景与意义
机械手控制系统优势
效率高、准确高
高生产自动化程度，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，提高 生产效率，降低生产成本
改善劳动条件
避免人身事故，代替人安全 地在高温、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 完成工作。
自动化程度高，成本低
采用PLC控制系统，实现远 程监控和自动调节，提高运 维效率，降低了人工成本。
Part
02
整体方案设计
系统硬件设计
plc选型 机械手的位置反馈是开关量控制，所需的I/0点数量并不多，所以使用一般 的小型plc的选择就可以了。由于所需要的 I/0 点数分别为 20 点和12 点， 因此本设计选用西门子S7-226来实现控制
2）通过下面一排拉杆模拟PLC输入信号，通过观察Q点输出亮灯情况检查程序。
组态制作
新建一个工程，触摸屏的类型选择TPC7062TD
2）制作主页面。
组态制作
在设备窗口中添加-通用串口父设备和西门子_S7200PPI
2）双击西门子_S7200PPI，增加设备通道，并且连接对应的数据库，是PLC与触摸屏互相通信。
Part
03
硬件选型
plc硬件接线图简图
选型与配置方案
PLC控制器
使用一般的小型plc的选择就可以 了。由于所需要的 I/0 点数分别 为 20 点和12 点，因此本设计选 用西门子S7-226来实现控制。
基于PLC的机械手控制系统设计
基于PLC的机械手控制系统设计摘要本文基于PLC的机械手控制系统设计实现了对机械手的自动控制，为机械手的工业应用提供了强有力的支撑。
文章首先介绍了机械手的概念、类型和特点，然后详细讲述了机械手控制系统的工作原理和设计实现。
通过实验验证，本文所设计的机械手控制系统可以实现对机械手的自动化控制和动作规划，具有较高的安全性和稳定性，同时具有广泛的适用性和可扩展性。
本文的研究成果对机械手的应用推广具有较大的意义。
关键词：PLC，机械手，控制系统，自动化控制，动作规划AbstractThis paper designs a mechanical arm control system based on PLC, which realizes the automatic control of the mechanical arm and provides strong support for the industrial application of the mechanical arm. This paper first introduces the concept, types and characteristics of mechanical arms, and then describes in detail the working principle and design implementation of mechanical arm control systems.Through experimental verification, the mechanical arm control system designed in this paper can achieve the automatic control and motion planning of the mechanical arm, with high safety and stability, as well as wide applicability and scalability. The research results of this paper have great significance for the application promotion of mechanical arms.Keywords: PLC, mechanical arm, control system, automaticcontrol, motion planning第一部分：引言随着工业无人化趋势的深入发展，机械手作为工业自动化的重要机器人之一，已经被广泛应用于工业制造、装配、取料、搬运等场景中。
基于PLC机械手控制系统设计与实现_王月芹
·测试与控制·机电产品开发与创新Development ＆Innovation of M achinery ＆E lectrical P roductsVol．24,No．3May ．,2011第24卷第3期2011年5月收稿日期：2011－03－04作者简介：王月芹（1974－），女，江苏苏州人，讲师。
主要研究方向：机电一体化和自动控制方向。
发表相关论文多篇，完成课题一项。
0引言机械手是一种能自动定位控制，并可重新编程改变的多功能机器。
它有多个自由度，可用来搬运工件以完成在各个不同环境中工作，广泛用于机械制造、冶金、电子和轻工等部门。
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。
机械手系统核心的部分是执行系统和控制系统，机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式和机械式机械手。
本文设计的机械手属于混合式机械手，它综合了电动式和气动式机械手的优点，能够实现三个自由度方向（水平、垂直和旋转）的抓取或放置物品，具有操作范围大，灵活性好，应用广泛的特点。
可编程控制器（PLC ）是一种专门为工业应用而设计的进行数字运算操作的电子控制装置。
由于其具有可靠性高，功能强，编程简单，人机交互界面友好等特性而广泛用于工业控制系统。
1机械手的系统结构图1为机械手结构示意图，机械手手臂的左右运动（水平方向）由伸缩步进电机控制，上下运动（垂直方向）由升降步进电机控制，逆时针和顺时针旋转运动则由底盘直流电机的正反转控制。
机械手终端是一气动夹爪，可以实现抓和放的动作，由一双作用气缸和一双电控电磁阀来完成控制。
三自由度机械手为圆柱坐标型。
机械手可以根据设定控制要求将工件放在A 、B 、C 、D 四个工位中任意一工位。
SQ5、SQ6、SQ7、SQ8、SQ9、SQ10为水平和垂直方向上的限位开关，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4为四个工位的光接近开关。
机械手旋转是由一直流电机控制，四个工位位置由四个光接近开关检测确定。
基于PLC的机械手控制系统设计
基于PLC的机械手控制系统设计摘要：可编程控制器的制造和设计主要为了工业控制。
它使用的内存可以被编程为执行逻辑运算，顺序操作，定时，计数和算术操作，其内部存储着操作指令，它可以利用模拟或数字的输入\输出，控制各种类型的机械或生产过程在机械自动化中的运用范围很大。
文中的机械手主要运用于工业生产中的运输，它是根据手的动作来完成设计的，它能够取代工人来运输货物。
同时操作员可以在一些高危环境进行作业，大大加快了生产效率。
首先，分析机械手的现状，推进控制系统设计。
其次，根据分析出的设计目标提出控制系统整体设计方案，并对各模块分析。
最后，完成系统软硬件的设计方案，实现预期效果，让机械手自动工作方式和手动工作方式都可完成动作并用组态软件实现上位机监控。
关键词：PLC；机械手；控制系统；监控1 研究的背景及意义华经产业研究院数据显示：2020年中国GDP总量从部分产业来看，工业增加值为55682.72亿美元，比上年增长了580.15亿美元，占比GDP总量为37.82%，其中制造业实现增加值38538.08亿美元，占GDP比重为26.18%。
可以看出工业制造业的发展依然灼热，这种情况下，企业应该根据现有的工业自动化程度去研究合适的智能化、自动化机械。
机械手在很多场所都有使用，为了提高工业生产中货物运输过程的效率，国内企业需要一种科学合适的工业机械手来辅助货物运输。
此次设计旨在做出一款成本较低、使用安全，性能较好易于操控的机械手。
机械手的好处有很多，它可以改善工人的劳动环境，安全地帮助工人完成作业，避免在温度不宜的、尘土飞扬、异味严重、有毒、放射污染的状况下用手操作，真正做到安全作业。
以机械手代替人手进行工作，还可以有效减少由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
2 机械手的组成与分类2.1机械手的组成目前市面上机械手的种类非常的多，外观与功能也都不同，但追其本质，机械手主要由执行机构和驱动机构以及控制系统组成，除这三个部分之外还有文中所用的位置检测装置（传感器）。
基于PLC的机械手控制系统设计任务书
基于PLC的机械手控制系统设计任务书任务书任务名称：基于PLC的机械手控制系统设计任务背景：机械手是现代工业自动化生产中的重要设备，可广泛应用于汽车制造、电子产品组装、物流分拣等领域。
机械手控制系统是机械手运动的核心，其稳定性和精确性对生产效率和产品质量有着重要影响。
PLC（可编程逻辑控制器）是一种功能强大的工业控制器，能够实现复杂的逻辑运算和实时控制，因此被广泛应用于机械手控制系统中。
任务目标：本任务的目标是设计一套基于PLC的机械手控制系统，实现对机械手的精确控制和稳定运动。
具体目标包括：1.设计机械手控制系统的硬件构架，包括PLC、传感器、执行器等的选择和连接。
2.实现机械手的运动控制算法，包括位置控制、速度控制和力控制等。
3.开发人机界面（HMI）程序，实现对机械手控制的可视化操作界面。
4.进行系统仿真和实际测试，验证控制系统的性能和稳定性。
任务内容：1.调研机械手的工作原理和市场上已有的PLC控制方案，了解相关技术和设备的特点和应用范围。
2.设计机械手控制系统的硬件构架，选择适合的PLC型号和相关的传感器、执行器等设备，并进行接线和连接的设计。
3.开发机械手运动控制算法，包括位置控制、速度控制和力控制等方面，保证机械手的稳定性和精确性。
4.开发人机界面（HMI）程序，实现对机械手运动的监控和控制，包括机械手的起停、位置调整等功能。
5.进行系统仿真和实际测试，验证机械手控制系统的性能和稳定性，并对系统进行优化和改进。
任务要求：1.完成机械手控制系统设计和开发的各个环节，保证系统的功能完整和性能稳定。
2.设计文档和代码要规范、清晰，能够有效地指导后续的优化和维护工作。
3.进行充分的系统测试，保证控制系统的稳定性和精确性，并及时修复和改进系统中的问题。
4.完成任务后，撰写详细的任务报告，包括任务设计、开发过程、测试结果等内容。
预期成果：1.机械手控制系统的设计文档和代码，包括硬件连接图、运动控制算法和HMI程序等。
基于PLC控制的机械手自动化系统设计
基于 PLC控制的机械手自动化系统设计摘要：机械手作为一种自动操作装置，能够通过模仿人体手臂的行为，对特定物质加以抓取，进而避免繁重的人力劳动。
在硬件部分，设计PLC机械手自动化控制器、数据采集板卡以及模拟数字转换器；并基于PLC采集机械手自动化数据，建立PPI高级机械手自动化控制协议，实现机械手自动化控制。
基于PLC设计系统控制，能够解决传统系统控制波特率低的问题。
关键词：PLC；工业机械手；自动化控制；波特率引言通过工业机械手对特定物质加以抓取，进而避免繁重的人力劳动。
从机械手的发展来看，自动化控制将成为其发展方向。
为保证机械手的稳定运行，将PLC 应用在工业机械手自动化控制系统设计中，致力于提高控制波特率。
1PLC技术的相关概述从本质上来说，PLC技术就是可编程控制器，其自身的计算机技术就是最为基础的表现。
PLC技术是在计算机技术的基础上所发展出来的，并且该技术的逐步成熟，为电子自动化创造出了一个专业性较强的自动化控制器。
目前，PLC技术已经大量应用在机电自动化控制层面。
要实现机电自动化控制，就必须要按照用户的不同需求，根据规定的命令以及操作流程，以保障设备顺利运行为前提，进行实际的处理，并通过软件进行有效的控制。
1.1PLC技术特点PLC技术是结合了多种先进科学技术而产生的，该技术不仅有极强的抗干扰的能力，其自身的可靠性，也为自动控制功能的实现提供了保障。
与传统控制系统相比，以PLC技术为核心建立的控制系统，能够以更加简洁的方式完成各项操作，技术人员将拥有更多的精力去处理一些自动控制不易解决的难题。
在实际应用期间，PLC自动控制系统充分利用了梯形图编程的方式，整个系统的安装与调试相对便捷，操作人员在掌握必要的理论、方法后，只需要通过简单的学习，即可完成各项基本操作。
1.2PLC技术应用的可行性分析PLC技术是一种对数字进行运算的电子系统，目前基于PLC技术构建的控制系统，大多是针对中国工业领域所涉及的生产活动，所以需要考虑到的重点问题，就是利用可编程序储存器来实现大量工业生产数据的保存和处理、运算等多种操作指令。
基于PLC的工业机械手运动控制系统设计
基于PLC的工业机械手运动控制系统设计摘要：工业机械手作为现代工业自动化生产线的重要组成部分，其运动控制系统的设计与性能直接关系到生产效率和产品质量。
本文以基于可编程逻辑控制器（PLC）的工业机械手运动控制系统为研究对象，详细介绍了系统的设计原理、硬件组成和软件编程。
1. 引言工业机械手广泛应用于汽车制造、电子制造、食品加工等行业中，具有高效、精准、可靠等特点。
其运动控制系统是实现机械手各个关节运动的核心技术之一。
传统的机械手运动控制系统一般采用专用的控制器，但存在成本高、功能受限、维护困难等问题。
而基于PLC的工业机械手运动控制系统则能够充分发挥PLC可编程性、灵活性和可扩展性的优势，成为一种较为理想的解决方案。
2. 系统设计原理基于PLC的工业机械手运动控制系统主要由PLC、编码器、伺服电机和执行机构等组成。
PLC作为系统的核心控制部分，通过读取编码器获得机械手各个关节的位置信息，并根据预设的运动轨迹和动作规划算法来生成相应的运动控制信号，控制伺服电机驱动机械手完成相应的动作。
3. 硬件组成硬件方面，系统主要由三个模块组成：输入模块、输出模块和中央处理器模块。
输入模块负责采集编码器的位置信号以及其他传感器信号，输出模块则负责控制伺服电机的运动，中央处理器模块则负责实时控制与算法的执行。
此外，系统还需要具备较高的通信速率和稳定性，以确保传感器信号和控制信号的准确传输。
4. 软件编程在软件层面，系统需要完成以下几个主要功能模块的设计和开发：位置信息读取模块、运动轨迹规划模块、动作控制模块和异常处理模块。
位置信息读取模块负责从编码器中读取关节位置信息，并将其传输给中央处理器模块进行后续计算；运动轨迹规划模块则负责根据给定的目标位置生成相应的运动轨迹；动作控制模块则负责生成相应的控制信号，驱动伺服电机运动；异常处理模块则负责处理异常情况，如碰撞检测、电机故障等。
5. 系统性能和应用基于PLC的工业机械手运动控制系统具有较高的灵活性、可编程性和可扩展性，能够方便地适应不同的工艺要求和生产场景。
基于PLC的机械手控制系统设计
基于PLC的机械手控制系统设计摘要近年来，机械手在工业自动化领域的应用越来越广泛，为了提高机械手的控制精度和稳定性，基于PLC的机械手控制系统设计成为研究热点。
本文通过对PLC技术和机械手控制系统的分析，提出了一种基于PLC的机械手控制系统设计方案，并在实际应用中进行了验证。
实验结果表明，该方案能够有效地提高机械手的运动精度和稳定性，并且具有较高的可靠性和可扩展性。
1. 引言随着工业自动化技术的不断发展，机械手作为一种重要的自动化设备，在工业生产中扮演着重要角色。
传统上，通过编程方式实现对机械手运动轨迹和速度等参数进行控制。
然而，在复杂环境下对机械手进行精确控制是一项具有挑战性的任务。
因此，研究人员开始采用基于PLC（可编程逻辑控制器）技术来设计和实现更加稳定、精确、可靠的机械手控制系统。
2. PLC技术介绍PLC是一种专门用于工业自动化控制的计算机控制系统。
它具有高可靠性、高稳定性、可编程性强等特点，广泛应用于工业自动化领域。
PLC系统由输入模块、输出模块、处理器和程序存储器等组成。
输入模块用于接收外部信号，输出模块用于控制外部设备，处理器负责执行用户编写的程序。
3. 机械手控制系统设计基于PLC的机械手控制系统设计是一种将PLC技术应用到机械手控制中的方法。
该方法通过编写PLC程序来实现对机械手运动轨迹和速度等参数的精确控制。
具体而言，该设计方案包括以下几个方面：3.1 传感器选择传感器是实现对机械手运动参数进行监测和反馈的关键设备。
在选择传感器时，需要考虑到传感器的测量精度、响应速度和稳定性等因素。
3.2 运动轨迹规划在基于PLC的机械手控制系统中，需要通过编写程序来规划机械手的运动轨迹。
运动轨迹规划的目标是使机械手能够按照预定的路径进行移动，并且能够实现高精度的定位。
3.3 运动控制算法为了实现对机械手运动参数的精确控制，需要设计合适的运动控制算法。
常用的运动控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和遗传算法等。
基于PLC的机械手控制系统设计
基于PLC的机械手控制系统设计摘要：本文介绍了一种基于可编程逻辑控制器（PLC）的机械手控制系统的设计。
该系统主要由机械手、传感器、执行器和PLC这几个部分组成。
机械手可以根据不同的任务执行不同的动作，而传感器用于检测机械手的位置和状态。
执行器则用于控制机械手的动作。
PLC作为控制中心，接收传感器的信号，并根据程序控制执行器，以控制机械手的运动，在实际应用中具有很高的价值。
关键词：机械手控制系统；可编程逻辑控制器；传感器；执行器；PLC；控制中心引言：机械手目前已被广泛应用于工业生产中，已经成为可以执行各种任务的一种机械装置。
在机械手控制系统中，基于计算机的控制系统、基于单片机的控制系统等较为常用。
但是，复杂性高、响应速度慢、可靠性差等也是这些系统的缺点。
因此，目前亟待解决的问题便是研究出一种高效、可靠、稳定的机械手控制系统。
可编程逻辑控制器（PLC）是一种控制器，目前已广泛应用于工业自动化领域，它有着操作简单、编程方便、控制可靠等优势。
本文主要对一种基于PLC的机械手控制系统的设计进行了系统阐述，该系统能够根据不同的任务执行不同的动作，适用于工业生产中的机械手控制。
1 基本概念PLC是是一种多种功能的计算机控制设备，其集成了控制、输入、输出、计算、通信等多种功能。
PLC可以根据程序指令控制输入和输出设备的工作状态，以达到自动控制的目的。
PLC相对于其他系统来说，有着操作简单、编程方便、控制可靠等优势，广泛应用已在工业自动化领域中各种生产过程的控制中广泛应用。
机械手是一种能够执行各种任务的机械装置，其控制系统需要实时控制其运动。
基于PLC的机械手控制系统是通过PLC实现机械手运动的控制，其结构主要由机械手、传感器、执行器和PLC等组成[1]。
其中，机械手是通过电机驱动运动的，传感器用于检测机械手的位置和状态，执行器用于控制机械手的动作，而PLC则作为控制中心，接收传感器的信号，并根据程序控制执行器，以控制机械手的运动。
基于PLC机械手控制系统设计
基于PLC的机械手控制系统设计摘要：在工业生产流水线传送系统当中，机械手采用圆柱坐标的方式进行空间位移，能够使机械手做好准确定位，机械手具有多个自由度，并且可以用来搬运工件，有效完成在不同环境当中的工作任务，很多生产线可以运用机械手来代替人的繁重体力劳动，实现工厂生产的自动化和机械化，并且在有害的环境下能够有效保护人的生命安全，本文主要对接写手的结构系统进行了简单分析，强调了机械手在工业运行中的重要作用。
关键词：plc；机械手；控制系统中图分类号：tp241 文献标识码：a 文章编号：1001-828x（2012）05-0-01机械手是能够进行自动定位控制并能对编程进行重新改变的一种多功能机器，机械手具有多个自由度，并且可以用来搬运工件，有效完成在不同环境当中的工作任务，很多生产线可以运用机械手来代替人的繁重体力劳动，实现工厂生产的自动化和机械化，并且在有害的环境下能够有效保护人的生命安全，就当前的发展来看，机械手已经广泛应用于原子能、轻工、电子、冶金、机械制造等各个部门，通常也会被用作一些机床机器的附加设备，其最为核心的部分就是控制系统和执行系统，而且其执行机构多是由电机、气动以及液压所构成的，具有应用广泛、灵活性好、操作范围大的特点。
一、机械手运用的现状分析机械手是当前自动控制领域中出现的一种较为新颖的技术，是现代工业生产中能够用到的重要技术组成，并且已经在工业生产中得到了广泛应用，取得了良好的效果，利用机械手技术进行工业生产，能够大大减少工人的工作强度，并且通过对plc技术的准确控制，也能大大提高工业生产的效率，对于改善工人的劳动条件产生积极的意义。
就当前的应用情况来看，机械手主要采用的是气动驱动或者是液压的控制方式进行操作，这种方式具有很大的优越性，不仅结构简单，而且非常便于控制和掌握，在使用的过程中要注意对气源以及压力进行合理的配置。
二、机械手的结构系统分析1.系统配置。
在工业生产流水线传送系统当中，机械手采用圆柱坐标的方式进行空间位移，能够使机械手做好准确定位，机械手主要是由手爪、手臂、立柱和底盘构成，其工作流程主要是：将机械手固定在初始位置，底盘转动到所要求的取货台位置上，降低立柱，伸出手臂，做好定位之后将物料抓取，然后升高立柱，回收手臂，避免在运行的过程中与设备发生碰撞，到达出货台，下降立柱，伸出手臂，打开手，然后再把物料放在相应的出货台上，复位机械手，再开始下一个流程。
基于PLC的机械手控制系统设计
基于PLC的机械手控制系统设计计设毕业电气工程系系别：）电气自动化技术专业名称： 2013（3 论文题目：机械手的PLC控制学生姓名：指导老师：阅评人：绩：成2016年月日基于PLC的机械手控制系统设计目录设计任务书……………………………………………目录……………………………………………………前言……………………………………………………1、PLC简介…………………………………………1.1 PLC发展………………………………………1.2 PLC基本结构………………………………………1.3 PLC工作原理……………………………………2、气动机械臂的PLC控制…………………………2.1 控制特点…………………………………………2.2 系统控制示意图…………………………………2.3 输入和输出点分配表及原理接线图……………2.4 操作系统…………………………………………2.5 回原位程序………………………………………2.6手动单步操作程序………………………………2.7自动操作程序……………………………………2.8机械臂传送系统梯形图…………………………2.9指令语句表………………………………………8、设计小结………………………………………参考文献……………………………………………基于PLC的机械手控制系统设计前言可编程序控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，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，所以又简称PC（PROGRAMMABLE CONTROLLER），但是为了不和PERSONAL COMPUTER混淆，仍习惯称为PLC。
目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展，并且现今已出现SOFTPLC，更是PLC领域无限的发展前景。
以PLC为核心的气动机械手控制系统的设计
以完成在各个不同环境 中工作 ． 机械手系统最核心的部分 是执行系统和控制系统 ， 其执行机构一般 由液 压、 气动或 电机 来完成 ． 气动机 械手是 以压 缩空气为动力源 ， 气动 阀为控制元件 ， 实现各种需要 的动作 ， 具有系统结构简单 ， 造价成本低 ， 工作环 境要求低 ， 设计和制造周期短等优点 ， 因此受到越来越广泛 的重 视…． 以Ｐ Ｌ Ｃ 为核心的气动机械手控制系统具有 较强的抗干扰能力 ， 系统可改造和可扩展性好 ， 特别适用 于点位控制模式的机械手 】 ． 本 文介绍基于三菱Ｆ Ｘ 系列的Ｐ Ｌ Ｃ 对搬运气动机械手 的控制系统 ．
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｈａ ｖ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｒ ｒ ｙ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｅ ｍｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
第２ ４ 卷 第１ 期 ２ Ｏ ｌ ３ 年３ 月
苏州市职业大学学报
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｖｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｖｏ Ｉ ． ２ ４． ＮＯ． １ Ｍａ ｒ ．， ２ ０１ ３
以Ｐ Ｌ Ｃ 为核心的气动机械手控制系统的设计
１ 系统 的组 成及 其 工作 过程
１ ． １ 系统 的组 成 本 搬 运 机 械 手 是 由升 降 气 缸 、 伸缩 气缸 、 主 臂斜 拉气 缸 、 气 爪旋转气 缸、 气爪夹紧气缸共５ 个 气 缸 组成 ． 该 系 统 主 要 是 按 照控 制 要 求 和 机 械 手 的运 行 路 线 ， 控 制 电磁 阀 的得 失 电状 态 驱 动 气 动 控制元件 ， 以控 制 气 动 的相 关参 数 达 到 控 制 机 械 手 自动 运 行 的 目
完整版)基于plc的机械手控制系统设计
完整版)基于plc的机械手控制系统设计机械手由机械结构、控制系统和执行器三部分组成。
机械结构是机械手的基本骨架，包括机械手臂、手爪等组成部分。
控制系统是机械手的大脑，负责控制机械手的运动和操作。
执行器是控制系统的输出部分，负责执行控制系统的指令，驱动机械手完成各种动作。
机械手的组成部分相互协调，共同完成机械手的工作任务。
2 PLC控制系统简介2.1 PLC概述PLC是可编程控制器的简称，是一种专门用于工业自动化控制的通用控制器。
它以微处理器为核心，具有高可靠性、强抗干扰能力、良好的扩展性和灵活性等特点。
PLC广泛应用于工业生产中的自动化控制领域，如机械制造、化工、电力、交通、冶金等行业。
2.2 PLC控制系统组成PLC控制系统主要由PLC主机、输入输出模块、编程软件和人机界面组成。
PLC主机是PLC控制系统的核心，负责控制整个系统的运行和实现各种控制功能。
输入输出模块负责将外部信号转换为PLC可以处理的数字信号，并将PLC输出信号转换为外部可控制的信号。
编程软件用于编写PLC程序，实现控制系统的各种功能。
人机界面是PLC控制系统与用户之间的接口，用于实现人机交互，方便用户对控制系统进行操作和监控。
3 基于PLC的机械手控制系统设计3.1系统设计思路本文设计的基于PLC的机械手控制系统主要由PLC控制系统、步进电机驱动系统和机械手组成。
PLC控制系统负责控制机械手的运动和操作，步进电机驱动系统负责驱动机械手的运动，机械手负责完成各种动作任务。
系统设计采用模块化设计思路，将系统分为PLC控制模块、步进电机驱动模块和机械手运动模块，分别进行设计和实现，最后进行整合测试。
3.2系统设计方案PLC控制模块采用西门子PLC作为控制核心，通过编写PLC程序实现机械手的控制和操作。
步进电机驱动模块采用步进电机驱动器和步进电机组成，通过PLC控制信号驱动步进电机实现机械手的运动。
机械手运动模块由机械结构、执行器和传感器组成，通过步进电机驱动器驱动执行器完成机械手的各种动作，通过传感器检测机械手的运动状态并反馈给PLC控制系统。
基于PLC的机械手控制设计(毕业设计)
基于PLC的机械手控制设计(毕业设计)
毕业设计题目：基于PLC的机械手控制设计
设计目标：
设计一个基于PLC的机械手控制系统，能够实现机械手对物体的抓取和放置操作。
设计内容：
1. 硬件设计：选择合适的PLC控制器，根据机械手的结构和控制需求，设计电路和连接方式，包括传感器、执行器、驱动器等硬件组成部分。
2. 软件设计：编写PLC程序，实现机械手的控制逻辑。
包括对机械手运动轨迹的规划、抓取力度的控制、异常情况的处理等功能。
3. 通信设计：如果需要与其他设备或系统进行通信，设计与外部设备的接口和通信协议。
4. 安全设计：考虑机械手在工作过程中可能出现的危险情况，设计安全机制，如急停按钮、防碰撞装置等。
5. 用户界面设计：设计一个简明易懂的用户界面，方便用户对机械手进行操作和监控。
6. 系统测试和调试：对设计的控制系统进行测试和调试，保证系统的稳定性和可靠性。
7. 性能评估和改进：对设计的控制系统进行性能评估，分析系统的优点和不足，并提出改进方案。
8. 文档编写：编写毕业设计报告，包括设计方案、实施过程、测试结果和分析等内容。
预期成果：
1. 完整的机械手控制系统，能够准确抓取和放置物体。
2. 可靠的硬件设计和稳定的软件程序。
3. 安全可靠的系统设计，能够防止意外事故的发生。
4. 用户友好的界面设计，简化操作流程。
5. 毕业设计报告和相关文档。
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SFTL M50 M0 K19 K1 ］ ， 指令来完成， 如本例可以用［ M50 是补位的， M0 是起始 其中 SFTL 是左移位指令， 状态继电器，K19 表示共 19 个继电器，即 M0 ～ M19 ，
参考文献： ［ 1］ 孙振强． 可编程控制器原理及应用教程［ M］ ． 北京： 清华 图4 部分 PLC 程序 2005． 大学出版社， ［ 2］ 彭坚． 气 动 机 械 手 PLC 控 制 系 统 设 计［J］ ． 电 工 技 术， 2004 ， （ 6） ． ［ 3］ 蔡菘． 传感器与 PLC 编程技术基础［ M］ ． 北京： 电子工业 2005． 出版社，
图3 PLC 控制功能图
梯形图的设计： 梯形图的编制方法很多， 可以用起 保停的方法， 即按条件起动然后保持 （ 自锁 ） ， 下一个 SET］ 状态成立时切断上一个状态，也可以使用置位［ RST］ STL］ 和复位［ 来完成，比较典型的是以［ 为特征 的步进梯形图。 如果要精简一些 ，我们也可以用移位
2011 年第 9 期ห้องสมุดไป่ตู้
41 液压与气动
基于 PLC 的机械手控制系统设计
王月芹
Control system design of the manipulator based on PLC
WANG Yueqin
2． 2
软件设计
机械手控制要求是： 设复位状态为小车停在原点、 伸缩气缸缩回、 气爪放松、 旋转机械手臂为零度方向。 因此上电后复位就是需要传送小车后退到原点 、 缩回 至后极限、 放松气爪、 旋转机械手臂为零度方向， 特别 是旋转机械手臂的初始位置要调整好， 按下启动按钮 ， ， 1 ， 后 传送小车前进 前进到工作站点 到达位置后， 机 械手顺时针旋转 90° ， 到位后机械手伸出至前极限， 下 降至下极限点， 此处由一个单电控的电磁阀完成 ， 所以 在下一个动作取工件时要保持下降， 接下来的动作是 机械手上升至上极限， 然后缩回至后极限， 接着机械手 逆时针旋转 90° ， 抓住工件前进到工作站点 2 ， 机械手 逆时针旋转的 90° ， 伸出， 下降， 保持下降并将气动夹 爪打开放工件， 完成工件的搬运工作， 接着机械手先上 升至上极限， 然后缩回至后极限， 机械手顺时针旋转 90° 回到初始旋转位， 然后传送小车后退到原点。 至 此， 气动机械手完成一个工作周期， 可返回进行下一个 循环。这里， 我们注意到机械手都要在缩回后再旋转，
图1
旋转机械手结构
本机械手功能是将一边的工件搬到另一边 ， 如将 一条生产线的工件搬到另一条生产线， 或将一个工作 站的工件搬到另一个工作站， 工作顺序为： （ 上电 ） → 复位 → （ 启动 ） → 前进到工作站点 1 → 顺时针旋转的 90° →伸出→下降→ 抓工件 → 上升 → 缩回 → 逆时针旋
表1 机械手系统与 PLC 的 I / O 表 输出 PLC 输出点 Y0 Y1 Y2 Y3 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 电磁换向阀 与继电器 臂脉冲 车脉冲 臂方向 车方向 1Y1 （ 夹爪开） 1Y2 （ 夹爪闭） 2Y1 （ 臂回） 2Y2 （ 臂出） 3Y1 （ 臂降） 输入 PLC 输入点 X0 X1 X2 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X20 X26 传感器 B1 （ 机械手原点位） B2 （ 工作站 1 位置） B3 （ 工作站 1 位置） 1B1 （ 气动夹爪开位） 1B2 （ 气动夹爪闭位） 2B1 （ 机械手臂缩回极限） 2B2 （ 机械手臂伸出极限） 3B2 （ 手臂降位） 3B1 （ 手臂升位） 开始按钮 停止按钮
0526 收稿日期： 2011作者简介： 李建光（ 1979 —） ， 男， 辽宁沈阳人， 硕士， 主要从事 液压技术方面的研发工作 。
櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘 K1 表示每次一位。 部分程序如图 4 。 其中［ ZRST M1 M18］ 。 DPLSR 是区间复位指令 是脉冲输出指令。 3 小结 总之， 通过采用 PLC 对自动生产线中四自由度旋 实现了系统控制要求。 控制程序 转机械手进行控制， 具有较强的抗干扰能力， 良好的可靠性， 具有良好的协 调运行性能。
图2 旋转机械手气动原理图
文献标识码：B
4858 （ 2011 ） 09004103 文章编号：1000控的电磁阀完成； 机械手旋转是由直流步进电机驱动 ， 传送小车的驱动是由交流步进电机完成 。因此机械手 的升降、 伸缩及抓取分别由 3 个气缸完成， 进退与旋转 由 2 个电机完成。 整个机械手的控制， 是通过向系统 提供符合要求的开关信号来实现的 。系统的硬件主要 由电气动驱动系统和 PLC 控制系统组成， 软件系统主 要通过 PLC 的编程实现。其气动系统原理图见图 2 。
（ 苏州工业职业技术学院 ，江苏 苏州 215104 ）
要：该文以自动生产线中四自由度旋转机械手为研究对象 ，论述了一种基于 PLC 控制的气动机械 48MR PLC 控制机械手的控制过程。 手的结构功能、 控制原理， 并介绍基于 FX2N摘 关键词：气动机械手； PLC 控制； 设计 中图分类号：TH138 引言 机械手是一种能自动定位控制并可重新编程改变 的多功能机器。它有多个自由度， 可用来搬运工件以 完成在各个不同环境中工作。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。机械手系统最核心的部分是执行系统 气动或电机来 和控制系统，其执行机构一般由液压、 完成。这里我们介绍基于 FX 系列的 PLC 来实现对自 动生产线中四自由度旋转机械手的控制 。 1 系统的组成及其工作过程 如图 1 所示， 自动生产线中四自由度旋转机械手 是由传送小车与三轴旋转机械手装置组成 。它能完成 进退、 旋转、 伸缩、 升降动作。 传送小车与传输轨道组 成， 采用有轨运行方式， 作为各站的传送枢纽， 三轴旋 转机械手具有多工位旋转可伸缩可升降特点 ， 通过中 央控制系统进行有效合理的任务调度， 也可单独进行 手动调度。小车直线运行， 能准确停到各工作站点， 同 、 ； 时能对停靠各站进行上 下工件的取放操作 设有硬件 急停功能确保系统设备安全。四自由度旋转机械手的 执行机构是由气动与电机来完成 。四自由度旋转机械 手终端是 1 个气动夹爪， 可以实现抓和放的动作， 由1 个双作用气缸和 1 个双电控电磁阀来完成控制； 气动 夹爪安装在 1 个水平方向的双作用气缸上， 能实现伸 出和缩回动作， 方向的控制由 1 个双电控的电磁阀来 完成； 水平方向的气缸又安装在 1 个垂直方向的升降 气缸上， 能实现上升和下降动作， 垂直气缸由 1 个单电
LI Jianguang1 ，YU Ling2
（ 1． 三一重型装备有限公司 ，辽宁 沈阳 110027 ； 2． 沈阳化工大学 机械工程学院 ，辽宁 沈阳 110142 ）
要：针对工作面液压支架初撑力不足的问题 ， 深入研究液压支架自动增压系统的原理， 设计了一种 能够自动工作的增压阀， 建立了初撑系统的 AMESim 仿真模型， 给出了自动增压阀的增压效率与增压比及增 摘 压行程的内在联系， 为实现增压阀的优化设计提供必要的理论数据与支持 ， 仿真结果表明该自动增压阀兼有 能有效地提高液压支架初撑力， 解决工作面液压支架初撑力的 低压大流量升柱和高压小流量自动增压功能 ， 为煤矿安全高效生产带来一定的便利条件 。 不足， 关键词：液压支架； 初撑力； 自动增压阀 中图分类号：TH137 引言 液压支架的初撑力问题一直是煤矿井下采煤工作 面正常支护的热点研究问题。 实践表明， 国内大部分 采煤工作面的支架都存在着初撑力达不到设计要求且 而且对于顶板的维护工作、 工作面的 分布不均的问题， 管理工作都非常困难， 甚至有时会导致重大事故的发 文献标识码：B 4858 （ 2011 ） 09004303 文章编号：1000生， 造成人员及经济的严重损失。 液压支架自动增压 初撑系统利用增压阀的自动增压功能 ，兼有低压大流 量升柱和高压小流量自动增压功能 ，可以有效解决液
2011 年第 9 期
43 液压与气动
基于 AMEsim 的液压支架立柱 自动增压阀的仿真研究
1 李建光 ，于
玲
2
Simulation on autoboost valve for hydraulic powered supports based on AMEsim
0221 收稿日期： 2011作者简介： 王月芹 （ 1974 —） ， 女， 江苏泰州人， 讲师， 硕士， 主 要从事机电一体化和自动控制方面的研究和教学工作 。
2011 年第 9 期 42 液压与气动
这时为了避免悬臂梁过长而造成干涉或者机械的笨重。 传送小车的进退及机械手臂的旋转不是由气动元 件驱动而是由步进电机驱动的。步进电机是一种将电 脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到 一个脉冲信号， 它就驱动步进电机按设定的方向转动 “步距角” ）， 一个固定的角度（ 称为 它的旋转是以固定 的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控 制角位移量， 从而达到准确定位的目的； 同时可以通过 控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度 ， 从而 达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特 种电机， 利用其没有积累误差（ 精度为 100% ） 的特点， 广泛应用于各种开环控制。PLC 控制步进的控制指令 ［ DPLR D1 D2 D3 Y0 ］ 。 PLSR 指令是脉冲输出 进行定加速， 在达到所指 指令。针对指定的最高频率， 定的输出脉冲数后， 进行定减速。 指令中由 D1 设定 最高频率， 由 D2 设定总输出脉冲数， 由 D3 设定加减 速时间， 第 4 个参数为输出端（ 机械手臂 Y0 / 传送小车 Y1 ） 。传送小车前进 Y003 = 1 ； 后退 Y003 = 0 ； 传送小 车移动的距离所给脉冲个数和位置开关来控制 。旋转 手臂逆时针旋转 Y2 = 1 ； 顺时针旋转： Y2 = 0 ； 手臂旋 转的角度由脉冲个数来决定。 PLC 控制程序的功能图见图 3 ， 将此功能图、 转换 为梯形图， 就可以成为 PLC 控制程序， 从而实现对本 气动机械手的动作控制。