气动机械手操作控制装置
基于PLC的气动机械手控制系统设计
第3期（总第411期）2024年3月农业技术与装备AGRICULTURAL TECHNOLOGY&EQUIPMENT No.3基于PLC的气动机械手控制系统设计朱静（江苏省靖江中等专业学校，江苏靖江214500）摘要在工业领域中，气动机械手是很重要的设备，随着科技发展气动机械手有了越来越先进的控制系统。
以PLC的气动机械手控制系统设计为研究内容，分析了PLC气动机械手控制系统的需求，从PLC技术原理出发，设计了气动机械手控制系统，旨在为我国的工业领域发展提供有力支持。
关键词PLC；气动机械手；控制系统中图分类号TP241文献标志码A doi:10.3969/j.issn.1673-887X.2024.03.009Design of Pneumatic Manipulator Control System Based on PLCZhu Jing(Jiangsu Jingjiang Secondary Specialized School,Jingjiang214500,Jiangsu,China)Abstract：In the industrial field,pneumatic manipulator is a very important equipment,with the development of science and technol‐ogy,pneumatic manipulator has more and more advanced control system.Based on the design of PLC pneumatic manipulator control system,this paper analyzed the demand of PLC pneumatic manipulator control system,and designed the pneumatic manipulator con‐trol system from the principle of PLC technology,in order to provide strong support for the development of China's industrial field. Key words：PLC;pneumatic robotic arm;control system气动机械手依靠气压转动完成机械手操作，寿命长，结构简单、动作可靠迅速，在工业领域中较常见。
基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业设计
基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业设计机械手是一种广泛应用于工业生产的设备。
在传统工艺中，采用继电器控制时需要使用大量的继电器，接线复杂，容易出现故障，维修困难，费时费工，增加了成本，影响了设备的工效。
因此，采用可编程控制器（PLC）对机械手进行控制是一种更加可靠、方便的方法。
本文介绍了使用XXX生产的F1/F2系列PLC对机械手进行控制的设计方案。
该方案根据机械手的运动规律进行软件编程，实现了手动操作和自动操作。
采用梯形控制直观易懂，PLC控制使接线简化，安装方便，减少了维修量，提高了工效。
第一章 PLC的技术简述1.1 PLC的定义PLC是一种可编程控制器，是一种数字计算机，可用于控制各种工业过程，包括机械手的控制。
PLC通过数字输入和输出模块与外部设备进行通信，通过编程实现对设备的控制。
1.2 PLC的特点PLC具有可编程性、可靠性、灵活性、扩展性等特点。
它可以根据不同的应用需求进行编程，可以适应不同的工业环境，具有较高的可靠性和稳定性，可以方便地进行扩展和升级。
1.3 PLC的一般结构PLC一般由中央处理器、存储器、输入模块、输出模块、通信模块等组成。
其中，中央处理器是PLC的核心部件，负责执行程序和控制设备。
存储器用于存储程序和数据。
输入模块用于接收外部设备的信号，输出模块用于控制外部设备的动作，通信模块用于与其他设备进行通信。
1.4 PLC的基本工作原理PLC的基本工作原理是通过输入模块接收外部设备的信号，经过中央处理器进行处理，然后通过输出模块控制外部设备的动作。
PLC的程序是由用户编写的，可以根据实际需求进行修改和升级。
PLC的输入和输出可以根据需要进行扩展，以适应不同的应用场合。
第二章机械手控制系统的控制要求2.1 工作对象的介绍机械手是一种用于自动化生产的设备，可以完成各种物料的搬运、装卸、组装等操作。
机械手的控制需要考虑到其运动规律和工作对象的特点。
2.2 工作原理机械手的工作原理是通过电机驱动各个关节进行运动，实现对工作对象的搬运、装卸、组装等操作。
阐述气动手搬运机械手控制
阐述气动手搬运机械手控制本文针对气动机械手的结构以及工作原理的介绍，重点分析了气动机械手的控制要求，并在此基础上进行气动机械手控制系统的设计，而且通过相关实验，证明该机械手控制方便、定位精确，可以长期稳定的运行。
目前，由于机械手技术有了快速的发展，同时PLC控制技术以及点控制技术也在生产实践中得到应用，所以，适合在工业自动化生产中使用的通过机械手也有了不小的进展。
因为气动机械手具有诸多优势，比如结构简单、定位精确、控制便捷等，因此被自动化生产线大量采用。
本文将结合自动化生产线的实际情况，进行基于PLC与步进电机的气动手搬运机械手控制的探讨。
一、起动机械手的机构及原理1、气动机械手的结构该气动机械手的结构如图1所示，其中1为推料气缸，2为工作库，3为单杆气缸，4为双导杆气缸，5为气动手抓，6为转轴，7为步进电机，8为传送带。
在以上组成元件中，燃料气缸主要负责在工件库中推送工件；气动手抓则是用来抓紧工件或放松工件；双导杆气缸是用来控制机械手臂进行缩回或者伸出动作；单杆气缸可以提升或者降低气动手抓；不仅电机控制着机械手臂的旋转，并且依据脉冲数量来保障定位准确。
2、气动机械手的工作原理本文探讨的气动系统包括了推料气缸、升降气缸、伸缩气缸和气动手抓等组成部分。
其中，单电控制二位五通阀负责控制推料气缸、升降气缸以及伸缩气缸。
而气动手抓则是被双电控制二位五通阀来进行控制。
至于气缸动作过程中的稳定性，一般通过单向节流阀来控制其速度，速度得到控制以后，气缸在运动过程中的稳定性即可大大提高。
该气动机械手在工作中遵循以下流程：工件存料后气动机械手向前伸出—前臂降低—工件被气动手指夹住—前臂抬升并缩回—手臂向右旋转—手臂前屈—手爪把工件放进料口—手臂缩回—机械手复位，直到下一个工件就位，这一过程循环进行达到工作的目的。
在本系统中，为了保障机械手的定位准确，把电感传感器装置在机械手底座处，当作其基准传感器。
并且在机械手向左、向右旋转到最大位置处加装限制装置。
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：
机械手-气动机械手设计（含CAD图纸）
第一章概述1、引言随着气动技术获得了快速发展，利用成本性能比低，同时具有许多优点的气动机械手设备来满足社会生产实践需要越来越多的受到重视。
气动机械手与其他控制方式的机械手相比，具有价格低廉、结构简单，功率体积比高、无污染及抗干扰性能强等特点。
1、2机械手的应用与发展机械手臂在产业自动化的应用已经相当广泛，因为各个国家产业分布的不同，以及各产业对于机械手臂的需求量也有差异。
主要是使用于人工无法进行或者会耗费较多时间来做的工作，机械手臂在精度与耐用性上可以减少许人为的不可预知问题。
自从第一台产业用机器人发明以来，机械手臂的应用也从原本的汽车工业、模具制造、电子制程等相关产业，更拓展到农业、医疗、服务业…等等。
多轴机械手臂研发方面，多轴式机械手臂广泛应用于汽车制造商、汽车零组件与电子相关产业。
机械手臂可以提升产品技术与品质，而这些初期工作大多可以借由机械手臂来完成。
机械手臂的精准、零误差，对于产品的品质掌握自然拥有其优势，减少品管所花费的时间与人力。
工业应用上，以装配、加工、熔接、切削、加压、货物搬运、检测…等，全球目前产业使用量是以汽车、汽车零组件、化工、橡胶和塑料等最大。
现在，ROBOT的应用已越来越多元化，依据国际机器人协会（IFR）的统计，至2007年底机械手臂除了工业以外，最多应用于救援、保全与野地（田野、牧场等），近年来，各先进国家为了提升台机器人的技术水平，都会推广机器人产业与创立相关联盟，并且特别针对工业以外的领域进行推广，例如：医疗、服务、生活方面…等。
以医疗为例，有许多大型医学中心使用以手动操控方式之机械手臂，结合显微影像显示系统所结合的手术型机器人。
机械手臂的研发也朝向节省人力、减少人类暴露在危险的工作环境、甚至进行更加精密的工作或是辅助操作。
机械手臂的技术发展都是为了让人类在工作与生活中更加便利。
1、3气动机械手概述气动机械手由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化设备。
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。
气动助力机械手的平衡原理分析与故障排除
气动助力机械手的平衡原理分析与故障排除摘要：气动助力机械手又称平衡器、平衡环、气动助力器等，由于其具有省事，省力的特点，被广泛应用于现代工业中的各个领域，如：大型物料的移载，搬运，大型设备的精确定位、装配等场合，总之，在现代生产中，无论原料的接受还是半成品的加工、生产、配送等环节，气动机械手都发挥着不可替代的作用。
基于此，本文主要对气动助力机械手的平衡原理与故障排除进行分析探讨。
关键词：气动助力机械手；平衡原理；故障排除1、气动助力机械手的组成气动助力机械手的重要组成是：平衡装置、气动系统、安全系统和操作系统。
操作系统由夹具，操作手柄和操作气路组成，它将硅棒夹紧，是机械手的手臂。
它的复杂程度决定了机械手的复杂程度；它的人性化程度决定了机械手的成败。
安全系统由多个回转关节的刹车，限位，安全气路及外保护组成，它使机械手安全可靠。
平衡装置是机械手的主体，是实现力平衡的主要机构。
它由气动系统由平衡气路，负载负荷转换逻辑气路，操作气路和安全气路组成。
是实现力平衡的主要动力源。
平衡气路用于平衡夹具和硅料的重量，负载负荷转换逻辑气路使机械手在有载，无载状态下均可实现平衡。
操作者始终处于轻松的工作状态，它是机械手的灵魂。
2、气动助力机械手平衡功能的工作原理通过阅读气动原理图（图1），助力机械手的“初定位”、“翻转”、“刹车”动作较易理解，文章不再叙述，重点分析“加载”、“夹紧”，以及“放松”后“空载”状态实现的工作原理。
图1 气动原理图2.1重力平衡气缸的空载压力与加载压力“重力平衡气缸”的压力由一个外控式减压阀9控制，进入重力平衡气缸的压力将由该外控式减压阀的压力实现控制。
外控式减压阀的控制气路连接到梭阀13，梭阀的两端分别直通到减压阀11以及间接通过阀3连通到减压阀12。
图中减压阀11常通，可知减压阀11调定的是“空载”压力，减压阀12调定的是“加载”压力。
“空载”压力与“加载”压力切换时，起作用的是阀3的通断，当阀3的非弹簧位起作用时，通过减压阀12与通过减压阀11的气体同时进入梭阀13的两端，因为调定“加载”压力的减压阀12压力一定高于调定“空载”的减压阀11的压力，根据梭阀工作时取输入高压作为输出的原理，通过减压阀12的“加载”压力进入外控式减压阀9的控制口，“重力平衡气缸”得到的是“加载”压力状态。
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。
气动机械手在教学过程中的应用
企业技术开发２０１２年１１月摘要：气动机械手系统由执行机构、检测传感器件、控制装置(PLC 控制器等)、气源装置、其他辅助元件等组成。
是一种仿人操作机构，具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、可无极调速、节能和不污染环境等优点而被广泛应用，且种类繁多。
气动机械手集合了机械知识、气动技术、自动控制技术，是教学的一种重要载体。
通过气动机械手的系统学习，可培养学生掌握安装、调试能力，提高自动控制技术的能力。
在培养学生动手实践能力上具有重要作用。
关键词：气动；机械手；气动机械手；教学应用中图分类号：TP241文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）31-0114-02The application of pneumatic manipulator in process of teachingＷＡＮＧＪｕｎ－ｚｈｏｕ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏ－ｊｕａｎ（ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０１１２０，Ｃｈｉｎａ）Abstract:Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａｃｔｕａｔｏｒ，ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅ（ＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｅｔｃ．），ａｉｒｓｕｐｐｌｙｄｅｖｉｃｅ，ｏｔｈｅｒａｕｘｉｌｉａｒｙｅｌｅｍｅｎｔ，ｅｔｃ．Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓａｋｉｎｄｏｆｈｕｍａｎｏｉｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄｉｔｈａｓｍａｎｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ：ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｓｉｍｐｌｅ，ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，ａｃｔｉｏｎｑｕｉｃｋ，ｍｏｖｅｓｔｅａｄｙ，ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｓｔｅｐｌｅｓｓｓｐｅｅｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ，ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｎｏａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｓｏ，ｉｔｈａｓｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓａｎｄｂｅｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙ．Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｅａｃｈｉｎｇｔｏｏｌ，ｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ｐｎｅｕｍａｔｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｔｕｄｅｎｔｓｃａｎｉｎｓｔａｌｌａｎｄｄｅｂｕｇｔｈｅｐｎｅｕｍａｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌ．ＴｈｅＰｎｅｕｍａｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｔｕｄｅｎｔｓ．Keywords ：ｐｎｅｕｍａｔｉｃ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｐｎｅｕｍａｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ浅谈气动机械手在教学过程中的应用王俊洲，张晓娟（重庆工业职业技术学院，重庆401120）收稿日期：2012-09-18作者简介：王俊洲（１９８１—），男，河北邯郸人，硕士研究生，讲师、工程师，研究方向：液压气动技术，自动化控制。
气动安装机械手的PLC控制设计 机械制造及其自动化
目录1.引言 (1)2.气动机械手的发展历程及应用现状 (1)2.1气动技术简介 (1)2.2机械手技术简介 (2)2.3 PLC解析 (2)3.PLC的气动机械手控制系统的需求分析 (4)3.1基于PLC的气动机械手控制系统特点 (4)3.2基于PLC的气动机械手控制系统的发展前景分析 (4)3.3基于PLC的气动机械手控制系统的功能需要 (4)3.4基于PLC的气动机械手控制系统设计相关技术 (5)4.气动安装机械手的发展趋势 (9)4.1重复高精度化 (9)4.2实现自动化 (10)5.总结 (10)参考文献 (11)致谢 (13)1.引言伴随着经济的发展，生产行业向机械化、自动化的方向快速发展，机械手应运而生。
进入21世纪以来，电子技术已经广泛应用于各行各业，机械手的研制和生产已经受到相关行业的广泛重视。
在实际建设过程中，很多企业愿意在生产过程中采用机械手进行作业，这样不仅可以降低生产成本，还能减轻人力劳动强度。
正因如此，在很大程度上促进了机械手的发展，使其更加符合生产企业的实际需求。
气动机械手在生产领域发挥着不可替代的作用，具有结构简单、价格低廉以及可靠性高等特点。
气动技术以压力为动力，压力主要来源于大气，对环境污染较小，是实现企业发展自动化的重要手段之一。
本文以气动机械手的控制设计为主要研究对象，对其控制设计思路做了简单介绍。
2.气动机械手的发展历程及应用现状气动技术的动力来源主要就是空气压缩机，通过对空气进行压缩，来传递能量或者传递信号，是自动控制的一种主要手段。
最早在1776年，由约翰威尔逊成功的研制了第一台空气压缩机，这台空气压缩机只能产生一个气压的压力。
1880年，人们在火车的刹车上装上了气缸，成功的做成气动刹车。
在20世界30年代，气动技术被广泛应用于自动门和机械的辅助动作上。
到20世界50年代初期，在液压的基础上，研究出了气压元件，不过这时气压元件体积庞大。
60年代，气动技术已经自成体系，形成工业控制系统。
三自由度气动机械手的设计
编号: 毕业论文(设计)题目三自由度气动机械手的设计指导教师学生姓名学号专业机械设计制造及其自动化教学单位目录摘要及关键词 (1)1引言 (1)2三自由度气动机械手的结构设计 (2)2.1机械手自由度分析 (2)2.2机械手气动分析 (3)2.3气动机械手的结构设计 (5)2.4机械手的特性分析 (7)3三自由度气动机械手控制系统的设计 (7)3.1控制系统的组成 (7)3.2系统控制算法设计 (9)3.3基于LabVIEW的控制系统设计 (9)3.4实验分析 (13)4结论 (14)参考文献 (14)谢辞 ................................................................................................. 错误！未定义书签。
三自由度气动机械手的设计摘要：本设计是基于一种三自由度气动机械手，应用三个气缸及其附属机构完成了一种气动的三自由度机械手。
它解决了目前机械手使用不便的问题，具有结构简单、操作方便、控制性能好、可实现多种运动形式并能牢固夹持工件，并且生产效率高，工作强度大，可夹持大工件等优点。
关键词：气缸；气动；牢固；夹持；控制1引言在机械加工及注塑加工行业，很多工位为物体的拾取操作。
这种操作一般动作简单，重复性很大。
目前针对这种需求，设计了很多拾取机械，这些拾取机械包括电动的、液动的以及气动的。
但是目前种种操作机械或机械手的主要结构形式为直角坐标式的，而在许多场合这种操作需要圆周运动，需要具有旋转功能的操作机械，但这种机械目前尚未见到。
针对上述现有技术的不足，本设计提供了一种结构简单、操作方便、可实现多种运动形式的三自由度气动机械手[1]。
气动技术是流体控制的一个重要分支，具有成本低廉、工作效率高、较高的功率重量比、无污染、使用维护方便以及对环境要求低等一系列优点，已经在工业生产各部门得到越来越广泛的应用。
《机电控制与可编程序控制器技术》课程设计实施细则 2
《机电控制技术》课程设计一、课程设计的目的课程设计是《机电控制技术》课程实践环节的主要内容之一，是学习专业技术课所需的必要教学环节。
通过课程设计的教学实践，使学生所学的基础理论和专业知识得到巩固，并使学生得到运用所学理论知识解决实际问题的初步训练；课程设计的设置应使学生接触和了解实际局部设计从收集资料、方案比较、计算、绘图的全过程，进一步提高学生的分析、综合能力以及工程设计中计算和绘图的基本能力。
通过本课程的学习使学生掌握可编程控制器的工作原理及基本构成，掌握可编程控制器的应用范围与应用环境等。
要求学生能够运用可编程控制器改造继电控制系统，提高生产设备可靠性和生产效率的能力。
同时培养学生运用以可编程控制器为核心的自动控制系统的技术标准、技术规范、技术手册等技术资料的能力。
二、课程设计的内容和要求（一）本课程设计的基本原则在PLC控制系统设计时，应遵循以下基本原则：（1）大限度地满足被控对象的控制要求。
设计前，应深入现场进行调查研究，（2）搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。
（3）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。
（4）保证控制系统的安全、可靠。
（5）考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。
（二）本课程设计的基本内容PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。
因此，PLC控制系统的基本内容包括：（1）择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等）、输出设备（继电器、接触器和信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。
（2）PLC的选择。
PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC，对于保证整个系统技术经济性能指标起着重要作用。
（3）选择PLC应包括机型的选择、容量的选择、I/O点数（模块）的选择、电源模块以及特殊功能模块的选择等。
机械手及控制系统设计
.河北工程大学课程设计指导说明书课程题目: 机械手及控制系统设计专业: 机械设计制造及其自动化—机电方向班级: 机制11班**: **学号*************: ***目录第一章绪论1.1 题目要求。
3 1.2 题目概况。
3 1.3 气动机械手。
3 1.4 气动机械手的发展趋势。
3 1.5 课题的现实意义。
4第二章气动机械手的操作要求及功能2.1 机械手移动动作示意图。
5 2.2 机械手操作面板图。
5 2.3 机械手的输入\输出信号定义图。
6 2.4 机械手顺序动作的要求。
6第三章机械部分设计3.1 气动搬运机械手的结构。
8 3.2 机械手的主要部件及运动。
8 3.3 驱动机构的选择。
9 3.4 机械手的技术参数列表。
9 3.5 气动回路的设计。
9 3.6 末端执行器的设计。
10 3.7 升降手臂的设计。
12 3.8 平移手臂的设计。
14第四章机械手控制设计4.1 PLC的简介。
16 4.2 PLC的应用领域。
16 4.3 PLC的系统组成。
16 4.4 PLC的定义及选择。
174.4.1 机械手传送系统输入点和输出点分配表。
174.4.2 原理接线图。
184.4.3 控制程序流程图。
19 4.5 机械手控制软件设计。
214.5.1 控制系统程序。
214.5.2 手动单步操作程序。
214.5.3 机械手系统梯形图。
234.5.4 语句表程序设计。
24第五章课程设计总结第一章绪论机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务。
在构造和性能上兼有人和机器的优点，尤其体现了人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
1.1 题目要求题目：机械手及控制系统设计要求：机械手的各动作由气缸驱动，并由电磁阀控制1.2 题目概况机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。
气动助力机械手说明书
气动助力机械手 使用说明书一、概述首先感谢您选择了我公司生产的气动搬运机械手，气动搬运机械手是我公司自主研发的一款应用于生产线助力搬运的设备，此设备操作简单、使用安全可靠、维护保养方便等显著特点，只需进行简单的按钮操作即可实现工件的快速搬运，是现代生产线、仓库等最理想的搬运设备。
本机与传统电动助力机械手相比，具有结构轻巧、拆装方便、用途广泛等特点，可搬运载荷从10Kg到100Kg，满足不同用户的需要。
本产品具有以下几个显著特点：1．稳定性高，操作简单。
采用全气动控制，只需操作一个控制开关便可完成工件的搬运过程。
2．效率高，搬运周期短。
搬运开始后，操作者用较小的力便可控制工件在空间中的运动，并且可在任意位置停止，搬运过程轻松、快捷、连贯。
3．安全性能高，设置了断气保护和工件检测。
当气源压力突然消失时，工件会保持在原位置而不下落。
挂钩上没有工件时，有载开关无法启动，避免操作端突然升起，保护操作者的安全。
4．主要元器件均采用国际知名品牌产品，质量有保证。
本使用说明书详细说明了其使用方法及注意事项，为更好的操作设备，使用前请仔细阅读本说明书并妥善保管。
二、性能参数作业半径：700~2500mm升降幅度：1300mm水平旋转角度：0~350°挂钩旋转角度：360°额定载荷：30Kg工作压力：0.5Mpa三、构造原理简介本套助力机械手系统采用全气动控制来搬运工件，其主体由支座、动力机构、连杆组、吊钩、气动控制系统组成，如图一所示，简介如下：1.支座2.动力机构3.气动控制系统4.连杆组5.吊钩图一气动助力机械手的组成1.支座：支撑整个机械臂并带有旋转功能，根据要求可在规定范围内旋转。
支座用4个M20膨胀螺栓固定在地面上。
2.动力机构：由气缸推动滑块运动，实现操作端的升降运动。
3.连杆组：平行四边形的杆机构依靠气缸和平衡块实现任意位置的平衡停止，可使连杆组操作端在1800mm的水平范围，最大半径2500mm，最小半径700mm，竖直升程1300mm的范围内运动。
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气动机械手操作控制装置一、题目及要求：一、气动机械手的控制要求气动机械手的动作示意图如图1所示，气动机械手的功能是将工件从A处移送到B处。
控制要求为：1、气动机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动；2、上升、下降的电磁阀线圈分别为YV2、YV1；右行、左行的电磁阀线圈为YV3、YV4；3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件；4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延时实现；5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现；二、机械手的的操作功能机械手的操作面板如图2所示。
机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。
1、手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；2、回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位；3、单步工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手向前执行一步；4、单周期工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手只运行一个周期；5、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动安钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止安钮；6、传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他工件；7、出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。
三、大作业要求1．列表说明I/O分配，并选择PLC。
2．画出顺序功能图。
3．画出PLC端子接线图。
4．设计PLC控制梯形图。
二、输入输出分配表三、PLC选型四、顺序功能图SM00X002X021X024X023五、PLC接线图六、PLC梯形图公用程序见下图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转换。
左限位开关X004、上限位开关X002的常开触点和表示机械手松开的M45的常闭触点的串联电路接通时，原点条件M05变为ON。
当机械手处于原点位置状态，在开始执行用户程序、系统处于手动或者自动回原点状态，初始步对应的M00将被置位，进入单步、单周期和连续工作方式做好准备。
如果此时M05为OFF状态，M00将被抚慰，初始步为不活动步，按下启动按钮也不能进入步M20，系统不能再单步，单周期，和连续工作方式下工作。
当系统处于手动工作方式时，必须将初始步以外的各部队赢得存储器位（M20-M27）复位，否则系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的情况，一起错误的动作。
在非连续方式下，X024的常闭出点闭合，将表示连续工作状态的标志M07复位。
LD X004A X002AN M45= M05LD SM01O X020O X021LPSA M05S M00, 1LPPAN M05R M00, 1LD X020R M20, 1LDN X024R M07, 1下图是手动程序，为了保证安全运行，在手动程序中设置了一些必要的连锁。
设置上升与下降之间,左行与右行之间的互锁,以防止功能相反的两个输出同时为ON.有限位开关限制机械手移动的范围。
用限位开关X001--X004限制机械手移动的范围。
用上限位开关X002的常开触点与控制左，右行的M36和左行的M44的继电器串联，机械手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。
LD X012S M31, 1LD X007R M32, 1LD X005AN X002AN M34= M33LD X010AN X001AN M33= M34LD X006AN X004A X002AN M35= M36LD X011AN X003A X002AN M36= M35单周期，连续和单步工作方式的梯形图。
LD X026 A X024 O M07 AN X027 = M07 LD X026 EUON X022 = M06 LD M27 A X004 A M07 LD M00 A X026 A M05 OLDA M06 O M20 AN M21 = M20 LD M20 A X001 A M06 O M21 AN M22 = M21 LD M21 A T37 A M06O M22 AN M23 = M22 LD M22 A X002 A M06 O M23 AN M24 = M23 LD M23 A X003 A M06 O M24 AN M25 = M24 LD M24 A X001 A M06 O M25 AN M26 = M25 LD M25 A T38 AOAN M27 = M26 LD M26 A X002 A M06 O M27 AN M20 AN M00 = M27 LD M27 A X004 AN M07 A M06 O M00 AN M20 = M00单周期、连续和单步这三种工作方式主要是“连续”标志M07和“转换允许”标志M06来区分的。
（1）单步与非单步的区别M06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，他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，X022为1状态，他的常开触点断开，“转换允许”存储器位M06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X026，M06处于处于0状态，起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X026，M06在X026的上升沿ON一个扫描周期，M06的常开触点接通，系统才会转换到下一步。
系统工作在连续，单周期工作方式下，X022的常开触点接通，是M06为1状态，串联在各起保停电路的启动电路中的的常开触点接通，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，X024为1状态。
初始步为活动步时按下启动按钮X026，M20变为1状态，机械手下降。
于此同时，控制连续工作的的线圈通电并自保持。
当机械手在步,M27返回最左边时，X004为1状态，因为连续标志位M07为1状态，转换条件M07-X004满足，系统将返回步M20，反复连续的工作下去。
按下停止按钮X027后，M07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X004为1状态，装换条件满足系统才从步M27返回并停留在初始步。
在单周期工作方式，M07一直处于0状态。
当机械手在最后一步,M27返回最左边时，左限位开关X004为1状态，转换条件满足，系统返回并停留在初始步，按一次启动按钮，系统只工作一个周期。
（3）单周期工作过程在单周期工作方式下，X022的常闭触点闭合，M06的线圈通电，允许转换。
在初始步时按下启动按钮X026，在M20的启动电路中，M00,X026,M05和M06的常开触点均接通，使M20的线圈通电，系统进入下降步，Y001的线圈通电，机械手下降。
碰到下限位开关X001时，转换到夹紧不M21，Y005被置位，夹紧电磁阀的线圈通电，并保持。
同时接通延时定时器T37开始定时，后定时时间到，工件被夹紧，转换条件T37满足，转换到步M22。
以后系统将这样一步一步的工作下去。
在左行步M27，当机械手左行返回到原点位置，左限位开关X004变为1状态，为连续工作标志M07为0状态，将返回初始步M00，机械手停止运动。
（4）单步工作过程在单步工作方式下，X022为1状态，它的常闭触点断开，“转换允许”辅助继电器M06在一般情况下为0状态，不允许步与步之间的转换。
设初始步时系统处于原点状态，M05和M00为1状态，按下启动按钮X026，M06变为0状态。
在下降步，Y001的线圈通电，当下限位开关X001变为1状态时，与Y001的线圈串联的X001的常开触点断开，使Y001的线圈断电，机械手停止下降。
X001的常开触点闭合后，如果没有按启动按钮，X026和M06变为1状态，M06的常开触点接通，转换条件X001才能使M21的起动电路接通，M21线圈通电并保持，系统才能由步M20进入步,M21。
以后在完成某一步的操作后，都必须按一次启动按钮，系统才能转换到下一步。
在自动回原点工作方式下，X021为ON。
按下启动按钮X026，M10变为ON,机械手上升，上升到上限位开关时X002为ON，机械手左行，到左限位开关时，X004变为ON，将步M11复位，同时将M42复位，机械手松开。
这时原点条件满足，M05为ON，在公用程序中，初始步M00是步M01的后续步。
LD X021A X026S M10, 1R M40, 1LD M10A X002S M11, 1R M10, 1R M41, 1LD M11A X004S M11, 1R M42, 1LD M10AN X002= M43LD M11AN X004= M44说明程序由于S7-200PLC的顺控指令不支持直接输出的双线圈操作，所以要用中间继电器逻辑过度一下，如本题的机械手下降，上行，夹紧、松开、左行、右行等都需要用中间继电器过渡。
LD M20O M24AN X001 LD M34O M40 OLD= Y001 LD M21O M31S Y005, 1 TON T37, 17 LD M25O M32O M42O M45R Y005, 1 TON T38, 17 LD M22O M26AN X002 LD M33O M43 OLD= Y002 LD M23AN X003O M35O M41= Y003 LD M27AN X004O M36O M44= Y004。