PLC控制的机械手控制系统的设计
目录
1绪论 1
1.1机械手设计的内容 1
1.2机械手设计的目的和意义 1
2机械手总体方案的设计 2
2.1机械手的工作过程及控制要求 2
2.1.1 机械手的基本结构 2
2.1.2机械手的控制说明 4
2.2 机械手的方案设计及其主要参数 5
2.2.1机械手的主要类型和自由度选择 5
2.2.2 机械手的驱动方案设计 5
2.2.3 机械手的控制方案设计 5
2.2.4 机械手的手部结构 6
3 PLC的介绍与选择 7
3.1 PLC的特点 7
3.2 PLC控制的安装与布线 8
3.3机械手PLC控制的设计 9
3.3.1?根据工艺过程分析控制要求 9
3.4 PLC的选择 10
3.4.1 分配PLC I/O点的编号（定义号） 11
3.4.2确定所需的用户输入/输出设备I/O点数 11
3.5 PLC程序设计 11
结论 14
参考文献 15
附录A主程序图 16
附录B实物图 22
1绪论
1.1机械手设计的内容
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，包括对于机械手模型的设计和PLC程序的设计。我自己设计编写的一个PLC程序图能够实现机械手模型控制系统的自动控制。用所学知识完成课题设计并制作实物。本设计的机械手控制系统使用PLC控制技术编程，在三菱PLC上进行测试。硬件设计：制作I/O表，选择PLC型号，绘制电气接线图；软件设计：编写PLC程序，测试程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
序，使机械手具有手动、单步、单周期、连续和回原位五种工作方式，能够实现将工件从Ａ点传递到Ｂ点的功能。
1.2机械手设计的目的和意义
（1）机械手因为其中带有一个“手”字，所以它也可以像人一样有着手部动作，当然像先前说的那样事先编好程序，让它按照给定程序、轨迹和要求能实现自动搬运、抓取的自动机械装置。在我国工业生产中应用最为广泛，俗称“工业机械手”。在实际生产中，我们看到的也都是好处：提高效率，安全环保，减少劳动力，质量有了保证，生产过程中相对安全。尤其是在一些比较特殊场合，例如：剧毒、高温、污染严重、以及带有放射性物质工厂，应用的更加的广泛。随着科技的发展，以及人们的需求，在一些轻工业中也慢慢开始有机械手的运用，例如：机加工、焊接、热处理、喷漆，甚至是交通运输业等领域都有运用，可见现在机械手在我们生活中的应运越来越广泛。
2机械手总体方案的设计
2.1机械手的工作过程及控制要求
2.1.1 机械手的基本结构
机械手实际上就是像人手一样可以动的机器，它有水平、垂直还有旋转的功能，用来将物品从A点搬到B点的作用。水平方向又有左右移动，垂直方向有上升、下降移动至于夹爪就是像手一样夹紧还有松开。机械手主要是运用在工业生产中，它可以代替大量劳动力，实现搬运的功能，真正上实现了自动生产。我的这个简易的机械手主要就是有向上运动还有向下运动以及简单的平面360°的旋转。当然了，机械手要是想运动也少不了一个驱动器，这里的驱动器我们一般用气缸代替，气缸会受到指定的一个电磁阀控制，电磁阀受到PLC可编程控制器的控制，这样的装置才能很好的运用在工业生产中来。图2.1为机械手简图,其中 1-执行气爪，2-水平伸缩气缸，3-旋转轴，4-竖直气缸，5-底座，6-工件。机械手如图2.1所示。
图2.1 机械手简图
这个简易的机械手我们不难发现它会向上和向下伸缩，向前和向后移动以及原地的一个旋转。机械手的驱动我们一般都采用气缸，气缸的动作则会受到电磁阀的约束，它们之间相互配合使得机械手能够更加稳定有序的运行下去。机械手通常可以实现上升或者下降、左传或者右转、夹紧或者放松等一些基础运动。它的升降运动看似简单其实是由控制升降的气缸、垂直以及滑动的导柱、竖直方向的导轨及控制升降的微动开关相互配合下完成，升降的行程一般设置为0~120mm。转动是通过旋转轴和旋转气缸而实现、转动的行程一般为0~180°；手爪的动作是通过气缸伸缩以及弹簧的伸缩来控制的，夹持力就是由弹簧的型变量来控制的。
机械手的骨架大致可以分为四块：首先是感知然后是控制其次是主机最后执行很巧妙的配合从而使得机械手真正的动起来。气动缸负责采集感知信号及控制信号。主机则负责真正意义上的驱动机械手，使得它完成人们想要的运动。人们根据生产不同的要求，选择相应功能和参数的模块，可以随意的组合目的就是达到我们想要的，这种设计思想值得国人学习，它也是今后更加环保的气动技术的发展航。今后更加实用性模块化拼装的气动机械手将要比组合导向装置更具有灵活多变的安装体系。它使得电接口和带电缆及气管的导向更加完善，使机械手运动不会受太多的束缚。这种一体化的拼装可以组成各式各样的机械手例如：立柱型的、旋转型的、滑块型的等等气动机械手。这些一体化的机械手具有的有点就是组装比较方便，定位精度高，运动灵活轻便，但是工作空间有限，主要用于小场所，在我国内目前主要在送料自动线上广泛运用。气动机械手跟一般机械手一样也是具有水平、垂直、还有旋转的三个自由度，但是可以采用多种灵活的控制方案。
图2.1中工件所处位置为原点位置，根据我们现在的要求：假设机械手初始位置在原点位置，从原点位置开始每一次的循环，完成上升或者下降运动，左移或者右移，夹紧或放松动作以及对于位置的控制，要求能够完成手动操作和自动操作两种方式。让机械手处于原点的位置按下启动按钮，整个机械手系统启动，先是加紧物品然后放在左传送带上，左传送带运转。当光电开关检测到物品后，左传送带停止运行，机械手夹紧物品夹爪下降松开放下物品根据分析可得出机械手的工作流程图，如图2.2所示。机械手完整流程图如图2.2所示
图2.2 机械手完整流程图
可见，实现要求功能需要如下条件
（1）从A到B到的需要旋转的夹爪，所以底座与横梁之间得要一个旋转气缸
（2）横梁在普通情况下，长度是固定的，如果工作台不进行调整，横梁长度可永远不变。由于课题任务要求手臂可以伸出缩短，本设计中在横梁上安装了执行气缸，可使用手动按钮调整横梁长度。
（3）垂直方向上是机械手上下工作，国内现在主要采用的是气缸，主要是由于环保，但是也可以采用齿轮啮合的，可是这种噪音过大，不环保所以大多不用
（4）夹爪这里主要采用是的气缸和气动的抓紧机构，还是说因为噪音小，成本低，环保。
（5）光电开关是属于控制系统的输入量的信号源之一，我们这里采用的是数字输入，因为简洁方便，当然也有其他的输入方式，像模拟输入就比较繁琐我们不采用。
根据以上分析，机械构造方案基本固定。整个机械手一共用到三个气缸，PLC需要控制每个气缸的动作：横梁长气缸的内外调，执行气爪的夹持与放松、竖导杆气缸的升降、各气缸的定位控制和旋转轴的定位控制，另外两个分别是对于的工件计数器以及故障报警。
机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。
1绪论 1
1.1机械手设计的内容 1
1.2机械手设计的目的和意义 1
2机械手总体方案的设计 2
2.1机械手的工作过程及控制要求 2
2.1.1 机械手的基本结构 2
2.1.2机械手的控制说明 4
2.2 机械手的方案设计及其主要参数 5
2.2.1机械手的主要类型和自由度选择 5
2.2.2 机械手的驱动方案设计 5
2.2.3 机械手的控制方案设计 5
2.2.4 机械手的手部结构 6
3 PLC的介绍与选择 7
3.1 PLC的特点 7
3.2 PLC控制的安装与布线 8
3.3机械手PLC控制的设计 9
3.3.1?根据工艺过程分析控制要求 9
3.4 PLC的选择 10
3.4.1 分配PLC I/O点的编号（定义号） 11
3.4.2确定所需的用户输入/输出设备I/O点数 11
3.5 PLC程序设计 11
结论 14
参考文献 15
附录A主程序图 16
附录B实物图 22
1绪论
1.1机械手设计的内容
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，包括对于机械手模型的设计和PLC程序的设计。我自己设计编写的一个PLC程序图能够实现机械手模型控制系统的自动控制。用所学知识完成课题设计并制作实物。本设计的机械手控制系统使用PLC控制技术编程，在三菱PLC上进行测试。硬件设计：制作I/O表，选择PLC型号，绘制电气接线图；软件设计：编写PLC程序，测试程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
序，使机械手具有手动、单步、单周期、连续和回原位五种工作方式，能够实现将工件从Ａ点传递到Ｂ点的功能。
1.2机械手设计的目的和意义
（1）机械手因为其中带有一个“手”字，所以它也可以像人一样有着手部动作，当然像先前说的那样事先编好程序，让它按照给定程序、轨迹和要求能实现自动搬运、抓取的自动机械装置。在我国工业生产中应用最为广泛，俗称“工业机械手”。在实际生产中，我们看到的也都是好处：提高效率，安全环保，减少劳动力，质量有了保证，生产过程中相对安全。尤其是在一些比较特殊场合，例如：剧毒、高温、污染严重、以及带有放射性物质工厂，应用的更加的广泛。随着科技的发展，以及人们的需求，在一些轻工业中也慢慢开始有机械手的运用，例如：机加工、焊接、热处理、喷漆，甚至是交通运输业等领域都有运用，可见现在机械手在我们生活中的应运越来越广泛。
2机械手总体方案的设计
2.1机械手的工作过程及控制要求
2.1.1 机械手的基本结构
机械手实际上就是像人手一样可以动的机器，它有水平、垂直还有旋转的功能，用来将物品从A点搬到B点的作用。水平方向又有左右移动，垂直方向有上升、下降移动至于夹爪就是像手一样夹紧还有松开。机械手主要是运用在工业生产中，它可以代替大量劳动力，实现搬运的功能，真正上实现了自动生产。我的这个简易的机械手主要就是有向上运动还有向下运动以及简单的平面360°的旋转。当然了，机械手要是想运动也少不了一个驱动器，这里的驱动器我们一般用气缸代替，气缸会受到指定的一个电磁阀控制，电磁阀受到PLC可编程控制器的控制，这样的装置才能很好的运用在工业生产中来。图2.1为机械手简图,其中 1-执行气爪，2-水平伸缩气缸，3-旋转轴，4-竖直气缸，5-底座，6-工件。机械手如图2.1所示。
图2.1 机械手简图
这个简易的机械手我们不难发现它会向上和向下伸缩，向前和向后移动以及原地的一个旋转。机械手的驱动我们一般都采用气缸，气缸的动作则会受到电磁阀的约束，它们之间相互配合使得机械手能够更加稳定有序的运行下去。机械手通常可以实现上升或者下降、左传或者右转、夹紧或者放松等一些基础运动。它的升降运动看似简单其实是由控制升降的气缸、垂直以及滑动的导柱、竖直方向的导轨及控制升降的微动开关相互配合下完成，升降的行程一般设置为0~120mm。转动是通过旋转轴和旋转气缸而实现、转动的行程一般为0~180°；手爪的动作是通过气缸伸缩以及弹簧的伸缩来控制的，夹持力就是由弹簧的型变量来控制的。
机械手的骨架大致可以分为四块：首先是感知然后是控制其次是主机最后执行很巧妙的配合从而使得机械手真正的动起来。气动缸负责采集感知信号及控制信号。主机则负责真正意义上的驱动机械手，使得它完成人们想要的运动。人们根据生产不同的要求，选择相应功能和参数的模块，可以随意的组合目的就是达到我们想要的，这种设计思想值得国人学习，它也是今后更加环保的气动技术的发展航。今后更加实用性模块化拼装的气动机械手将要比组合导向装置更具有灵活多变的安装体系。它使得电接口和带电缆及气管的导向更加完善，使机械手运动不会受太多的束缚。这种一体化的拼装可以组成各式各样的机械手例如：立柱型的、旋转型的、滑块型的等等气动机械手。这些一体化的机械手具有的有点就是组装比较方便，定位精度高，运动灵活轻便，但是工作空间有限，主要用于小场所，在我国内目前主要在送料自动线上广泛运用。气动机械手跟一般机械手一样也是具有水平、垂直、还有旋转的三个自由度，但是可以采用多种灵活的控制方案。
图2.1中工件所处位置为原点位置，根据我们现在的要求：假设机械手初始位置在原点位置，从原点位置开始每一次的循环，完成上升或者下降运动，左移或者右移，夹紧或放松动作以及对于位置的控制，要求能够完成手动操作和自动操作两种方式。让机械手处于原点的位置按下启动按钮，整个机械手系统启动，先是加紧物品然后放在左传送带上，左传送带运转。当光电开关检测到物品后，左传送带停止运行，机械手夹紧物品夹爪下降松开放下物品根据分析可得出机械手的工作流程图，如图2.2所示。机械手完整流程图如图2.2所示
图2.2 机械手完整流程图
可见，实现要求功能需要如下条件
（1）从A到B到的需要旋转的夹爪，所以底座与横梁之间得要一个旋转气缸
（2）横梁在普通情况下，长度是固定的，如果工作台不进行调整，横梁长度可永远不变。由于课题任务要求手臂可以伸出缩短，本设计中在横梁上安装了执行气缸，可使用手动按钮调整横梁长度。
（3）垂直方向上是机械手上下工作，国内现在主要采用的是气缸，主要是由于环保，但是也可以采用齿轮啮合的，可是这种噪音过大，不环保所以大多不用
（4）夹爪这里主要采用是的气缸和气动的抓紧机构，还是说因为噪音小，成本低，环保。
（5）光电开关是属于控制系统的输入量的信号源之一，我们这里采用的是数字输入，因为简洁方便，当然也有其他的输入方式，像模拟输入就比较繁琐我们不采用。
根据以上分析，机械构造方案基本固定。整个机械手一共用到三个气缸，PLC需要控制每个气缸的动作：横梁长气缸的内外调，执行气爪的夹持与放松、竖导杆气缸的升降、各气缸的定位控制和旋转轴的定位控制，另外两个分别是对于的工件计数器以及故障报警。
机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。
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