报告，汉语词语，公文的一种格式，是指对上级有所陈请或汇报时所作的口头或书面的陈述。报告对于我们的帮助很大，所以我们要好好写一篇报告。下面是我给大家整理的报告范文，欢迎大家阅读分享借鉴，希望对大家能够有所帮助。

plc机械手课程设计实验报告篇一

录.....................................................................................................................................................i i

1、引言...........................................................................................................................................1

2、系统总体方案设计..........................................................................................................................2 2.1机械手系统硬件配置及组成原理....................................................................................................2 2.2有关机械手的 i/o系统变量定义及分配表...................................................................................6

3、控制系统设计................................................................................................................................7 3.1控制程序总流程图..........................................................................................................................7 3.2控制程序设计思路..........................................................................................................................8 3.3创新设计内容..................................................................................................................................9

4、上位监控系统设计..........................................................................................................................9

5、程序调试.....................................................................................................................................11 5.1调试设备...................................................................................................................................11 5.2遇到的问题与解决方法...........................................................................................................11

6、心得体会.......................................................................................................................................12附录 1 参考文献.............................................................................................................................13附录 2 程序清单.............................................................................................................................14 plc 技术与工程应用课程设计

1、引 言

在现代工业中,生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现 代化的进一步发展 , 自动化已经成为现代企业中的重要支柱 , 无人车间、无人生产流 水线等等,已经随处可见。同时,现代生产中,存在着各种各样的生产环境,如 高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等,这些恶劣的生产环境 不利于人工进行操作。

机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域, 是一门跨学科综合技术。,是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物, 并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。机械手是提高生产过程 自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合,应用得更为广泛。在我国,近几年来也有较快的发展,并取得一定的效果,受到机械工业和铁路工业部门的重 视。

机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点 位控制和连续轨迹控制机械手等。

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,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。有些操 作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常 称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力,改 善热、累等劳动条件。

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机 械手。

随着人类的发展、文明的进步,工业正不断发展着,需要人们完成的工作量 也不断增大(尤其是那种重复性大的工作, 像传运货物 , 涉及到危险性的工作也 日趋增多, 这就迫使人们研究开发一种新装置, 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的一种装置,而机械手正 是这样一种

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。

2、系统总体方案设计

2.1机械手系统硬件配置及组成原理 <一 > 输入、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。

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。

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 <二 > 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 <三 > 输入 /输出接口电路板

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。

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。

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。输出接口电路板上也设有光电隔离电路,可将内外电源隔离。

左图为驱动电路板电气原理图, 继电器 a 吸合、b 释放,对应的电机正转;继 电器 a 释放、b 吸合,对应的电机反转;继电器 a、b 同时释放,电机停止运行;不允许二者都吸合。右图为输出接口电路板电气原理图,当 plc 输出的某路控制 信号有效时,对应的输出信号有效,从而可以使得对应的继电器吸合。

图 4.输出接口电路电气原理图

(左图为驱动电路板,右图为输出接口电路板

本设备有 8个输出控制信号,对应输出接口电路板的 8根输出信号线。各输 出信号线对应的电动机动作关系如表 2所示。

<四 >系统组成图

图

5、机械手电气控制系统总组成图 plc 技术与工程应用课程设计

2.2 有关机械手的 i/o系统变量定义及分配表 《 1》、机械手 i/o变量分配

《 2》、机械手控制系统接线 图

6、机械手控制系统的接线图

3、控制系统设计 3.1 控制程序总流程图

图

7、机械手程序总流程图 机械手程序的简要说明 :

《 1》、在单步模式下按下启动按钮(若机械手处于初始位置, 则开始运行;否则, 按下复位键, 使机械手复位 →伸出 →下行 →手指夹紧 →上行 →左转 →下行 →手指张开 →上行 →退回 →左行 →停止

《 2》、在连续模式下按下启动按钮,上述动作依次发生,但回到初始位置之后, 继续下一个工件的传输过程。连续模式下,按下停止按钮,待本次工件传输工作 结束后,停止运行。

3.2 控制程序设计思路

该课程设计中的实验程序采用功能图其具体的步骤和编写思路如下:

图

8、机械手的顺序功能图 plc 技术与工程应用课程设计 顺序功能图简要说明 :(1 由于单步 /连续运行的原因, 使用了分支选择电路, 使机械臂按照不同的操 作方法进行物料的抓取与放置。

(2 机械臂在上、下、左、右行走的控制中使用了 s-作为状态条件。(3 s7-200plc 的顺控指令不支持直接输出故用了 sm0.0常 on 继电器作为线 圈通的条件来解决这一缺陷。

(4 程序中 m0.0是一个选择逻辑它相当于一个开关,控制系统是单步操作还 是循环操作。

3.3 创新设计内容

《 1》、编制四个驱动电机的保护程序。要求自动检测电机是否处于堵转状态。若 电机处于堵转状态,应立即停止系统工作,并点亮故障报警灯;故障排除后,按 下复位按钮,故障报警灯熄灭;《 2》、连续运行模式下,统计传输工件的个数,存储于 plc 的 v 型数据区,以备 组态监控使用,也可用状态表监视其状态变化。

4、上位监控系统设计

本实验所采用上位监控系统是基于计算机的上 step 7micro win软件, 而进 行对程序和设备的系统内部的监控,主要的过程如下: 1.熟悉 step 7micro win软件的编程环境、编程方法和用 step 7micro win软 件编写上位机监控系统的程序。

2.根据课目设计要求,编写程序。

3.对系统进行调试和 i/o地址的分配、标释。

4.运行机械手设备, 打开上位机上的监控系统, 观察课目设计程序, 并监控机械 手设备是否正常情况下工作。

5.对设备工作中的不足进行修改,重新进行观察 本软件对程序实施了监控,监控部分剪影如图 9所示 :

图

9、程序的上位机监控图

另外本上位机监控系统还对数据的变化进行了全程监控,监控图表剪影如图 10所示 :

图

10、据变化的监控系统图

5、程序调试 5.1调试设备

首先在电脑的 step-7-micro /win编程软件中将编辑的梯形图写入软件中, 然后点击运行并对其指出的错误进行修改,修改完最终运行无误后将其下载到可 编程控制仪器中;其次按照设计的要求接好线,确定无误后按下启动按钮。启动 后发现程序并不能按照实验要求的步骤进行运行,甚至没有可运行的迹象,这样 起初设计的单步程序和连续运行程序就失败了,也就不符合设计中的要求动作依 次有序进行操作的要求,所以务必要对其进行修正。这种情况下我采取了以下方 案: 方案一:在没有确定设备是否存在问题的情况下,首先我们对设备进行了检 测,发现不存在任何问题,在这种情况下我选择了再一次用先前的步骤来完成整 个过程以确定初次的接线过程是否有误,结果发现和以前的运行结果一样。这样 方案一就以失败而告终。

方案二:经过老师的指点我才明白是最初的程序均是单独的互不连接的,未 经子程序进行调用,因此就更不用提程序能连续运行了。于是我这次选择了利用 顺序功能图进行编程,摒弃了之前的程序,经过对程序的一改再改之后,又一次 对程序进行了调试并下载到可编程控制器中进行模拟检测,结果仍然取得了不尽 如人意的结果。于是就再去请教指导老师,经过一番指导终于小有成果,可以使 机械手进行预定步骤的动作的演示,所以此方案成功了。

5.2遇到的问题与解决方法

1、问题:“怎样使机械手的工作状态清晰而简单呈现出来?” 法案:“采用功能图进行程序的编写与调试。”

2、问题:“如何解决机械手的动作单步运行?” 法案:“采用上升沿脉冲触发并使用计数器、比较指令，以拨动开关产生上升沿脉冲触发数目来判定机械手那步动作的执行。”

3、问题:“如何解决对工件数目的计数? 法案:“进行标志位设置,使用传送指令、加数指令、上沿触发指令,以循环 动作的最后一步限位开关闭合作为触发进行加数,把所得加数和送给 vb0.6、心得体会

机械臂的 plc 控制课程设计是自动化课程当中一个重要环节通过了 2周的课 程设计使我对课程设计过程有进一步了解,对自动化产品的有关的控制知识有了 深刻的认识。

此次设计是在张士磊老师的悉心指导下完成的。老师为设计课题的研究提出 了许多指导性的意见,为课程设计的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。张士磊老师的严谨治学、不断探索的科研作风,敏锐深邃的学术洞察力,孜孜不 倦的敬业精神,给我留下了深刻的印象,使我受益良多。在本文结束之际,特向 我敬爱的老师致以最崇高的敬礼和深深的感谢!通过此次设计,一方面让我认识到自己的不足,发现了学习中的错误之处;另一方面又积累丰富的知识,吸取别人好的方法和经验,增强对复杂问题的解决 能力,摸索出一套解决综合问题的方法,为自己以后的工作和学习打下坚实的基 础。再一方面也加强了我和老师的交流,认识到知识的渊博度。

因为理论知识学的不牢固,在设计遇到了不少问题,如:遗忘以前学过的专 业基础知识。通过理论与实际的结合,进一步提高观察、分析和解决问题的实际 工作能力,以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合 型人才。运用学习成果,把理论运用于实际,使理论得以提升,形成创新思想。通过此次设计过程,巩固了专业基础知识,培养了我综合应用机械设计课程及其 他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力,在设计的过程 中还培养出了我们的团队精神,为今后的学习和工作过程打下基础。

经过这次的努力,使我顺利的完成了此次课程设计。这份课程设计既是对这 学期所学知识的总结,又是自己知识的积累,也大大加深了对可编程控制器技术 的了解。

课程设计中既动脑又动手,是一个理论与实际结合的过程。仅仅有理论是不 够的,更重要的是实际的,是我们所设计的实物,具有设计合理,经济实用的优 点。这就需要我们设计者考虑问题是要仔细、周密,不能有丝毫的大意。对设计 方案的优越化,也需要我们综合各方面的因素考虑,尤其是实际。再次向教育指 导我的老师及同学表示诚挚的感谢!鉴于本人所学知识有限,经验不足,又是初次研究这种复杂的设计,在此过 程中难免存在一些错误和不足之处,恳请老师给予批评和指正。

plc 技术与工程应用课程设计 附录 1 参考文献

[1]王永华.现代电气控制及 plc 应用技术(第二版.北京:北京航空航天大学出版社, 2008.[2]c s7-200可编程控制器系统手册.2004.6 [3]姚永刚。电机与控制技术.北京:中国铁道出版社.2010 [4] 朱献清 郑静.电气制图.北京:机械工业出版社.2012 [5] 王永华.现场总线技术及应用教程.北京:机械工业出版社, 2006 [6] aster 用户手册。2004 附录 2 程序清单

plc机械手课程设计实验报告篇二

课程设计说明书

目录 引言.................................................................5 2 设计目的及主要内容...................................................6 2.1设计目的.......................................................4 2.2.主要内容.......................................................4 3 气动机械手的操作要求及功能...........................................4

3.1.操作要求.......................................................4 3.2操作功能.......................................................5 4 plc及机械手的选择和论证.............................................6 4.1 plc............................................................6 4.1.1 plc简介...................................................6 4.1.2 plc的结构及基本配置.......................................6 4.1.3 plc的选择及论证..........................................7 4.2机械手.........................................................7 4.2.1机械手简介.................................................7 4.2.2机械手的选择...............................................8 5 硬件电路设计及描述...................................................8 5.1操作方式.......................................................8 5.2 plc的i/o分配接线.............................................9 6 软件电路设计及描述..................................................10 6.1机械手的操作系统程序..........................................10 6.2回原位程序....................................................10 6.3手动单步操作程序..............................................11 6.4自动操作程序..................................................12 6.5机械臂传送系统梯形图..........................................12 6.6指令语句表....................................................13 7 心得体会...........................................................15 参考文献.............................................................16

课程设计说明书

1引 言

在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产，金属加工生产批量中有四分之三有50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。并且在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。

可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。

机械手采用plc控制，具有可靠性高，改变程序灵活等优点。无论进行时间控制还是控制或混合控制，都可以通过设置plc的程序实现。可以根据机械手的动作顺序改变程序，是机械手通用性更好。

采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好。阻力损失和泄露减少。不会污染环境，造价低。

在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不

一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。

课程设计说明书 设计目的及主要内容

2.1设计目的

1、培养plc设计能力；

2、扩展知识结构；

3、培养综合运用能力；

4、是课堂教学的有益补充。通过本次课程设计，进一步加强自己对机械手和plc的认识，以及它们在生活中广泛应用。

2.2主要内容

1.正确选用机械手和plc类 2.绘制i/o分配 3.设计梯形图 4.指令语句 5.模拟调试 气动机械手的操作要求及功能

3.1操作要求

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q0.0、q0.2；右行、左行的电磁阀线圈为q0.3、q0.4；

3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀q0.1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1s实现；

5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关i1.0、i0.5、i1.1、i0.6来实现；

课程设计说明书

3.2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、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；

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、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；

6、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。

课程设计说明书 plc及机械手的选择和论证

4.1 plc 4.1.1 plc简介

可编程控制器（简称plc）：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

plc具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，plc控制技术的应用必将形成世界潮流。

4.1.2 plc的结构及基本配置

一般讲，plc分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式plc，有一块cpu板、i/o板、显示面板、内存块、电源等，当然按cpu性能分成若干型号，并按i/o点数又有若干规格。对模块式plc，有cpu模块、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的plc，都属于总线式开

课程设计说明书

放型结构，其i/o能力可按用户需要进行扩展与组合。

cpu：plc中的cpu是plc的核心，起神经中枢的作用，每台plc至少有一个cpu。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是plc不可缺少的组成单元。

存储器：可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。i/o模块：plc的对外功能，主要是通过各种i/o接口模块与外界联系的。电源模块：有些plc中的电源，是与cpu模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为plc各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24v的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220vac或110vac，直流电源，加的为直流电压，常用的为24v。

plc 的外部设备：外部设备是plc系统不可分割的一部分，它有四大类 1.编程设备2.监控设备3.存储设备.4.输入输出设备.4.2 机械手

4.2.1机械手简介

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。

机械手简述:机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。

1．执行机构

机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。

2．传动系统

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执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。

3.控制系统

机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。

4.2.2机械手选择

由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性能可靠。并且根据要求，我们设计的是气动机械式。硬件电路设计及描述

5.1 操作方式

设备的操作方式一般可分为手动和自动两大类，手动操作方式主要用于设备的调整，自动操作方式用于设备的自动运行。

手动操作方式------手动操作：用单个按钮接通或断开各自对应的负载。

自动操作方式------单步运行：每按一次启动按钮，设备前进一个工步。------单周期运行：在原点位置时，按下启动按钮设备自动运行一个周期后停止原位；途中按下停止按钮，设备停止运行；再按下启动按钮时，设备从断点处继续运行，直到原位停止。

-------连续运行：在原点位置按下启动按钮，设备按既定工序连续反复运行。中途按下停止按钮，设备运行到原位停止。

5.2 plc的i/o分配接线

i/o分配及接线图i 软件电路设计及描述

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6.1 主程序设计

主程序是整个程序的开始，系统读取的时候一定从主程序开始，至于之后需执行哪个子程序，都在主程序中体现。sm0.0的常开触点一直闭合，链接公用程序，公用程序是无条件执行的；在手动控制方式中，i2.0为on时，其常开触点闭合，执行“手动”子程序；在回原点控制方式中，i2.1为on时，其常开触点闭合，执行“回原点”子程序；在单步、单周期和连续控制方式中，i2.2、i2.3、i2.4并联，其中任何一个为on时，执行“自动”子程序。主程序梯形图为：

图2-1 主程序梯形图

6.2 公用程序设计

公用程序用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间相互切换的处理。左限位开关i0.4、上限位开关i0.2的常开触点和表示机械手松开的q0.1的常闭触点串联接通时，“原点条件”m0.5变为on，机械手处于原点状态，在开始执行用户程序、系统处于手动或自动回原点状态时，初始步对应的m0.0将被置位，为进入单步、单周期和连续工作方式作好准备。若m0.5为off状态，m0.0被复位，初始步为不活动步，按下启动按钮也不能进入步m2.0，系统不能在单步、单周期和连续工作方式下工作。

当系统处于手动工作方式和回原点方式时，必须将单步、单周期以及连续工作方式程序中，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，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动部的异常情况，引起错误的动作。如果不是回原点方式，i2.1的常闭触点闭合，代表回原点中的各步

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m1.0~m1.5复位。在非连续方式，i2.4的常闭触点闭合，表示连续工作状态的标志m0.7复位。公用程序梯形图为：

图2-2 公用程序梯形图

6.3 手动程序设计

在手动程序中，为了保证系统安全运行，设置了上升与下降之间、左行与右行之间的互锁，防止功能相反的两个输出同时为on；限位开关i1.2的常开触点闭合使得输出q0.1置位得电，表示工件已夹紧；当左限位开关或右限位开关的常开触点闭合同时限位开关i0.7常开触点闭合时，输出q0.1复位失电，表示工件已松开；i0.1~i0.4的常闭触点，限制机械手移动的范围；上限位开关i0.2的常开触点与控制左右行的q0.4和q0.3的线圈串联，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；只允许机械手在最左边或最右边时上升、下降和松开工件。

手动程序梯形图为：

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图2-3 手动程序梯形图

6．4 自动程序设计

自动程序（包括单步、单周期和连续）采用起保停电路控制。单周期、连续和单步工作方式主要用“连续”标志m0.7和“转换允许”标志m0.6来区分，m0.0表示初始步，m2.0~m2.7分别表示下降、夹紧、上升、右行、下降，松开、上升、左行标志。当系统处于单步工作状态时，i2.2常闭触点断开，只有在每按下一次启动按钮i2.6，m0.6才能得电一个扫描周期，程序执行一步，以此来实现单步执行，此时转换不允许。当系统处于连续工作状态时，m0.6始终得电，按下启动按钮i2.6后同时未按停止按钮i2.7之前，“连续”标志m0.7始终得电，系统首先通过m0.0、m0.5、i2.6使m2.0得电，进而开始程序执行，由于m0.7始终得电，其常闭触点断开，使得程序执行完一个周期后不在进入初始步m0.0，而是直接进入m2.0，开始了下一个周期的执行，以此来实现连续执行。当系统处于单周期工作状态时，m0.7不得电，m0.6得电，按下启动按钮i2.6后系统也是首先通过m0.0、m0.5、i2.6使m2.0得电，进而开始程序执行，由于m0.7不得电，其常闭触点闭合，当程序执行完一个周期后，返回初始步m0.0，此时程序再要执行必须重新按下启动按钮i2.6，以此来实现单周期执行。自动程序梯形图见附录1。

6.5 自动回原点程序设计

自动回原点程序用起保停电路设计。在此工作方式下，i2.1为on，按下启动按钮i2.6后，机械手可能处于三种情况下，应分别处理。

q0.1为0状态，即机械手处于松开状态，应直接返回原点应进入上升步m1.4或左行

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步m1.5；若q0.1为1状态同时机械手在最右边此时说明应执行下降步m1.2,；若q0.1为1状态同时机械手不在最右边，应将工件先送到b点，再返回原点，进入步m1.0。

返回原点后，原点条件满足，公用程序中的原点条件标志m0.5为on，此时i2.1为on，m0.0在公用程序中置位，为进入自动工作方式作好准备。因此可以认为自动程序中的初始步m0.0是步m1.5的后续步。自动回原点程序见附录2。心得体会

可编程控制器课程设计是课程当中一个重要环节，通过了2周的课程设计使我对plc设计过程有进一步了解，对plc产品的有关的控制知识有了深刻的认识。

因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。通过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用可编程控制器设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，为今后的学习和工作过程打下基础。

参考文献

《可编程控制器原理与应用》 主编：周惠文 电子工业出版社 北京，2007.8 《可编程控制器原理与应用》 主编：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.8 《plc操作实训（三菱）》 主编：孙德胜 李伟 机械工业出版社 北京，2007.9 《plc应用技术》 主编：冯新强 北京邮电大学出版社 北京，2009.4

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附录1 自动程序梯形图：

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附录2 自动回原点程序梯形图：

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plc机械手课程设计实验报告篇三

搬运机械手plc控制系统设计 摘

要

随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。

本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(sq1---sq9)产生的通断信号传输到plc控制器，通过plc内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

关键词：搬运机械手，可编程控制器（plc），液压，电磁阀 abstract with the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of modern economic manipulator mechanical structure includes two solenoid valves controlled by hydraulic manipulator steel to achieve the increased decline in sports and workpiece clamping action, the two different motor speed through the two motor coils positive control in order to achieve car of the fast-forward, slow forward, fast rewind, slow movement back movement;conversion by setting its action in various different parts of the trip switch(sq1---sq9)generated on-off signal transmission to the plc controller, through the plc internal different output signal, which drives the external coil to control the motor or solenoid valves have a different action, the robot can achieve precise positioning;their course of action include: decline in clamping increased, slow forward, fast forward, slow progress, the extension of , the drop in, relax, rise, slow back, rewind, slow back;its operation, including: back in situ, manual, single-step, single cycle, continuous;to meet the production requirements of the various operations and ds: handling mechanical hands, programmable logic controller(plc), hydraulic, solenoid valve 目

录 前言………………………………………………………………………………….1 第一章 机械手的概况 1.1 搬运机械手的应用简况…………………………………………………2 1.2 机械手的应用意义………………………………………………………3 1.3 机械手的发展概况………………………………………………………3 第三章 搬运机械手plc控制系统设计

3.1 搬运机械手结构及其动作……………………………………………… 3.2 搬运机械手系统硬件设计……………………………………………… 3.3 搬运机械手控制程序设计……………………………………………… 1 操作面板及动作说明…………………………………………………… 2 i/o分配………………………………………………………………… 3 梯形图的设计…………………………………………………………… 1）梯形图的总体设计…………………………………………………… 2）各部分梯形图的设计………………………………………………… 3）绘制搬运机械手plc控制梯形图……………………………………

结

论……………………………………………………………………………… 谢

辞……………………………………………………………………………… 参考文献………………………………………………………………………………….附：语句表

梯形图

i/o接线图 前言

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。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

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，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

第一章 机械手概况

1.1搬运机械手的应用简况 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。

但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75％是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5％。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。

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： 1.热加工方面的应用

热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。2.冷加工方面的应用

冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。3.拆修装方面

拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。1.2机械手的应用意义

在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下： 1.可以提高生产过程的自动化程度

应用机械手，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，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。

2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、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，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3.可以减少人力，便于有节奏地生产 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。

综上所述，有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势。1.3.3机械手的发展概况与发展趋势

1.3机械手的发展概况

专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。

早在40年代，随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。50～60年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(unimate)机械手即属于这种类型。60～70年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。80-90年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。

90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。

总之，目前机械手的主要经历分为三代：

第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统fms(flexible manufacturing system)和柔性制造单元fmc(flexible manufacturing cell)中重要一环。

1.4机械手的发展趋势

目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。

因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。

将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。

视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到1995年，全世界约有50%的汽车由机械手装配。

现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.5 plc概况及在机械手中的应用 1.可编程序控制器的应用和发展概况

可编程序控制器（programmable controller），现在一般简称为plc（programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线刻控制盘（柜）就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差 的应用概况

plc的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的plc几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要plc，尤其近几年来plc的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。按plc的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。1）.用于逻辑控制

这是plc最基本，也是最广泛的应用方面。用plc取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。2）.用于模拟量控制

plc通过模拟量i/o模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。3）.用于机械加工中的数字控制

现代plc具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（nc）及计算机控制（cnc）紧密结合，实现数字控制。4）.用于工业机器人控制 5）.用于多层分布式控制系统 高功能的plc具有较强的通信联通能力，可实现plc与plc之间、plc与远程i/o之间、plc与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。的特点

1）.可靠性高、抗干扰能力强

plc能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，plc的平均无故障间隔时间高，日本三菱公司的f1系列plc平均无故障时间间隔长达30万h，这是一般微机所不能比拟的。2）.控制系统构成简单、通用性强

由于plc是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变plc的硬件设备，只需相应改变软件程序。3

plc机械手课程设计实验报告篇四

引言

本文以某物流控制中的机械手控制为例，分析了plc与步进驱动装置的控制方法，本系统涉及的主要硬件是s7-200 plc和sh-2h057步进驱动器。

(1)s7-200 plc系列是西门子公司的可编程控制器,这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得s7-200 plc可以满足小规模的控制要求。此外，丰富的cpu类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。

1台s7-200 plc包括一个单独的s7-200 cpu，或者带有各种各样的可选扩展模块。s7-200 cpu模块包括一个中央处理单元(cpu)、电源以及数字量i/o点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。

l cpu负责执行程序和存储数据，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制;l 输入和输出是系统的控制点:输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备;l 电源向cpu 及其所连接的任何设备提供电力;l 通讯端口允许将s7-200 cpu同编程器或其他一些设备连起来;l 状态信号灯显示了cpu 的工作模式(运行或停止)，本机i/o的当前状态，以及检查出来的系统错误;l 通过扩展模块可提供其通讯性能;l 通过扩展模块可增加cpu的i/o点数(cpu 221不扩展);l 一些cpu有内置的实时时钟，或添加实时时钟卡;l eeprom卡可以存储cpu程序，也可以将一个cpu中的程序送到另一个cpu中;l 通过可选的插入式电池盒可延长ram中的数据存储时间;l 最大i/o配置。

(2)sh-2h057驱动器输入信号共有三路，他们是:步进脉冲信号cp、方向电平信号dir、脱机电平信号free.他们在驱动器内部分别通过270ω的限流电阻接入光耦的负输入端，且电路形式完全相同，三路光耦的正输入端为opto端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以opto端需接外部系统的vcc端，如果vcc是+5伏，可直接接入;否则需在外部另加限流电阻，保证给驱动器内部光耦提供8-15ma的驱动电流。l 步进脉冲信号cp 步进脉冲信号cp用于控制步进电机的位置和速度，也就是说:驱动器每接受一个cp脉冲就驱动步进电机旋转一个步角度，cp脉冲的频率改变则同时是步进电机的速率改变，控制cp脉冲的个数，则可以使步进电机精确定位。这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的。本驱动器的cp信号为低电平有效，要求cp信号的驱动电流为8-15ma，对cp脉冲宽度也有一定要求，一般不小于5μs。l 方向电平信号dir

方向电平信号dir用于控制步进电机的旋转方向。此端为高电平时，电机为一个转向;次端为低电平时，电机为另一个转向。电机换向必须在电机停止后再进行，并且换向信号一定要在前一个方向的最后一个cp脉冲结束后以及下一个方向的第一个cp脉冲前发出。

l 脱机电平信号free

当驱动器上电后，步进电机处于锁定状态(未施加cp脉冲时)或运行状态(施加cp脉冲)，但用户想手动调整电机而又不想关闭驱动器电源，这时可以用到此信号，此信号低电平有效，电机处于自由无力矩状态;当此信号为高电平或悬空不接时，取消脱机状态。l 步进电机简介

sh-2h057型驱动器用于驱动二相或四相混合式步进电机(亦称感应子式)，此驱动器一般驱动60号机座以下电机。电机的出线方式不同，与驱动器的连接也不同。本系统使用的电机为二相四根线电机，可以直接和驱动器相连。见图1的机械手电机驱动模块原理图。2 系统工作工程

本系统的机械手部分由底盘、立杆、手臂、手组成，其中底盘由一个步进电机驱动，可顺逆时针旋转;立杆由一个步进电机驱动，可上下移动;手臂由一个步进电机驱动，可前后伸缩;手由气泵控制，可抓紧和放松。在相应位置都有位置检测信号用于定位。参见图1。

(1)出货过程

从复位位置启动,根据要求到相应出货台(1，2，3号货台),此时底盘转动到要求位置，立柱下降,手臂伸出,定位后手抓货物,立柱上升,同时手臂回收(以免运行中与其它设备相撞),然后到相应出货台(左,或右出货台),立柱下降,手臂伸出,手打开,把货物放在相应出货台上。(2)进货过程

从复位位置启动,根据要求到相应出货台(左，或右出货台),此时底盘转动到要求位置，立柱下降,手臂伸出,定位后手抓货物,立柱上升,同时手臂回收(以免运行中与其它设备相撞),然后到相应出货台(1，2，3号货台),立柱下降,手臂伸出,手打开,把货物放在相应出货台上。系统设计思想

步进控制电路设计思想，plc继电器式输出模块工作速度较低，故采用高频脉冲方波发生器，给出步进脉冲，其振荡频率按步进电机速度设置，步进量的控制采用位置检测，根据位置检测信号用plc的输出点切断进给电机，实现步进电机的停车, 其程序流程图如图2所示。

在整个机械手运行控制过程中，采用限位开关以及面板操作开关以及系统逻辑开关作为输入点，整个系统中底盘有5个限位开关，分别作为5个位置的定位输入点，立柱有4个限位开关，分别为1个复位开关、一号位限位输入量、上限位、下限位。手臂有3个限位开关:手臂复位限位数入点、手臂前限位、手臂后限位。抓手限位开关，为抓手复位输入点。一共13个限位开关完成全部的控制输入。各限位开关分布情况见图1，由于在整个控制过程中全部是通过控制步进电机驱动模块再驱动步进电机执行。这里对用集成脉冲输出触发步进电机驱动器原理进行说明。s7-200 plc(cpu 226)的q0.0和q0.1分别对升/降步进电机、前/后步进电机发送脉冲;cpu 226的q0.2对转盘步进电机发送脉冲。而步进电机的正/反转则分别是cpu 226的q0.4和q0.5分别对升/降步进电机、前/后步进电机实行控制;cpu 226 的q0.6和q0.7分别对转盘步进电机正反、抓手气泵开关实行控制。

机械手plc程序的设计编写采用了step 7-micro/win32软件的数据表(stl)的形式。程序设计修改方便，设计完成可联机调试，没有问题再把步进电机接上。

上位机监控软件采用北京亚控的组态王软件，通过变量映射实现组态软件的变量与plc的寄存器的动态连接，从而实现了上位机对plc的监控。4 结束语

本机械手控制系统结构紧凑，动作可靠，使用方便，已较好地应用于我校的科研教学中.随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、xy轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。

一、四轴联动简易机械手的结构及动作过程

机械手结构如下图1所示，有气控机械手(1)、xy轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。

其运动控制方式为：(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点)；(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿x、y轴移动(有x、y轴限位开关)；(3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成)；(4)旋转基座主要支撑以上3部分；(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。

其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。

步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。

二、控制器件选型

为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：

1.步进电机及其驱动器

机械手纵轴(y轴)和横轴(x轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42byg250c型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5a。m1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；m2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是sh-20403型，该驱动器采用10～40v直流供电，h桥双极恒相电流驱动，最大3a的8种输出电流可选，最大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40vdc之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器最大输出电流值为3a/相(峰值)，通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9a到3a以配合不同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。

2.伺服电机及其驱动器

机械手的旋转动作采用松下伺服电机a系列小惯量msma5aza1g，其额定输出50w、100/200v共用，旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线)；有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用松下公司独特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500hz；定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品v系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增

益调整两种自动增益调整方式，还配有rs-485、rs-232c通信口，使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为a系列msda5a3a1a，适用于小惯量电动机。

3.直流电机

可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产的57bl1010h1无刷直流电机，其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的bl-0408驱动器，其采用24～48v直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护，且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。

4.旋转编码器

在可回旋360°的转盘机构上，安装有omron公司生产的e6a2增量型旋转编码器，编码器将信号传给plc，实现转盘机构的精确定位。

的选型

根据系统的设计要求，选用omron公司生产的cpm2a小型机。cpm2a在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。cpm2a的cpu单元又是一个独立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它omron pc和omron可编程终端的通信。这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。

三、软件编程

1.软件流程图

流程图是plc程序设计的基础。只有设计出流程图，才可能顺利而便捷地编写出梯形图并写出语句表，最终完成程序的设计。所以写出流程图非常关键也是程序设计首先要做的任务。依据四轴联动简易机械手的控制要求，绘制流程图如图2所示。

2.程序部分

由于论文篇幅有限，这里只列出了开始两段程序，供读者参阅，见图3。

四、结束语

四轴联动简易机械手的各个动作和状态都由plc控制，不仅能满足机械手的手动、半自动、自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求，更可通过接口元器件与计算机组成plc工业局域网，实现网络通信与网络控制。使四轴联动简易机械手能方便地嵌入到工业生产流水线中。