基于PLC控制的工件搬运机械手设计毕业设计

基于PLC控制的工件搬运机械手设计毕业设计（精选6篇）

基于PLC控制的工件搬运机械手设计毕业设计 第1篇

本科毕业论文（设计）

基于PLC控制的自动生产线工件搬运机械手设计

学院：机械工程学院

专业：机械设计制造及其自动化 班级： 08 级 学号： 学生姓名：

基于PLC控制的工件搬运机械手设计毕业设计 第2篇

初始化子程序: // 伺服电源接通后延时30s系统初始化 LD Q1.5 A Q1.6 LPS AN M0.1 TON T38, 300 LPP A T38 S M0.1, 1 // 首次上电或者回参考点状态时，状态位置位 LD M0.1 A I0.3 EU S Q2.1, 2 R M3.0, 5 R M4.0, 10 R Q2.2, 2 MOVB 0, VB20 MOVW 0, VW16 MOVW 0, VW18 MOVW 0, VW12 MOVW 0, VW14 R Q2.4, 1 S Q2.5, 1 Network 3 LD M0.1 MOVD 100000, VD500 MOVD 20000, VD504 MOVD 1000000, VD508 MOVD 50000, VD512

复位子程序: Network 1 LD I0.2 S M0.5, 1 // 伺服1复位 LD M0.5 = L60.0 LD I0.2 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.3, VB68 // 伺服2复位 LD M0.5 = L60.0 LD M4.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.4, VB69 // 机械手爪松开 LD M0.5 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 // 复位完成 LD I2.2 R M0.5, 1 R M4.3, 2 END_SUBROUTINE_BLOCK 报警子程序: // 伺服1报警 LD I1.6 O I2.0 O I2.6 AN Q1.7 = M0.2 // 伺服2报警 LD I2.1 O I2.3 O I2.7 AN Q1.7 = M0.3 // 伺服运动过程中松开工件报警 LD I0.6 O I0.7 O I1.0 O I1.1 A I0.4 A I1.3 = M0.4 // 报警灯显示 LD M0.2 O M0.3 O M0.4 = Q0.0 自动子程序: // 网络注释 LD I0.0 O M0.7 S M0.6, 1 // 伺服1复位 LD I0.3 = L60.0 LD M0.6 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.5, VB70 // 伺服2复位 LD I0.3 = L60.0 LD M4.5 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.6, VB71 //参数复位 LD I2.2 R M0.6, 1 R M4.5, 2 // 伺服1下降 LD I0.3 A I2.4 AN I2.0 = L60.0 LD I2.2 EU = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M4.7, VB70, VD76, VD80 // 下降指示灯 LD I2.2 O Q1.0 AN M4.7 = Q0.2 // 伺服1下降完成 LD I3.0 AN T39 = Q1.0 // 夹紧工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.4, 1 R Q2.5, 1 AN T39 TON T39, 20 // 夹紧指示灯 LD I3.0 O Q0.5 AN Q2.5 = Q0.5 // 夹紧完成 LD T39 AN Q2.5 = Q1.3 // 伺服1上升 LD I0.3 AN I1.6 = L60.0 LD Q1.3 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M5.0, VB71 // 上升指示灯 LD T39 ON Q0.1 AN M5.0 AN I3.0 = Q0.1 // 上升完成 LD I1.7 = Q0.7 // 伺服2前进 LD Q2.4 AN I2.3 = L60.0 LD Q0.7 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR14, L63.7, VD508, VD512, 1, I1.4, M5.1, VB72, VD84, VD88 // 前进指示灯 LD Q0.7 ON Q0.3 AN M5.1 AN I3.1 = Q0.3 // 前进完成 LD I3.1 AN T40 = Q1.1 // 到达前进工位后伺服1下降 LD Q2.4 A I2.5 AN I2.1 = L60.0 LD Q1.1 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M5.2, VB73, VD92, VD96 // 下降指示灯 LD I3.1 ON Q0.2 AN M5.2 = Q0.2 // 下降完成 LD I3.0 AN T40 = Q1.0 // 放下工件，等待2秒 LD Q1.0 S Q2.5, 1 R Q2.4, 1 R M4.7, 4 AN T40 TON T40, 20 // 松开指示灯 LD Q1.0 ON Q0.6 AN Q2.4 = Q0.6 // 松开完成 LD T40 = Q1.4 // 重复动作 LD Q1.4 = M0.7 半自动子程序: // 网络注释 LD I0.5 S M0.6, 1 // 伺服1复位 LD I0.3 = L60.0 LD M0.6 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR5, L63.7, M4.5, VB70 // 伺服2复位 LD I0.3 = L60.0 LD M4.5 = L63.7 LD L60.0 CALL SBR16, L63.7, M4.6, VB71 //参数复位 LD I2.2 R M0.6, 1 R M4.5, 2

// 伺服1下降 LD I0.3 A I2.4 AN I2.0 = L60.0 LD I2.2 EU = L63.7 LD L60.0 CALL SBR3, L63.7, VD500, VD504, 1, I1.4, M4.7, VB70, VD76, VD80 // 下降指示灯 LD I2.2 O Q1.0 AN M4.7 = Q0.2 // 伺服1下降完成 LD I3.0 AN T39 = Q1.0

基于PLC控制的工件搬运机械手设计毕业设计 第3篇

1 气动机械手的组成和功能

该机械手可实现X、Y、Z这3个方向的自由度。X方向和Z方向分别由两台步进电机进行控制,而Y方向的运动则由一个气缸实现。X轴由步进电机M1驱动丝杠转动,实现X轴左右移动,行程开关SQ1为X轴参考点,SQ3为X轴左限位开关,SQ4为X轴右限位开关;Z轴由步进电机M2驱动丝杠转动,实现Z轴上下移动,行程开关SQ2为Z轴参考点开关,SQ5为Z轴下限位开关,SQ6为Z轴上限位开关;Y轴由气缸1 A驱动,气缸由5/3换向阀实现方向控制,磁开关B2检测气缸伸出到位,磁开关B2检测气缸缩回到位。

加紧气缸2A用于机械爪抓取工件,气缸由5/3换向阀实现方向控制,磁开关B4检测机械爪松开到位,磁开关B3检测机械爪夹取到位。其结构如图1所示。

此气动机械手将工件从Pos.1抓取搬运至Pos.2,再由推料气缸推至Pos.3,B6接近开关检测Pos.1有无工件,B7接近开关检测Pos.2是否有工件。动作要求见流程图2。

2 气压传动系统设计

为实现机械手、机械臂和机械爪的动作,执行元件采用双作用单杆气缸,双电控脉冲式两位五通电磁阀进行换向控制,推料缸采用单作用气缸,两位三通电磁阀控制。同时,为了能对执行元件进行速度上的调整,在气路中增加单项节流阀进行调速,气动回路如图3。

机械爪选用轻型标准型气缸CDU10-25 MAX PRESS 1.0MPa,换向阀采用2个两位五通型电磁换向阀和1个两位三通型电磁阀组成。

3 PLC控制系统设计

3.1 PLC选型与I/O分配

由上述分析可知,PLC输入信号有:X、Z两个方向4个限位信号,X、Z轴2个参考点信号,自动/手动切换信号,自动模式开始和停止有2个信号,机械手手动上下左右移动有4个信号,机械臂手动伸出缩回和机械爪夹取松开均有2个信号,机械臂、机械爪上各有4个传感器信号,推料缸上传感器信号,输入信号≥23。

在实际生产中,要求机械手能在一定速度下准确到达指定位置并完成搬运动作,这对机械手的X、Z轴轴向速度和位置定位提出了较高要求,在编程时应考虑使用位控向导编程,但考虑到由于启动位置、启动方向和停止方向的不确定性导致寻找参考点时会出现多种情况,因此选用MAP库编程进行运动控制。在输出地址分配时,Q0.0和Q0.1输出端输出高速脉冲驱动步进电机,实现速度和位置的控制。

PLC输出信号有:X、Z轴步进电机驱动器脉冲信号2个;方向信号2个;推料缸推出信号;机械臂伸出和缩回信号;机械爪夹取和松开信号;停止时红灯信号、运行时绿灯信号、故障黄灯信号。输出信号≥12。

据此选用西门子S7-200 CPU226型PLC主机模块,考虑到后续接线清晰和便于排除故障,因此增加数字量输入输出,接入1个EM223扩展模块。

3.2 应用MAP库驱动步进电机

步进电机驱动器接线如图4所示。200系列PLC本体PTO提供了应用库MAP SERV Q0.0和MAP SERV Q0.1,分别用于Q0.0和Q0.1的脉冲串输出。机械手的X、Z轴运动轨迹上各自的3个限位开关则是为了更好地应用MAP库,如图5所示。

如果限位开关被运动物件触碰,则该运动物件会减速停止。因此,限位开关的安置位置须留出足够的余量ΔSmin以避免滑出轨道尽头,如图6所示。

3.3 部分位置和速度控制程序

Q0_0_Moveabsolute使轴以指定的速度运动到指定的绝对位置。

Q0_0_MoveVelocity让轴按指定的方向和频率运动,在运动过程中可以修改频率。

4 结束语

文中通过S7-200PLC控制气动系统和步进电机的工作,实现了搬运机械手的具体功能和准确定位,具有较好的可靠性,提高了劳动生产率。

参考文献

[1]沈建冬,高瑜.S7-300型PLC在全自动在链阳极钢爪校直机中应用[J].电子科技,2007,20(11):74-76.

[2]刘金,周志雄,黄向明,等.一种微细零件上下料机械手的设计与仿真[J].计算机仿真,2010(2):166-169,179.

[3]付婷.基于S7-300PLC的商场恒温控制系统设计[J].电子科技,2012,25(3):42-43.

[4]赵然,干树川,刘文斌,等.基于S7-200PLC的模糊神经网络算法设计[J].电子设计工程,2009,17(4):103-104,107.

基于PLC控制的工件搬运机械手设计毕业设计 第4篇

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。

二、气动机械手控制标准

对于气动机械手控制标准，主要体现在搬运工件的工作中，不仅要准确控制其操作，还要同步呈现系统的状态。在遇到紧急事件时，可以进行相应的处理。具体要求分三个方面：（1）机械手在工件到位后向前伸出手臂，当传感器检测后，手爪气缸延迟0.5秒后下降，在限位传感器感应后，同样延迟0.5秒再抓取工件，手抓接受到加紧信号之后，延迟0.5秒上升气缸，到位后手臂气缸回缩，缩回限位到位之后右旋转，到达一定角度之后手臂向前伸出，伸出限位后手爪气缸降低，下降限位后，手动手爪延迟0.5秒松开工件，手爪提高限位后，手臂气缸向后缩，缩回限位后手臂进行左旋转，直到下一个工件就位，再重复以上要求。（2）启动、停止、复位、警告。在该系统通电，“复位”被点动后系统复位，并且清除干净存料台。点击“启动”按钮之后，表示缺料情况的黄灯会闪烁，设备在放进工件后再运转。当点动“停止“按钮后，全部元件都会暂停工作，警告灯也会点亮，同时缺料黄灯也会继续闪烁。（3）系统意外断电的处理。设备会在系统意外断电后暂停工作。直到电源供应恢复之后，点击“复位”按钮，并且再次点动“启动”按钮，这个时候机械手会执行控制要求（1）中的有关内容。

三、气动机械手控制系统的设计

1、气动机械手控制系统的硬件设计

本系统在动作流程上主要根据气动机械手控制系统的工作原理，并且结合电磁铁的状态和步进电机的方向信号DIR和脉冲信号的状态来安排气动机械手的动作顺序。在PLC I/O口分配方面，主要依据该系统输出与输入的数量特征。决定将控制器选择为西门子S7-200系列PLC。该气动搬运机械手控制系统的I/O口分配情况如表1所示。

2、气动机械手控制系统的软件设计

在本文中的机械手软件设计过程中，步进电机的控制是比较复杂的难点。对于步进电机控制系统而言，其驱动器的方向信号DIR和脉冲信号PLU是由Q0.1和Q0.0分别提供的。利用程序对步进电机的旋转方向和脉冲数目进行相应设置后，基本上可以保障机械手向左、向右旋转的准确度。结合步进电机的动作特征，应用S7-200PLC的脉冲指令PLS来保证步进电机的定位。其中，高速脉冲指令包括宽度可变脉冲PWM和高速脉冲PTO這两种类型。由于PTO方式能够有效控制脉冲数量和周期，所以被该系统采纳。步进电机一旦在启动瞬间发生高频脉冲增加的情况，会导致电机出现失步等故障。为此，步进电机在进行启动、运行、停止、高速运行、减速等阶段时，可以在PTO指令过程中运用多管线控制手段。

结论

本文进行基于PLC与步进电机的气动手搬运机械手控制系统的设计，通过相关实验，证明了该机械手控制方便、定位精确，可以长期稳定的运行。在实际生产过程中可以结合需要来调整机械手动作流程，提高其适应性。

参考文献

[1]何献忠.可编程控制器应用技术[M].北京：清华大学出版社，2010.

基于PLC控制的工件搬运机械手设计毕业设计 第5篇

机电工程系

搬运机械手PLC控制系统设计毕业设计

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

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“ title=”下一页">> >> >>| 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……………………………………………… 操作面板及动作说明…………………………………………………… I/O分配………………………………………………………………… 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 5 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|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 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|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 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，9 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。

2.PLC的应用概况

PLC的应用|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 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。

3.PLC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）.编程简单、使用、维护方便

4）.组合方便、功能强、应用范围广

PLC既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制；既可用单片机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。因此，PLC应用范围很广。

5）.体积小、重量轻、功耗低

PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约1.2KW。

5.PLC在机械手中的应用

机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，从而节省人的劳动，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单、通用性强;编程简单、使用、维护方便;组合方便、功能强、应用范围广;体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合，本设计正是以PLC控制为基础从而实现机械手的各种动。

第二章 搬运机械手总体设计方案

2.1搬运机械手结构及其动作

本机械手用于生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图3—1所示：

图2—1机械手的动作周期

2.2机械手的控制过程

如图3—2所示由A、B两个液压缸完成工件的夹紧和提升的动作，A缸通过一个单电两位四通电磁换向阀控制工件的夹紧、放松，B缸通过一双电两位四通电磁阀控制机械手的升降；由小车实现机械手的移动。该小车由两台电动机驱动，一台是高速，一台是慢速。当小车前进时以慢—快—慢的形式进行，返回时按慢—快—慢的形式后退。当工件从传送带传输到机械手下方时，工件碰压行程开关SQ1，B缸活塞杆伸出，带动机械手下降，下降至终点碰压行程开关SQ3与机械手夹钳相连的A缸活塞杆收进，机械手将工件夹紧；当工件夹紧到位时，行程开关SQ5动作，B缸的活塞杆收进，把工件提升；当工件提升到最高位置时碰压行程开关SQ4，启动小车慢速右行；当小车碰压行程开关SQ7时转为快速行走；接近终点时小车碰压 14 行程开关SQ8，转为慢速行走；行至右端行程开关SQ9，小车停止前进；停留5秒后，B缸活塞杆再次外伸，机械手下降至终点，A缸活塞杆外伸带动夹钳松开，将工件放下；然后机械手上升，小车以慢—快—慢的形式沿原路返回，恢复到图示所示的原点位|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 置。

2.3机械手的控制要求

为了便于生产加工、维修、调整设置的工作方式选择开关。分为手动和自动操作，其中自动操作中包括了：单步、单周期、连续；手动操作包括手动和回原位的操作。

手动操作：供维修用，即用按钮对机械手的每一步动作单独控制。例如，当选择手动操作时，按下上升/下降按钮，机械手在满足条件情况下即执行相应的动作，其它动作以此类推。

回原位：当由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时，再次通电将操作方式选择置于回原位位置，按下复位按钮，机械手即可按最短路径的原则返回到原点位置。

单步运行：供试用，即没按一次启动按钮机械手向前执行一个动作后停止。

单周期运行：供首次检验用，当机械手在原点时按下启动按钮，机械手自动执行一个周期后停止在原点位置

连续运行：正常使用，当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始的执行各工步动作。

该机械手在自动工作状态时，应先将其工作方式选择开关放在“返回原位”，并按下返回原位按钮，对状态器进行置位，然后再将工作方式选择开关放置自动工作方式下。若自动工作状态解除，则硬件工作方式选择开关放置于“手从操作”位置。

第三章 搬运机械手硬件系统设计

硬件系统设计包括机械部分和电气控制部分的设计。

3.1机械手的结构

设计其结构如图3—2所示

图3—2：机械手的结构示意图

图中设置9个行程开关SQ1—SQ9用于检测工件、小车、机械手的位置及机械手夹钳的夹紧、放松状态，并对系统实施控制。其中SQ1为工件是否到位的检测开关；SQ2为小车原位检测开关；SQ3、SQ4分别为机械手下降上升是否到位检测开 16 关；SQ5、SQ6分别为机械手夹紧放松检测开关；SQ7、SQ8分别为小车速度转换开关；SQ9为小车运动停止开关。

3.2电气控制的设计

包括主电路和控制电路的设计。主电路由两台电动机，即慢速电机和快速电机，分别拖动小车慢行和快行，其控制如下：慢速电动机M1由接触器KM1、KM2分别控制其正传和反转；快速电动机M2由接触器KM3和KM4分别控制其正传和反转。机械手的夹紧放松动作是由一单电两位四通电磁阀控制的一个液压缸完成的，在通电情况下，机械手松开，得电时松开，可以防止在设备运行过程中突然断电导致的机械手松开，工件脱落的情况发生。

3.3操作面板及动作说明

根据控制和生产工艺的要求，控制操作包括手动和自动，手动又包括手动步进、回原位操作，自动控制包括单步、单周期、连续的操作。故操作方式选择开关设置有五个档位。手动工作方式下，手动动作包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退、慢退和复位，故设置六个动作看官按钮。各个动作进行的同时均设有动作指示灯。另外设有启动停止按钮。

其操作面板如图3—3所示：

图3—3机械手操作面板示意图

3.4 I/O分配

I/O设备即所需的I/O点数如下表所示：

信

I/O设备

号

操作方式选择旋钮开关 手动时运动选择按钮

输 入

启动停止按钮 行程开关 9 5 8

输 出

动作指示 原点指示 1

交流接触器控制线圈 电磁阀 3

I/O点数 信号

I/O设备

I/O点数

根据I/O点的分配要求及考虑10%到15%的I/O裕量，本设计PLC采用F1—60MR 36/24型，样图见图3-4所示：

图3—4 F1-40MR样图

控制电路设计主要是PLC输入、输出接线的设计，其I/O分配如图3—5所示。

电气接线图见附图

图3—5 PLC I/O接线控制图

第四章 搬运机械手的软件系统设计

机械手动控制属顺序控制，故其手动程序采用普通的PLC控制指令控制，自动程序采用步进梯形指令控制

4.1梯形图的总体设计

按照机械手控制和工艺流程的要求，在选择“手动方式”时应执行手动程序；在选择“回原位”时应执行回原|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位程序；在选择自动程序时应执行自动程序。其中自动程序要在启动按钮按下时才执行。故梯形图的总体构成如图3—6所示。

图3—6搬运机械手PLC控制梯形图总体构成

4.2各部分梯形图的设计

1.通用部分梯形图设计

通用部分梯形图分为三部分：

1）.状态器的初始化。初始化状态器S600在手动方式下被置位、复位。当方式选择开关置于“返回原位”（X514接通）时，按下复位按钮（X507）时被置位，在“手动操作”（X510）接通时，S600复位。处于中间工步的状态器用手动做复位操作，即在方式选择开关位于“手动操作”或“返回原位”时，中间状态器同步复位。故初始化梯形图如图3—7所示，（如果状态器要在供电时从断电前条件开始继续工作，则不需要M71）。

图3—7 状态器初始化梯形图

2）.状态器转换启动。若机械手工作在自动工作方式下，当初始状态器S600被置位后按下启动按钮，辅助继电器M575工作，状态器的状态可以一步一步的向下传递，即可进行转换。在执行“连续程序” 时，转换启动继电器M575一直保持到 22 停机按钮按下为止。另一面采用M100检查机器是否处于原位。当M575和M100都接通时，从初始状态器开始进行转换，故其梯形图如图3—8所示。

图3—8状态器转换启动梯形图

3）.状态器转换禁止梯形图。激活特殊辅助继电器M574并用步进梯形指令控制状态器转换时，状态器的转换就被自动禁止。

在“单周期”工作期间，按下停止按钮时，M574应被激励并自保持，操作停止在现行工步。当按下停止按钮时，从现行工步重新开始工作，M574应复位，即重新允许新转换。

在“步进”工作方式时，M574应始终工作，此时，禁止任何状态转换。但没按下一次启动按钮时，M574断开一次，允许状态器转换一次。

在“手动”工作方式时禁止进行状态转换。在手动方式解除之后，按下启动按钮，则状态转换禁止解除，M574复位。

PLC在启动时，用初始化脉冲M71和M574自保持，以此禁止状态转换，直到按下启动按钮。故状态器转换禁止梯形图如图3—8所示。

图3—8 状态器转换禁止梯形图

通过对3—7和3—8的分析可得出：在执行“手动操作”和“返回原位”程序时，M575一直不能被接通，而M574长期被接通，（按下启动按钮时除外）；执行“步进”程序时没按一次启动按钮，M574断开一次，M575接通一次，状态器转换一次；在执行“单周期操作”程序时，按下启动按钮，M574断开，M575接通，状态器的转换可一步一步向下转换，直至按下停止按钮时，M574自锁，状态器的转换被禁止，操作停止在现行工序（再次按下启动按钮时从现行工序开始工作）；在执行“连续程序”时，M575一直接通到按下停止按钮，此时M574一直不能接通。

2.手动操作梯形图

手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制，可以用常规继电器顺序方式来设计梯形图。“手动操作时”按下放松按钮时，机械手卡抓松开，当松开放松按钮时，机械手卡爪在液压缸作用下自动加紧并保持；按下上升按钮，上升输出Y435保持 24 接通；按下下降按钮，Y436保持接通；在上限位按下慢进按钮，慢进输出Y430接通，至行程开关SQ7闭合，小车停止；快进、快退、慢退情况同慢进。

手动操作梯形图设置有互锁，只有在小车处于左限位（即X403闭合）或右限位（即X412闭合）时机械手的上升下降动作才能进行，只有当机械手处于下限位（即X404接通）机械手的加紧放松动作才可以手动控制；为了安全，同一个电动机的正反转线圈不能同时接通，设计中设计了自锁开关，防止线圈同时接通造成的短路。故手动操作时梯形图如图3—9所示。

图3—9 手动操作梯形图

3.返回原位梯形图 在“返回原位”状态下，“夹紧”与“下降”动作应被停止，上限位未动作时，应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位位置。故返回原位梯形图如图3—10所示：

图3—10 返回原位梯形图

4.“自动”状态梯形图 图3—11表示了机械手自动工作时执行各工步的情况，表示了各工步的实现和转换的条件。在第一次下降工步中，下降电磁阀Y436接通。自下限位置时，X404接通，转换为“夹持”过程；夹持电磁阀Y434复位，至加紧限位X406接通，转换为上升动作；当上限为开关SQ4闭合，X405接通，小车开始慢进动作。快进、慢进、延时、下降、加紧、上升、慢退、快退、慢退动作依次类推，如上所述一步一步按顺序驱动各个负载动作，称为顺序控制或过程步进型控制。26

图3—11搬运机械手自动工作流程图

用状态器代替自动工作流程图的各工步，可得到3—12所示的功能表图：

图3—12 搬运机械手自动工作功能表图

根据图3—12所示的自动工作功能表图，可设计出自动操作时的梯形图如图3—13所示。

图3—13搬运机械手自动工作梯形图

5、绘制搬运机械手PLC控制梯形图

将从初始化开始的一系列梯形图，按照总体结构图（图3—6）的形式组合在一起，得到机械手PLC控制的梯形图（见附图），其语句表见附录。

附图：

搬运机械手结构图

搬运机械手控制梯形图

搬运机械手动作流程图

搬运机械手控制接线图

结 论

本设计主要应用于机加工生产，货物调运等场合。

搬运机械手采用PLC控制，体积小，重量轻，控制方式灵活，可靠性高，操作简单，维修容易。使用该机械手代替人工搬运工件，既安全，又准确，提高了劳动生产率，保证了工件的质量，降低了工人的劳动强度，具有较好的经济效益和社会效益。

可编程控制器PLC以其丰富的I/O接口模块、高可靠性,可以在机械手的控制系统的设计中起到了十分重要的作用。

本文就设计过程中的几项关键的问题提出了自己的一些看法,可以有效地提高系统的抗干扰能力,对PLC读、写,事件响应等通信时间可进行精确的控制,取得了良好的效果.随着机械手应用的普及，机械手向着专用化，机械结构向模块化、可重构化的方向发展，机械手的动作更加灵活多样，其控制方式也在向着多元化的方向发展，在PLC控制的过程中,还有许多的问题需要解决，PLC在机械手开发中的开发应用还有很大的空间。

谢 辞

此次设计是在张兰仙老师的悉心指导下完成的。导师为论文课题的研究提出了许多指导性的意见，为论文的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。张兰仙老师的严谨治学、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。生活中张兰仙老师就是我的朋友，她的态度让我对生活有了新的认识。在本文结束之际，特向我敬爱的导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。

经过这次的努力，使我顺利的完成了毕业设计。这份毕业设计既是对过去三年所学知识的总结，又是自己知识的积累，也大大加深了对单片机技术的了解。

毕业设计中既动脑、，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。再次像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，恳请各|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 位老师给予批评和指正。

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[15] 王坤.何小柏.机械设计.北京：高等教育出版社，1996年

附录：语句表 步序 1 2 3 4 5 6 7 指 LD AND S LD R LD OUT

令 X514 X507 S600 X510 S600 X510 F671 34 8 K 9 OUT 10 K 11 OUT 12 K 13 LD 14 AND 15 OR 16 ANI 17 LD 18 OR 19 OR 20 ANB 21 OUT 22 LD 23 AND 24 ANI 25 OUT 26 OUT 27 LD 28 PLS 29 LD 30 AND 31 OR 32 OR 33 OR 34 OR 35 OR 36 ANI 37 OUT 38 LDI 39 CJP 40 LD 41 ANI 42 LD 43 OR 44 ANB 45 ANI 46 OUT 47 OUT 48 LD 49 ANI 50 LD 51 OR

601 F672 610 F670 103 X501 M575 X400 X501 X501 X512 X513 M575 X405 X403 Y434 M100 Y540 X400 M101 X401 X502 X511 X512 X514 M71 M574 M101 M574 X510 700 L500 X405 X430 X412 Y435 Y436 Y530 X500 X405 X430 X412

52 ANB 53 ANI 54 OUT 55 OUT 56 LD 57 ANI 58 AND 59 OUT 60 OUT 61 LDI 62 ANI 63 AND 64 OUT 65 LD 66 ANI 67 ANI 68 AND 69 ANI 70 OUT 71 OUT 72 LD 73 ANI 74 ANI 75 AND 76 ANI 77 OUT 78 OUT 79 LD 80 ANI 81 AND 82 ANI 83 OUT 84 OUT 85 LD 86 ANI 87 AND 88 ANI 89 OUT 90 OUT 91 EJP 92 LD 93 CJP 94 LD 95 S

Y436 Y535 Y531 X502 X407 X404 Y434 Y533 X402 X406 X404 Y532 X504 X410 X412 X405 Y431 Y430 Y534 X506 X411 X403 X405 Y430 Y431 Y535 X530 X411 X405 Y433 Y432 Y530 X505 X410 X405 Y432 Y433 Y537 700 X517 701 X507 M200

96 LD 97 OUT 98 R 99 OUT 100 AND 101 R 102 R 103 OUT 104 AND 105 R 106 EJP 107 LD 108 OR 109 OUT 110 MC 111 STL 112 LD 113 AND 114 S 115 STL 116 OUT 117 AND 118 S 119 STL 120 OUT 121 AND 122 S 123 STL 124 OUT 125 AND 126 S 127 STL 128 OUT 129 AND 130 S 131 STL 132 OUT 133 AND 134 S 135 STL 136 OUT 137 AND 138 S 139 STL

M200 Y434 Y436 Y435 X405 Y430 Y432 Y433 X403 M200 701 X400 M102 M102 M102 S600 M575 M100 S601 S601 Y436 X404 S602 S601 Y434 X406 S603 S603 Y435 X405 S604 S604 Y430 X410 S605 S605 Y432 X411 S606 S606 Y430 X412 S607 S607

140 OUT T450 141 K 5 142 AND T450 143 S S610 144 STL S610 145 OUT Y436 146 AND X404 147 S S611 148 STL S611 149 OUT Y437 150 AND X407 151 S S612 152 STL S612 153 OUT Y435 154 AND X405 155 S S613 156 STL S613 157 OUT Y431 158 AND X411 159 S S614 160 STL S614 161 OUT Y433 162 AND X410 163 S S615 164 STL S615 165 OUT Y431 166 AND X403 167 S S600 168 RET 169 MCR M102 170 END

|<< << < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> >>| 附图：

搬运机械手结构图

搬运机械手控制梯形图

搬运机械手动作流程图

搬运机械手控制接线图

基于PLC的机械手控制设计 第6篇

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。

5. PLC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