气动机械手的设计及其PLC控制系统(含CAD图纸).doc

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1、河南科技学院2012届本科毕业论文（设计）论文题目：气动机械手的设计及其PLC控制系统学生姓名： 周文涛所在院系： 机电学院所学专业： 机械设计制造及其自动化导师姓名： 安爱琴完成时间：2012年 5月 10日摘 要本文设计了一种气动搬运机械手，其控制部分采用PLC控制系统。论文首先对气动机械手的功能进行分析，确定了总体方案，并设计了驱动系统原理图。由设计参数对机械手的主要组成部分进行选型，并对其进行三维建模，用于演示其工作原理。然后，根据控制要求，对PLC进行了选型，编写出了控制系统的梯形图程序，并绘制出了硬件接线图。关键词：机械手，PLC，气压传动AbstractKeywords: Man

2、ipulator，PLC，Pneumatic Transmission目 录1 绪论11.1 设计背景11.2 目前国内外有关机械手的研究状况21.3 本文的主要研究内容22 机械手系统的结构和总体设计方案32.1 机械手的功能分析32.2 机械手的执行机构及运动分析42.3 机械手的驱动系统52.4 机械手的检测系统53 机械手结构的设计53.1 机械手的技术参数63.2 气爪的选型63.3 伸缩缸的选型73.4 升降缸的选型73.5 摆动缸的选型84 机械手的三维建模94.1 零件的三维建模94.1.1 气爪的建模104.1.2 伸缩缸的建模104.1.3 升降缸的建模104.1.4 摆动

3、缸的建模104.2 机械手的装配114.3 机械手运动仿真115 PLC控制系统的软件设计125.1 PLC的介绍125.1.1 PLC的定义125.1.2PLC的优点125.1.3 PLC的分类135.2 PLC的选型135.3 系统控制要求155.4 程序设计165.4.1 梯形图语言介绍165.4.2 梯形图程序165.5 机械手的工作分析185.5.1 自动工作方式185.5.2 手动工作方式196 PLC控制系统的硬件设计196.1 传感器的选择196.2 PLC硬件接线图197 结束语20致谢21参考文献221 绪论由于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等领域的需要，能代替人的繁重

4、劳动以实现生产的机械化和自动化、，在有害环境下操作以保护人身安全的机械手得到了广泛的应用。机械手是自动生产设备和生产线上的重要装置之一，它可以根据各种自动化设备的工作需要，按照预定的控制程序动作。因此，在机械加工、冲压、锻造、铸造、装配和热处理等生产过程中被广泛用来搬运工件，借以减轻工人的劳动强度；也可以自动取料、上料、卸料和自动换刀的功能，气动机械手是机械手的一种，它具有结构简单，重量轻，动作迅速、平稳、可靠和节能等优点。机械手技术涉及到力学、机械学、液压气压传动、自动控制、传感器和计算机等多学科领域，是一门跨学科的综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程的多功能机器，它有多自由度

5、，可代替人的劳动，以便在复杂、恶劣的环境中工作。1.1 设计背景工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。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各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和适应各种复杂环境的能力，在国民经济领域中有着广阔的发展和应用前景。在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：（1）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）改善劳动条件、避免人身事故。在高温、高压、低温、低压、

6、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的或是根本不可能的。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

7、展机械工业的必然趋势。但是，目前，在一些企业中使用的气动机械手仍然采用继电器-接触器控制系统。其弊端主要表现在:大量的机械触点电弧烧蚀和机械磨损，可靠性降低且寿命短；触点的机械动作频率低且存在抖动现象，控制精度低；接线多而复杂，一旦系统构成后就很难增加或改变功能。因此，灵活性和扩展性差。随着可编程控制器技术（PLC）的快速发展，其强大的控制功能不仅能完成复杂的继电器控制逻辑，而且能实现模拟量控制，具有可靠性高、抗干扰能力强、易于扩展、易实现工艺连锁和可在线修改等优点。因此在工艺自动化领域起到了举足轻重的作用。基于对工厂控制系统的强大干扰能力的要求，对气动机械手进行了PLC控制，从根本上解决了上

8、述弊端。1.2 目前国内外有关机械手的研究状况机械手的发展历程大体分为三代：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)中的重要一个环节。目前，日本、美国和欧盟在气

9、动技术和气动机械手方面最为领先。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用相对较晚，但随着投入力度和研发力度的加大，我国自主研制的许多气动机械手已经广泛应用于汽车等行业，并为国家的发展与进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用，为研制出高性能的气动机械手奠定了坚实的技术基础。由于气动机械手有结构简单，易实现无级调速、过载保护、复杂动作等诸多优点，气动机械手将会越来越广泛应用于工业、军事、航空、医疗、生活等诸多领域。1.3 本文的主要研究内容本文研究的主要内容为气动机械手的设计及其PLC控制系统，包含的内容如下：论文首先介绍了机械手的结构功能和总体设计

10、方案，并设计了机械手的驱动系统。接着是依据机械手的技术参数，对气动机械手的主要组成部件进行了设计选型，然后又对PLC做了较为全面的介绍，对系统所需的PLC进行了选型，并确定了系统I/O点的分配，最后编写了系统的梯形图程序，并绘制出了PLC的硬件接线图。2 机械手系统的结构功能和总体设计方案气动机械手主要由控制系统、驱动系统、执行机构以及位置检测系统4部分组成。其控制系统采用PLC控制。2.1 机械手的功能分析气动机械手搬运工件的工作过程示意图如图1所示。图中传送带A、B由电机驱动，光电开关用于检测工件，当光电开关检测到工件时，传送带A停止运动，同时给气动机械手发出一个信号，气动机械手便将工件从

11、传送带A上搬运到传送带B上。图1 机械手工作过程示意图机械手动作过程如图2所示。 图2 机械手动作过程2.2 机械手的执行机构及运动分析图3为气动机械手的结构示意图，它由气爪夹持机构、手臂平移机构、手臂升降机构和手臂回转机构和各种固定支架等部分组成。该机械手具有三个自由度，在气压驱动下可实现升降、伸缩、回转运动及气爪的夹紧与松开动作。图3 气动机械手的结构示意图A气爪，B伸缩缸，C升降缸，D齿轮齿条式摆动缸气爪A活塞的运动可实现对工件的夹紧和松开。伸缩缸B可实现手臂的伸出和缩回动作。升降缸C用于实现立柱的上升与下降。摆动缸D有两个活塞，分别装在带齿条的活塞杆两头，齿条的往复运动带动立柱上的齿轮

12、旋转，从而实现立柱及长臂的回转运动。2.3 机械手的驱动系统机械手的全部执行机构均有气压驱动，主要由气源及气源处理装置、气爪、伸缩气缸、升降气缸、摆动气缸及控制阀组成，如图4所示。各种执行气缸均采用单向节流阀来调节机械手的运动速度。通过对单电控电磁阀通断电的控制，使机械手执行相应的动作，再配合检查系统，即可让机械手按照某种控制要求实现自动的顺序动作。图4 驱动系统原理图2.4 机械手的检测系统检查系统主要由检查工件的光电开关和设置在气爪夹紧与松开，手臂伸缩、升降与回转气缸上的8各限位磁性开关组成。光电开关用来检测是否有工件，其检测结果作为机械手控制系统的输入信息。磁性开关的作用是对机械手的行程

13、进行检测和判断，其检测结果亦作为机械手控制系统的输入信息，从而控制机械手，使其按照程序规定的顺序动作。3 机械手结构的设计气动机械手系统均采用标准型气动元器件，不需要进行尺寸设计，只需根据设计要求选型即可。论文选用SMC气动元件，SMC公司为世界级的气动元件研发、制造、销售商。在日本本土更拥有庞大的市场网络。SMC产品以其品种齐全、可靠性高、经济耐用、能满足众多领域不同用户的需求而闻名于世。SMC气动元件超过11000种基本系列，610000余种不同规格，主要包括气动洁净设备、电磁阀、各种气动压力、流量、方向控制阀、各种形式的气缸、摆缸、真空设备、气动仪表元件及设备，以及其他各种传感器与工业自

14、动化元器件等。3.1 机械手的技术参数（1）夹取工件重量：0.5Kg；（2）工作气压：0.5MPa；（3）主要运动参数：伸缩缸行程：150mm；升降缸行程100mm；回转缸转动角度90。3.2 气爪的选型机械手系统采用支点开闭型气爪。气爪夹持工件的受力分析如图5所示，由图可知，两个手指的总夹持力产生的摩擦力为2F必须大于夹持工件的重力mg，考虑到搬运工件时加速度及冲击力等，必须设定一个安全系数S，故应满足即： 式中：F气爪夹持力（单位N）； S安全系数，取S=3； 图5 工件受力分析图 m夹持工件质量，m=0.5Kg； g重力加速度，g=9.8m/s2； 气爪夹头与工件的摩擦因数，一般=0.1

15、0.2，取=0.15。则所需夹持力，由表1可知，双作用比单作用夹持力矩要大些，故选择双作用动作方式。初选缸径为25mm，可查知力臂E为27mm，计算出所需夹持力矩M=FE=490.027Nm=1.32Nm，依据表1可知，选择气爪型号为MHC2-25D可满足要求。表1 标准型气爪动作方式型号缸径mm夹持力矩（Nm）开闭角度(两侧)双作用MHC210D100.130-10 16D160.39 20D200.7 25D251.36单作用MHCM27S70.01720-7MHC210S100.0730-10 16S160.31 20S200.54 25S251.083.3 伸缩缸的选型伸缩缸行程为15

16、0mm，工件质量0.5Kg，考虑到气爪及连接板的重量，总质量约为1Kg，故伸缩缸的最大横向负载为F=mg=19.8N=9.8N。考虑到一定冗余量，根据表2可选定伸缩缸型号为MGPL16150。表2 气缸最大横向负载缸径（mm）轴承的种类行程(mm)40507510012515017520025012MGPM141326221917151311MGPL3530231815121110816MGPM232137322724222016MGPL54473528232017151220MGPM383587756659544942MGPL101907058625448433525MGPM54491161

17、008879716555MGPL132118937780706255453.4 升降缸的选型机械手升降缸是支撑和驱动伸缩缸的部件，用来实现机械手的升降运动，这些机构直接构成机身躯干与地底座相连。为了设计合理的运动机构，要和伸缩缸、气爪、工件一起考虑。工件、气爪、伸缩缸及连接板总重量约为2Kg，所以，升降缸最大轴向负载为F=mg=29.8N=19.6N。考虑到气压的波动等影响，由气缸工作气压为0.5MPa，结合表3，选择气缸缸径为50mm。表3 双作用气缸输出力表缸径负载率为50%时气缸允许输出力使用空气压力 Mpa0.30.40.50.60.760.430.570.710.850.99101.

18、181.571.972.362.75121.702.262.833.394.00163.024.025.056.057.05204.716.307.859.4011.00257.359.8012.3014.7017.203212.1016.1020.1024.2028.204018.9025.2031.4037.7044.005029.5039.3049.1058.5068.506346.8062.507893.501098075.50101126151176100118157197236275根据气缸缸径，结合表4选择升降缸系列为CG1系列。由升降缸行程为100mm，故选择气缸型号为CDG1

19、LN50100。表4 气缸系列选择表气缸系列气缸缸径mm1620253240506380100CJ2系列小型不锈钢缸筒系列CM2系列紧凑型、轻型不锈钢缸筒系列CG1系列铝制缸筒、轻型CA2系列拉杆型中缸系列MB系列CQS系列紧凑，薄型3.5 摆动缸的选型摆动气缸位于机械手的底部，与底座相连，它承担着机械手的全部重量，故对摆动气缸的承载能力要求很高。同时，摆动气缸要带动整个机械手的回转，故要求其在回转是要保证整个机械手的平稳性。根据设计参数，机械手要实现90的回转运动，本文采用齿轮齿条式回转气缸，实用CAR1系列，其特点为：该系列摆动气缸采用含油轴承，使活塞杆无需加油润滑；气缸本体，前后盖经过阳

20、极硬质氧化处理，不仅具有耐腐蚀性耐磨性，而且更显外观小巧精美；气缸采用耐高温材料，使气缸在150摄氏度高温条件下，仍能正常工作；气缸活塞上有一个永久磁铁，它可触发安装在气缸上的感应开关，用来检测气缸的运动位置。由气缸摆动角度选择气缸型号为CDRA1BS80-90。4 机械手的三维建模依据选择出来的气缸型号，查阅其相关尺寸，并考虑到建模的难度，对其进行简单的三维建模，以演示其工作过程。三维建模主要包含三部分：零件的建模、机械手的装配和运动仿真。论文采用SolidWorks软件进行三维建模，SolidWorks公司是专业从事三维机械设计，工程分析和产品数据管理软件开发与营销的跨国公司。其软件产品S

21、olidWorks自1995年问世以来，以其优异的性能，易用性和创新性，极大地提高了机械设计工程师的设计效率。在于同类软件的激烈竞争中已经确立了它的市场地位，成为三维机械设计软件的标准。自1996年以来，SolidWorks公司已为数千家中国制造企业的产品开发提高完整的信息化解决方案及服务。并在CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP等领域为企业的信息化建设提供了完整的，使用的解决方案，在航空、航天、铁道、兵器、电子、机械等领域拥有广泛的用户。SolidWorks软件包含零件建模、装配设计、工程图与钣金等模块，还与高级图形渲染软件Photoworks,高级有限元分析软件Comos,机构

22、运动学分析软件Motionworks,产品数据管理(PDM)软件Smarteam，以及数控加工等软件无缝集成。SolidWorks还首创了自上而下的全相关设计，并凭借高效运行的装配设计使之成为实作技术5。4.1 零件的三维建模对机械手的主要组成部分：气爪、伸缩缸、伸缩缸和摆动缸进行简单的三维建模，用来仿真气动机械手的工作过程。主要零件的尺寸参考SMC气动元件的尺寸。4.1.1 气爪的建模夹紧机构的模型如图6所示，杆3的往复移动通过杆2带动杆1摆动，从而实现对工件的夹紧与放松。气缸活塞的运动可实现杆3的运动。在气爪零部件的建模过程中，主要用到的操作有拉伸、拉伸切除、旋转等常用命令，这些命令在后面

23、伸缩缸和升降缸的建模过程中也常用到。气爪的三维模型图如图7所示。图6 气爪模型图 图7 气爪三维模型图4.1.2 伸缩缸的建模伸缩缸的三维装配图如图8所示。4.1.3 升降缸的建模升降缸的三维装配图如图9所示。图8升降缸三维模型图 图9 伸缩缸三维模型图4.1.4 摆动缸的建模摆动缸采用齿轮齿条式，通过齿条的线性移动带动齿轮的转动，从而实现整个机械手臂的回转。齿轮的设计是通过SolidWorks软件的插件生成的，在插件中给定齿轮的参数（模数m、齿数z、齿宽B）便可直接生成齿轮。轴承是在插件的标准库中直接调用的，亦不需绘制。摆动缸的三维模型图如图10所示。图10 摆动气缸三维模型图4.2 机械手

24、的装配对机械手的各主要组成部分进行装配，以底座为首要基准，遵循从下往上、从左往右的原则进行装配。装配的主要的顺序为：先摆动缸，在升降缸，最后为气爪部分。气动机械手的三维装配图如图11所示。图11 机械手三维模型图4.3 机械手运动仿真根据机械手的动作过程对机械手的装配图进行三维仿真，从而演示气动机械手的工作原理及工作过程。机械手的动作顺序为：手臂伸出夹紧工件手臂缩回手臂上升手臂顺时针转动手臂伸出松开工件手臂缩回手臂逆时针转动手臂下降。该气动机械手具有四个自由度，在运动仿真时，每一步仿真，都只能有一个自由度。故在仿真时，每一步都应限定三个自由度，留下一个自由度，否则，将得不得理想的仿真效果。5

25、PLC控制系统的软件设计控制系统的软件设计主要是指程序的设计，在设计程序之前，对PLC做了简单介绍，包括定义、优点和分类，其次是根据控制系统所需要的I/O点数，选择PLC的型号，最后编写了控制系统的梯形图程序。5.1 PLC的介绍随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而其功能大大增强。目前在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业领域，例如钢铁、冶金、采矿、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保、交通、建筑、食品、娱乐等各行各业。特别是在轻工行业中，因生产门类多，加工方式多变，产品更新换代快，所以PLC广泛应用在组合机床

26、生产线、专用机床、塑料机械、包装机械、灌装机械、电镀自动线、电梯等电器设备中。PLC日益跃居工业生产自动化三大支柱即PLC机器人（robot）和计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）的首位3。5.1.1 PLC的定义可编程逻辑控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计3。5.1.2 PLC的优点（1）编程简单 PLC用于编程的梯形图与传统的

27、继电器接触控制线路图有许多相似之处，对于具有一定电工知识和文化水平的人员，都可以在较短的时间内学会编制程序的步骤和方法。（2）可靠性高 PLC是专门为工业控制而设计的，在设计与制造过程中均采用了诸如屏蔽、滤波、隔离、无触点、精选元器件等多层次有效的抗干扰措施，因此可靠性很高，平均无故障时间间隔为2万小时以上。此外PLC还具有很强的自诊断功能，可以迅速方便地检查、判定出故障，缩短检修时间。（3）通用性好 PLC品种多，档次也多，可由各种组件灵活组合成不同的控制系统，以满足不同的控制要求。同一台PLC只要改变软件则可实现控制不同的对象或不同的控制要求。（4）功能强大 PLC能进行逻辑、定时、计数、

28、和步进等控制，能完成A/D与D/A转换、数据处理和通信联网等任务，具有很强的功能。随着PLC技术的迅猛发展，各种新的功能模块不断得到开发，使PLC的功能日益齐全，应用领域也得到进一步拓展。（5）体积小、重量轻、易于实现机电一体化 由于PLC采用半导体集成电路，因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。（6）设计、施工和调试周期短 PLC以软件编程来取代硬件接线，使其构成的控制系统结构简单，安装、使用方便，而且商品化的PLC模块功能齐全，程序的编制、调试和修改也很方便，因此可大大缩短PLC控制系统的设计、施工、和投产周期1。5.1.3 PLC的分类目前PLC生产厂家的产品种类众多，型号规格也不统一，

29、其分类也没有统一的标准，通常可有3种形式分类。（1）按结构形式分类根据结构形式不同PLC可分为整体式、模块式和单板式三种。（2）按功能分类按PLC所具有的功能不同，可分为低档机、中档机、高档机三档。（3）按I/O点数和程序容量分类PLC按I/O点数和内存容量可分为超小型机、小型机、中型机和大型机4类，见表53。表5 PLC分类分类I/O点数程序容量超小型机204813KB以上5.2 PLC的选型本文选择松下电工FP0系列PLC，FP0是日本松下电工株式会社继小型机FP1系列之后又开放的小型PLC产品。它集CPU、I/O、通信等诸多功能模块与一体，具有体积小、功能强和性能价格比高等特点，适用单机

30、、小规模控制，在机床、纺织、电梯控制等领域得到了广泛的应用，特别适合在我国的中小企业推广应用。其特点如下：（1）超小型尺寸，具有世界上最小的安装面积，宽25mm高90mm长60mm；（2）轻松扩展，扩展单元可直接连接到控制单元上、不需任何电缆；（3）从I/O 10点到最大I/O 128点的选择空间；（4）拥有广泛的应用领域。控制系统有自动工作方式启动按钮1个，手动工作方式启动按钮1个，自动方式停止按钮1个，1个光电开关，自动工作方式的8个传感器，手动工作方式的8个单步工作方式按钮，2个继电器，4个电磁阀，共需20个输入点和6个输出点。根据系统的I/O点数要求，选择FP0系列PLC的C32型主机

31、。其输入点数为16，输出点数为16，不能满足控制要求，故需要对控制单元进行扩展，根据控制要求选择E8型扩展单元。扩展后I/O口的地址编号如下：C32型主机：输入端X0XF,输出端Y0YF；E8型扩展单元：输入端X30X37。PLC的I/O点分配如表6所示。表6 PLC的I/O点分配表PLC点名称连接的外部设备功能说明X0自动工作方式按钮SB1启动自动工作方式命令X1手动工作方式按钮SB2启动手动工作方式命令X2停止按钮SB3停止命令X3光电开关SE1检测有无工件X4电磁开关SE2检测气爪A夹紧工件到位X5电磁开关SE3检测气爪A松开工件到位X6电磁开关SE4检测伸缩缸B退回到位X7电磁开关SE

32、5检测伸缩缸B伸出到位X8电磁开关SE6检测立柱下降到位X9电磁开关SE7检测立柱上升到位XA电磁开关SE8检测齿轮缸D顺时针转动到位XB电磁开关SE9检测齿轮缸D逆时针转动到位XC夹紧按钮SB4夹紧工件XD松开按钮SB5松开工件XE缩臂按钮SB6手臂缩回XF伸臂按钮SB7手臂伸出X30下降按钮SB8立柱下降X31上升按钮SB9立柱上升X32顺时针转动按钮SB10立柱顺时针转动X33逆时针转动按钮SB11立柱逆时针转动Y0继电器KM1控制电机M1Y1继电器KM2控制电机M2Y2电磁阀YA控制气爪A夹紧工件Y3电磁阀YB控制伸缩缸B伸出Y4电磁阀YC控制升降缸C上升Y5电磁阀YD控制齿轮缸D转动

33、5.3 系统控制要求机械手控制系统的要求：（1）按下启动按钮，传送带A、B运动，当光电开关检测到工件时，传送带A停止，同时，机械手动作；（2）机械手有自动和手动工作方式两种；（3）自动工作方式设有停止按钮，当按下停止按钮，机械手完成当前工作循环便停止工作；（4）若启动手动工作方式，待结束时应使各气缸回到原位，方可再次按下自动按钮。5.4 程序设计梯形图是PLC常用的编程语言，采用梯形图气动对机械手的控制系统进行编程，实现其控制要求。5.4.1 梯形图语言介绍PLC的梯形图在形式上沿袭了传统的继电器接触器控制图，是在原继电器接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它将PLC内部

34、的各种编程元件（如继电器的触点、线圈、定时器、计数器等）和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标号定义，并按逻辑要求及连接规律组合和排列，从而构成了表示PLC输入、输出之间控制关系的图形。由于它在继电器接触器的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令，并将计算机的特点结合进去，使逻辑关系清晰直观、编程容易、可读性强，所实现的功能大大超过了传统的继电接触控制电路，所以很受用户欢迎。它是目前用的最多的PLC编程语言3。5.4.2 梯形图程序根据控制要求，编写机械手控制系统的PLC梯形图程序，如图12所示。图12 PLC梯形图程序5.5 机械手的工作分析机械手具有手动/自动两种工作方式，两种工作方

35、式的运动情况分析如下。5.5.1 自动工作方式（1）按下自动工作方式按钮SB1，继电器KM1、KM2得电，传送带A、B运动；当光电开关检测到有工件到来时，传送带A停止运动，同时，电磁阀YB得电，使B缸的主控阀处于左位，手臂伸出。 （2）当手臂伸出到位时，传感器SE5检测到，电磁阀YA得电，使A缸的主控阀处于左位，气爪夹紧工件。（3）当夹紧工件到位时，传感器SE2检测到，电磁阀YB失电，使B缸的主控阀处于右位，手臂缩回，同时，传送带A运动，待检测到下一个工件时才会停止运动。（4）当手臂缩回到位后，传感器SE4检测到，电磁阀YC得电，使C缸的主控阀处于左位，立柱上升。（5）当立柱上升到位时，传感器

36、SE7检测到，电磁阀YD得电，使D缸的主控阀处于左位，摆动气缸顺时针转动。（6）当顺时针转动到位时，传感器SE8检测到，电磁阀YB再次得电，使B缸的主控阀处于右位，手臂伸出。（7）当手臂伸出到位时，传感器SE5再次检测到，电磁阀YA失电，使A缸的主控阀处于右位，气爪松开工件。（8）当气爪松开工件到位时，传感器SE3检测到，电磁阀YB失电，使B缸的主控阀处于右位，手臂缩回。（9）当手臂缩回到位时，传感器SE4检测到，电磁阀YD失电，使D缸的主控阀处于右位，摆动气缸逆时针转动。（10）当逆时针转动到位时，传感器SE9检测到，电磁阀YC失电，使C缸的主控阀处于由位，立柱下降，一个工作循环介绍。（11

37、）若在上一个循环结束之前，光电开关已检测到工件，机械手会接着重新开始下一个工作循环；若在上一个循环介绍时，还未检测到工件，机械手便会停止工作，直至检测到下一个工件时才开始新的循环。（12）当按下停止按钮SB3时，机械手在完成当前工作循环后，停止工作，并使继电器KM1、KM2失电，传送带A、B均停止工作；当再次按下自动工作方式启动按钮SB1时，系统又会开始新的工作。5.5.2 手动工作方式当按下手动工作方式按钮SB2时，就可利用按钮可对机械手的每一个动作单独进行控制，例如，按下伸臂按钮SB7，手臂伸出；按下顺时针转动按钮SB10机械手顺时针转动。这种工作方式便于机械手在维修时的调整，结束手动工作

38、方式时，应是机械手回到初始位置，之后方可按下自动工作方式，否则，可能出错。6 PLC控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计主要是指PLC的外部接线图首先绘出了系统所用到的两种传感器的接线图，然后绘出了PLC的外部接线图。6.1 传感器的选择气动机械手的控制系统采用光电开关用来检测工件的有无，其接线方法如图13所示；采用两线式磁性开关来检测气缸活塞是否移动到位，其接线方法如图14所示。图13 磁性开关接线图 图14 光电开关接线图6.2 PLC硬件接线图绘制出PLC的硬件接线图，如图15所示。图15 PLC的硬件接线图7 结束语对机械手系统采用PLC控制系统，与教材采用的行程程序控制相比，有以下优

39、点：（1）整个气动机械手气压传动系统结构简单，减少许多气控元器件，从而也提高了系统的可靠性；（2）当机械手动作顺序改变时，硬件系统无需改变，只需修改梯形图程序，即容易实现机械手动作的多样化，以满足现实的需要；（3）控制系统的设计简单可靠。对于其它的气压传动系统，甚至是夜压传动系统，如气动钻床、气液动力滑台、组合机床系统、磨床系统、液压机系统等，均可采用PLC控制，同样具有以上优点。正如前面开头所述的那样，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。致谢本论文是在我的指导老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的

40、最终完成，她始终给予我细心的指导和不懈的支持。向我的导师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我还要感谢在这四年间教过我的所有老师，你们不仅教会了我文化知识，也教会了我如何做一个对社会有用的人。还要感谢我的朋友们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。参考文献1 王晓芳.液压与气动技术M.中国轻工业出版社，20062 田勇，高长银.液压与气压传动技术及应用M.电子工业出版社，20113 周美兰，周封，王岳宇.PLC电气控制与组态设计（第二版）M.科学出版社，20094 左建民.液压与气压传动(第四版)M.机械工业出版社，20115 曹茹.SolidWorks

41、2009三维设计及应用教程（第二版）M.机械工业出版社,20096 戴勤.PLC在气动机械手控制系统中的应用J.自动化应用.2010第4期.P36，P37。7 陈志权.基于PLC气动机械手的控制系统J.自动测量与控制.2008年第27卷第4期.P83，P84.8 龙小波.PLC实现对简易机械手的控制设计J.PLCFA.2008年4月.P45.9 黄伟，胡青龙.机械手PLC控制系统的设计J.机电工程技术.2008年第37卷第11期.P91，P92.10 赵华军.机械手的PLC控制系统设计J.工业控制计算机.2010年第23卷第6期.P117，P118.11 罗耿兴，欧阳锡畅.基于PLC的气动安装搬运机械手设计J.机电工程技术.2010年第39卷第07期.P33，P34.12 李建国.基于PLC的气动机械手的改装设计J.液压与气动.2011年第8期.P22，P23.13 韩伟娜，刘宝华.基于S7-200搬运机械手的PLC控制J.机械科学与技术.2011年第30卷第2期.P260，P261.14 杨后川，冯春晓，陈勇.实验用气动机械手的PLC控制设计J.机电产品开发与创新.2009年第22卷第1期.P103，P104.