机械手臂搬运加工流程控制设计
小型搬运机械手的PLC控制系统设计
小型搬运机械手的PLC控制系统设计
小型搬运机械手的PLC控制系统设计包括以下几个方面：
1. 确定系统需求：首先需要明确机械手的工作任务和工作环境，包
括搬运物品的重量、尺寸和形状，以及工作空间的限制。
2. 选择适当的PLC：根据系统需求选择合适的PLC，考虑其输入输
出点数、通信接口、处理能力和可靠性等因素。
3. 确定传感器和执行器：根据机械手的工作任务选择合适的传感器
和执行器，例如光电传感器、接近开关、压力传感器、伺服电机等。
4. 确定控制策略：根据机械手的工作任务确定控制策略，包括运动
控制、路径规划、物体识别等。
5. 编写PLC程序：根据控制策略编写PLC程序，使用相应的编程语
言（如 ladder diagram、structured text 等），实现机械手的自
动化控制。
6. 连接传感器和执行器：根据PLC的输入输出点数，将传感器和执
行器与PLC连接起来，确保数据的准确传输和控制信号的可靠输出。
7. 调试和测试：完成PLC程序编写后，进行调试和测试，验证系统
的功能和性能是否满足需求，对程序进行优化和修正。
8. 系统集成和实施：将PLC控制系统与机械手进行集成，确保系统
的稳定运行和安全性。
9. 运维和维护：定期对PLC控制系统进行维护和保养，包括检查传
感器和执行器的工作状态，更新PLC程序，修复故障等。
需要注意的是，小型搬运机械手的PLC控制系统设计需要根据具体
的应用场景和要求进行定制，以上仅为一般性的设计步骤和考虑因素，具体设计还需根据实际情况进行调整和优化。
基于PLC的搬运机械手控制系统设计
基于PLC的搬运机械手控制系统设计搬运机械手是工业生产中常用的一种机器人，目的是为了将物品从一个地方搬到另一个地方，以实现生产线的自动化生产。
为了方便操作和控制机械手的运动，我们常使用PLC进行控制。
本文将详细介绍基于PLC的搬运机械手控制系统设计并分为以下几个部分：系统设计、硬件设计、软件设计和测试与优化。
系统设计在设计搬运机械手的控制系统前，需要明确其基本能力以及操作条件。
本文需要实现的是一个能够在工业生产上自动完成货物的移动，如从一个点到达另一个点，或从一个点将货物取下并放入另一个点的机械手控制系统。
硬件设计在硬件方面，机械手的结构以及体积会影响到设计的复杂度和控制的难度。
机械手的操作部分包括控制电路、执行器驱动电路、电源等。
现在，我们来介绍每个部分的主要内容。
控制电路部分包括PLC、IO模块等。
PLC是机械手控制的核心，负责读取传感器信号并控制执行器的动作。
IO模块则负责将信号转换为PLC能接受的信号进行处理。
执行器驱动电路部分主要负责控制电机动作。
电机的选择与应用需要根据机械手的具体要求而定，需要注意的是，电机的转矩和功率需要协调匹配，还需要注意电机的供电和控制电路之间的配合问题。
电源系统是机械手控制系统的基础之一，电源的大小和控制器的匹配与应用直接关系到系统的正常运行。
需要根据需要提供相应的电压以及功率供给系统。
软件设计在软件设计方面，我们借助PLC程序进行控制，根据机械手的执行需要编写相应的程序，实现机械手的移动、旋转、夹取或放置操作。
具体流程如下：1. 初始化- 设定初始位置和状态等参数；2. 等待操作信号- 根据设定的信号进行等待；3. 传感器检测- 检测对象的位置和状态；4. 判断操作- 根据传感器检测结果进行相应操作；5. 输出控制信号- 控制执行器动作，改变机械手所处的位置和状态。
测试与优化测试与优化是机械手控制系统设计的重要一步，目的是检查系统的稳定性和准确性。
在测试过程中，需要测试机械手的各种运动状态，比如加速度、负载、速度等参数，以确定机械手的质量和性能优化方向。
基于PLC机械手控制系统设计
2024-04-29
• 项目背景与意义 • 整体方案设计 • 硬件选型 • 程序设计 • PLC仿真 • 项目总结与展望
目录
Part
01
项目背景与意义
机械手控制系统优势
效率高、准确高
高生产自动化程度，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，提高 生产效率，降低生产成本
改善劳动条件
避免人身事故，代替人安全 地在高温、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 完成工作。
自动化程度高，成本低
采用PLC控制系统，实现远 程监控和自动调节，提高运 维效率，降低了人工成本。
Part
02
整体方案设计
系统硬件设计
plc选型 机械手的位置反馈是开关量控制，所需的I/0点数量并不多，所以使用一般 的小型plc的选择就可以了。由于所需要的 I/0 点数分别为 20 点和12 点， 因此本设计选用西门子S7-226来实现控制
2）通过下面一排拉杆模拟PLC输入信号，通过观察Q点输出亮灯情况检查程序。
组态制作
新建一个工程，触摸屏的类型选择TPC7062TD
2）制作主页面。
组态制作
在设备窗口中添加-通用串口父设备和西门子_S7200PPI
2）双击西门子_S7200PPI，增加设备通道，并且连接对应的数据库，是PLC与触摸屏互相通信。
Part
03
硬件选型
plc硬件接线图简图
选型与配置方案
PLC控制器
使用一般的小型plc的选择就可以 了。由于所需要的 I/0 点数分别 为 20 点和12 点，因此本设计选 用西门子S7-226来实现控制。
搬运机械手电气控制系统设计
目录第1章概述 (1)1.1 PLC简介 (1)1.2机械手概述 (1)1.3 机械手控制系统设计步骤 (2)第2章控制方案论证 (3)2.1 搬运机械手的设计原理 (3)2.2 PLC的选取 (4)第3章控制系统硬件电路设计 (7)3.1传送带A,B主电路图及传送带B的控制电路图 (7)3.2PLC控制面板及接口电路图 (8)第4章控制系统软件设计 (10)4.1控制系统的软件设计原理 (10)4.2梯形图 (12)第5章控制系统调试 (14)5.1 控制系统的调试过程 (14)总结 (15)参考文献 (16)附录 (17)第1章概述1.1PLC简介自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。
同时，PLC的功能也不断完善。
随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。
今天的PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。
实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。
1.2机械手概述工业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。
工业机械手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。
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。
基于机械手臂的物料搬运系统设计研究
基于机械手臂的物料搬运系统设计研究引言：随着工业自动化的发展，机械手臂在工厂生产线的应用越来越广泛。
机械手臂以其高效、准确和可靠的特点，为生产过程中的物料搬运提供了极大的帮助和便利。
本文将重点研究机械手臂在物料搬运系统中的设计和应用。
一、机械手臂的基本构成和工作原理机械手臂由臂、手和控制系统三部分组成。
臂是机械手臂的主体部分，通常由两个或多个关节构成，用于支撑和调整手的运动。
手是机械手臂的末端工具，根据不同的场景可以设计成吸盘、夹爪等形式。
控制系统是机械手臂的大脑，通过接收指令和传感器的反馈，实现对机械手臂的运动和动作控制。
二、物料搬运系统的需求分析物料搬运系统的设计应根据生产线的需求进行，主要考虑以下几个方面：1. 速度和负荷要求：根据生产线的生产速度和物料的重量，确定机械手臂的运动速度和负荷能力。
2. 精度和稳定性要求：对于需要高精度操作的场景，机械手臂应具备较高的精度和稳定性。
3. 空间限制：考虑生产线周围的空间限制，设计适应性强的机械手臂，以满足不同场景下的搬运需求。
三、机械手臂的路径规划和动作控制机械手臂的路径规划是指如何确定机械手臂在三维空间中的最优运动轨迹。
对于复杂的物料搬运场景，路径规划至关重要。
通过采用优化算法和运动学模型，可以实现机械手臂的路径规划。
动作控制是指机械手臂如何执行特定的动作。
在设计物料搬运系统时，需考虑机械手臂的动作控制方式，可以通过编程设置机械臂的运动和动作路径，也可以通过传感器和反馈控制实现。
四、机械手臂在物料搬运系统中的应用案例1. 汽车生产线：机械手臂可用于汽车生产线上的物料搬运，如吸盘式机械手臂可用于搬运汽车车身。
2. 仓储物流：机械手臂在仓储物流领域也有广泛应用，如可用于搬运货物、拣货和理货等任务。
3. 医疗行业：机械手臂还可应用于医疗行业，如可用于手术室内的物料搬运，提高手术效率和准确性。
五、未来发展方向和挑战机械手臂在物料搬运系统中的应用前景广阔，但仍面临一些挑战。
基于PLC的机械手臂控制课程设计
课程设计说明书课程设计说明书课程名称:电气控制PLC课程设计课程代码: XXXXXXXX 题目:基于PLC机械手控制系统学生姓名: X X 学号: XXXXXXXXXXXXX 年级/专业/班: XXXX级电气自动化X班学院(直属系) : XXXXXXX学院指导教师: X X学院名称：XXXXXX 专业：XXX 年级：2021级机械手控制系统设计一、选题背景及题目来源工业实际工程，可在天科TKPLC-A实验装置机械手装置的模拟控制实验区完本钱模拟实验。
二、训练目的〔1〕通过使用各根本指令，进一步熟悉掌握PLC的编程和程序调试；〔2〕学会绘制电气原理图及接线图；〔3〕选择电气元器件；〔4〕完成系统硬件和软件设计；〔5〕完成模拟实验；〔6〕编写技术文件。
三、要求实现的功能启动机械手，将物体从A处移动到B处，机械手将完成原位、下降、抓取、上升、右移、下降、放松、上升、左移、循环或者回到原位动作过程。
在执行动作时由限位开关对机械手位置进行控制，并且由双线圈二位电磁阀推动气缸完成。
提出改良方案：在机械手夹紧过程进行探究，增加压力传感器用于机械手爪压力并进行反响控制；增加超声波传感器检测物体是否滑落。
当物体出现滑落或操作错误时发出报警等。
四、实验设备1、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机一台2、天科TKPLC-A实验装置3、机械手模块五、设计任务〔1〕根据控制要求分析控制及动作过程，设计硬件系统；〔2〕绘制电气原理图及PLC I/O接线图；〔3〕设计软件系统；〔4〕组成控制系统；〔5〕进行系统调试，实现〔三〕所要求的控制功能，完成模拟实验。
〔6〕撰写课程设计说明书。
六、参考资料1、天科TKPLC-A实验装置实验手册2、?S7-200可编程序控制器手册?，西门子技术效劳中心，四川省机械研究设计院，3、?现代电器控制及PLC应用技术?第2版，王永华，北京航空航天大学出版社指导教师： XX 签名日期： 2021 年 06 月 1日摘要可编程控制器是一种以微处理器为核心的工业控制装置。
机械手搬运控制
实训十、机械手装配搬运流水线一、实训目的1、理解机械手装配搬运流水线控制系统工作流程。
2、掌握用编程软件编写机械手装配搬运流水线控制系统程序。
3、掌握I/O的分配、I/O的连接方法和程序的运行调试。
二、实训器材1、亚龙PLC 主机单元一台。
2、亚龙PLC机械手装配搬运流水线单元一台。
3、计算机或编程器一台。
4、安全连线若干条。
5、PLC 串口通讯线一条。
三、实训原理机械手装配搬运流水线系统控制要求：1、自动运行：（1）初始位置定义为机械手左侧位+机械臂后退位+夹爪上升位+夹爪无件；（2）机械手初始位置，允许自动启动；（3）机械手工艺流程：置台无件→机械手等待→置台有件→机械臂伸出→伸到位→夹爪下降→降到位→夹爪夹紧→夹紧到位→夹爪上升→升到位→机械臂缩回→缩回到位→机械臂右旋→右旋到位→夹爪下降→降到位→夹爪松开→松开到位→夹爪上升→升到位→机械臂左旋→左旋到位→重复运行；（4）输送电机运行流程：检测到有件，机械臂不在右侧位，或机械臂在右侧位，夹爪升到位运行，运行计时5秒后，物体运出，电机停止，等待下一次搬运；2、手动运行：机械臂伸缩、左右旋转；夹爪的升降、夹紧松开；输送电机均可；并考虑必要的条件联锁，如旋转要考虑左右限位的联锁。
3、手动/自动切换：自动运行中，任何状态下切换到手动，自动立即停止，要重新进入自动，必须手动操作，恢复到初始状态。
四、I/O 分配表输入输出I0.0 复位X0 Q0.0 臂后限位L0指示I0.1 启动X1 Q0.1 臂前限位L1指示I0.2 停止X2 Q0.2 夹爪上限位L2指示I0.3 臂后限位L0 Q0.3 夹爪下限位L3指示I0.4 臂前限位L1 Q0.4 夹爪夹紧到位L4指示I0.5 夹爪上限位L2 Q0.5 臂左限位L5指示I0.6 夹爪下限位L3 Q0.6 臂右限位L6指示I0.7 夹爪夹紧到位L4 Q0.7 检测1L7指示I1.0 臂左限位L5 Q1.0 检测2L8指示I1.1 臂右限位L6 Q1.1 臂缩回L9I1.2 检测1L7 Q1.2 臂伸出L10I1.3 检测2L8 Q1.3 夹爪上升L11Q1.4 夹爪下降L12Q1.5 臂左转L13Q1.6 臂左转L14Q1.7 输送电机L15表10-1 机械手装配搬运流水线控制的I/O 分配表五、I/O 接线图图 10-1 机械手装配搬运流水线系统 I/O 接线图24VCPU 226CN X0 X1 I0.0 Q0.0I0.1 Q0.4Q0.3Q0.2Q0.11L 2M1M L6L0L32LL1L4L5L2Q0.5Q0.612VFUX2 L0-X3 L1-X4 L2-X5 L3-X6 L4-X7 L5-X8 L6-X9 L7-X10 L8-X11I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3Q0.7Q1.4Q1.3Q1.1Q1.0Q1.5Q1.6 Q1.2Q1.7L13L7L10L8 L11L12 L9 L15L14六、实训步骤1、将PLC 主机上的电源开关拨到关状态，严格按图10-2 所示接线，注意12V 和24V 电源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC 触点。
1、物料搬运机械手系统plc设计
物料搬运机械手系统PLC 编程设计课程名称：可编程控制器原理及应用 任课教师：冯治国老师 班级：机制102班 学号： 姓名：一、设计题目及概述(一) 设计题目如图1所示为一简易物料搬运机械手的工艺流程图。
该机械手是一个水平/垂直位移的机械设备，其操作是将工件从左工作台搬运到右工作台，由光耦合器VLC 来检测工作台上有没有工件。
机械手通常位于原点，它的动作全部由气缸驱动，而气缸则由相应的电磁阀控制。
其中，上升/下降和左移/右移分别由双线圈二位电磁阀控制，放松/夹紧由一个单线圈二位电磁阀(称为夹紧电磁阀>控制。
成绩图1 简易物料搬运机械手(二)设计概述PLC控制系统的设计包括3个重要的环节，其一是通过控制任务的分析，确定控制系统的总体设计方案；其二是根据控制要求确定硬件构成方案；其三是设计出满足控制要求的应用程序。
二、对设计任务的深入调查研究(一)机械手的工作方式此系统需要具备多种工作方式，如既能自动的循环运行一个过程，也能进行手动操作运行一个工作步等。
常见的工作方式有联系、单周期、单步和手动。
1.单周期方式机械手在原位压左限位开关和上限位开关。
按一次操作按钮机械手开始下降，下降到左工位压动下限位开关后自停；接着机械手夹紧工件后开始上升，上升到原位压动上限位开关后自停；接着机械手开始右行直至压动右限位开关开关后自停；接着机械手下降，下降到右工位压动下限位开关<两个工位用一个下限位开关）后自停；接着机械手放松工件后开始上升直至压动上限位开关后自停<两个工位用一个上限位开关）；接着机械手开始左行直至压动左限位开关后自停。
至此一个周期的动作结束，再按一次操作按钮则开始下一个周期的运行。
2.连续方式启动后机械手反复运行上述每个周期的动作过程，即周期性连续运行。
3.单步方式每按一次操作按钮，机械手完成一个工作步。
例如，按一次操作按钮机械手开始下降，下降到左限位压动下限位开关自停，欲使之运行下一个工作步，必须再按一次操作按钮等。
搬运机械手的设计
搬运机械手的设计搬运机械手作为自动控制技术与机械制造技术的完美融合产物，具有高效率、高精度、高质量的特点。
其广泛应用于各行业，如物流、制造业、医疗等。
搬运机械手不仅可以简化流程，提高生产效率，还可以减少人工劳动强度，降低人力成本。
设计一款高效的搬运机械手需要从几个方面考虑：1. 应用需求分析搬运机械手的种类多样，应用领域不同。
需要深入了解应用领域，分析应用场景，确定机械手的类型、参数和规格。
例如，物流行业通常需要负重能力高、速度快、精度高的机械手，而医疗行业需要机械手精度高、安全可靠。
2. 结构设计机械手的结构设计是至关重要的一步。
机械手的结构应该简洁、稳定、紧凑，具有良好的动态刚度和准确的运动姿态。
同时需要考虑机械手的可维护性和可靠性，便于日后的保养维护和故障排除。
机械手的运动轨迹也应该经过计算和仿真，以确保运动过程的平稳和精度。
3. 控制系统设计机械手的控制系统也是设计一款机械手的重要组成部分。
控制系统应该根据机械手的运动需求选择合适的控制方式，如开环控制、闭环控制等。
控制系统要兼顾精度和速度，不断进行控制算法的优化，以达到最佳控制效果。
同时要考虑控制系统的稳定性和可靠性，特别是在高速运动过程中的控制。
4. 机械手夹具设计机械手的夹具设计也是机械手设计的重点之一。
夹具设计应根据应用场景的需求，选用合适的夹具类型和夹具结构，以保证搬运物体的稳定性和安全性。
夹具的设计还需要考虑到搬运物体的形状、重心等参数，以确保夹具可以牢固地固定住物体。
5. 安全设计机械手在搬运过程中容易产生冲撞、碰撞等安全隐患，需要在设计过程中做出安全设计。
安全设计应根据应用场景的特点，确定触发机械手安全措施的条件，如机械手运动速度、搬运物体重量等。
同时需要考虑紧急停机、防止误操作、过载保护等安全措施的实施，以最大限度地保障操作人员的安全。
综上所述，搬运机械手的设计需要全面考虑应用场景、机械手结构、控制系统、夹具设计和安全性等方面。
搬运机械手的PLC控制系统设计论文
搬运机械手的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。
其主要在汽车，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。
首先研究机械手组成结构、工作原理和控制要求。
机械手主要由两个步进电机来实现机械手的左移右移和上升下降运动，一个交流电动机控制搬运机械手的正反转运动。
搬运机械手的动作转换主要由设置在各个不同部位的行程开关产生的通断信号传输到PLC中进行控制，从而实现本机械手的精确定位。
其动作过程包括：下降、夹紧、上升、正转、右移、下降、放松、上升、左移、逆转；其操作方式包括：回原点、手动、单周期、连续四种方式来满足生产中的各种操作要求。
其次确定了机械手运动形式，设计了机械手主要的组成机构，对搬运机械手运动控制进行了总体方案设计。
提出了机械手的PLC控制系统，并选取了合适的PLC、扩展模块型号，绘制了搬运机械手输入输出接线图、电气接线图。
根据机械手的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，设计了机械手工作时的梯形图,在实验室进行了程序的调试、运行。
关键词：搬运机械手，可编程逻辑控制器，步进电机Handling Manipulator's PLC Control System DesignABSTRACTWith the popularization and development of industrial automation, the controller demand is increasing year by year, and the handling robot applications are becoming more common. Its main in the automotive, electronics, machining, food, medicine and other areas of production lines or cargo transported, can be better to save energy and to improve the efficiency of the transport equipment or products, in order to reduce the limitations and shortcomings of the other handling methods, meet modern the requirements of economic development.First, we study the robot structure, working principle and control requirements. Manipulator by two stepper motors to the robot's left right and up and down movement, an AC motor control handling robot reversing movement. Handling robot action conversion set in different parts of the trip switch off signals transmitted to the PLC control, in order to achieve the precise positioning of the robot. Its course of action, including: drop, clamping, rise, turning, moves right, drop, relax, rise, moves left, reverse; its mode of operation including: homing, manual, single cycle, continuous four ways to meet the production a variety of operating requirements. Second, determine theform of movement of the robot, design the robot main constituent bodies, and design the handling robot motion control of the overall program. Put forward the manipulator of PLC control system, and select the appropriate PLC expansion module model, draw a handling robot input and output wiring diagram, electrical wiring diagram.Based on the workflow of the robot control program of the programmable logic controller, we design a robot work ladder, and debug run in the laboratory.Key words：Handling manipulator, programmable logic controller, stepper motor目录摘要 0ABSTRACT (1)第1章绪论........................................... 错误!未定义书签。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录引言 (1)第1章系统总体方案设计 (2)1.1系统硬件配置及组成原理 (2)1.2机械手的动作流程 (3)第2章 PLC选型及其I/O点编号分配 (5)2.1PLC的选型 (5)2.2I/O点编号分配 (5)第3章编程及程序运行 (7)3.1梯形图程序 (7)3.2程序运行 (8)第4章上位监控系统设计 (10)4.1PLC与上位监控软件通讯 (10)4.2上位监控系统组态设计 (10)4.3上位监控效果图 (11)结束语 (12)参考文献 (13)引言如图所示，有两部机械对工作物进行加工，对象由输送带A送到加工位置，然后由机械手臂将加工物送至工作台1的位置进行第一步骤加工。
当第一步骤加工完成后，机械手臂将工作物夹起再送至工作台2进行第二步骤加工；当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带B送走，然后由7段数码管显示加工完成的数量。
假设使用气压机械手臂，一开始手臂先下降，碰到下限开关开始做夹起动作，然后开始上升碰到上限开关后，手臂开始往右，当碰到第一工作站的极限开关时，机械手臂下降将工作物放置工作台l然后上升等待机械对工作物加工；当工作物第一加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置工作台2上进行第二加工步骤。
当第二加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置输送带B送出，并由7段数码管显示出加工完成的数次。
图0-1 机械加工配置图学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行机械手臂搬运加工流程运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
主要内容包括：1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等。
2. 系统有启动、停止功能。
3. 运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序。
4. 程序结构与控制功能自行创新设计。
5. 进行系统调试，实现机械手臂搬运加工流程的控制要求。
第1章系统总体方案设计1.1 系统硬件配置及组成原理图1-1机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。
为使机械手动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5，对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，并发出动作到位的输入信号。
传送带A上装有光电开关SP，用于检测传送带A上物品是否到位。
机械手的起、停由图中的起动按钮SB1、停止按钮SB2控制。
传送带A、B由电动机拖动。
机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由液压驱动，并分别由六个电磁阀来控制。
图1-1 机械手搬物示意图系统接收工件到位检测、机械手升降限位检测、加紧/放松检测等开关量输入信号。
经由PLC通过网络通信传送到电脑，人为地再通过PLC控制机械手臂的搬运工作。
假设使用气压机械手臂，机械手臂下降将工作物放置工作台l等待机械对工作物加工；当工作物加工步骤完成时，再将工件放置工作台2上进行第二加工步骤；当加工步骤完成时，将工件放置输送带B送出，并显示出加工完成的数次。
下图为系统的组成图。
图1-2 系统组成图1.2 机械手的动作流程传送带B处于连续运行状态，故不需要用PLC控制。
机械手及传送带C 顺序动作的要求是：1) 按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。
首先上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作。
2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作。
3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作。
4) 启动传送带A运行，由光电开关SP检测传送带A上有无物品送来，若检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作。
5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作。
6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作。
7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作。
8) 放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时2秒后，完成一次搬运任务，然后重复循环以上过程。
9) 按下停止按钮SB2或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。
根据对机械手的顺序动作要求，可以画出时序图如图1-3所示。
图1-3 机械手时序图由上图的机械手时序图可作出如下图1-4所示的机械手动作流程图。
图1-4 机械手动作流程图第2章 PLC选型及其I/O点编号分配2.1 PLC的选型由于机械手系统的输入/输出接点少，要求电气控制部分体积小，成本低，并能够用计算机对PLC进行监控和管理，故选用日本OMRON（立石）公司生产的多功能小型C20P主机。
该机输入点为12，输出点为8。
内部主要有：136个辅助继电器、16个特殊功能继电器、160个保持继电器、8个暂存继电器、48个定时/计数器、64个16位数据存贮器。
2.2 I/O点编号分配根据图2-4所示的机械手动作流程图，可以确定电气控制系统的I/O点分配，如表3-1所示。
表2-1 机械手控制I/O分配表根据图1-4流程图和表2-1的I/O分配表，可以编制出状态转移图2-1 机械手状态转移图第3章编程及程序运行3.1 梯形图程序根据图2-1状态转移图，编制的梯形图程序如图3-1所示。
图3-1a梯形图程序（1）图3-1b梯形图程序（2）图3-1中，“全部输出禁止”部分的作用是在停止时禁止全部输出，使机械手停止在现行的工步上；重新起动时又能从停止前的工步继续动作。
在状态由HR010转移至HR000的条件中，增加了保持继电器的常闭触点，其作用是：当机械手工作在某一中间工步时，若运行后，由于保持继电器HR具有状态断电保护的功能，因此在重新起动时，中有某一个是断开的，使得HR000不能置位，机械手只能从停止前被置位的保持继电器的后续工步继续动作。
3.2 程序运行按下起动按钮SB1，输入点0000为ON,则作为互锁条件的辅助继电器1000为ON，互锁指令IL接通，IL与ILC之间的线圈正常工作，“全部输出禁止”解除。
若(抓图1)常闭触点都为ON，保持继电器HR000接通，输出点0503使上升电磁阀得电，手臂上升。
当手臂上升到位时，上升限位开关使输入点0005闭合，保持继电器HR001 接通，HR000复位，输出点0501使左转电磁阀得电，手臂左转。
......以后每当一步动作到位，限位条件满足时，状态转移，进行下一工步动作。
当状态转移到HR008为ON时，输出点0506使放松电磁阀得电，机械手放松，同时定时器TIM00计时。
当计时2秒到，状态又转移到HR000，程序又重新从第一工步开始循环。
停止时，按下停止按钮SB2，0001断开，辅助继电器1000为OFF，互锁指令断开，全部输出被禁止，但各保持继电器的状态是断电保护的，机械手停在现行的工步上。
当重新按起动按钮时，互锁指令接通，停止前的输出被恢复，机械手继续在停止前某保持继电器为ON的工步动作。
第4章上位监控系统设计4.1 PLC与上位监控软件通讯监控系统通讯网络和PLC是机械手监控系统的核心组成部分，它们的性能对机械手监控系统会起到决定性的作用。
根据机械手本身的特点和监控需求选择合适的PLC及通讯网络是保证隧道监控系统性能的重要因素。
工程界按照系统结构的划分把监控系统划分为信息层、控制层和设备层。
一、第一层为信息层，主要负责大量信息及不同厂家不同设备之间的信息传输，工业以太网Ethernet为目前较常用的一种信息网络，世界各大PLC生产厂商均支持工业以太网，并且它们在原有TCP/IP的基础上，相继开发出实时性更高的工业以太网，如欧姆龙和罗克维尔支持的Ethernet/IP，施耐德支持的Modbus-TCP/IP以及西门子支持的ProfiNet等。
由于Ethernet的信息量大，因此在机械手监控上以太网主要用于机械手管理所与监控中心的数据传输，包括各种交通流量信息，各传感器数据等大量历史数据信息。
二、第二层为控制层，主要采用现场总线组成机械手控制器网络，其特点是由于采用了标准总线组网，既能满足实时通信的要求，又具有开放协议的标准接口，能在总线上方便的挂接各种外场设备，有利于监控系统的扩展。
他们的共同特点是高速、高可靠，适合PLC与计算机、PLC与PLC及其它设备之间的大量数据的高速通讯。
三、第三层为设备层，这一层用于PLC与现场设备、远程I/O端子及现场仪表之间的通讯，它们有DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等，其中DeviceNet已经成为工业界的标准总线而得到了广泛的应用，而Profibus/DP虽然没有成为标准，但是它的应该也相当广泛。
本质上来讲，以太网的载波帧听冲突监测CSMA/CD的访问方式，实时性并没有现场总线采用的令牌总线和令牌环的访问方式高，不论人们采用何种方式，如协议封装、分时访问控制等，都只能改善以太网的实时性，起不到本质的改变，于控制层，是一个积极和稳妥的选择。
随着以太网技术的不断发展，今后其取代现场总线而用于控制层也是很有可能的。
4.2 上位监控系统组态设计本次课程设计采用紫金桥公司的上位机组态软件RealInfo通过RS-232串行通讯口使PC 机与PLC进行通讯。
通过紫金桥组态软件可以对工艺过程进行实时监控。
它是在长期的工程实践中逐步发展起来的一套计算机监控系统。
使用紫金桥系统，可以方便地构造适应自己需要的“数据采集系统”，在任何需要的时候把生产现场的信息实时地传送到控制室，并且通过局域网和Internet，可以在任何地方访问实时和历史生产数据，及时了解、评价生产情况和操作水平。
紫金桥监控组态软件强大的组态界面可以直接形象模拟、显示，监视现场的的工作情况，工作程序，实时的数据以及对意外情况的处理。
上位机对电磁阀的控制就必须通过数字数值输出块来进行，每个阀门的控制对应了相应的数字输出节点。
因此，上位机不仅能接受来自PLC的控制信号并以动画的形式进行显示，而且还能够通过通讯端口向PLC发出控制命令，对现场进行控制。
4.3上位监控效果图图4-1 组态王机械手位置监测画面结束语机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。
机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。
应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。
气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。
气动机械手强调模块化的形式，现代传输技术的气动机械手在控制方面采用了先进的阀岛技术（可重复编程等），气动伺服系统（町实现任意位置上的精确定位），在执行机构上全部采用模块化的拼装结构。
模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是气动机械手的一个重要的发展方向。