中北大学信息商务学院课程设计说明书学生姓名：学号：系：机械自动化系专业：机械设计制造及其自动化题目：数控技术课程设计——机械手自动操作控制的PLC程序设计指导教师：职称:职称:2016年12月5日中北大学信息商务学院课程设计任务书2016/2017 学年第 1 学期所在系：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：课程设计题目：数控技术课程设计—机械手自动操作控制的PLC程序设计起迄日期：2016年12月5日～2016年12月9日课程设计地点：中北大学信息商务学院指导教师：系主任：暴建岗下达任务书日期: 2016 年12月 5日课程设计任务书1．设计目的：通过对机械手自动操作控制的PLC程序设计，使学生在熟练机械手的动作顺序与原理的基础上，学会应用PLC。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：机械手将工件从A工作台搬到B工作台。

机械手的工作过程由8个动作完成一个循环，如图所示。

取放工件的上升/下降和左移/右移分别用YV1、YV3、YV4和YV5控制，夹具的夹紧和放松由电磁阀YV2控制。

当工件搬到B工作台返回时，用光电开关SQ7发出无工件信号。

（1）采用内部移位寄存器M100~ M117逐位输出方式实现顺序控制，移位条件是对各限位开关（SQ1~SQ6）的状态检测来决定。

（2）夹紧或放松动作，分别用定时器T450、T451延时控制。

（3）采用具有保持功能的辅助继电器M202驱动夹紧阀。

通过本课程设计,完成①输入输出信号分析与PLC I/O分配图②PLC选型③主要元器件型号的选择④主接线图设计⑤完成梯形图设计并完成相应指令。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：目录1机械手的工作原理1.1 机械手的概述 (1)1.2 机械手的工作方式 (2)2机械手控制程序设计2.1 输入和输出点分配表及原理接线图 (3)2.2 控制程序 (4)3梯形图及指令表3.1 梯形图 (9)3.2 指令表 (11)总结 (13)参考文献 (14)附录 (15)1机械手的工作原理1.1机械手的概述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。

机械手主要由手部和运动机构组成。

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。

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：1、机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

2、在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。

3、可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。

4、可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。

5、宇宙及海洋的开发，军事工程及生物医学方面的研究和试验。

1.2机械手的工作方式机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。

工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。

当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。

当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。

当旋钮打向手动时，每一工步都需要按下该工步按钮才能实现。

以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。

1、机械手传送工件系统示意图，如图1所示。

图1 机械手传送示意及操作面板图2、机械手顺序动作的要求是：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。

2机械手控制程序设计2.1 输入和输出点分配表及原理接线图2.1.1 PLC I/O分配表1 机械手传送系统输入和输出点分配表图2、原理接线图2.1.2选择PLC该机械手为开关量控制，且所需的I/O点数不多，因此选择一般的小型低档PLC即可。

由于所需的I/O点数分别为17和8点，考虑到机械手操作的工艺固定，选用MRFX N482 的PLC来实现机械手控制系统。

2.2 控制程序2.2.1操作系统操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图3所示。

其原理是：把旋钮置于回原点，X16接通，系统自动回原点，Y5驱动指示灯亮。

再把旋钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。

之后，由于X7常闭触点闭合，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。

如果旋钮置于自动位置，（既X6常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。

2.2.2回原位程序回原位程序如图4所示。

用S10~S12作回零操作元件。

应注意，当用S10~S19作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器M8043置1。

2.2.3手动单步操作程序如图5所示。

手动操作时用X10~~~X15对应的六个按钮控制夹紧，松开，机械手的升，降，右行，左行，为了保证系统的安全运行在手动程序中设置了必要的联锁，以防止功能相反的两个输出继电器同时为ON。

上下左右极限开关X2,X1,X4,X3的常闭触点与控制机械手的Y0,Y2,Y3,Y4线圈串联以防止机械手行程超限出现事故。

用上限位开关X2,为ON，作为手动左行右行的条件，禁止机械手在较低的位置水平移动，避免于地面上的东西碰撞。

图5 手动单步操作程序2.2.4自动操作程序自动操作状态转移见图6所。

当机械手处于原位时，按启动X0接通，状态转移到S20，驱动下降Y0，当到达下限位使行程开关X1接通，状态转移到S21，而S20自动复位。

S21驱动Y1置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。

当T0接通，状态转移到S22，驱动Y2上升，当上升到达最高位，X2接通，状态转移到S23。

S23驱动Y3右移。

移到最右位，X3接通，状态转移到S24下降。

下降到最低位，X1接通，电磁铁放松。

为了使电磁力完全失掉，延时1秒。

延时时间到，T1接通，状态转移到S26上升。

上升到最高位，X2接通，状态转移到S27左移。

左移到最左位，使X4接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。

在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。

因此步进顺控的编程，比起用基本指令编程较为容易，可读性较强。

2.2.5机械手传送系统梯形图如图7所示。

图中从第0行到第27行为回原位状态程序。

从第28行到第66行，为手动单步操作程序。

从第67行到第129行为自动操作程序。

这三部分程序（又称为模块）是图3的操作系统运行的。

回原位程序和自动操作程序。

是用步进顺控方式编程。

在各步进顺控末行，都以RET结束本步进顺控程序块。

但两者又有不同。

回原位程序不能自动返回初始态S1。

而自动操作程序能自动返回初态S2。

3、梯形图及指令表3.1 梯形图图7 机械手传送系统梯形图3.2指令表总结机械手的控制对于很多场合需求很大，不论是机床使用的小型系统还是流水线上的这类设备，其基本动作要求类似，所以控制的实现也可以相互借鉴。

对于控制程序的编写，这里给出的只是一种实现手段，使用可编程控制器还有其他的方法可以实现这样的控制，针对所用的具体系统的情况，设计人员可以选用不同的方法来编写程序。

机械手高效的工作效率，准确的定位精度，以及简单的结构及控制方式是人手不能替代的，机械手的使用也将越来越广泛。

参考文献按国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》书写：1．廖常初，ＦＸ系列ＰＬＣ编程的应用．北京：机械工业出版社，2005.42．范永胜，王岷．电气控制与ＰＬＣ应用．北京：中国电力出版社，20073．齐从谦，王士兰．ＰＬＣ技术及应用．北京：机械工业出版社，2000.84．王晓军，杨庆煊，许强．可编程控制器原理及应用．北京：化学工业出版社，2007.7 附录主要元器件的型号选择:---精心整理，希望对您有所帮助。