仿真机械手臂设计

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仿真机械手臂设计范文第1篇

关键词：PLC；机械手；控制

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0013-02

随着工业机械手的广泛应用，其已经成为自动化控制领域的重要技术。在制造业不断发展的今天，机械手一方面可以代替人工进行生产线的作业，另外一方面机械手可以按照实际生产工艺的要求，按照一定的时间和程序设置来完成工作的卸载和传送。机械手的广泛应用可以大大的提高劳动生产率，加快我国制造业的转型与升级。如果机械手采用传统的继电器进行控制，则会直接造成系统原件比较繁杂、稳定性差以及出现故障概率高的特点。随着PLC技术的广泛应用，通过使用PLC来设计机械手的控制系统，可以保证较高的可靠性和较低的故障率，使用起来也相对简单。本文通过采用可编程控制器PLC来实现机械手的控制系统设计，使得控制过程精确可靠，使得在实际生产过程中变得明确和清晰。

1 机械手机构的液压系统分析

本文的机械手设计案例以锻造车间的机械手为例，该机械手处在高温的操作环境之中，机械手所要实现的功能就是将高温的锻件棒材加持到锻造工位的传送带上。实现对棒料准确的搬运，替代人工操作，改善工作环境。机械手的液压系统主要包括了液压驱动、手臂的升降和收缩等系统，再加上液压马达。液压换向回路使用三位四通阀进行控制。在机械手设计的过程中应该考虑以下几个方面的问题：（1）锻件的重量较大，机械手应该具备较大的夹紧力。同时工件在移动的过程中还会出现较大的惯性，保证工件不会脱落。（2）机械手的手指应该具备一定的夹角，手指的开闭角直接影响着工件能否顺利的加持到锻造工位上，对于手指的开闭幅度具有严格的要求；（3）机械手应该保证工件在搬运过程中的准确定位，必须要根据锻造工件的形状来选择机械手手指的形状；（4）由于锻件处在高温状态，在加持过程中应该保证机械手具有较高的强度，另外机械手的结构应该尽量紧凑，使得机械手的重心能够维持在手臂的回转轴线上。（5）在机械手设计的过程中，应该考虑到被抓工件的要求。如果是圆柱形锻件，则应该考虑使用V型手指，圆球形的工件考虑采用三指状的手指，方便加持工件。对于那些表面质量要求比较高的工件，应该在机械手的手指上加上泡沫垫片，防止加持部位的损坏。

2 机械手PLC控制系统的设计

2.1 PLC可编程控制器介绍

机械手所使用的PLC控制器主要包括了CPU、信号输入模块、数据输出模块、CPU扩展单元以及编程模块。CPU相当于PLC的心脏，完成对输入信号和数据的处理，将这些数据存储在存储器中。对于输入和输出模块而言，输入的信号主要有分为两个类别，分别为电压信号和电流信号，如果外在的信号比较尖锐，则会造成PLC的CPU损坏。另外为了控制外来的负载的额度，可以通过小型继电器的使用，来实现外来负载的隔离。在PLC中编程器主要是用来检测各种信号的运行状态，一般使用编程器的状况为逻辑输入有误或者需要检修的时候。本文中的PLC电源使用的是24V直流电源或者220V的交流电源，机械手的PLC控制器选择类型为西门子20EDR-1，有两个输入和输出模块，在A/D转换方面选择AD041型号，所设计的PLC框架如图1所示。

其中PLC的基本参数如表1所示。

本系统的输入电流信号范围是5-23mA，对应的十六位进制为0000-1770。用于补码的转换数据范围是3.2-4mA，当输入电流信号小于3.2mA时，断线检测的功能将会被充分启用，并且将数据转化为8000。首先对于模拟信号和数字信号的转换方面，在CPU模块中不能进行量程控制字符的改变，如果需要改变，则必须进行断电后重新操作。

2.2 机械手位移传感器的选择

位移传感器的选择对于机械手的设计具有重要的意义，机械手臂的升降和旋转都需要位移传感器的作用，还应该把位移数据准确的显示在屏幕上，主要目的就是满足机械手臂的位移和速度测定。目前通用的传感器为光栅位移传感器，当传感器的两块光栅的位置发生相对变化时，光敏电阻发生变化，实现了电信号传递，从而转变为位移信号，实现了位移的精确测量。除了直线位移传感器外，还需要安装角位移传感器，角位移传感器的类型为E6W5-2014。最后机械手指在加持工件的过程中，需要安装压力传感器，其中输出信号范围是5-60mA，电源选择24V直流电源。在机械手触摸屏的选择方面，要求有两个，首先就是要内存要大，能够存储较多的数据，分辨率要大和较高的显示亮度；其次PLC触摸屏要有串行通信功能，更好的方便PLC与机械手臂之间的通信。

3 PLC控制系统的程序设计与步进电机选择

3.1 机械手PLC总控制程序的设计

在机械手臂的下降和上升的程序设计中，只是两者的输入和输出的地址不同。在压力检测方面，只有检测到锻件毛坯夹紧以后才可以进行下一步的位移动作，所以首先应该进行压力的检测，实现了压力数值的显示。本文还通过CAE的仿真优化设计，为了进一步实现机械手臂的启停与位移控制，减少PLC控制器的安装面的位置，可以将启动按钮与停止按钮进行合并。同时为了确定机械手臂是处于手动工作模式还是处在连续工作模式，需要进行连续工作模式按钮，可以根据实际的运行情况来调整机械手臂的位置。同时为了保证机械手的正常运行，机械手在每一个工作周期内都要进行初始位置的检验，如果不是回到初始位置，则应该执行回到回转原点的操作。和启动的程序一样，机械手臂工作的运行方式也是通过按钮来实现的，手动按钮可以实现机械手的各种动作操作，从而满足实际生产的需求，只需要对步进电机的脉冲时间进行调整，尽量减少机械手的行程。在经过CAE软件操作的优化的过程中，可以通过以下结果步骤来进行，首先应该对机械手臂的模型进行优化，建立相应的机械传动机构，包括各种零件的设计以及机械手自由度的设计；其次，对机械手的模型进行运动仿真模拟，测试模型设计是否能够满足生产需求；然后细化设计模型，建立设计变量和目标函数之间的关系，得到性能最优的设计参数。本文根机械手的运动要求将机械手的抓取机构进行优化，从而绘制PLC控制流程图，通过对梯形图控制程序的编写，满足了实际生产机械手的工位需求。

3.2 步进电机选择

三相步进电机通常将电脉冲信号转变为角位移信号，步进电机的旋转是依靠角度的不断移动而进行的。通过对电脉冲数量的控制，来实现位移的控制。在步进电机的选择方面，本文采用的是三菱公司的横轴和纵轴位移的机械手升降机构，最大使用电流为3A。另外PLC启动技术的控制与传统的控制技术相比，具有价格低廉和结构简单等优点。现代化的PLC启动技术可以分为感知系统、控制程序、主机CPU部分以及执行机构的设计部分。在使用CAE进行软件仿真模拟的过程中，通过使用锻件的抓取机构为实际性能的优化目标，通过连杆机构的数次优化和坐标位置优化，使得机械手臂的抓紧力由3.5MN转变为20.56MN。通过采用虚拟样机技术可以有效的模拟机械手在实际生产过程中的抓取行为，现夹紧力的不断提高，具有较大的实际成产意义。表2位本PLC系统中A/D转换器的基本参数。

四个自由度的机械手臂的设计具有一定的普遍性和实用性，在PLC控制的模式下，实现锻件从一个位置运送至另一个位置，准确的实现位置定位和完成各项动作。在实际操作的过程中可以通过触摸屏完成各项操作和读取机械手实际的运行状态，包括压力和位移数值等信息，方便对机械手进行很好的控制。

4 结语

PLC控制技术在机械手设计领域中已经得到了广泛的应用，从而使得机械手在工业领域中得到了广泛的应用。本文在分析参考文献的基础上，借鉴传统机械手的设计方案，对适用于工厂锻件搬运的机械手PLC控制系统进行了CAE模拟仿真和设计。首先对机械手液压机构进行了深入的分析，得到机械手控制的三个关键因素；然后对适合机械手的PLC控制器、压力和位移传感器进行了相关技术参数选择，同时还对整体程序的设计进行了相关阐述，希望能够给以后的机械手PLC控制设计提供参考价值

参考文献

[1]尤峥.全自动冲压生产线在轿车生产中的应用效益分析[J].锻造与冲压，2005，9（4）：6-8.

[2]邹立连.一种汽车覆盖件自动化冲压线改造的实际应用[J].制造业自动化，2004，26（12）：73-74.

仿真机械手臂设计范文第2篇

论文关键词：PLC,三维机械手,步进控制

随着自动化控制领域的不断发展，智能机械手的不断推新，机器人手臂的智能化程度不断提升，连续多角度控制的机器人手臂的出现，给机械手的教学带来了新的挑战。原来的教学机械手均以两维空间模拟仿真教学为主。自2007年全国电工电子技能大赛以来，三维空间的机械手的教学需求尤为突出。

一、三维机械手的硬件结构

图1所示是该三维机械手的实物图。整个三维机械手能完成八个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪紧松。手爪提升气缸采用双向电控气阀控制，气缸伸出或缩回可任意定位。磁性传感器用来检测手爪提升气缸处于伸出或缩回位置。手爪抓取物料由单向电控气阀控制，当单向电控气阀得电，手爪夹紧磁性传感器有信号输出，指示灯亮，单向电控气阀断电，手爪松开。旋转气缸用来控制机械手臂的正反转，由双向电控气阀控制。接近传感器用来判断机械手臂正转和反转到位后，接近传感器信号输出。双杆气缸用来控制机械手臂伸出、缩回，由双向电控气阀控制。气缸上装有两个磁性传感器，检测气缸伸出或缩回位置。缓冲器对旋转气缸高速正转和反转到位时，起缓冲减速作用。

二、三维机械手的动作过程

图2所示是该三维机械手的动作示意图。当需将工件有右工作台搬至左工作台时，在按下启动的时候，右工作台传感器判断有无工作，若有机械手动作，若无，机械手停止。当机械手左旋并前伸到位准备下降时，为了确保安全，必须在左工作台上无工件时才允许机械手下降。也就是说，若上一次搬运到左工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降。

图1 三维机械手实物图 图2三维机械手动作示意图

三维机械手的工作过程为：（1）从原点开始前伸；（原点位置为机械手右旋到限位，手臂缩回，手爪上升到上限位，手爪放松）（2）到前限位后开始下降；（3）倒下限位后，机械手加紧工件，延时2s；（4）上升；（5）到上限位后，缩回；（6）到后限位后，左旋；（7）到左限位后，前伸；（8）到前限位后，下降；（9）到下限位后，机械手松开，延时2s；（10）上升；（11）到上限位后，缩回；（12）到后限位后，右旋，返回原点。

根据三维机械手的工作过程及要求，可以画出机械手的动作流程图，如图3所示。

图3 机械手动作流程图 图4机械手状态转移图

三、PLC硬件的选择和I/O点分配

PLC的种类非常多，根据三维机械手的控制要求，由于其输入、输出节点少，要求电气控制部分体积较小，成本低，并能够用计算机对PLC进行监控和管理，故选用日本三菱（MITSUBISHI）公司生产的多功能小型FX1N-40MR-001主机。该机型合计有输入输出点40个，其中24个输入点和16个输出点，采用继电器方式有触点输出，能交流、直流负载两用。内部主要有：辅助继电器1280个，其殊功能辅助继电器256个，断电保持辅助继电器1152个；状态继电器1000个；定时继电器256个；计数继电器256个；数据寄存器8256个。

根据图3所示的三维机械手动作流程图，确定电气控制系统的I/O点分配，如表1所示。

根据图3流程图和表1的I/O分配表，可以编制出机械手的状态转移图，如图4所示。

四、控制程序的设计方法及编程运行

常用的PLC程序设计方法有经验法和顺序功能法。根据图4状态转移图，编制的步进梯形图程序如图5所示。

表1 三维机械手控制I/O分配表

输入

输出

名称

输入点

名称

输出点

停止

SB1

X0

手爪紧/松气缸阀

YV1

Y1

启动

SB2

X1

手臂气缸伸出阀

YV2

Y2

物品检测传感器

SQ0

X2

手臂气缸缩回阀

YV3

Y3

气动手爪传感器

SQ1

X3

提升气缸下降阀

YV4

Y4

旋转左限位接近传感器

SQ2

X4

提升气缸上升阀

YV5

Y5

旋转右限位接近传感器

SQ3

X5

旋转气缸左移阀

YV6

Y6

伸出臂前点限位传感器

SQ4

X6

旋转气缸右移阀

YV7

Y7

缩回臂后点限位传感器

SQ5

X7

提升气缸上限位传感器

SQ6

X10

提升气缸下限位传感器

SQ7

X11

图5 步进控制梯形图

图5中，M8044是用作原点条件，判断机械手是否在原点开始工作。

如果要实现断电保护，在图5的步进控制梯形图中，将普通辅助/计时/状态继电器均换成断电保护型。

上电后，直接初始状态继电器S0，在满足原点条件继电器M8044下，按下启动按钮SB2，X1得电，进入等待状态继电器S20；此时物品检测传感器SQ0检测到上料端有料，X2得电，进入机械手臂伸出状态S21；机械手伸出Y2得电，机械手前伸到前限位时，进入机械手下降状态；机械手下降Y4得电，机械手下降到下限位时，进入机械手抓料延时状态；机械手抓紧并延时，延时时间到，进入机械手上升状态…………如此，每当该步动作到位，限位条件满足时，状态转移进入下一工作步，进行动作。

需要停止时，按下停止按钮SB1,X0得电，停止标志继电器M0得电并自锁，当机械手右旋到有限位时，如果停止标志有信号，则机械手回到初始状态，如果停止标志没有信号，则机械手进行下一周期的搬运工作。

五、结束语

本文以三维机械手为例介绍了日本三菱MITSUBISHI公司生产的FX1N系列微型可编程控制器在步进控制中的设计应用。阐述了三维机械手的动作原理，设计要求，程序设计方法等。本文介绍的程序在实际生产和各届各级电工电子技能大赛中获得成功的应用。

参考文献

[1] FX1N series Programmable Controllers Hardware Manual，Mitsubishi electric corporation，1999

[2] MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION 三菱微型可编程控制器MELSEC-F FX1N使用手册 2007.11.

[3] 亚龙YL-235A型光机电一体化实训考核装置实训指导书.亚龙科技集团.2008.

仿真机械手臂设计范文第3篇

摘 要 通过对机械设计、制造及其自动化专业课程的学习，总结大学所学的知识，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，以及实际操作中的应用情况，设计了一种圆柱坐标形式的数控机床上下料机械手。重点针对机械手的手爪、手腕、手臂、腰座等各部分机械结构以及机械手控制系统（传动系统、驱动系统）进行了详细的设计。同时对其控制系统和液压系统进行了理论分析和设计计算。基于PLC对机械手的控制系统进行了深入细致的设计，通过对机械手作业的工艺过程和控制要求的分析，设计了控制系统的硬件电路，同时编制了机械手的控制程序。设计达到了预期目标。

关键词 机械手 PLC 液压伺服定位 电液系统

由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。

一、设计目的

目前，我国大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代机械行业自动化生产的要求，针对具体生产工艺，结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计用一台上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控机床组合最终形成生产线，实现加工过程的自动化和无人化。

二、发展现状和趋势

目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：

1．机械结构向模块化、可重构化发展。

2．工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。

3．机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，还引进了视觉、听觉、接触觉传感器，使其向智能化方向发展。

4．关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发。

5．焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。

三、具体设计方案

由于机械手手臂运动为直线运动，且考虑到搬运工件的重量较大（质量达30KG），以及机械手的动态性能及运动的稳定性，安全性和较高的刚度要求，因此选择液压驱动方式。通过液压缸的直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件，因此不用再额外设计执行件；而且液压缸实现直线运动，控制简单，易于实现计算机的控制。

由于液压系统能提供很大的驱动力，因此驱动力和结构的强度都较容易实现，其关键在于机械手运动的稳定性和刚度的设计。因此手臂液压缸的设计原则是液压缸的直径取得大一点（在整体结构允许的情况下），再进行强度的较核。

同时，因为控制和具体工作的要求，机械手的手臂的结构不能太大，若仅仅通过增大液压缸的直径来增大刚度，是不能满足系统刚度要求的。因此，在设计时另外增设了导杆机构，小臂增设了两个导杆，与活塞杆一起构成等边三角形的截面形式，尽量增加其刚度；大臂增设了四个导杆，成正四边形布置，为减小质量，各个导杆均采用空心结构。通过增设导杆，能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，比较好的解决了结构、稳定性的问题。

总的来说，大体是两个方向：其一是机械手的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，性价比高，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。

参考文献：

[1]孙兵,赵斌,施永康.基于PLC的机械手混合驱动控制.液压与气动.2005(3):37-39.

[2]孙兵,赵斌,施永康.物料搬运机械手的研制.机电一体化.2005(2):43-45.

[3]王田苗,丑武胜.机电控制基础理论及应用.北京:清华大学出版社.2003.

仿真机械手臂设计范文第4篇

关键词：六自由度；机械臂；控制系统设计

中图分类号：TP241.3 文献标识码：A

1.六自由度机械臂控制系统设计要求

六自由度机械臂的运动控制硬件分别是机械手的运动控制、驱动电路的底层控制、远程通信以及远程控制、视觉传感和辅助传感系统和上层控制的人机交互。

在整个自由度机械臂控制系统中，上位机控制系统的主要功能是给操作者提供良好的人机交互界面，而且机械臂的操作能够通过配套的便携手柄而实现，所以上位机要对手柄所发射的信号进行有机的掌握和控制，对下位机系统的控制还需要上位机系统给出，同时还要将下位机及机械臂运动状态信息能够及时反馈给操作者。操作手柄和下位机作为移动设备而言，上位机控制系统除了能够提供有线的控制，还要提供相应的无线通信系统，其控制的有效距离在100米左右实现控制的指令和运动反馈的信号达成。在移动载体的设计上，除了放置机械手实现对抓取的射线图像检测仪，机械臂和车身上还装置了两台CCD摄像机和两个自由度的云台，并相应地配备录像机以对排爆过程进行全程的记录。这些信息的反馈就是通过无线图像模块实现的。

在机械臂手部的设计过程中，因为机器人的抓手在整个机械臂系统中作为最末端的执行器，在抓取和实现操作工作的时候，其可以根据需要分为钳式和吸附式。在这个层面上我们主要考虑的是机械臂在进行工具抓取的时候，需要采用钳式的爪手，在爪手上的电机，我们选择的是MICRO-STd伺服电机，在电机的尺寸设计上，要保证电力能够在最小的空间占比和最轻的质量占比，从而满足于机械臂的灵活性。在机器人的机械臂设计中，机械臂是由四到五个伺服的电机组成的，对伺服电机的控制能够保障机械臂在不同使用需求上的不同位置和方向的自由变化。机械臂的手臂电机在设计过程中为了满足其灵活性，选择的是金属齿轮的伺服电机。在六自由度机械臂的手腕处，我们采用与爪手处相同的伺服电机，为了能够更好地保证对工具的夹持和手腕部的回转设计，六自由度机械臂在其底座的设计上，我们选择合金压铸技艺，从而使得底座能够支撑起整个手臂的重量，保障其在运行过程中的稳定性。对于标准的伺服机而言，其主要有三条引线，分别为电源线VCC、接地线以及控制信号的传播线。

2.控制器的设计

在对六自由度机械臂的控制器的设计上，主要采用单片机作为主控制器，通过双电源为控制机和伺服电机进行供电，从而保障机械臂的正常使用。在串口与电脑以及其他单片机的通信上、在单片机的电源设计上、在电路板的正面部分设计了三个电源的输入口，其中中间部分的输入口作为单片机的电源输入。在伺服电机的电源设计上，其输入的电压我们要控制在4.8V～6V之间，伺服电机上下两侧的电源分别为1～6路伺服电机供电和17～32路的电机供电。在六自由度机械臂的设计中，由于需要使用六路，从而在改设计中仅一侧的电源就能够保障满足供电的需求。

3.VB控制软件的设计

在设计端口的连接和设置上，主要通过使用串口，使电脑与设置好的端口和控制器达成良好的通信。在设计界面上，我们可以对奇偶校验、停止位、数据位、比特率这几个方面进行选择设置。

对于通道控制，通过对多路伺服电机控制器的有效设置，对机器手臂实现从上到下的伺服电机顺序编号，将编号分别对应到爪手到底盘处的六个伺服电机，通过拖动任意的数值拖动条，实现爪手控制。

在速度的调节问题上，因为调节的速度能够对伺服电机的转动速度进行控制，在系统设置中，过大的数值调度会影响到机械臂的使用，系统默认的最佳值为300。

在六自由度机械手的控制O计过程中，为了能够与保障机械手完成复杂和烦琐的工作，因此在控制系统的设计过程中，要对系统进行严格的设计，本文就对VB控制软件下的六自由度机械臂进行分析。

参考文献：

仿真机械手臂设计范文第5篇

机电综合实训课程的地位

机电专业综合实训课程集合了气压技术、液压技术、电机与电气控制、自动检测技术、PLC及其自动控制技术、网络通信技术等相关课程，融合了实训和生产，是机电专业学生顶岗实习前的综合课程。

对五年制高职教育而言，由于培养目标定位在为企业培养高技能型人才上，通过机电专业综合实训课程的学习，促进学生综合实践能力的提升、职业能力的培养、创新思维的发展，紧扣机电专业核心技术，即检测、控制与执行三大环节展开，同时需具备一定的网络通信技术。

综合实训课程建立在机电结合的基础上，企业调查结果显示，机电设备的控制很多都采用PLC作为控制系统。对机电综合实训课程，选择某生产流程的模拟控制系统为实训载体，通过模拟仿真控制，掌握生产岗位的控制技术，吴中中等专业学校选用了光机电一体化设备YL-235A自动化生产加工系统。

PLC在机电一体化设备教学中的应用

1.PLC在机电一体化设备中的功能

整个系统通过PLC控制，各个环节有序结合。该装置配置了触摸屏模块、PLC、变频器装置、气动装置、传感器、气动机械手装置、上料器、送料传动和分拣装置等实训机构。根据其特有的属性，系统的控制部分采用触摸屏模块和PLC，执行机构由气动电磁阀-气缸构成的气压驱动装置和变频器控制步进电机的传送装置，实现了整个系统自动运行。整个实训装置的模块之间连接方式采用安全导线连接，以确保实训操作的安全。系统分三大模块：

（1）送料机构的控制

采用24 V直流减速电机，转速6 r/min；用于驱动放料转盘旋转，PLC通过输入信号发出输出信号，驱动送料机构运行。

（2）机械手感应机构的控制

整个搬运机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧。机械手的动作通过磁性开关和接近开关的感应信号传送给PLC，PLC根据内部程序执行发出信号，驱动电磁阀-气缸完成机械手的动作。

（3）物料传送和分拣机构的控制

由皮带输送、推料气缸、变频器、步进电机构成，PLC通过感应信号发出输出信号给变频器，变频器驱动步进电机运行，皮带转动，实现物料的传送，通过传感器感应信号，使得PLC驱动电磁阀-推料气缸动作，实现物料分拣。

2.PLC在机电一体化设备控制系统中的设计方法

建立一个PLC控制系统，必须根据被控系统所要求的动作，正确分配I/O口，综合应用顺序功能图，完成梯形图的设计，达到所预定的动作过程。

顺序控制设计法是按照工艺要求，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有序地进行操作。首先要根据工艺过程，画出顺序功能状态图，然后根据顺序功能图画出梯形图。

顺序功能图是描述控制系统控制过程、功能和特性的一种图形，是描述控制系统控制过程的一种有力工具。利用顺序功能图的方法已经成为控制梯形图设计的主要方法。利用PLC的编程元素（如状态寄存器S和辅助继电器M）来代替各步。

顺序功能图由工步、有向线段、转换条件和动作组成。顺序功能图的基本结构又分为三种：单序列、选择序列和并行序列三种形式。如图1所示：

3.PLC在机电一体化设备中的教学方法

机电综合实训课程采用项目、任务型教学，打破教材本身的框架，围绕PLC课程在设备中的应用展开，将其分解成若干个小任务，结合实际操作，了解该设备所能完成的任务和工作流程，分析设备的硬件组成和各元件功能。通过实际拆装、编程与调试、故障诊断、维修及保养等，掌握该设备的装配、操作和维护的能力。

实训课程采取阶段式训练，并将企业的6S管理融入教学过程中。

1.设备认知，熟悉设备和设备元件，拆装注意事项，安全用电等。

2.掌握知识，掌握设备需具备的理论知识和操作步骤，注意细节，融入平时所积累的操作经验和诀窍等。

3.拆装操作，结合企业实际操作要求，理解拆装顺序和要求，学会工具和仪器的使用，理解设备结构和各部件之间的关系，达到一定的技能水平。

4.编程与调试，掌握PLC编程方法，积累PLC程序编译经验，在调试过程中不断总结经验和编程技巧，培养学生的创新能力。