時間：2022-06-24 06:45:29
序論：在您撰寫機械手畢業設計總結時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
指導老師：戴勝坤
設計要求：1、安裝資料及要求。包括：平面圖；用電負荷情況；供電電源情況；氣象及水文資料等。
2、選子：位置、型號的選擇
3、土建施工
4、設備安裝
課題二、小電流接地系統的故障選線的研究
指導老師：戴勝坤 地故障時，故障特點不是非常明顯，故障選線就顯得很有必要，所以，要求學生
比較詳細的了解國內外小電流接地系統故障選線的研究現狀和研究方法，對現有
的選線方法進行總結并加以改進，找到適合的故障選線的方法；3、 利用ATP的仿真軟件對小電流接地系統進行仿真；4、撰寫畢業論文。
課題三、64點溫度監測與控制系統的設計
指導老師：游佳
設計內容：64點溫度監測與控制系統針對室溫環境下的溫度監控，如大型機組的軸溫，大型變壓器油溫，化學反應過程，環境測試等?？刂坪诵牟捎梦⑻幚砥骰騿纹瑱C，監測64點溫度，溫度范圍0～100℃，采用半導體溫度傳感器AD590，按矩陣方式切換輸入信號。輸出8路開關控制信號和2路PWM模擬信號（具備PID控制能力）。同時要求利用微處理器或單片機的已有通訊接口或其它工業控制網絡實現數據上傳和控制。
設計要求：1.總體方案設計，需要提出至少兩種切實可行的方案，并加以比較，選擇一種最優方案；
2.根據總體方案設計硬件電路，需要有理論依據，有分析計算過程，選擇的主要元件要有原理和說明，所有元件必須有型號和參數；
3.軟件設計，使用匯編語言或C語言編成。主要軟件必須能在設計制作的硬件電路上正確運行 ，且能夠顯示被測試對象的溫度；
4.制作硬件電路，調試硬件和軟件，完成溫度檢測與測試點切換，實現溫度上傳并在屏幕上顯示或存盤；
5.撰寫畢業論文，嚴格按照畢業論文標準，論文引用其它文章和相關技術資料不得多于40%。
課題四、 用8051單片機設計一交通信號燈模擬控制系統的設計
指導老師：潘紋
一、設計任務與要求：
用單片機8051設計一個十字路口的紅、綠、黃交通信號燈控制系統，要求如下：
1）用紅、綠、黃三色發光二極管作信號燈。考慮到學生設計時的難度，只考慮一條道路相對的兩個方向，每個方向有紅、綠、黃三個燈。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，每隔30秒紅綠燈交替變化。在每次由綠燈亮變成紅燈亮或者由紅燈亮變成綠燈亮的交替變化轉換時要求黃燈閃爍5秒，給行駛中的車輛有時間?？康浇芯€之外。
2）能實現正常的計時顯示功能。用倒計時方法顯示紅燈、綠燈、黃燈還需亮的時間。
3）能實現控制器總清零功能。 按下某個鍵后，系統實現總清零，計數器由初始狀態開始計數，對應狀態的指示燈亮。 二、根據設計任務與要求：畫出設計總電路圖，寫出設計程序。
課題五、單片機步進電機控制器的設計
指導教師：游佳
設計要求:1.用MCS-51單片機,通過軟件編程,設計一個步進電機控制器。要求能對步進電機實現正、反轉及速度控制，同時能對步進電機進行位置控制，即能控制步進電機從一個位置精確地運行到另一個位置。
課題六、傳感器在機電一體化系統中的應用及發展的研究
指導老師：周小薇
論文要求：1.了解傳感器在機電一體化系統中的作用及地位
2.機電一體化系統中常用傳感器的類型、特點、結構及用途等
3.如何為機電一體化系統選擇傳感器（舉例說明）
4.機電一體化系統中常用傳感器的發展
相關知識：本課題要求學生綜合《傳感器技術》《機電一體化技術》《控制電機》等相關知識進行編寫。
課題七、水輪機制動系統的設計
指導老師：周小薇
設計要求：
掌握一定的電氣控制技術的基礎知識，可以利用PLC進行編程，并且對氣壓傳動和液壓傳動有一定的了解。還要求能夠運用基本的繪圖軟件進行繪圖。
設計內容：
本設計共有三個部分：電氣控制部分、流體控制部分、PLC編程部分。
（一）電氣控制部分設計任務： 2.24點制動閘動作后向PLC發出制動成功或復位信號
3.壓力站氣路壓力數顯示向PLC發出4～20mA的模擬信號
4.根據PLC傳送來的4～20mA的模擬信號，顯示相應的轉速。
（二）流體控制部分設計任務：
采用節流閥控制流量，水份分離器凈化空氣，兩個三通換向閥分別控制汽缸的上、下腔；氣液混用三通球閥進行氣、油的轉換控制，多塊壓力表可直接讀數等。
（三）PLC編程部分設計任務：
根據給出的梯形圖進行編程。
課題八、畢業設計題目：恒壓供水系統設計
指導教師：黃衛庭
構成：PLC系統、變頻器、檢測保護電路、轉速測量等環節
要求：1、采用PWM變頻調速
2、有具體結構圖及外形圖
3、選用元器件合適
4、有控制電路圖、主電路原理圖、PLC程序框圖和清單
[注意：選題要結合實際供水工作。要求寫明本設計所涉及的分析方法或技術手段（如定性、定量分析的方法）；要求有學生獨立的見解，設計內容要詳細寫明具體步驟]。
課題九、兩種液體混合的設計
指導老師：葉俊 一、控制要求
1．初始狀
此時各閥門關閉，容器是空的。 SL1=SL2=SL3=OFF
M＝OFF
二、起動操作
按下起動按鈕，開始下列操作： (2)液體B流入，液面達到SL1時，YV2=OFF，M＝ON，開始攪拌；
(3)混合液體攪拌均勻后（設時間為l0s），M＝OFF，YV3＝ON，放出混合液體；
(4)當液體下降到名 SL2時，SL2從ON變為OFF，再過20s后容器放空，關閉YV3，YV3=OFF，完成一個操作周期；
(5)只要沒按停止按鈕，則自動進入下一操作周期?！?/p>
三、停止操作
按一下停止按鈕，則在當前混合操作周期結束后，才停止操作，使系統停止于初始狀態。
四、要求：用歐姆龍型PLC技術設計
課題十、機械手控制的設計
指導老師：葉俊
一、機械手工作過程，且每次循環動作均從原位開始。
二、控制要求
1．在傳輸帶A端部，安裝了光電開關PS，用以檢測物品的到來。當光電開關檢測到物品時為ON狀態。
2.機械手在原位時，按下起動按鈕，系統起動，傳送帶A運轉。當光電開關檢測到物品后，傳送帶A停。
3．傳輸帶A停止后，機械手進行一次循環動作，把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B(連續運轉）上。
4.機械手返回原位后，自動再起動傳送帶A運轉，進行下一個循環。
5．按下停止按鈕后，應等到整個循環完成后，才能使機械手返回原位，停止工作。
6.機械手的上升／下降和左移／右移的執行結構均采用雙線圈的二位電磁閥驅動液壓裝置實現，每個線圈完成一個動作。
7.抓緊／放松由單線圈二位電磁閥驅動液壓裝置完成，線圈通電時執行抓緊動作，線圈斷電時執行放松動作。
8.機械手的上升、下降、左移、右移動作均由極限開關控制。
9.抓緊動作由壓力繼電器控制，當抓緊時，壓力繼電器動合觸點閉合。放松動作為時間控制（設為2s）。
要求：用歐姆龍型PLC技術設計
課題十一、建立機械全自動洗衣機的工作電路模型
指導老師：方瑋
結構：由電動程控器、水位開關、安全開關（蓋開關）、排水選擇開關、 不排水停機開關、貯水開關、漂洗選擇開關、洗滌選擇開關等組成。工作原理：通過各種開關組成控制電路，來控制電動機、進水閥、排水電磁鐵及蜂鳴器的電壓輸出，使洗衣機實現程序運轉。
主要內容：進水控制電路，電動機控制電路，排水系統電路等。
要求：結合洗衣機的工作過程，給出以上電路模型號并說明原理，論文不少于5000字
課題十二、工廠變配電所的設計
指導老師：居劍文
一、設計的要求
根據設計課題的技術指標和給定條件，能夠獨立而正確地進行方案認證和設計計算，要求概念清楚，方案合理，方法正確，步驟完整。
要求會查閱有關參考資料和手冊等
要求學會選擇有關元件和參數
要求學會編制有關電氣系統圖和編制元件明細表
要求學會編寫設計說明書
二、設計說明書的內容
負荷計算及無功功率補償計算。
變配電所所址和型式的選擇。
變電所主變壓器臺數、容量及類型的選擇（配電所設計不含此內容）。
變電所主結線方案的設計
短路電流的計算
變配電所一次設備的選擇
變配電所二次回路方案的選擇及繼電保護裝置的選擇與整定
變電所防雷保護與接地裝置的設計
編寫設計說明書及主要設備材料清單
10、繪制變電所主結線圖、平面圖和必要的剖線圖、二次回路圖及其它的施工圖樣。
課題十三、電纜－架空混合線路的繼電保護問題的研究
指導老師：方瑋 研究現狀，了解目前電纜－架空混合線路的保護的配置的方法，優缺點，并根據
電纜的特點，架空線路的特點，提出適合于混合線路的保護的方案；
3、 提出適合于電纜－架空混合線路的繼電保護的方案； 4、撰寫畢業論文。
課題十四、鉸鏈四桿機構的運動特性分析
指導老師：潘紋
設計任務與要求
1）對鉸鏈四桿機構中的曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構三種基
本類型的運動特性進行分析。
2）每種類型各舉一個日常生活中常見的實例，畫出其基本圖表。對每種
類型要求用falsh或者authorware等做一個能動的形象逼真的例子。如吊起重物的起重機、運動的火車的機輪、橢圓儀、翻箱機、機械手爪等。
課題十五、數控銑床及加工中心產品加工工藝設計
指導老師：倪祥明 課題十六、機械手直線運動液壓系統的制作
指導教師：黃國祥
目的：實現機械手水平、垂直兩個方向的機械運動
任務：1、系統方案的設計與計算；液壓泵、液壓閥等技術參數的選擇；液壓輔助部件的選擇與購買。
2、液壓缸的加工制作。
3、液壓系統的安裝與調試。
4、電路系統的安裝。
5、技術資料整理與電子文檔的制作。
要求： 1、分組布置任務，每組可以是1人以上。
2、電子文檔要求打印，字數不少于5000字。
3、現場展覽制作產品，參加答辯。
課題十七、“中國結”造型設計
指導教師：張蓉
1.畢業設計的基本任務
著重提高在CAD/CAM軟件應用方面的實踐技能，樹立嚴謹的科學作風，培養綜合運用理論知識解決實際問題的能力。通過創建中國結造型設計、市場推廣、資料整理等環節，初步掌握應用CAD/CAM進行工業造型設計的方法和基本技能。
2.畢業設計的基本要求
通過畢業設計各環節的實踐，應達到如下要求：
靈活運用所學Pro/e軟件創建“中國結”,打印出造型設計步驟和造型圖；
對造型出來的“中國結”進行包裝設計。如用Photoshop或3dmax等軟件進行包裝，打印出用于市場推廣的效果圖；
寫出500字左右的論文小結
培養一定自學能力和獨立分析問題、解決問題能力；
通過畢業設計實踐，樹立嚴肅認真、一絲不茍、實事求是的工作作風，并培養自己具有一定的生產觀點、經濟觀點、全面觀點及團結協作的精神。
3.“中國結”造型參考圖：
（造形和尺寸自定義）
課題十八、“福娃”造型設計
指導教師：羅進生
1.畢業設計的基本任務
著重提高在CAD/CAM軟件應用方面的實踐技能，樹立嚴謹的科學作風，培養綜合運用理論知識解決實際問題的能力。通過創建“福娃”造型設計、市場推廣、資料整理等環節，初步掌握應用CAD/CAM進行工業造型設計的方法和基本技能。
2.畢業設計的基本要求
通過畢業設計各環節的實踐，應達到如下要求：
靈活運用所學Pro/e軟件創建“福娃”,打印出造型設計步驟和造型圖；
對造型出來的“福娃”進行包裝設計。如用Photoshop或3dmax等軟件進行包裝，打印出用于市場推廣的效果圖；
寫出500字左右的論文小結；
培養一定自學能力和獨立分析問題、解決問題能力；
通過畢業設計實踐，樹立嚴肅認真、一絲不茍、實事求是的工作作風，并培養自己具有一定的生產觀點、經濟觀點、全面觀點及團結協作的精神。
3.“福娃”造型參考圖：
課題十九、大功率高頻直流開關電源的設計
指導老師： 倪濤
通過該題目的設計,加強電力電子的學習和理解，系統學習開關電源的設計方法，綜合運所學過的知識,培養獨立工作，解決實際問題的能力，為走向工作崗位打一定的基礎
內容：
按技術參數設計一臺直流開關電源
主要技術參數：
輸入電壓：三相交流380V 輸入頻率：50HZ
輸 出：恒流50安 輸出電流變動范圍：0---50安連續可調
輸出電壓：0—60伏
要求：
1.按要求分階段寫文字材料；
2. 3.論文要按要求格式打?。?/p>
4.獨立完成
設計步驟：
1.閱讀國內外有關 2.選定開關電源集成控制器，學習其工作原理、應用方法；
3.主電路方案選擇，要有技術經濟比較；
4.主電路設計；
5.元器件的設計、計算、選擇；
6.控制電路、保護電路的設計；
7.打印論文
課題二十、三層樓電梯PLC控制系統設計與調試
指導老師：倪濤
設計內容： 1、不允許同時有兩層樓要求停電梯；
2、當二層不需要停時，能越過二層直接到達所需樓層。
要求：
分階段寫文字材料；
2、 3、論文要按要求格式打??；
4、獨立完成
步驟：
1、設計I/O配線表。
2、設計出電梯控制的梯形圖。
3、寫出指令表。
4、用編程器輸入指令。
調試運行。
課題二十一、車輛出入庫管理PLC系統設計
指導老師：楊芳
內容：編制一個用PLC控制的車輛出入庫管理梯形圖控制程序,控制要求如下:
1、入庫車輛前進時,計數器加1,后退則減1.
2、出庫車輛前進時計數器減1,后退則加1.
3、要求有顯示屏指示車庫內車輛的實際數目.
要求：
1.根據題意設計顯示電路，并按圖連接。
2.畫PLCI/O接口連線圖，并按圖連接。
3.編制梯形圖及指令語句表。
4.完成系統調試，實現控制要求。
課題二十二、水塔水位控制PLC系統設計
指導老師：楊芳
內容：1、保持水池的水位在S3——S4之間，當水位低于S3，則打開閥門進水，水位到達S4時，則關閉閥門。 水塔水位控制面板
要求：1.根據題意設計顯示電路，并按圖連接。
2.畫PLCI/O接口連線圖，并按圖連接。
3.編制梯形圖及指令語句表。
4.完成系統調試，實現控制要求。
課題二十三、用PRO/E軟件進行玩具造型設計
指導教師：羅進生
要求：利用軟件進行實體造型，寫出具體造型步驟。步驟清晰合理，造型思路明確。可以自己設計玩具形狀，分析所設計玩具市場前景。
參考圖樣：
課題二十四、基于PROE軟件的機械制圖三維模型庫開發及應用
指導老師：李廣坤
目前存在的主要問題我院機械類專業含機電、機械、數控、模具、汽車等相關專業。目前，畢業設計中存在的主要問題有以下幾種：
1.關注點不一樣，學校和學生意見分歧由于教育行政部門每年都要對畢業論文（設計）進行抽檢評優，所以學校很緊張，萬一結果不好，影響學校的聲譽。但現狀是，機械類專業絕大多數學生從第5學期中后期開始進行頂崗實習，而且大部分從事的是機床操作和產品檢驗、包裝等工種，沒有太多的技術含量，與“設計”無緣。少部分學生在產品銷售崗位實習，還有部分在售后服務崗位實習，與“設計”關系都不大，學生看不到畢業設計對他們將來的工作有多大作用，他們更關注的是就業。因此，沒有太大的動力去認真地搞畢業設計。由于學校對老師有要求，老師本意當然想認真地指導學生，可是學生在頂崗實習階段，不能與老師經常見面，有的根本見不了面，只能通過電話、網絡溝通，學生上網不便，郵件也說不清楚，老師只能過一段時間督促一下，指導效果大打折扣。
2.畢業設計所需信息和資料難以搜集，影響進度畢業設計階段，學生都在企業頂崗實習，企業沒有專門的提供給學生的圖書館、機房、網絡、實驗室等畢業設計所必須的基本條件。學生對相關專業資料的搜集、分析、利用等能力相對較弱，這些資源的缺乏令學生在選題、開題和具體實施階段顯得無從下手，只能胡亂參照往年或網上資料相關題目。例如，機械類專業學生中期檢查交上來的題目大多是軸類、箱體類、圓盤類零件的加工工藝及數控編程、各種零件的模具設計、各種普通機床經濟型數控化改造、電梯和機械手、水位、各種生產線等的PLC控制、機床夾具設計、機械設備的故障診斷與維修等等，題目有的大而空，有的是課程設計內容，有的是教材上的實例。學生撰寫論文時參考教材或網絡公開資料過多，沒有什么數據支撐，也沒有什么自己的觀點和實際作品，談不上論文的質量及學生水平的提高。
3.學生方面的原因江蘇省這幾年的高職招生，有提前單招，有注冊入學，還有中職對口單招，最后，通過真正參加高考錄取的考生，所占比例已經較少了。即使是這些學生，錄取的分數也很低。而且，江蘇省錄取的總人數已經超過了報考學生總數，基本上只要想上學，都能上。所以招進來的學生的知識基礎較差，學習興趣不高，水平和能力又參差不齊。畢業設計和頂崗實習時間重疊，絕大部分學生是自己通過人才市場選擇的實習企業，崗位要求學生和正式用工一樣的工作時間和強度，學生每天上8小時甚至12小時的班，有的企業兩班倒，有的三班倒，沒有精力再去搞畢業設計。另一方面，在學校的前兩年，也沒有好好學習專業知識，造成很多學生不知道畢業設計要做什么，怎么做。老師給學生的課題，學生做不了，學生自己定的題目，又很不恰當。勉強寫出的論文不規范，文字欠通順，表述設計意圖和設計方案邏輯性不強，質量很低，有的直接抄襲論文或干脆購買，沒有起到培養綜合能力和科研水平的目的。
4.指導老師方面的原因由于學生多而專業教師少，教師的指導工作量過大，一般平均每位專業教師要承擔十多個學生的畢業設計指導，學生遠在四處各地，老師無法對學生進行細致、系統和及時的指導和檢查。而且本身又有繁重的教學工作，老師的精力跟不上。另外，各個學校重點關注的是招生就業，使得老師可能不太重視畢業設計工作，不愿多花時間與精力。從教師本身來看，高職院校的年輕教師很多是剛從學校畢業的，沒有實踐環節，只能照本宣科；年長教師，沒有知識更新的再教育環節，對新技術不太了解。老師自己實踐水平不高，給學生的選題，為回避實踐環節，很多選擇了與工程實際相脫離的綜述類題目或計算機仿真題目。這些都使畢業設計指導工作難度增大，難以保證質量。
二、對策分析
1.提前啟動畢業設計工作在人才培養方案中，將各主要專業課程向前兩學年轉移，減少第三學年的計劃課程。第五學期初開始畢業設計，包括落實任務、查閱資料，掌握畢業設計的基本程序、要求，完成畢業論文的總體框架設計。學生在校完成畢業論文總體框架后，到企業、實習基地邊實習邊做畢業設計，更有針對性，學生不再感到茫然。
2.充分利用畢業頂崗實習到用人單位進行半年以上頂崗實習，是高職院校落實《教育部關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》（教高[2006]16號）文件精神，大力推行“校企合作、工學結合”，突出高職教育特色，改革人才培養模式的重要舉措。這幾年，我院機械類學生的頂崗實習已提前至第5學期的下半學期，由于企業對技能型人才的需求較旺，所以，絕大部分學生自己都能較容易找到相關實習崗位。學生帶著各自初擬的畢業設計課題，分散到不同地方、不同部門進行畢業實習，這種分散實習的方式不會影響企業的生產秩序，比較容易被企業接受；還有部分學生，在第3或者第4學期已經選擇了進入與學校簽有合作培養協議的“訂單班”學習，我系有“上海鴻得利”、“富士康”、“億滋”、“無錫松下”等眾多訂單班，學生完成基本專業知識學習后直接進入這些單位頂崗實習。畢業設計的內容與實際所從事的崗位聯系，如果與初擬的框架有沖突，可再作研究內容和方法的調整，甚至重新開展課題研究。做到理論聯系實際，提高學生的解決實際問題能力，提高畢業設計的質量。
3.校企共同指導學校自己聘請公司的技術人員做企業兼職指導教師，實現校企共同指導畢業設計。校內指導教師主要負責畢業設計規范化指導，負責過程管理，制定畢業設計流程，對畢業設計的各個環節進行監督檢查，對后期的畢業論文的撰寫進行指導和審核。保持與企業指導教師、畢業生的聯系與溝通。企業的指導教師負責具體的技術、內容指導，提供企業相關資料以及學生與實習企業合作環境的協調。學校應支付企業導師一定報酬，同時，企業導師參與答辯要占到一定比例。我院建立了頂崗實習管理平臺，要求學生頂崗實習期間至少每周寫一次周記，每個周記提出一個工作問題，解決一個工作問題，學習一個工作中需要的新知識點，詳細記錄，并報告指導教師，指導老師進行點評、指導，隨時關注學生動態，及時解決學生在實習過程中遇到的問題。另外，學生還要完成手寫的實習報告，也按周填寫，學生的企業指導老師，對學生一周的工作進行評價、總結.
4.豐富畢業設計課題來源
（1）指導教師的科研課題。此類型題目所占比例呈逐年上升趨勢。原因主要是近幾年學校科研環境的改善及本系教師隊伍的完善，科研項目逐漸增多，項目層次包括院級、市級、省級、國家級。
（2）依托技能競賽及各級各類創新創業大賽開展畢業設計的實踐活動。鼓勵學生積級申報江蘇省大學生實踐創新項目，參加大學生機械設計大賽、自動化生產線安裝與調試、汽車維修、汽車營銷、數控操作大賽、大學生創業大賽、職業規劃大賽等。畢業設計開始時間可以依據競賽時間進行調整，畢業設計可以以綜合性競賽項目實物作為成果，由競賽輔導教師兼任畢業設計指導教師，對學生在前期創新過程中的作品進行完善和理論升華。通過技能競賽學生熟練了技能，樹立了競爭意識、團隊意識，更嘗到了學習技能、精通技能的甜頭。
（3）學生自己確立的課題。題目主要來自畢業頂崗實習或者將要就業的單位，收集與實際工作相關的資料，在導師的指導下確定畢業設計題目。這說明學生下企業頂崗實習為畢業設計的選題提供了大量的專業實踐機會。對于部分搞不了設計的學生，要求他們將實習體會寫下來，形成實習報告。
（4）模具、數控、機械、機電專業跨專業整合，開展任務驅動、項目導向的畢業設計課題探索，使學生綜合能力與素質得到全面提升。
（5）參與教師的教學活動。學生參與教學課件的制作，如機械設計基礎、液壓與氣動技術、夾具設計、數控編程、模具設計等課程中的動畫、視頻的制作。既鞏固了所學專業知識，又熟練掌握常用軟件的操作，為將來的工作打下了良好的基礎。
（6）不斷完善畢業設計課題類型，開設畢業設計指導課程。經過這幾年的實踐總結，我們大體上把機械類高職畢業設計的類型分為以下幾類，同時，我院已開設指導畢業設計的相關課程或講座。1）工藝夾具類。此類主要完成各種零件的加工工藝編制及加工零件所需夾具的設計。2）數控編程類。主要完成零件的加工工藝編制及數控編程，可以和機械設計類結合，以團隊的形式，完成機構的設計、機構零件的數控編程、加工。3）注塑、沖壓模具類。主要完成各種注塑、沖壓模具設計。4）機械設計類。減速器、機器人、機械手、各種泵、控制裝備、農業機械、汽車、液壓系統及各種設備的設計。5）機床類。機床主傳動系統及進給系統設計、鉆床、銑床、組合機床設計，也可以利用學校的金工實習車間進行各類機床的拆裝、測繪訓練。6）機械類課程圖形庫、動畫庫、試題庫建設。7）機電一體化類普通車床數控化改造及各種設備的PLC控制系統設計。8）機電設備或生產線故障分析與診斷。
（7）答辯形式多樣化。答辯可以采取多種形式，答辯地點可以選擇校內的多媒體教室、實訓室，也可以搬到校外學生頂崗實習的企業現場，邀請企業指導老師、技術人員、學生的同事一起參加答辯；答辯形式可以是陳述性答辯，也可以是作品展示性答辯；團隊項目，可指定一人進行答辯。要保證各類形式如實習報告類、調查報告類、市場調研類、創業計劃類、售后報告分析類、設計類都可以參加答辯。
三、總結
根據上面分析，現在的畢業設計質量較難保證，而現有國情下高職畢業設計暫時無法替代。但是，畢業設計也應隨著形勢的發展進行較大程度的改革，否則，不能發揮起應有的過渡橋梁作用，有以下幾點值得思考：
（1）是否能強化課程綜合實訓和課程設計，淡化畢業設計。例如機械設計基礎課程結合CAD/CAM課程進行綜合實訓；液壓與氣動技術、機械制造基礎、PLC等進行課程設計；數控編程與操作理論課程結合實訓進行典型零件的數控編程與加工訓練。這樣的訓練更扎實，更有實效。
（2）畢業設計過程要增強學生對畢業設計的認識、讓學生明確其目的和意義。
（3）畢業設計是一個綜合訓練的環節。完整的畢業設計過程應該包括專業實習、文獻檢索、題目選擇、資料收集整理、大綱擬定、試驗數據獲取、理論計算、論文寫作與論文答辯等環節。這些環節能使學生受到完成一個實際項目所必需的綜合基本訓練，對學生將來的工作和可能情況下的深造意義非凡。
關鍵詞：機械手；PLC；液壓伺服定位；電液系統
目 錄
第1章 前言............................................................. 1
1.1 選題背景. 1
1.2 設計目的. 1
1.3 發展現狀和趨勢. 1
第2章 機械手各部件的設計. 3
2.1機械手的總體設計. 3
2.1.1 機械手總體結構的類型. 3
2.1.2 具體設計方案. 4
2.2機械手手爪結構的設計. 4
2.2.1 設計要求. 4
2.2.2 驅動方式. 5
2.2.3 典型結構. 5
2.2.4 具體設計方案. 6
2.3機械手手腕結構的設計. 7
2.3.1 手腕結構的設計要求. 7
2.3.2 具體設計方案. 7
2.4機械手手臂構的設計. 8
2.4.1 手臂結構的設計要求. 8
2.4.2 具體設計方案. 8
2.5機械手腰座結構的設計. 9
2.5.1 腰座結構的設計要求. 9
2.5.2 具體設計方案. 9
2.6機械手的機械傳動機構的設計. 10
2.6.1 傳動機構設計應注意的問題. 10
2.6.2 常用的傳動機構形式. 10
2.6.3 具體設計方案. 11
2.7機械手驅動系統的設計. 12
2.7.1 常用驅動系統及其特點. 12
2.7.2 具體設計方案. 12
2.8機械手手臂的平衡機構設計. 12
2.8.1 平衡機構的形式. 12
2.8.2 具體設計方案. 13
第3章 理論分析和設計計算. 14
3.1電機選型有關參數計算. 14
3.1.1 有關參數的計算. 14
3.1.2 電機型號的選擇. 16
3.2液壓傳動系統設計計算. 18
3.2.1 確定液壓系統基本方案. 18
3.2.2 擬定液壓執行元件運動控制回路. 19
3.2.3 液壓源系統的設計. 19
3.2.4 繪制液壓系統圖. 20
3.2.5 確定液壓系統的主要參數. 21
3.2.6 計算和選擇液壓元件. 26
第4章 機械手控制系統的設計. 28
4.1系統硬件設計. 28
4.1.1 操作面板布置. 28
4.1.2 工藝過程與控制要求. 28
4.1.3 作業流程. 29
4.1.4 控制器的選型. 30
4.1.5 控制系統原理分析. 31
4.1.6 PLC外部接線設計. 31
4.1.7 I/O地址分配. 32
4.2系統軟件設計. 33
4.2.1 控制主程序流程圖. 33
4.2.2 控制程序設計. 34
結論. 51
致謝................................................................52
參考文獻.......................................................... 53
第一章 前言
1.1選題背景
由于工業自動化的全面發展和科學技術的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業自動化的要求，因此，必須利用先進設備生產自動化機械以取代人的勞動，滿足工業自動化的需求。其中機械手是其發展過程中的重要產物之一，它不僅提高了勞動生產的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統或柔性制造單元，可以節省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。但目前我國的工業機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規模和產業化水平低，機械手的研究和開發直接影響到我國機械行業自動化生產水平的提高，從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計具有重要意義。
1.2設計目的
目前，我國大多數工廠的生產線上數控機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產效率低，而且具有一定的危險性，已經滿足不了生產自動化的發展趨勢。為了提高工作效率，降低成本，并使生產線發展成為柔性制造系統，適應現代機械行業自動化生產的要求，針對具體生產工藝，結合機床的實際結構，利用機械手技術，設計用一臺上下料機械手代替人工工作，以提高勞動生產率。本機械手主要與數控機床組合最終形成生產線，實現加工過程的自動化和無人化。
1.3發展現狀和趨勢
目前，國內外各種機械手和機械手的研究成為科研的熱點，其研究的現狀和大體趨勢如下：
一．機械結構向模塊化、可重構化發展。
二．工業機械手控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，結構小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性，而且維修方便。
三．機械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，還引進了視覺、聽覺、接觸覺傳感器，使其向智能化方向發展。
四．關節式、側噴式、頂噴式、龍門式噴涂機械手產品標準化、通用化、模塊化、系列化設計；柔性仿形噴涂機械手開發，柔性仿形復合機構開發，仿形伺服軸軌跡規劃研究，控制系統開發；
五．焊接、搬運、裝配、切割等作業的工業機械手產品的標準化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統動態仿真。
總的來說，大體是兩個方向：其一是機械手的智能化，多傳感器、多控制器，先進的控制算法，復雜的機電控制系統；其二是與生產加工相聯系，性價比高，在滿足工作要求的基礎上，追求系統的經濟、簡潔、可靠，大量采用工業控制器，市場化、模塊化的元件。
第二章機械手各部件的設計
2.1機械手的總體設計
2.1.1機械手總體結構的類型
工業機械手的結構形式主要有四種：直角坐標結構，圓柱坐標結構，球坐標結構和關節型結構。各結構形式及其相應的特點，分別介紹如下：
1.直角坐標機械手結構特點
直角坐標機械手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現的，如圖2-1.a。由于直線運動易于實現全閉環的位置控制，因此，其運動位置精度高，但此種類型機械手的運動空間相對較小，如要達到較大運動空間，則要求機械手的尺寸足夠大。直角坐標機械手的工作空間為一空間長方體，主要用于裝配作業及搬運作業。直角坐標機械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結構。
2.圓柱坐標機械手結構特點
圓柱坐標機械手的空間運動是用一個回轉運動及兩個直線運動來實現的，如圖2-1.b。其工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機械手構造比較簡單，精度相對較高，常用于搬運作業。
3.球坐標機械手結構特點
球坐標機械手的空間運動是由兩個回轉運動和一個直線運動來實現的，如圖2-1.c。其工作空間是一個類球形的空間。這種機械手結構簡單、成本較低，但精度不很高，主要應用于搬運作業。
4.關節型機械手結構特點
關節型機械手的空間運動是由三個回轉運動實現的，如圖2-1.d。相對機械手本體尺寸，其工作空間比較大，動作靈活，結構緊湊，占地面積小。此種機械手在工業中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業。關節型機械手又分為水平關節型和垂直關節型兩種。
2.1.2具體采用方案
如圖2-2所示機械手模擬工作布局圖，根據實際操作的需要，該機械手在工作中需要3種運動，其中手臂的伸縮和立柱升降為直線運動，另一個為手臂的回轉運動，因此其自由度數目為3，綜合考慮，應選擇圓柱坐標機械手結構，其結構簡單，工作范圍相對較大，且有較高的精度，滿足設計要求。
2.2機械手手爪結構設計
2.2.1設計要求
手爪是用來進行操作及作業的裝置，其種類很多，根據操作及作業方式的不同，分為搬運用、加工用、測量用等。搬運用手爪是指各種夾持裝置，用來抓取或吸附被搬運的物體；加工用手爪是帶有噴槍、焊槍、砂輪、銑刀等加工工具的機械手附加裝置，用來進行相應的加工作業；測量用手爪是裝有測量頭或傳感器的附加裝置，用來進行測量及檢驗作業。
機械手手爪設計有如下要求：
1、機械手手爪是根據機械手作業要求來設計的。既根據其應用場合設計手爪，在滿足作業要求的前提下，機械手手爪還要求體積小、重量輕、結構緊湊。
2、機械手手爪的萬能性與專用性是矛盾的。萬能手爪在結構上很復雜，甚至很難實現，從工業實際應用出發，應著重開發各種專用的、高效率的機械手手爪，加之以快速更換裝置，以實現機械手的多種作業功能，而不主張用一個萬能的手爪去完成多種作業，以考慮設計的經濟效益。
3、機械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可適用于不同的機械手，這就要求末端執行器要有標準的機械接口（如法蘭），使末端執行器實現標準化。
4、機械手手爪要便于安裝和維修，易于實現計算機控制。
2.2.2驅動方式
一般工業機械手手爪，多為雙指手爪。按手指的運動方式，可分為回轉型和移動型；按夾持方式來分，有外夾式和內撐式兩種。
機械手夾持器（手爪）的驅動方式主要有三種：
1.氣動驅動方式
這種驅動系統是用電磁閥來控制手爪的運動方向，用氣流調節閥來調節其運動速度。由于氣動驅動系統價格較低，所以氣動夾持器在工業中應用較為普遍。另外，由于氣體的可壓縮性，使氣動手爪的抓取運動具有一定的柔順性，這一點是抓取動作十分需要的。
2.電動驅動方式
電動驅動手爪應用也較為廣泛。這種手爪，一般采用直流伺服電機或步進電機，并需要減速器以獲得足夠大的驅動力和力矩。電動驅動方式可實現手爪的力與位置控制。但是，這種驅動方式不能用于有防爆要求的條件下，因為電機有可能產生火花和發熱。
3.液壓驅動方式
液壓驅動方式是利用液壓系統進行控制，傳動剛度大，可實現連續位置控制。
2.2.3典型結構
機械手手爪的典型結構有以下五種：
1.楔塊杠桿式手爪
利用楔塊與杠桿來實現手爪的松、開，來實現抓取工件。
2.滑槽式手爪
當活塞向前運動時，滑槽通過銷子推動手爪合并，產生夾緊動作和夾緊力，當活塞向后運動時，手爪松開。這種手爪開合行程較大，適應抓取大小不同的物體。
3.連桿杠桿式手爪
在活塞的推力下，連桿和杠桿使手爪產生夾緊（放松）運動，由于杠桿的力放大作用，這種手爪有可能產生較大的夾緊力。通常與彈簧聯合使用。
4.齒輪齒條式手爪
通過活塞推動齒條，齒條帶動齒輪旋轉，產生手爪的夾緊與松開動作。
5.平行杠桿式手爪
采用平行四邊形機構，因此不需要導軌就可以保證手爪的兩手指保持平行運動，且比帶有導軌的平行移動手爪的摩擦力要小得多。
2.2.4具體設計方案
結合具體的工作情況，本設計采用連桿杠桿式的手爪。驅動活塞往復移動，通過活塞桿端部齒條，中間齒條及扇形齒條使手指張開或閉合。手指的最小開度由加工工件的直徑來調定。本設計按照工件的直徑為50mm來設計。手爪的具體結構形式如圖2-3所示：
2.3機械手手腕結構的設計
機械手手腕是機械手操作機的最末端，與手爪相連接，它與機械手手臂配合，使手爪在空間運動，完成所需要的作業動作。
2.3.1 手腕結構的設計要求
1、由于手腕安裝在機械手末端，因此要求手腕設計應盡量小巧輕盈，結構緊湊。
2、根據作業需要，設計機械手手腕的自由度。一般情況下，自由度數目愈多，腕部的靈活性愈高，對對作業的適應能力也愈強。但自由度的增加，必然使腕部結構更復雜，控制更困難，成本也會相應增加。因此，手腕的自由度數，應根據實際作業要求來確定。
3、為實現腕部的通用性，要求有標準的連接法蘭，以便于和不同的機械手手爪進行連接。
4、為保證工作時力的傳遞和運動的連貫，腕部結構要有足夠的強度和剛度。
5、要設有可靠的傳動間隙調整機構，以減小空回間隙，提高傳動精度。
6、手腕各關節軸轉動要有限位開關，并設置硬限位，以防止超限造成機械損壞。
2.3.2具體設計方案
通過對數控機床上下料作業的具體分析，考慮數控機床加工的具體形式及對機械手上下料作業時的具體要求，在滿足系統工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使機械手的結構盡量簡單，降低控制的難度，本設計手腕不增加自由度，實踐證明這是完全能滿足作業要求的，3個自由度來實現機床的上下料完全足夠。具體的手腕（手臂手爪聯結梁）結構見圖2-4。
2.4機械手手臂結構的設計
2.4.1手臂結構的設計要求
機械手的手臂在工作時，要承受一定的載荷，且其運動本身具有一定的速度，因此，機械手手臂的設計需要遵循以下設計要求：
1、工作空間的形狀和大小與機械手手臂的長度，手臂關節的轉動范圍有密切的關系，因此手臂尺寸設計應合理，一般滿足其工作空間即可。
2、為了提高機械手的運動速度與控制精度，應在保證機械手手臂有足夠強度和剛度的條件下，盡可能在結構上、材料上設法減輕手臂的重量。
3、應盡可能使機械手手臂各關節軸相互平行；相互垂直的軸應盡可能相交于一點，這樣可以使機械手運動學正逆運算簡化，有利于機械手的控制。
4、機械手各關節的軸承間隙要盡可能小，以減小機械間隙所造成的運動誤差。
5、為提高機械手手臂運動的響應速度、減小電機負載，機械手的手臂相對其關節回轉軸應盡可能在重量上平衡。
2.4.2具體設計方案
由于機械手手臂運動為直線運動，且考慮到搬運工件的重量較大（質量達30KG），以及機械手的動態性能及運動的穩定性，安全性和較高的剛度要求，因此選擇液壓驅動方式。通過液壓缸的直接驅動，液壓缸既是驅動元件，又是執行運動件，因此不用再額外設計執行件；而且液壓缸實現直線運動，控制簡單，易于實現計算機的控制。
由于液壓系統能提供很大的驅動力，因此驅動力和結構的強度都較容易實現，其關鍵在于機械手運動的穩定性和剛度的設計。因此手臂液壓缸的設計原則是液壓缸的直徑取得大一點（在整體結構允許的情況下），再進行強度的較核。
同時，因為控制和具體工作的要求，機械手的手臂的結構不能太大，若僅僅通過增大液壓缸的直徑來增大剛度，是不能滿足系統剛度要求的。因此，在設計時另外增設了導桿機構，小臂增設了兩個導桿，與活塞桿一起構成等邊三角形的截面形式，盡量增加其剛度；大臂增設了四個導桿，成正四邊形布置，為減小質量，各個導桿均采用空心結構。通過增設導桿，能顯著提高機械手的運動剛度和穩定性，比較好的解決了結構、穩定性的問題。
2.5機械手腰座結構的設計
2.5.1腰座結構的設計要求
機械手的腰座，就是機械手的回轉基座。它是機械手的第一個回轉關節，承受了機械手的全部重量。因此在設計機械手腰座結構時，有以下設計要求：
1、由于腰座要承受機械手全部的重量和載荷，因此，機械手腰座的結構要有足夠大的強度和剛度，以保證其承載能力，且腰座是機械手的第一個回轉關節，它對機械手末端的運動精度影響最大，因此，在設計時要特別注意腰部軸系及傳動鏈的精度與剛度。
2、腰部結構要便于安裝、調整。要有可靠的定位基準面和調整機構。且腰座要安裝在足夠大的基面，以保證機械手在工作時整體安裝的穩定性。
3、腰部的回轉運動要有相應的驅動裝置，它包括驅動器及減速器。驅動裝置一般都帶有速度與位置傳感器，以及制動器。
4、為了減輕機械手運動部分的慣量，提高控制精度，要求回轉運動部分由比重較小的鋁合金材料制成，而不運動的基座是用鑄鐵或鑄鋼材料制成。
2.5.2具體設計方案
腰座回轉的驅動形式主要有兩種，一是電機通過減速機構來實現，二是通過擺動液壓缸或液壓馬達來實現?？紤]到腰座是機械手的第一個回轉關節，對機械手的最終精度影響大，故采用電機驅動來實現腰部的回轉運動。因為電動方式控制的精度高，結構緊湊，不用額外設計液壓系統及其輔助元件。由于電機都不能直接驅動，并考慮到轉速以及扭矩的具體要求，故采用大傳動比的齒輪傳動系統進行減速和扭矩的放大。由于齒輪傳動存在著齒側間隙，影響傳動精度，故僅采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于100），同時為了減小傳動誤差，齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。腰座具體結構如圖2-5所示：
2.6機械手的機械傳動機構設計
2.6.1傳動機構設計應注意的問題
由于傳動部件直接影響著機械手的精度、穩定性和快速響應能力，因此，在設計機械手的傳動機構時要注意以下問題：
1、機械手的傳動機構要力求結構緊湊，重量輕，體積小，以提高機械手的運動速度及控制精度。并在傳動鏈及運動副中采用間隙調整機構，以減小反向空回所造成的運動誤差。
2、盡量減少系統運動部件的靜摩擦力，而正摩擦力為盡可能小的正斜率，以消除爬行現象，增加系統壽命。
3、盡量縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度。
4、選用最佳傳動比，以達到提高系統分辨率、減少等效到執行元件輸出軸上的等效轉動慣量，盡可能提高加速能力。
5、適當的阻尼比。阻尼比越大，零件產生振動時最大振幅越小，衰減越快。但大的阻尼會使系統誤差增大，精度降低。故應采取合適的阻尼比。
2.6.2常用的傳動機構形式
常用的機械傳動機構主要有螺旋傳動、齒輪傳動、鏈傳動、同步帶傳動等。
1.螺旋傳動
它主要是用來將旋轉運動變換為直線運動或將直線運動變換為旋轉運動。有傳遞能量為主的，如螺旋壓力機、千斤頂等；有以傳遞運動為主的，如機床工作臺的進給絲杠。
2.齒輪傳動
在機械手中常用的齒輪傳動機構有圓柱齒輪，圓錐齒輪，諧波齒輪，擺線針輪及蝸輪蝸桿傳動等。
齒輪傳動部件是轉矩、轉速和轉向的變換器，用于伺服系統的齒輪減速器是一個力矩變換器。齒輪傳動時，齒輪傳動形式及其傳動比必須是最佳匹配，應滿足驅動部件與負載之間的位移及轉矩、轉速的匹配要求，其輸入電動機為高轉速，低轉矩，而輸出則為低轉速，高轉矩，且系統要有足夠的剛度。同時，為保證在同一驅動功率時，其加速度響應最大，還要求其轉動慣量盡量小。為使系統穩定，不產生傳動死區，要盡量采用齒側間隙小，精度高的齒輪，并采用調整齒側間隙的方法來消除或減小嚙合間隙，從而提高傳動精度和系統的穩定性，降低成本。
3.鏈傳動
在機械手中鏈傳動多用于腕傳動上，為了減輕機械手末端的重量，一般都將腕關節驅動電機安裝在小臂后端或大臂關節處。由于電機距離被傳動的腕關節較遠，故采用精密套筒滾子鏈來傳動。
4.同步帶傳動
同步帶傳動是綜合了普通帶傳動和鏈傳動優點的一種新型傳動。為保證帶和帶輪作無滑動的同步傳動，在帶的工作面及帶輪外周上均制有采用承載后無彈性變形的高強力材料制成嚙合齒，通過齒間嚙合進行傳動。其特點是傳動比準確、傳動效率高（可達98%）、節能效果好；能吸振、噪聲低、不需要；傳動平穩，能高速傳動（可達40m/s）、傳動比可達10，結構緊湊、維護方便等優點，故在機械手中使用很多。
2.6.3具體設計方案
因為選用了液壓缸作為機械手的手臂，它既是關節結構，又是動力單元，因此不需要中間傳動機構，既簡化了結構，又提高了精度。而其腰座的回轉采用步進電動機驅動，而電動機不能作為直接驅動元件，因此為取得較大的轉矩，經分析比較，選擇圓柱齒輪傳動。為了保證比較高的精度，盡量減小因齒輪傳動造成的誤差；同時大大增大扭矩，以較大的降低電機轉速，使機械手的運動平穩，動態性能好。這里只采用一級齒輪傳動，采用大的傳動比（大于100），齒輪采用高強度、高硬度的材料，高精度加工制造。
2.7機械手驅動系統設計
2.7.1常用驅動系統及其特點
工業常用驅動系統，按動力源分為液壓、氣動和電動三大類。根據需要也可將這三種基本類型組合成復合式的驅動系統。這三類基本驅動系統的主要特點如下。
1.液壓驅動系統
具有動力大、力（或力矩）與慣量比大、快速響應高、易于實現直接驅動、精度高等特點。適合于在承載能力大，慣量大以及在防火防爆的環境中工作的機械手。
2.氣動驅動系統
具有速度快，系統結構簡單，維修方便、價格低等特點。適用于中、小負荷的機械手中采用。但是因難于實現伺服控制，多用于程序控制的機械手中。
3.電動驅動系統
具有使用方便，噪聲較低，控制靈活等特點。這類驅動系統不需要能量轉換，但大多數電機后面需安裝精密的傳動機構。
2.7.2具體設計方案
在分析了具體工作要求后，綜合考慮各個因素，機械手腰部的旋轉運動需要一定的定位控制精度，因此采用步進電動機來實現。由于手臂采用液壓缸，故用液壓驅動。隨著機床加工的工件的不同，手臂伸出長度不同，要求手臂具有伺服定位能力，故采用電液伺服液壓缸進行驅動。而手爪的張開和夾緊通過液壓柱塞缸活塞與中間齒輪和扇形齒輪配合來實現，即手爪在柱塞缸推力作用下通過活塞桿端部齒條、中間齒輪及扇形齒輪使手指張開和閉合。
2.8 機械手手臂的平衡機構設計
直角坐標型、圓柱坐標型和球坐標型機械手可以通過合理布局，優化設計結構，使得手臂本身可能達到平衡。關節機械手手臂一般都需要平衡裝置，以減小驅動器的負荷，同時縮短啟動時間。
2.8.1平衡機構的形式
1.配重平衡機構
這種平衡裝置結構簡單，平衡效果好，易于調整，工作可靠，但增加了機械手手臂的慣量與關節軸的載荷。一般在機械手手臂的不平衡力矩比較小的情況下采用這種平衡機構。
2.彈簧平衡機構
彈簧平衡機構，機構簡單、造價低、工作可靠、平衡效果好、易維修，因此應用廣泛。
3.活塞推桿平衡機構
活塞式平衡系統分為兩種，一是液壓平衡系統，二是氣動平衡系統。其中液壓平衡系統平衡力大，體積小，有一定的阻尼作用；而氣動平衡系統，具有很好的阻尼作用，但體積比較大?；钊狡胶庑枰鋫溆袑ｉT的液壓或氣動裝置，系統復雜，因此造價高，設計、安裝和調試都增加了難度，但是平衡效果好。用于配重平衡、彈簧平衡滿足不了工作要求的場合。
2.8.2具體設計方案
因為本機械手采用圓柱坐標型的結構，而且在手臂的結構設計以及整個機械手的設計和布局中都重點考慮了機械手手臂的平衡問題，通過合理布局，優化設計結構，使得手臂本身盡可能達到平衡。若實際工作中平衡結果不滿足，則設置彈簧平衡機構進行平衡。
第3章 理論分析和設計計算
3.1電機選型有關參數計算
3.1.1有關參數的計算
1.若傳動負載作直線運動（通過滾珠絲杠）則有
具體到本設計，因為步進電機是驅動腰部的回轉，傳遞運動形式屬于第二種。下面進行具體的計算。
因為腰部回轉運動只存在摩擦力矩，在回轉圓周方向上不存在其他的轉矩，則在回轉軸上有；
3.1.2電機型號的選擇
根據以上計算結果，并綜合考慮各方面因素，決定選擇北京和利時電機技術有限公司（原北京四通電機公司）的步進電機，具體型號為：
110BYG550B-SAKRMA-0301 或 110BYG550B-SAKRMT-0301 或 110BYG550B-BAKRMT-0301，該步進電機高轉矩，低振動，綜合性能很好，各項參數如表3-2。
其中 110BYG550B-SAKRMA-0301型步進電機矩頻特性曲線和相關技術參數。如圖3-3所示
驅動方式為升頻升壓 ，步距角為0.36°。同時因為腰部齒輪傳動比為1：120，步進電機經過減速后傳遞到回轉軸，回轉軸實際的步距角將為電機實際步距角的1/120（理論上），雖然實際上存在著間隙和齒輪傳動非線性誤差，實際回轉軸的最小步距角也仍然是很小的，故其精度相當高，完全滿足機械手的定位精度要求。
3.2液壓傳動系統設計計算
3.2.1確定液壓系統基本方案
液壓執行元件大體分為液壓缸和液壓馬達，液壓缸實現直線運動，液壓馬達實現回轉運動。二者的特點及適用場合見表3-1：
因為機械手設計為圓柱坐標形式，且具有3個自由度，一個為腰座的轉動，兩個為手臂的移動自由度。同時考慮機械手的工作環境和載荷對其布局和定位精度的要求，以及計算機的控制的因素，腰部的回轉用電機驅動實現，機械手的水平手臂和垂直手臂都采用單活塞桿液壓缸，來實現直線往復運動。
3.2.2擬定液壓執行元件運動控制回路
液壓執行元件確定后，其運動速度和運動方向的控制是液壓回路的核心問題。
速度控制通過改變液壓執行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現。相應的調速方式有節流調速、容積調速以及二者結合的容積節流調速；方向控制是用換向閥或是邏輯控制單元來實現。對于一般中小流量的液壓系統，通過換向閥的有機組合來實現所要求的動作。對高壓大流量的系統，多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現。
本設計的速度的控制主要采用節流調速，利用用比較簡單的節流閥來實現，而方向控制采用電磁換向閥來實現。
3.2.3液壓源系統的設計
液壓系統的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節流調速系統一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統的需油量，多余的油經溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩定油源壓力的作用。容積調速系統多用變量泵供油，用安全閥來限定系統的最高壓力。
油液的凈化裝置是液壓源中不可缺的元件。一般泵的入口要裝粗濾油器，進入系統的油液根據要求，通過精濾油器再次過濾。為防止系統中雜質流回油箱，可在回油路上設置磁過濾器。根據液壓設備所處的環境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
本設計的液壓系統采用定量泵供油，由溢流閥V1來調定系統壓力。為了保證液壓油的潔凈，避免液壓油帶入污染物，故在油泵的入口安裝粗過濾器，而在油泵的出口安裝精過濾器對循環的液壓油進行凈化。
3.2.4繪制液壓系統圖
本機械手的液壓系統圖如圖3-2所示（詳見圖紙第四頁），
它擁有垂直手臂的上升、下降，水平手臂的前伸、后縮，以及執行手爪的夾緊、張開三個執行機構。
其中，泵由三相交流異步電動機M拖動；系統壓力由溢流閥V1調定；1DT的得失電決定了動力源的投入與摘除。
考慮到手爪的工作要求輕緩抓取、迅速松開，系統采用了節流效果不等的兩個單向節流閥。當5DT得電時，工作液體經由節流閥V5進入柱塞缸，實現手爪的輕緩抓緊；當6DT失電時，工作液體進入柱塞缸中，實現手爪迅速松開。
另外，由于機械手垂直升降缸在工作時其下降方向與負荷重力作用方向一致，下降時有使運動速度加快的趨勢，為使運動過程的平穩，同時盡量減小沖擊、振動，保證系統的安全性，采用V2構成的平衡回路相升降油缸下腔提供一定的排油背壓，以平衡重力負載。
3.2.5確定液壓系統的主要參數
液壓系統的主要參數是壓力和流量，他們是設計液壓系統，選擇液壓元件的主要依據。壓力決定于外載荷，流量取決于液壓執行元件的運動速度和結構尺寸。
1.計算液壓缸的總機械載荷
3.液壓缸主要參數的確定
考慮到機械手的特點，系統的剛度及其穩定性是很重要的。因此，先從剛度角度進行液壓缸缸徑的選擇，以盡量優先保證機械手的結構和運動的穩定性和安全性。至于液壓缸的工作壓力和缸的工作速度，放在液壓系統設計階段，通過外部的液壓回路、采用合適的調速回路和元件來實現。經過仔細分析，綜合考慮各方面的因素，初步確定各液壓缸的基本參數如下；
因為伸縮缸的作用主要是實現直線運動，在其軸向上并不承受顯性的工作載荷（因為手爪夾持工件，受力方向為垂直方向），軸向主要是克服摩擦力矩，其所受的載荷主要是徑向載荷，載荷性質為彎矩，使其產生彎曲變形。而且因為機械手要求具有一定的柔性，水平液壓缸活塞桿要求具有比較大的工作行程。同時具有比較大的彎矩和比較長的行程，這對液壓缸的穩定性和剛度有較高的要求。
因此，在水平伸縮缸的設計上，一是增大其抗彎能力，二是通過合理的結構布局設計，使其具有盡量大的剛度。為了達到這個目的，設計中采用了兩個導向桿，以滿足長行程活塞桿的穩定性和導向問題。另一方面，為增大結構的剛度和穩定性，將兩個導向桿與活塞桿布局成等邊三角形的截面形式，以增大抗彎截面模量，也大大增加了液壓缸的工作剛度。
因為垂直液壓缸所承受的載荷方式既有一定的軸向載荷，又存在著比較大的傾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作為液壓執行元件，滿足此處的驅動力要求是輕而易舉的，要解決的關鍵問題仍然是它的結構設計能否有足夠的剛度來抗傾覆。這里同樣采用了導向桿機構，圍繞垂直升降缸設置四根導桿，較好的解決了這一問題。
4.液壓缸強度的較核
（1）活塞桿直徑的較核
3.2.6計算和選擇液壓元件
1. 控制元件的選擇
根據系統最高工作壓力和通過該閥的最大流量，在標準元件的產品樣本中選取各控制元件。
2. 液壓泵的計算
第4章 機械手控制系統的設計
4.1硬件設計
4.1.1操作面板布置
操作面板布置如圖4-2所示：
機械手的操作方式分為手動操作和自動操作兩種。
1.手動操作：就是用按鈕作機械手的每一步運動進行單獨的控制。當選擇升／降按鈕時，按下啟動按鈕，機械手上升；按下停止按鈕時，機械手上升。當選擇正轉/逆轉按鈕時，按下啟動按鈕，機械手順時針轉動，而按下停止按鈕時，機械手逆時針轉動。同理，當選擇夾緊/放松按鈕時，按下啟動按鈕，機械手爪夾緊，而按下停止按鈕時，手爪松開。
2.自動操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手的動作將自動的、連續的周期性循環。在工作中若按下停止按鈕，機械手將繼續完成一個周期動作后，回到原點位置。
4.1.2工藝過程與控制要求
機械手的動作有腰座的旋轉，垂直手臂的升降，水平手臂的伸縮及手爪的夾緊與松開。手臂垂直升降和水平伸縮由液壓實現驅動；手爪的夾緊與放松，通過柱塞缸與齒輪來實現；腰座旋轉通過步進電動機與齒輪來實現。
其中，液壓缸由相應的電磁閥控制，升降分別由雙線圈的兩位電磁閥控制，當下降電磁閥通電時，機械手下降；斷電時，機械手下降停止；當上升電磁閥通電時，機械手上升；斷電時，機械手上升停止。而水平方向的伸縮主要由電液伺服閥、伺服驅動器、感應式位移傳感器構成的回路進行調節控制。
實現執行手爪夾緊與放松的柱塞缸，由單線圈的電磁閥（夾緊電磁閥）來控制，當線圈不通電時，柱塞缸不工作，當線圈通電時，柱塞缸工作沖程，手爪張開，柱塞缸工作回程，手爪閉合。
當機械手旋轉到機床上方，并準備下降進行上下料工作時，為了確保安全，必須在機床停止工作并發出上下料命令時，才允許機械手下降進行作業。同時，從工件料架上抓取工件時，也要先判斷料架上有無工件可取。
4.1.3作業流程
機械手工作流程如圖4-1所示：
從原點開始，按下啟動鍵，且有上下料命令，則水平液壓缸開始前伸并進行伺服定位，前伸到位后，停止前伸； 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降，同時張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，同時手爪夾緊，抓住工件； 上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC開始輸出高速脈沖，驅動機械手逆時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動； 接著下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后，碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止，機械手到達卡盤中心高度； 機械手開始水平定位后縮，將工件裝入機床卡盤； 當工件裝入到位后，卡盤收緊； 機械手松開手爪，準備離開； 接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC啟動高速脈沖驅動機械手作順時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動，機械手回到原點待命； 機床進行加工。
當數控機床加工完一個工件時，發送下料命令給機械手，機械手接到命令后，PLC馬上輸出脈沖驅動機械手逆時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動； 下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降且張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止且手爪夾緊，夾緊已加工好的工件；機床卡盤松開； 機械手開始前伸，將工件從機床上取出，準備運走； 上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； PLC輸出高速脈沖，驅動機械手順時針轉動，當轉過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉動； 下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后碰到下限行程開關，下降電磁閥斷電，下降停止； 接著手爪柱塞缸電磁閥通電，手爪張開，放下工件準備離開； 接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止同時手爪也閉合復原； 接著機械手水平手臂開始后縮，準備回原點，當后縮到位時，后縮停止，機械手回到原點，一個上下料過程結束； 機械手在原點等待命令，準備下一個工作循環。
機械手的每次循環都從原點位置開始動作。
4.1.4控制器的選型
機械手控制系統的硬件設計上考慮到機械手工作的穩定性、可靠性以及各種控制元件連接的靈活性和方便性，控制器應選擇有極高可靠性、專門面向惡劣的工業環境設計開發的工業控制器---PLC，故選擇在國內應用較多的西門子S7-200型PLC。具體型號為SIMATIC S7-200 CPU224。如圖4－3所示：
該PLC集成14，輸入/10，輸出共24個數字量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O點，具有16K字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz 高速計數器，2路獨立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。
4.1.5控制系統原理分析
由于機械手作業時，取、放工件和裝、卸工件都有較高的定位精度要求，所以在機械手控制中，除了要對垂直手臂、執行手爪液壓缸和腰部步進驅動進行開環控制外，還要對水平手臂進行閉環伺服控制。
為了減少PLC的I/O點數，以伺服放大器作為閉環的比較點。伺服放大器具有傳感器反饋輸入端，給定的輸入信號和反饋信號進行比較后形成的控制信號經過PID調節和功率放大后，驅動電液伺服閥對液壓缸進行伺服定位。PLC將上位機輸入的給定信號轉換為電壓信號，輸出至伺服放大器，由伺服放大器作為閉環比較點，組成模擬控制系統，如圖4-4所示：
這種方案使得PLC控制量少（尤其是模擬量），節省了系統資源，而且編程簡單，不必過多考慮控制算法等優點，也是完全能滿足工作要求的。
4.1.6 PLC外部接線設計
為實現水平手臂液壓缸伺服定位的控制要求，利用西門子SIMATIC S7-200 （CPU224）PLC，考慮到位移傳感器和伺服放大器工作采用的都為模擬量，因此增加一個模擬量輸出模塊EM232。鑒于伺服放大器和位移傳感器對輸入的要求，PLC的模擬量采用-10V~ +10V輸入輸出，各輸入輸出點及其接線如圖4-5所示。
PLC的具體硬件接線圖如下圖所示（詳細的硬件設計見圖紙）
4.1.7 I/O地址分配
詳細參見表4-1、4-2：
4.2軟件設計
4.2.1控制主程序流程圖
機械手控制主程序流程圖如圖4-6所示：
結 論
本設計通過對機械設計制造及其自動化專業大學本科四年所學知識進行整合，完成一個特定功能、滿足特殊要求的數控機床上下料機械手的設計，比較好地體現機械設計制造及其自動化專業畢業生的理論研究水平、實踐動手能力以及專業精神和態度，具有較強的針對性和明確的實施目標，實現了理論和實踐的有機結合。
機械手采用可編程序控制器控制，可以實行手動調整、手動及自動控制。系統結構緊湊、工作可靠，設計周期短且造價較低。PLC有較高的靈活性，當機械手工藝流程改變時，只要對I/O點的接線稍作修改，或對I/O重新分配，在控制程序中作簡單修改，補充擴展即可。經過重新編制相應的控制程序，就能夠比較容易的推廣到其他類似的加工情況。
綜上，經過資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計算，再到工程圖紙的繪制以及畢業設計論文的撰寫等各個環節，我對大學四本科階段的知識有了一個整體的深層次的理解，同時對工程的理解更加深刻和準確。因此，通過畢業設計實現了預期目標。
致 謝
經過一段時間的努力，本次畢業設計終于完成。在這段時間里，我運用大學所學知識，通過對本設計的論證、計算以及圖紙的繪制，對大學所學知識進行了一次系統的整合，使自己的理論和實際動手能力有了很大提高。
此次畢業設計能夠順利完成，我得到了很多老師和同學的幫助和支持，在此向他們表示感謝。在此畢業設計過程中，尤其要感謝我的指導老師，他給我很多專業方面的幫助，讓我少走很多彎路。還有在大學里所有的任課老師和圖書館的管理老師，也謝謝你們，是你們給我知識，謝謝！
此外，由于個人知識能力水平有限，論文中難免有紕漏錯誤指出，懇請各位老師批評指正，謝謝！
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【關鍵詞】工學結合；技工院校；機電專業
技工院校的機電專業設計是對學生學習效果展開考核的重要方式，也是培養學生實踐能力以及工作能力的教學方法。隨著機械制造業的發展，社會對服務第一線的具有熟練技能的高素質技術應用型人才提出更多的要求。因此，技工院校培養理論知識扎實、操作技能高超、具有一定設計能力的高級技工學生迫在眉睫。而畢業設計是提高學生根據企業生產的需求綜合應用所學知識和技能達到產品的合理化設計和工裝要求的最好方式。
一、機電專業設計的重要意義
畢業設計是許多技工院校專業中教學內容的重要環節，也是一項綜合性、實踐性很強的活動任務。尤其是在機電專業，通過對自身工學專業知識的實踐應用展開設計是對高級技工學生在教學過程中聯系理論知識、檢驗教學成果的主要內容，也是鍛煉學生通過所學內容進行獨立完成工作的重要考驗。通過畢業設計，學生能自主查閱資料文獻，正確運用工具書和機械設計手冊，提高對工程的設計能力和計算能力，樹立正確的設計思想。機電專業畢業設計是學生從學校步入自身工作崗位的重要過渡階段，對學生在社會中生存發展起到承上啟下的關鍵作用，因此其質量好壞是影響學生獲得畢業資格的重要參考依據，也是對學生進行實踐檢驗，了解學校教學質量的重要方式。
二、機電專業設計的選題
（一）選題原則
選題是畢業設計的首要環節，也是關系到整個畢業設計質量的重要步驟。畢業設計作為學生在校學習課程體系的最后環節，在工學結合人才培養模式下，無論是教學目標、授課特點，還是教學模式，必須著眼于企業生產實際，緊密貼合學生的就業崗位，絕不能關起門來搞設計。所以，畢業設計課題選擇時應當樹立“以就業為導向”的教學理念，切實為學生就業和可持續發展服務[1]。
（二）選題策略
目前大部分技工院校在選定畢業設計課題時，是由指導教師模擬設計課題，此類課題屬于“紙上談兵”，缺乏設計的針對性和實際意義?；诠W結合，機電專業高技畢業設計的選題可以從以下三個方面選擇：一是結合崗位需求，比如數控技術專業，可以選擇軸類零件的加工及夾具設計為畢業設計課題。這類課題貼合就業崗位，對接崗位技能需求和職業能力，技術性強。二是結合企業生產需要，參與企業研發或生產的項目，為企業解決技術難題。這類課題來自企業一線生產實際，實戰性強，通過實踐研究綜合培養學生各方面的能力，增加實際工作經驗，提升就業競爭力。三是學生自由選擇。比如筆者所在學校，13級機電班某學生小組畢業設計課題為《生產線上的機械手以及打物料的設計》，該課題是由參加機器人興趣小組的幾位學生根據共同的專業興趣愛好選擇的，設計積極性非常高。在設計過程中由于學生設計理念一致，分工明確，參與度高，取得良好的效果，該設計被評為校優秀畢業設計作品。這類課題由學生根據興趣愛好和專業特長自由選擇，能激發學生參與設計的主動性和求知欲，增強團隊合作意識，加強與老師、企業技術人員的聯系，提高社會交往能力和自主擇業能力，為其就業創造良好的能力支持。
三、機電專業畢業設計的流程
在機電專業高級技工班畢業設計中通?？梢苑殖扇齻€主要的階段，分別是前期的準備階段、研究設計階段、總結答辯階段。具體流程如下：
（一）前期準備
首先是進行機電專業畢業設計的選題工作。在這一點上前文已有敘述。其次在選題確定之后，就可以完成畢業設計的任務書，在這一環節中指導教師需要準確把握設計課題難易度，合理確定設計課題的工作量。設計課題過難則難以保證完成性，過易則達不到人才培養要求，因此在選擇設計課題時需要考慮設計環境和學生學情?？紤]設計環境，即考慮學校的設備設施和企業一線技術支持等是否能滿足課題需要；學生學情即為學生目前掌握的課程理論知識、技能操作水平是否能支撐畢業設計。并且課題本身的難易度也很關鍵，既要適合學生的學情能讓學生在規定時間內完成，又要有一定的深度和廣度，能讓學生經過一番研究和努力保質保量完成。同時，在學生畢業設計時還需要完成一定的工作量，比如繪制裝配圖和零件圖的數量，編制工藝卡的工序數量，撰寫設計說明書的頁數。指導教師在課題選擇時需要綜合考慮如上幾個方面，由此保證畢業設計順利的開展和完成。
（二）研究設計
基于工學結合人才培養模式，在畢業設計過程中需要注意兩個方面：一是指導教師需要加大企業調研的力度。在畢業設計前期，指導教師應該組織學生分批進入當地知名企業參觀、調研，了解最新技術、生產加工方式和用人單位對畢業生的顯性和隱形的要求，從而增加學生對就業崗位的了解，打開學生的設計思路，拓寬學生的設計視野。二是注重畢業設計成果實物化。充分利用學?，F有的設施設備和技術資料，鼓勵學生從設計到制造全過程的畢業設計，即學生個人或小組合作加工出產品或設計出實物成果。以數控加工專業為例，畢業設計應包括零件工藝設計、自動編程、加工制造、零件檢測四個階段的內容，通過加工零件，使得學生對機床操作技能、零件工藝分析、產品檢測檢驗技能等職業能力得到綜合的應用。
（三）畢業答辯
在設計完成之后需要準備相關的答辯過程，在答辯結束后需要對設計材料進行妥善管理，將畢業設計整理上交給指導教師，由教研室保存。
四、結合工學基礎的機電專業畢業設計改進方式
（一）以就業為導向，突出設計的實用性
在技工院校的教育目標中，需要培養學生的專業基礎素質，將學生培養成為合格的高級技術工人，其中包括了：職業技能、專業知識水平、職業綜合能力等。需要學生在教學的過程中培養出專業領域的創新能力以及職業技術的實踐應用能力。而根據這一教育標準，在畢業設計選題上應當體現出技工院校的教學特色，選擇的內容應當面向實際經濟生活，面向生產第一線，直接為生產建設和經濟發展服務，符合當前機電技術領域中先進的科學技術發展方向，這就需要在畢業設計中充分發揮出教師的指導功能，課題必須來源于企業生產實際，貼近職業崗位需求，滿足專業相關崗位或崗位群核心技術能力和綜合專業素質要求，從而縮短學生就業適應期，提高學生的職業能力，促進學生后續的專業發展[2]。例如，筆者所在學校在確定13級機電一體化專業高技工班學生畢業設計課題時，通過調查杭州登鴻、偉剛實業、勝達集團等企業實際需求，確定了樓梯扶手自動打磨機設計、瓦楞紙的加強筋黏貼流水線設計、V型紙板傳遞裝置設計、瓦楞紙貼標機開發與設計及等課題，以項目為載體，圍繞對接企業生產實際需求，完成技術改造和設備的研發。
（二）結合高技學生特點，發揮創新能力
培養創新能力是機電專業畢業設計中最為重要的指導思想，尤其是針對技工院校的高級技工學生，由于其工作性質屬于動手操作性極強，因此想要創新思維能夠被發揮，重點是對設計內容不能過于限制，可以根據學生以往的知識以及相關設計思維進行綜合性的分析，找到最適合自己的畢業設計方案，讓學生能夠在廣闊的空間里發揮自己的創造力。例如在數控技術的設計中，可以根據學生的興趣選擇不同的設計工藝方法、不同的加工模式、編寫不同的控制程序等，這就使得在設計方案中可以存在很大的自主性。在整個設計環節中教師主要負責主體方向的把握，給學生正確的引導。同時在設計開始之前，教師可以只提供基本的數據資料，剩余的資料可以有學生自行查找，同時根據查找到的相關材料設計出不同的方案。
（三）理論結合實踐，培養職業素養
在機電專業畢業設計中，學生需要設計零部件，然后進行裝配，最終完成一個合格的設計產品。許多機電設備對于機械的各個零件都有很嚴格的要求，因此在設計過程中需要學生與企業一線技術人員進行交流、探討零件的加工工藝，從而糾正在設計中出現的錯誤，實現了學生在理論設計與實踐工作上的有機結合，也使得學生能夠明白在許多看似簡單的零件設計中其實隱藏著很多知識。例如在機械手的設計中，會有很多不同絲杠的設計，這些絲杠在尺寸上都嚴格的規定，因此在設計中提高了零件的加工難度，需要在設計的過程中進行反復的測量與更改，通過這一過程使得學生能夠清楚只有將自身所學的知識與實際的工作相結合才能使自己獲得真正的經驗。
（四）提升指導教師的專業能力
在畢業設計當中，指導教師的作用至關重要，因此想要提高機電專業畢業設計的質量，還需要不斷加強對指導教師的專業培養。由于技工院校教師所從事的多是專業理論教學和基本實操訓練，其知識結構往往跟不上當今先進技術的發展。這就要求專業教師不僅要有扎實的專業知識，更要具備豐富的實踐經驗，這在強調技能為主的技工院校教育中尤為重要[3]。通過專業技能培訓、下企業實踐等方式，增加教師對崗位職業能力需求、企業工作流程、生產加工過程、生產設備使用等相應的專業理論知識、專業技能及職業素養等多方面的了解，提高專業技能，豐富專業知識，拓展專業外延。使得教師能夠擁有較強的教學能力以及豐富的機電產品設計經驗，保障機電專業畢業設計能夠順利完成。總而言之，畢業設計是技工院校對學生進行一次兼備學習、創新、研發、實踐的綜合性活動。尤其是基于工學基礎上的機電專業高技班的畢業設計，選題應以就業為導向，強化指導教師的專業能力，提高學生的研究設計能力和創新能力，培養學生的綜合職業能力，增強學生的就業競爭力，從而為本地機械行業培養出優秀的高技能人才。
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科學研究作為發展科學技術重要的支撐點，在科技進步中發揮著舉足輕重的作用。在剛召開的黨的十中提出：科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置。深化科技體制改革，加快建設國家創新體系，著力構建以企業為主體、市場為導向、產學研相結合的技術創新體系。
在我國的經濟體制由計劃經濟向市場經濟轉變的今天，高等教育的教學管理模式也發生著變化，高等教育現在在全面貫徹黨的教育方針的同時，已經由原來的學校完全承包，向以就業為導向的方向發展，已經逐漸走向一條產學研結合發展的道路。隨著科學技術的不斷發展，社會對人才的需求更具合理性和前瞻性，特別是知識的應用能力、應變能力和創新能力等綜合實力，提出更高的要求。這樣高等教育的培養目標就由原來單純以學習課本為重，轉向要求學生既有一定專業理論基礎，又有勝任現代化生產工作的能力。因此，實踐教學在學生培養過程中就顯得十分重要。
毫無疑問，實踐教學是大學生創新的有效途經?？梢园呀處煹目蒲许椖苛腥雽嵺`教學活動中，啟發學生的科研創新意識。如讓學生參與教師的科研項目，使學生了解科研的過程、方式方法、數據處理方法、論文寫作方法等。[1]本文將探討如何使科研激活實踐教學，促進產學研相結合，開拓學生創新思維。
一、構建科學的實踐教學體系
實踐教學體系是培養學生實踐能力、創新意識與創新能力的整體教學組織與訓練過程，也是考查學生掌握基本理論、基本技能的主要途徑，是實現專業培養目標十分重要的教育教學環節。[2]高等教育的實踐教學體系包含多種類型的課程設置。例如實驗教學、課程設計、金工實訓、生產實習、畢業實習和畢業設計等，都屬于實踐教學的范疇。表1為高校實踐課程教學體系。
1.實驗教學
實驗教學是從最基礎的理論知識入門，通過儀器設備的使用操作，對數據或圖像進行分析，驗證理論知識的來源與正確性，隨著學習的不斷深入，再逐步開設綜合性的實驗。如機械原理零件實驗、刀具實驗、金相熱處理實驗等基礎實驗，隨著學習的不斷深入，再進一步完成機、電、氣綜合與創新性實驗等。從而幫助學生更好地理解和掌握理論基本知識，對儀器設備操作基本技能，培養創新思維能力。實驗教學是實踐教學的基礎。
2.課程設計
課程設計是學完某一門專業基礎課或專業課后進行的一項專門化實踐性訓練，主要目的在于培養學生利用本門課程的知識及已學的知識，綜合應用完成某一課題的設計。如工藝夾具設計、刀具設計、機床設計、零件設計和電路設計等。初步培養學生設計思維的方法及應用知識的能力。
3.金工實習
金工實習是工科院校必開的一門實踐課程，他屬于基礎金工實習。學生在學完金屬工藝學與機械制圖課程后進行，也可在金工實習過程中完成該門課程的教學。通過實習，了解金屬加工過程的方法和設備，掌握冷加工和熱加工操作的基本技能。在實習中，可將后續相關的知識，適時適量介紹，對專業知識初步了解。同時，還可以到各種類型的企業參觀考察，觀察社會了解市場，擴大視野端正專業思想。
4.生產實習
生產實習是一門綜合性的實踐教學課程，是在專業課程大都已學完的基礎上進行的。走出學校的課堂深入到企業生產的現場。針對某一機械產品考察制造全過程，運用所學的知識，進行分析對比，研究總結，如到內燃機制造企業進行實踐，把在課堂學到的理性認識融會到感性認識中。
5.畢業設計與畢業實習
畢業設計與畢業實習，應強化學生實踐能力的培養，是實踐教學的核心。這是進入社會前的一次大練兵，也是教育質量的大檢驗。持續一學年的畢業設計選題至關重要，應是融技術性與實用性為一體，融創新意識與創新實踐為一體。具體做法：一是與科研課題相結合，如大客車整車強度測試；二是充分利用現有實驗設備，如利用FISTO氣動實驗裝置，設計機電自動控制回路；三是對實驗設備進行技術改造，如對機械原理機構示教板改進自動控制裝置；四是結合生產實際進行科研開發，如汽車發電機殼體壓鑄模具設計等。學生在指導教師的帶領下，結合生產實際或科研課題，充分調動人的主觀能動性，運用設計新理念和方法，進行創新設計取得良好效果。[3]
表1 高校實踐課程教學體系
二、把“產學研”和實踐教學結合起來，開拓學生創新思維
產學研合作教育對于高校提升科研水平、企業技術進步、增強地區和國家核心競爭力都具有重要作用和意義，是貫徹落實科學發展觀、轉變經濟發展方式的重大戰略舉措。[4]高校人才聯合培養是產學研合作的形式之一，其主要方式包括：大學、科研機構與企業通過設置人才培養專項基金、大學教授和研究人員擔任企業顧問、大學生在企業實習、企業人員在大學或科研機構進行培訓等多種方式在人力資本層面進行交流與互動。[5]
大學生的創新活動是在學習實踐過程中的創新，同時也是在掌握了基礎知識、相關專業領域研究成果后的創新，這使得他們的創新不僅要有個人價值，而且要在專業領域中具有一定的社會價值。創新活動的價值衡量具有雙重標準，對于應用型工科大學生，應以社會標準為主，偏重于創新活動的結果，偏重于創新的產品。因為創新能力培養的關鍵在于創新主體要有強烈的自我意識和積極的實踐探索。在沒有投入創造性社會實踐之前，人的“才能”只是一種“潛能”，只有通過創造性實踐這一“中介”，方可得到進一步的提高，只有在不斷的摸索中才能培養創新能力。在臺灣本科教學中，每一門課程的教學中，實踐教學就占有大半時數，每一單元時間內的教學，都包含有理論教學和實踐教學，在動腦和動手過程中，提升大學生創新思維。
1.“產學研”項目和實驗環節相結合
實驗教學在人才培養方面具有課堂理論教學不可替代的作用，實驗室作為高校人才培養的重要陣地在培養高素質創新人才中應發揮其重要的作用。因此，我們將科研方法引入實驗教學中，將學科建設取得的科研成果和開發的新技術、新方法不斷引入實驗教學中，保持實驗教學方法與手段的不斷更新。并通過設置探索性實驗項目來模擬科研全過程，實現實驗教學與科學研究新技術、新方法訓練的有機結合。
工科類專業在探索性實驗課程中，只給出若干思路，實驗前，學生不一定知道實驗結果，由學生根據實驗條件和研究目標，自行查閱相關資料，設計實驗方案、實驗內容和步驟、實驗數據參數，獨立進行實驗操作，書寫實驗報告，并對出現的可能結果給予一定的解釋。盡管學生在實驗的最后結果中不一定達到要求，但是通過綜合訓練，使學生對科研的基本方法和程序有一個清楚的認識和體驗，有效調動了學生的主動性，既提高了學生的動手能力，又使學生養成了自主式、合作式、研究式、開放式的學習方式。如開放性實驗，完全由學生自己設計實驗方案，自主管理實驗過程，自主完成實驗，從而使實驗教學成為科研與教學的最佳結合點。例如工業自動化應用課程利用實驗室電氣動實驗開發平臺，結合實驗題目要求，自己設計、搭線、編程、調試等軟硬結合過程。
2.“產學研”項目和實習實訓相結合
實習實訓是一門融理論與實踐綜合性很強的課程，在整個學生的培養過程中起到了一定的作用。我們要重視對學生動手能力、工程實踐能力的培養，增強學生將所學基礎知識綜合運用于工程實際的能力、獨立工作的能力、分析問題的能力及創造能力。
例如現代機械制造加工中心需要機械手完成不同的任務，這個就可以為學生的實習實訓提供選題，學生自己對課題進行分析、設計，自己動手編程、調試、安裝、并最后調試完成一個機械手加工系統，對設計過程中涉及到相關課堂教學內容，必須加以理解和消化，最終提交的是機械手能完成的任務和設計報告。這樣學生不但能夠將課堂上學到的理論知識與實際應用結合起來，而且能夠對機械傳動、電子電路、電子元器件等方面的知識綜合應用，同時在單片機編程、排錯調試、機構運動、相關儀器設備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。為了促進“產學研”項目和實習實訓相結合，我們先后和多家企業建立了長期、穩定的校企合作。
3.“產學研”項目和畢業設計相結合
畢業設計與畢業實習，是時間最長最具綜合性與創新性的實踐，是實踐教學的核心。工科專業學生的畢業實習與畢業設計時間長達近半年，是學生走向工作崗位的最后一個重要的教學環節，如果淡化工程意識，假題假做，由書本到圖樣可能對發揮學生的創造力極為不利。為了促進“產學研”項目和畢業設計相結合，我們具體采取了以下方法：
（1）利用生產中的真實題目或參與指導教師的實際課題研究，提前布置畢業設計題目。以畢業論文課題研究等形式參與科研活動，在科研實踐培養創新精神以及分析和解決問題的能力方面，實現了以科研促進教學的理想效果。[6]
（2）利用工廠待解決的技術問題，讓學生走出去，到工廠做畢業設計。由于受教師手頭的真實題目的限制，不可能所有的同學都在學校做真題目，我們通過與科研機構和生產單位的結合，即產學研結合，讓同學們到工廠去，到科研機構去，根據具體情況安排畢業設計題目。這樣做，不僅發展了生產也培養了技術人才，發揮了學生的創造能力。
三、以“工程測試”為例，探索“產學研”提升大學生實踐創新能力
利用科研項目將實驗、實習實訓、畢業設計等串聯起來，把各個實踐環節緊密聯系在一起又起著承上啟下的作用。激活大學生參加實踐的積極性，加強培養綜合運用能力。
測試技術是獲取信息、分析和處理測量數據的關鍵技術與手段，是從事科學研究、產品質量檢驗與自動控制不可缺少的工具。[7]本人在學校主要承擔《機械工程測試技術》實驗教學，并在這幾年負責工程測試的一些科研項目，例如：2008年在廈門金龍聯合汽車工業有限公司、2011年在東風杭州汽車有限公司作全承載整車強度測試。在這些科研項目完成的過程中，都與實踐教學結合起來，開拓學生的創新思維，實現了科研成果與實踐教學雙豐收。
1.開設開放性實驗，吸引學生加入到科研項目
由于《機械工程測試技術》實驗項目與工程實際相結合，要求課時較長，另外實驗相對正常，完成水平要高。我們選擇以開放性實驗對學生開放。把《機械工程測試技術》一系列實驗連續起來，要求學生按照工程上測試的要求，把應變片粘貼好，并且對自己粘貼好的應變片作靜態應變測量和動態應變測量。圖1為學生在粘貼應變片，圖2為粘貼好的應變片。這樣，學生完成這些實驗后，就可以加入到全承載整車強度測試中。
2.學生到現場測試，豐富學生的實訓實習
充分發揮工程測試科研項目的優勢，鼓勵學生積極參與科研項目中的一些工作。無論是2008年在廈門金龍聯合汽車工業有限公司，還是2011年在東風杭州汽車有限公司作全承載整車強度測試，都有不少學生加入到測試。圖3是正在作整車測試的客車，圖4為學生在現場測試。由于科研課題多與工程應用緊密結合，解決生產實際問題，任務本身具有挑戰性，學生在參與科研的過程中，可切身體會到理論與實踐結合的價值，激發起他們內在學習動機，應用所學知識解決實際問題。[8]
3.測試項目為學生畢業設計課題提供來源
多年來，我們都高度重視學生畢業設計等實踐性教學環節，強化學生實踐能力的培養，形成了良好的傳統和特色。大學生所完成的這些工程測試項目，可以直接為他們的畢業設計提供選題來源。通過強化過程管理，保證了畢業設計（論文）的教學質量。這對培養大學生創新精神和實踐能力方面有示范作用。圖5為大學生以某大客車測試為畢業設計題目所采集處理的數據。
四、“產學研”融合實踐教學取得的成果
（1）提高學生的動手能力。通過加強實驗教學，開展有效的工程實驗環節，將有助于學生有效地掌握所學知識，縮短從理論知識到實際應用的時間。實驗教學能很好地培養學生的專業興趣，有利于增強其創新意識，提高實際應用能力，培養學生成為滿足社會需求的創新人才。
一、項目教學法簡介
項目教學法是師生通過完成一個完整的項目工作而進行的一種教學活動，即以職業能力系統化為目標組織教學，提倡邊學邊做，邊做邊學，教和學是一種雙向式教學過程，學生不再是被動接受者，而是主動探求者。該教學法強調知識的實踐性，注重通過實踐來建構知識，其教學模式尤其適合實習教學。學生可在完成具體實習任務的過程中，學習和掌握理論知識、操作技能，又能養成良好的工作態度，從而具備相應的職業能力。
這種教學法可以培養學生在項目實踐的過程中，理解和把握課程要求的知識和技能，體驗創新的樂趣，培養學生分析問題和解決問題的綜合能力。
二、技工學校生產實習教學中應用項目教學法的意義
在技工學校實習教學中，各專業生產實習教學肩負著培養具有操作技能的高級技能型人才的使命。隨著當今科學技術的迅速發展，多數企業需要的是動手能力強、能盡快為企業創造高利潤的高級技術工人。然而，傳統的生產實習教學模式以手工操作為主，訓練單調枯燥，課題缺乏新意，未能激發起學生學習的興趣，而且不能滿足社會和企業的需求。因此，必須改進技工學校的教學方法，而項目教學法就是其中一種較為有效的方法。
實施項目教學法的關鍵是項目的確定，其應符合技工學校教學任務、本專業內容、教學規律，并要結合新技術、新工藝、新方法及市場的發展需求。教師應將某一教學課題的理論知識和實際技能相結合，與企業實際生產過程相結合，在實際教學中，將項目需要解決的問題及任務交給學生，由學生自己按照實際工作的完整程序完成全部過程。教學流程可以設計為：
信息收集、項目決策項目立項、具體要求項目實施具體過程、成果展示效果評估（學生自評、小組互評、教師評價）。
項目教學法完全符合技工學校生產實習教學的規律，在技工學校的各專業實習教學中，應用這種方法可以讓學生體驗創新的樂趣，學生們在掌握知識和技能的同時，綜合能力得到進一步的提高。如該教學法應用在頂崗實習教學中，可以引導學生立足實習崗位進行工作創新和項目學習，激發學生實習的積極性和工作主動性，培養他們的職業能力。
三、項目教學法在技校機電一體化實習教學中的具體應用
以課題項目“智能程控電動機械手的設計制作”為例實施項目教學法。
1.教學對象分析
所教學生已有一定的中、高級鉗工知識和技能，初步懂得鉗工裝配常識的技校畢業班學生。上節課題已完成機械手的結構分析，本次課要完成夾持機構零件的制作?，F嘗試在教學中應用項目教學法。
2.項目內容分析
“機械手的設計制作”是高級鉗工班的畢業課題之一，采用項目教學法調動起全體學生的動手積極性。該項目要充分考慮通過學習機械手的工作原理，掌握搬運機械手的運動機理，在此基礎上，才能確定智能程控電動機械手的基本系統結構，學生要自行設計機械手機械、電控部分（包括傳動部分、執行部分、驅動部分），具有一定的難度，學生自由發揮的空間比較大。
如圖1所示，機械手采用24 V直流電機帶動螺柱旋轉，通過移動螺柱套和夾支架的運動實現手抓的張合。直流電機通過聯軸器帶動螺柱左右旋轉，在螺柱的旋轉力作用下使移動螺母上升和下降，通過支架帶動夾持面進行夾緊和放松。
本次課要完成夾持機構零件的制作：螺柱套、加工夾緊面板和夾持架（如圖2所示）。
3.教學目的分析
通過該項目教學，促使學生對所學知識真正做到活學活用。對項目的設計過程，可以培養學生分析問題、解決問題的能力，對提高他們的綜合能力起到重要的作用。
4.教學實施
（1）項目實施具體要求
①制定零件加工工藝（見表1）。
②參考教師制定的零件加工工藝，學生自己編制其他零件的加工工藝。
③要求對所制定的零件加工工藝采用最優化的加工方案。這一過程，學生在選擇加工方案時會更接近實際生產需求。
（2）學生分組，合作探究
①把全班36名學生分成6組，盡量保證各組的實力均衡，選出組長。
②小組分工，討論編寫零件加工工藝，制定出最佳的加工工藝。
③各組進行信息收集、討論、分析、計算、測量參數。
④選擇加工材料和工量刃具。由于之前學生進行過復雜工件的加工，又到過企業參觀學習，對鉗工工作和機械加工的特點認識較深。所以，各組都能在規定的時間內完成工藝的制定、正確選擇工量刃具，確定了實施加工和測量的最佳方案。
（3）教師巡回指導
教師巡回指導并注意安全隱患，示范操作期間注重點撥最佳的加工工藝，強調本課題應遵守的安全文明生產制度。
（4）項目實施，展示成果
①教師審核各小組的零件加工工藝及方案。
②選擇合適的材料和工量刃具，經教師審核后，按要求發放材料和工量刃具，開始加工。
③階段總結、交流：各組對加工的零件進行展示、交流。教師提出合理建議，學生間取長補短，進一步完善項目的設計、加工方案。
（5）效果評估階段
①學生自評
各組組長對本組的項目加工進行說明，重點從加工工藝安排、加工方法、工量具選擇、零件的加工質量、安全文明操作等方面來進行闡述。
②小組互評
根據各組完成情況，各組間分別對彼此加工方案提出意見和建議。在激烈的討論過程中，可以加深學生對知識的理解和運用能力。
③教師評價
對整個項目實施過程進行綜合評價，重點要根據整個項目實施過程中出現的問題、學生們知識運用上的一些不足以及對突發事件的應對和解決能力進行評析，提高學生綜合運用知識的能力。評選出在項目實施過程中表現優秀的小組和學生，進行表揚、加分鼓勵。
（6）教學總結
①學生學習反饋 。在整個項目完成后，要求每個學生寫出實習報告，對自己在項目實施過程中能力的提高點和欠缺點進行總結。學生自檢、互檢完成后交由教師檢查驗收。最后，兩位教師進行成績的綜合評定。
②師生交流。教師就各組學生的加工情況進行點評，肯定成績，指出學生加工過程中存在的技術、安全等問題并解答學生的疑問。
③教學回顧。本教學應用項目教學法，教師可以根據學生的實際表現和知識掌握程度進行有針對性的指導，從而真正實現因材施教；通過項目的合理工藝的編寫、實施操作，促使學生貫通所學知識，從而提高其專業技能水平；學生按照項目任務的要求劃分成若干個小組，使他們由被動學習轉為合作探究式學習。
四、項目教學法實施過程中出現的問題及對策
1.實施項目教學法對教師的要求更高
與傳統教學方法相比，項目教學法對教師的綜合素質提出了更高的要求：教師應具備跨學科的能力，要嫻熟地掌握學科的專業知識與技能，還應了解相關學科的知識；要求教師課前熟悉項目內容，要做好事先的調研并準備好項目開展過程中可能涉及的問題，隨時回答學生的疑問；要注意與其他教學手段和教學方法的結合運用；做到合理立項并創設最佳的學習情境；等等。這就要求我們教師應加倍努力地學習，與時俱進，以提高自身的綜合教學水平。
2.不是每堂實習課都適合采用項目教學法
在生產實習教學中，并不是每次課都適合采用項目教學法，它較適用于各專業實習的綜合技能操作，如產品生產、畢業設計等課程，教師應根據教學實際情況恰當地選擇應用。
五、結束語
在技工學校生產實習教學中采用項目教學法，可以收到良好的教學效果：激發了學生的學習興趣，增強了學生的自信，提高了學生的職業素養，真正實現了“教學做合一”。
參考文獻
[1] 趙志群.職業教育培訓學習新概念[M].北京：科學出版社，2003.
[2] 吳言.項目教學法[J].職業技術教育，2003（7）：16-19.
一、設計題目 用PLC對機械手搬物控制的電氣控制設計
二、設計的目的
11）掌握機械手動作流程。
2）掌握電氣控制元件的選擇與計算方法。
3）掌握PLC選擇與應用。
三、設計要求
兩條傳送帶分別由電動機驅動，機械手有液壓缸驅動上下左右旋轉兩個方向運動，液壓系統是1000W電機。設計要求
1）機械手由原位下降抓物上升右轉下降放物上升左旋原位結束。
2）用常用的電氣元件控制。
3）有工作狀態指示及照明。
4）有必要的電氣保護和聯鎖。
四、完成的任務
要求說明詳細，字跡工整，原理正確，元件選擇有理。圖紙規范，圖形清晰，符號標準，線條均勻。
（1）設計與繪制電氣控制原理圖，元件安裝布置圖、接線圖。
（2）畢業設計說明書（8000以上）
1）設計題目
2）控制原理說明設計方案論證
3）主要器件選擇依據與計算
4）元件明細表
5）設計總結及改進意見
6）主要參考資料
五、 工廠電氣控制技術 機械工業出版社 主編 方承遠
工廠電氣控制設備 機械工業出版社 主編 許廖
機床電氣控制技術 機械工業出版社 主編 王炳實
可編程序控制器的應用技術 機械工業出版社 主編 王兆義
可編程序控制器的原理及程序設計 電子工業出版社 主編 崔亞軍
前言
由于可編程序控制器具有可靠性高、通用性強、程序設計簡單及便于安裝調試等優點，它在工業控制的各個領域發揮著越來越重要的作用。社會對可編程序控制器技術人員的需長也越來越迫切。
可編程控制器的機型較多，但其基本結構和工作原理相同，基本指令、控制功能和編程方法類似。本設計書以是用最廣泛的德國西門子可編程控制器為核心，主要介紹了可編程控制器的基礎知識、基本結構、指令系統、程序設計、控制系統以及可編程序控制器在邏輯控制系統的模擬量控制系統中的應用等知識。本設計書結合了大量的圖形，使設計一目了然。并給出了程序調試，最后給出了主要的流程圖、梯形圖、詳細注釋及助記符語言等。
本設計書參考了眾多可編程序控制器教學用書，結合自己所掌握的知識，并由指導教師田林紅老師的指導下完成。在此真誠的衷心的感謝田老師的指導幫助。
由于本人水平有限，錯誤和不妥之處再所難免，敬請各位老師及各位讀者批評指正。
目 錄
前言...................................................（）
摘要...................................................（1）
一、電器控制技術的發展狀況.............................（3）
二、PLC的基本結構和工作原理...........................（3）
1、PLC的基本結構...................................（ ）
2、PLC的工作原理...................................（ ）
三、可編程控制器的特點及基本功能.......................（）
1、PLC的特點.......................................
2、PLC的基本功能...................................
四、PLC的應用領域和發展趨勢...........................（3）
五、PLC應用中應注意的若干問題.........................（4）
六、機械手移動工件的控制系統
1、機械手移動工件控制系統的基本機構................（5）
2、機械手移動工件的控制要求與工作流程..............（6）
3、操作面板布置....................................（6）
4、控制系統構成....................................（6）
七、梯形圖設計.........................................（6）
1、梯形圖的整體設計................................（6）
2、各部分梯形圖的設計..............................（8）
3、機械手的PLC控制梯形圖..........................（8）
4、程序語言............................... ........（8）
八、總結... ...........................................（26）
）
附錄...............................................
摘 要
在工業生產和其他領域內，由于工作的需要，人們經常受到高溫、腐蝕及有毒氣，增加了工人的勞動強度，甚至于危機生命。機械手就在這樣誕生了,機械手是工業機器人系統中傳統的任務執行機構，是機器人的關鍵部件之一。機械手的機械結構采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸等機械器件組成；電氣方面有步進電機、驅動模塊、傳感器、開關電源、電磁閥、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術，位置控制技術、氣動技術、檢測技術等，是機電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機械手是由PLC輸出兩路脈沖，分別驅動橫軸、豎軸步進電機驅動器，控制機械手橫軸和豎軸的精確定位，微動開關將位置信傳給PLC主機；直流電機拖動手爪和底盤旋轉，位置信號由旋轉碼盤和接近開關反饋給PLC主機；電磁閥控制氣開閥的開關來控制機械手手爪的張合，從而實現機械手精確運動的功能。本課題擬開發的物料搬運機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的作業區進行作業，并可根據工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數。
關鍵字：
可編程控制器PLC；
機械手；
脈沖；
步進電機驅動器；
步進電機；
直流電機；
傳感器；
限位開關；
電磁閥。
一、電氣控制技術的發展狀況
在現代工業中,為了實現各種生產工藝過程的要求,驅動生產機械的工作機構運動的電器機械裝置稱為電力動。在電力拖動中，電動機是生產機械的原動力。必須根據生產工藝的要求，通過各種控制電器，自動實現其啟動、制動、反轉及調速等控制，從而產生了電氣自動控制技術。
20世紀20—30年代，人們采用繼電器及接觸器等元件控制電動機的運行，這種制動系統稱為繼電器—接觸器控制系統。這類系統結構簡單、價格低廉、維護方便，因此被廣泛應用于各類機床和機械設備中。采用這種系統不但可以方便地實現生產過程自動化，而且還可以實現集中控制。目前，我國的大部分機床和其他機械設備仍舊采用繼電器—接觸器控制系統。由于該系統是固定接線形式，故在改變生產工藝時需要重新布線，控制的靈活性較差。另外，該系統采用有觸點元件控制，動作頻率低，觸點易損壞，系統的可靠性差。
20世紀40年代，世界上出現了交磁放大機—電動機控制，這是一種閉環反饋系統，它利用輸出量與給定量的偏差進行自動控制，其控制精度和快速性都有了提高。20世紀60年代出現了晶體管—晶閘管控制，到了70年展成為集成電路—晶閘管控制。由晶閘管供電的直流調速系統和交流調速系統不僅調速性能大為改善，而且減少了機電設備和占地面積，耗電少、效率高，已完全取代了交磁放大機—電動機系統。
在實際生產中，由于大量存在一些由開關量控制的簡單程序控制過程,而實際生產工藝和流程又是經常變化的,因此需要一種能靈活改變程序的次新型控制器.于是,在20世紀60年代出現了一種能夠根據生產需要方便的改變控制程序,而又比電子計算機結構簡單、價格低廉的自動化裝置—順序控制.它是通過組合邏輯元件插接或編程來實現繼電器—接觸器控制線路功能的裝置,能滿足程序經常改變的控制要求,使控制系統具有較大的靈活性和通用性,但它使用的依然是硬件手段,裝置體積大,功能也受到一定的限制.隨著大規模集成電路和微處理技術的發展和應用,上述控制技術也發生了根本變化,在20世紀70年代出現了以微處理器為核心的、用軟件手段來實現各種控制控制功能的新型工業控制器—可編程序控制器(PLC).它不僅充分利用了微處理器的優點來滿足各種工業領域的實時控制要求,而且還照顧到了現場電氣操作維護人員的技能和習慣,摒棄了微機常用的計算機程序語言的表達形式,獨具風格地形成了一套以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結構,使用戶程序的編制清晰直觀,方便易學,更容易調試和查錯.它已經取代了繼電器—接觸器控制系統,被廣泛應用于大規模的生產過程控制中,具有通用性強、程序可變、編程容易、可靠性高、使用維護方便等優點,故目前世界各國已將它作為一種標準化通用設備普遍應用于工業控制中.
電氣控制技術是隨著科學的不斷發展、生產工藝的不斷提高兒訊發展的。在控制方法上，它手動控制到自動控制；在控制功能上，它是從簡單到復雜；在操縱上，它笨重到輕巧;在控制原理上,它從由單一的有觸點接線的繼電器—接觸器控制系統,到以微處理器為中心的軟件控制系統.隨著新的控制理論和新型電器及電子元件的出現,電氣控制技術還將不斷得到發展.
二、 PLC的基本結構和工作原理
1、 PLC的基本結構
PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。根據結構形式的不同，PLC的基本結構分為整體式和模塊式結構兩類。
1）.整體式結構的PLC
整體式結構的PLC由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等組裝在一起組成。
2）.模塊式結構的PLC
模塊式結構的PLC是將中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等分別做成相應的模塊，應用時將這些模塊根據控制要求插在機架上，各模塊間通過機架上的總線相互聯系。
3）.PLC各組成部分介紹
（1）、中央處理器（CPU）
中央處理器（CPU）是PLC的核心部分，相當于PLC的“大腦”。它通過系統總線與用戶存儲器、輸入/輸出、通信端口等單元相連。通過制造廠家預制在系統存儲器內部的系統程序完成各項任務。其主要功能是由編程器寫入控制程序和數據到存儲器、檢驗用戶程序、從存儲器上讀取和執行程序，還可以進行PLC內部故障的診斷等。
（2）、存儲器
根據存儲器存儲內容的不同，我們把存儲器分為系統程序存儲器、用戶程序存儲器和數據存儲器。
系統程序存儲器：用來存放系統軟件的存儲器。系統程序相當于計算機操作系統。是PLC廠家根據選用的CPU的指令來編寫的，并固化到ROM里，用戶不能修改其內容。
用戶程序存儲器：用來存放用戶根據控制要求編制的程序。不同類型的PLC，其存儲容量也不一樣。
數據存儲器：用以存放PLC運行中的各種數據的存儲器。因為運行中數據不斷變化，所以這種存儲器必須可讀寫。
（3）、輸入/輸出（I/O）單元
輸入/輸出（I/O）單元是PLC與此同時外部設備連接的紐帶。輸入單元接收現場設備向PLC提供的開頭量信號，經過處理后，變成CPU能夠識別的信號。輸出單元將CPU的信號經處理后來控制 外部設備的。
（4）、電源部分 （5）、通信端口
PLC的CPU模塊上至少有一個通信端口。通過這個通信端口PLC可以直接和編程器或上位機相連。
（6）編程器
幾乎每個PLC廠家都有自己的編程器。用戶通過編程器來編寫控制程序，并通過編程器接口將自己的控制程序輸入到PLC。它還可以在線檢測程序的運行情況。在出現故障時，通過編程器可以很方便的找出錯誤。
（7）特殊功能單元
主要包括模擬量輸入/輸出單元、遠程I/O模塊、通信模塊、高速計數模塊、中斷輸入模塊和PID調解模塊等。隨著PLC的進一步發展，特殊功能單元的應用也越來越多。
2、PLC的工作原理
PLC的工作原理與繼電器構成的控制裝置一樣，但是工作方式不太一樣。繼電器控制是并行方式，即如果輸出或電，該線圈的觸點立即動作。而PLC則不同，它采用循環掃描技術，只是該線圈通電或斷電，并且必須當程序掃描到該線圈時，該線圈觸點才會動作。也可以說，繼電器控制裝置是根據輸入和邏輯控制結構就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入傳送、執行程序、輸出3個階段才能完成控制過程。
PLC采用循環掃描技術可以分為3個階段：輸入階段（將外部輸入信號的狀態傳送到PLC）、執行程序階段和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設備）。
1)、輸入階段
在這個階段中，PLC讀取輸入信號的狀態和數據，并把它們存入相應的輸入存儲單元。
2)、執行程序階段
在這個階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執行指令。從相應的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀態和數據，然后根據程序內部繼電器、定時器、計數器數據寄存器的狀態和數據進行邏輯運算，得到運算結果，并將這些結果存入相應的輸出存儲單元。這一階段執行完后，進入輸出階段。在這個程序執行中，輸入信號的狀態和數據保持不變。
、輸出階段
在這個階段中，PLC將相應的輸出存儲單元的運算結果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部設備傳送輸出信號，開始控制外部設備。
三、 PLC的特點及基本功能
1、PLC的特點
1）、編程簡單，易于掌握，PLC的設計者充分考慮到現場技術人員的技能和習慣，經常采用的是梯形圖方式的編程語言，它與繼電器控制原理圖相似，具有直觀，清晰、修改方便，易掌握等優點，即便未掌握專門計算機的人也能很快熟悉，因而受到了廣大現場技術人員的歡迎。
2）、可靠性高，抗干擾能力 PLC是專為工業控制而設計的，由于采了一系列的措施，使之在惡劣的工業環境下仍能保證很高的可靠性，一般平均無故障時間可達到4-5萬小時，遠遠超過以往電器控制系統和計算機控制系統。
3）、通用性能好，PLC品種多，檔次高，同一以PLC可適用于不同的控制對象或同一對象的不同控制要求，同一檔次，不同機型的功能也能方便地相互轉換。
4）、功能強，PLC運用了計算機、電子技術和集成工藝的最新技術，在
硬件和軟件兩方面不斷發展，使菘具備很強的信息處理能力，可進行邏輯、定時，計數和步進等控制，能完成A/D與D/A
5）、開發周期短 PLC在許多方面是以軟件編程來取代硬件接線實現控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，且編程簡單，程序設計和高度修改也很方便安全，因此，大大縮短了PLC控制系統的開發周期。
6）、體積小，使用方便，由于PLC采用了半導體集成電路，其體積小，重量輕，結構緊湊，功耗低，是機電技術的理想控制器，PLC編程簡單，自診斷能力強，能判斷和顯示自身故障，使操作人員檢查判斷故障方便迅速，而且接線少，維修時只需更換插入式模塊，維護方便，修改程序和監視運行狀態也容易。
2、PLC的基本功能
1）、邏輯控制 PLC具有邏輯運算功能，它設置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，能工巧匠夠描述繼電器觸點的串聯、并聯、串并聯等各種連接。因此它可以代替繼電器進行組合邏輯與順序邏輯控制。
2）、定時控制 PLC具有定時控制功能。它為用戶提供了若干個定時器并設置了定時指令。定時值可由用戶在編程時設定，并能在運行中被讀出與修改，使用靈活，操作方便。
3）、計數控制 PLC還具有計數功能。它為用戶提供了若干個計數器并設置了計數指令，計數值可由用戶在編程時設定，并可在運行中被讀出與修改，使用與操作都很靈活方便。
4）、步進控制 PLC能完成步進控制功能。步進控制是指在完成一道工序以后，再進行下一步工序，也就是順序控制。PLC為用戶提供了若干個移位寄存器，或者直接有步進指令，可用于步進控制，編程與使用很方便。
5）、A/D、D/A轉換 有些PLC還具有“模數”轉換（A/D）和“數?！保―/A），功能，能完成對模擬量的控制與調節。
6）、數據處理 有的PLC還具有數據處理能力，并具有并行運算指令，如兩個數據并行傳送、比較和邏輯運算，進行數據檢索、比較、數制轉換等操作。
7）、通信與聯網 有些PLC采用了通信技術，可以進行遠程I/O控制，多臺PLC之間可以進行同位鏈接，計算機作為上機可對其命令并返回執行結果，這種采用一臺計算機，多臺PLC組成的頒式控制網絡可完成圈套規模的復雜控制。
8）、監控控制 PLC具有較強的監控功能。在控制系統中，操作人員通過監控命令可以監視有關部分的運行狀態，可以調整定時或計數設定值，因而高度、使用和維護都很方便。
四、PLC的應用領域和發展趨勢
目前，PLC在國內已得到了廣泛的應用。利用PLC最基本的邏輯運算、定時、記數等功能進行邏輯控制，可以取代傳統的繼電器控制系統，廣泛用于機床、印刷機、裝配生產線、電鍍流水線及電梯的控制等。
較高檔次的PLC具有位置控制模塊，特別適用于機床控制。大、中型PLC具有多路模擬量輸入輸出和PID控制，可構成模擬量輸入輸出的閉環控制系統，用于過程控制。
隨著計算機控制技術的發展，國外近幾年興起自動化網絡系統，PLC與PLC之間，PLC與上位機之間連成網絡，通過光纜傳遞信息，構成大型的多級分布式控制系統（集散控制系統）。PLC具有可靠性高、使用方便、編程簡單、體積小、重量輕等特點。目前，全世界PLC生產廠家約200多家，生產300多個品種。作為控制裝置，它在許多工業控制領域都得到了廣泛的應用。隨著微處理器技術的發展，PLC也得到了迅速的發展，其技術和產品日趨完善。
& nbsp;PLC的主要發展趨勢主要表現在以下幾個方面。
1、高速度、高I/O容量、功能強大
隨著CPU處理速度的提高，PLC程序執行的速度也越來越快；在規模和超大規模集成電路的發展，相應地使I/O的容量也得到增加；智能模塊的嗇，使PLC能夠實現的功能越來越多。
2、強大的PLC聯網能力
隨著人們對工業自動化的要求越來越高，人們已經不再滿足對幾個設備、幾條生產線的PLC控制，而是要求實現對全工廠的自動化 ，所以提高PLC控制系統的網絡功能成為PLC的發展趨勢。以后人們不公能通過通信模塊進行PLC與PLC、PLC與上位機之間的連接，還能通過撥號或者無線的方式使PLC聯網。
3、編程軟件多樣化
PLC的梯形力語言、助記符語言和功能模塊語言雖然使用方便，而且也能很好的實現控制要求，倡在處理一些高級功能（復雜運算、報表生成和打印等功能）時存在明顯的不足，所以就要求高級語言（BASIC、C、FORTRAN等）、圖形語言、匯編語言兼容。這樣不公可以通過梯形圖語言、助記符語言和功能 模塊語言來編寫程序，也可以通過高級語言來編程。
五、 PLC應用中應注意的若干問題
本節主要介紹PLC在應用過程中經常遇到的一些對PLC的某些輸入信號的處理問題。
1、PLC輸入信號抖動的消除
在實際應用中，有些開關輸入信號在接通過程中，由于外界干擾會出現時通時斷的“抖動”現象。這種現象在繼電器系統中由于繼電器的電磁慣性一般不會造成誤動作，沒什么影響。但在PLC應用系統中，PLC是不斷掃描工作，掃描周期一般比繼電器動作時間短得多，抖動信號很可能被PLC檢測到，造成錯誤的結果。所以，必須對這些“抖動”進行處理，已保證系統正常工作。
2、兩線式傳感器輸入的處理
如果PLC輸入設備采用兩線式傳感器（如接近開關、光電開關等）時它們的漏電電流較大，可能會出現錯誤的輸入信號。為了避免這種現象，可在輸入端并聯輸入電阻R，
旁路電阻R的阻值由下式確定：
I（Um∕InUn）∕（R+Un∕In）∕≤UL
式子中，I為傳感器的漏電流；Un、In分別是PLC的額定輸入電壓和額定電流；Um是PLC輸入電壓低電平的上限值。
3、 由晶體管提供輸入信號的處理
如果PLC輸入信號由晶體管提供，則要求晶體管的截止電阻應大于10千歐姆，導通電阻應小于800歐姆。
六、機械手移動工件的控制系統
1、機械手移動工件的基本機構
機械手是工業自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等，應用非常廣泛。應用PLC控制機械手實現各種規定的工序動作，可以簡化控制線路，節省成本，提高勞動生產效率。
如圖 [1] 所示，是一臺工件傳送機械手的動作示意圖。
其作用是將工件從A位置傳送到B位置。其上升、下降和左移、右移動作由雙線圈的兩位式電磁閥驅動氣缸來控制完成，一旦電磁閥線圈通電，就一直保持現有的機械動直到相對的線圈通電為止。另外夾緊、放松的動作由只有一個線圈的兩位式電磁閥驅動的氣缸控制完成，線圈通電，夾住工件，線圈斷電，放松工件（若擔心停電時的工件跌落，可選用通電時松開、斷電時夾緊的夾具）。
圖 [1]
2、機械手移動工件的控制要求與工作流程
機械手的全部動作由氣官缸驅動，而氣缸又有相應的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制。例如，當下降電磁閥通電時，機械手下降；下降電磁閥斷電時，機械手下降停止。只有當上升電磁閥通電時，機械手才上升；當上升電磁閥斷電時，機械手上升停止。同樣，左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機械手的放松/夾緊由一個單線圈兩位置電磁閥（稱為夾緊電磁閥）控制。當該線圈通電時，機械手夾緊；當該線圈斷電時，機械手放松。
當機械手右移到位并準備下降時，為了確保安全，必須右工作臺無工件時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到右工作臺上的工件尚未搬走時，機械手應自動停止下降，用光電開關進行無工件檢測。
機械手的動作過程如圖 [2] 所示。
圖 [2]
從原點開始，按下起動按鈕，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通加緊電磁閥，機械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥，機械手右移。右移到位時，碰到右限位開關，右移電磁閥斷電，右移停止。若此時右工作臺上無工件，則光電開關接通，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止，同時接通左移電磁閥，機械手左移。左移到原點時，碰到左限位開關，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手由原位下降抓物上升右轉下降放物上升左旋原位結束。經過八步動作完成了一個周期的動作。
3、操作面板布置
如圖 [3] 是可編程控制器控制盤面板布置圖
; 圖 [3]
機械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。
手動操作：就是用按鈕操作對機械手的每一步運動單獨進行控制。例如，當選擇上/下運動時，按下啟動按鈕，機械手下降；按下停止按鈕，機械手上升。當選擇左/右運動時，按下啟動按鈕，機械手右移。當選擇夾緊/放松運動時，按下啟動按鈕，機械手夾緊；按下停止按鈕，機械手放松。
自動操作方式又分為步進、單周期和連續操作方式。
步進操作：每按一次啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。
單周期操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止（如果在操作過程中按下停止按鈕，機械手停在該工序上，再按下啟動按鈕，則又從該工序繼續工作，最后停在原位）。
連續操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手的動作將自動地、連續地不斷地周期性循環。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手將繼續完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。
4、控制系統構成
（1）控制系統圖
機械手移動工件控制系統圖如圖 [4] 所示
圖 [4]
（2）輸入/輸出端子地址分配
該機械手控制系統所采用的可編程控制器是由德國西門子公司生產的S7－200CPU214。如圖 [5] 是可編程控制器輸入輸出端子地址分配圖。
圖 [5]
該機械手控制系統共使用了14個輸入量，6個輸出量。
七、梯形圖設計
機械手的控制屬于順序控制，采用步進指令，根據說明機器工作狀態轉換的圖形，進行程序設計。
1.梯形圖的整體設計
根據機械手的工作方式情況，在選擇“單步操作”時，應執行“單步操作”程序；在選擇“自動”方式時，應執行“自動程序”，故梯形圖的總體構成應如圖 [6] 所示。其中，自動程序要在啟動按鈕按下時才執行。
圖 [6]
2.各部分梯形圖的設計
1）通用部分梯形圖設計
（1）狀態器的初始化：
初始狀態器S600在手動方式下被置位、復位。當方式選擇開關處于“返回原位”（X501接通）時，按下返回原位按鈕（X505）時被置位；在“單步操作”（X500接通）時，S600復位。處于中間工步的狀態器用手動動作復位操作，即在方式選擇開關位于“單步操作”或“返回原位”時，中間狀態器同步復位，故初始化梯形圖如圖 [7] 所示（如果狀態器要在供電時從斷電前條件開始繼續工作，則不需要M71）。
圖 [7]
（2）狀態器轉換啟動：
若機械手工作在自動工作方式下，當初始狀態器S600被置位后，按下起動按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態器的狀態可以一步步向下傳遞，即可以進行轉換。在執行“連續操作”程序時，轉換啟動繼電器M575一直保持到停機按鈕按下為止。另一方面，采用M100檢查機器是否處于原位。當M575和M100都接通時，從初始狀態器開始進行轉換，其梯形圖如圖 [8] 所示。
圖 [8]
（3）狀態器轉換禁止梯形圖：
激活特殊輔助繼電器M574，并用步進指令控制狀態器轉換時，狀態器的自動轉換就被禁止。
在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時，M574應被激勵并自保持，操作停止在現行工步。當按下啟動按鈕時，從現行工序重新開始工作，M574應復位，即重新允許轉換。
圖 [9]
在“步進”工作方式時，M574應始終工作，此時，禁止任何狀態轉換。但每按下一次啟動按鈕時，M574斷開一次，允許狀態器轉換一步。
在“手動”工作方式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進行狀態轉換。在手動方式解除之后，按下啟動按鈕，則狀態轉換禁止解除，M574復位。
PLC在啟動時，用初始化脈沖M71使M 574自保持，以此禁止狀態轉換。直到按下啟動按鈕。狀態器轉換禁止體形圖如圖 [9] 所示。
通過對圖 [8]、圖 [9] 分析可得出：在執行“單步操作”和“返回原位”程序時，M575一直不能被接通，而M574長期被接通（按下啟動按鈕時除外）；執行“步進”程序時，每按一次啟動按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態器轉換一次；在執行“單周期操作”程序時，按下啟動按鈕，M574斷開，M575接通，狀態器的狀態可一步一步向下轉換，直至按下停止按鈕時，M574自鎖，狀態器的狀態轉換被禁止，操作停止現行工序（再次按下啟動按鈕時從現行工序開始工作）；在執行“連續操作：程序時，M575一直接通到按下停止按鈕，此時M574一直不能接通。
2）單步操作梯形圖 ：
圖 [10]
3）返回原位梯形圖 ：
在“返回原位”狀態下，“夾緊”與“下降”動作應被停止，上限位未動作時應進行“上升”；上限位動作時，“右行”動作應停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形圖如圖 [11] 所示。
圖 [11]
4）“自動”狀態流程圖 ：
如圖 [12] 所示
圖 [12]
圖 [12] 表示了機械手自動工作時執行各工步的情況。表明了各工步的實現以及各工步的轉換條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y430接通。自下限位置時，X401接通，轉化為“夾持”過程。在夾持工步中，夾持電磁閥Y731置位，同時驅動T450。T450接通后，轉化為第一次上升。此后執行類似的操作，完成由初始條件到下一個初始條件的一系列操作。在夾持輸出Y431置位后，保持夾持，直到夾持輸出復位松開。如上所述一步一步按順序驅動各個負載動作，稱為順序控制或過程步進型控制。這種控制過程用繼電器符號程序很難實現程序設計。
用狀態器替代自動工作流程圖中的各個工步，可得到圖 [13] 所示的功能表圖。初始狀態在圖中用雙線框表示。
圖 [13]
根據圖 [13] 的功能表圖，可設計出自動操作時的梯形圖，
如圖 [14]所示。
圖 [14]
3.繪制機械手PLC控制梯形圖 &n bsp; 圖 [15-1]
該機械手在自動工作時，應先將其工作方式選擇開關放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對狀態器進行置位，然后再將工作方式選擇開關放至自動工作方式下。若自動工作狀態解除，則應將工作方式選擇開關放至“單步操作”位置 。
4、程序語言：
0 LD X501 30 AND X503
1 AND X505 31 OR X502
2 S S600 32 OR X500
3 LD X500 33 OR X501
4 R S600 34 OR M71
5 LD X500 35 OR M574
6 OR X501 36 ANI M101
7 OR &nbs 陳立定、吳玉香、蘇開才 編
7.《電器及PLC控制技術》 機械工業出版社 主編 黃凈
8.《機床電器與PLC 》 西安電子科技大學出版社 主編 李偉
9.《PLC應用開發技術與工程實踐》 人民郵電出版社 求是科技
10.《PLC實驗實訓指導書》 河南工業職業技術學院 主編 路劍
11.《可編程控制器的原理與應用》 北京希望電子出版社 主編 史增芳
附錄：
表1 數字量輸入地址定義
地 址 符 號 定 義 備 注
I0.0 啟動按鈕
I0.1 下限位 下限位開關
I0.2 上限位 上限位開關
I0.3 右限位 右限位開關
I0.4 左限位 左限位開關
I0.5 無工件檢測 無工件檢測開關
I0.6 停止按鈕
I0.7 單操作 單步方式開關
I1.0 步進操作 步進方式開關
I1.1 單周期操作 單周期方式開關 I1.3 左與右
I1.4 上與下
I1.5 夾與松
表2 數字量輸出地址定義
地址 符 號 定 義 備 注
Q0.0 下降電磁閥 下降電磁閥線圈
Q0.2 夾緊電磁閥 松開/夾緊線圈
Q0.1 上升電磁閥 上升電磁閥線圈
Q0.3 右行電磁閥 右行電磁閥線圈
