【正文】 PLC的 物 料 分 揀 機(jī) 械 手 自 動 化 控 制 系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 機(jī)械手在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動?？梢詫?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 本文在縱觀了近年來機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械手方面的設(shè)計(jì)，對機(jī)械手技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了用氣動驅(qū)動和 PLC 控制的設(shè)計(jì)方案。采用整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點(diǎn)并進(jìn)行互補(bǔ)優(yōu)化。對物料分揀機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。在其驅(qū)動系統(tǒng)中采用氣動驅(qū)動，控制系統(tǒng)中選擇 PLC 的控制單元來完成系統(tǒng)功能的初始化、機(jī)械手的移動、故障報(bào)警等功能。最后提出了一種簡單、易于實(shí)現(xiàn)、理論意義明確的控制策略。 通過以上部分的工作，得出了經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用型、高可靠型物料分揀機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案，對其他經(jīng)濟(jì)型 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有一定的借鑒價(jià)值。 關(guān)鍵詞 : 機(jī)械手，氣動控制， 可編程控制器（ PLC ）， 自動化控制，物料分揀 The Design for The Automatic Control System of The Sorting Materials Manipulator Based on PLC ABSTRACT Manipulator plays an extremely important role in the field of advanced manufacturing. It can carry goods, sort materials and do heavy works instead of the human being. It also can realize mechanization and automation of the production, do the jobs in harmful environment to protect the personal safety. So it is widely used in metallurgy, machinery manufacturing, electronics, light industry and atomic energy etc. In this paper,by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, bining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the software and hardware and plementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumaticdriven in the driving system, PLC control unit in the control system to plete initialization of the system, manipulator39。s moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance. Through the work above, a practical, economical, highreliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design. KEY WORDS: manipulator ,pneumaticdriven, programmable logic controller (PLC), automatic control,sorting materials 目 錄 第 一 章 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 分 析 與 選 擇 ...................... 167。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 坐 標(biāo) 形 式 的 選 擇 .......... 167。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 組 成 ........................ 167。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 各 部 分 的 分 析 與 選 擇 . 167。 手 部 的 選 擇 ........................ 167。 手 臂 結(jié) 構(gòu) 的 選 擇 ................ 167。 機(jī) 座 結(jié) 構(gòu) 的 選 擇 ................ 167。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 工 作 原 理 ................ 167。 .............................. 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 簡 圖 第 二 章 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 的 分 析 與 選 擇 ...................... 167。 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 的 分 析 與 選 擇 ............ 167。 機(jī) 械 手 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 的 控 制 設(shè) 計(jì) .... 167。 氣 動 元 件 選 取 及 工 作 原 理 ........ 167。 氣 源 裝 置 ........................... 167。 執(zhí) 行 元 件 ........................... 167。 控 制 元 件 ........................... 167。 輔 助 元 件 ........................... 167。 真 空 發(fā) 生 器 ........................ 167。 吸盤 ................................... 167。 氣 動 回 路 的 工 作 原 理 ................ 第三 章 控 制 系 統(tǒng) 的 分 析 設(shè) 計(jì) .............................. 167。 控 制 系 統(tǒng) 的 組 成 結(jié) 構(gòu) ................ 167。 控 制 系 統(tǒng) 的 性 能 要 求 ................ 167。 傳 感 器 的 選 擇 ........................... 167。 位 置 檢 測 裝 置 .................... 167。 滑 覺 傳 感 器 ........................ 167。 視 覺 傳 感 器 ........................ 控 制 系 統(tǒng) PLC 的 選 型 及 控 制 原 理 .......... 167。 PLC 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 基 本 原則 .................................................. 167。 PLC 種 類 及 型 號 選 擇 ............ 167。 I/O 點(diǎn) 數(shù) 分 配 ........................ 167。 PLC 外 部 接 線 圖 .................... 167。 機(jī) 械 手 控 制 原 理 ................ PLC 程 序 設(shè) 計(jì) ........................................................................... 167。 總 體 程 序 框 圖 .................... 167。 初 始 化 及 報(bào) 警 程 序 ............ 167。 手 動 控 制 程 序 .................... 167。 自 動 控 制 程 序 .................... 結(jié)論 ...................................................... 參考文獻(xiàn) .............................................. 致 謝 .................................................. 附 錄 .................................................. 前 言 機(jī)械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動化設(shè)備更 新時(shí)的需要，可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動。可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在 高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下 操作以保護(hù)人身安全，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。 隨著工業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動化設(shè)備更新時(shí)的需要，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、用以代替 人的繁重及單調(diào)勞動，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化；并能在 高溫、腐蝕及有毒氣體等有害環(huán)境下 操作以保護(hù) 人身安全，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。 可編程控制器 (PLC) 是以中央處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)和自動控制等先進(jìn)技術(shù)，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。使用 PLC 的自動控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動作精度高等優(yōu)點(diǎn)。 適應(yīng)工業(yè)需要，本課題試圖開發(fā) PLC 對物料分揀機(jī)械手的控制，并借助必要的精密傳感器，使其能夠?qū)Σ煌伾奈锪习搭A(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行分揀，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自 動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。采用 PLC 控制，是一種預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行物料分揀的自動化裝置，可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)需要對機(jī)械手進(jìn)行新的分配任務(wù)時(shí)，可以允許方便的改動或重新設(shè)計(jì)其新部件，而對于位置改變時(shí)，只要重新編程，并能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用。本設(shè)計(jì)主要完成機(jī)械手的硬件部分與軟件部分設(shè)計(jì)。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能， 它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動搬運(yùn)小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng) (FMS) 和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。 目前，國際上的機(jī)械手公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、oTC 、松下、 FANLUC 、不二越、川崎 等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、 CLOOS 、瑞典的 ABB 、意大利的 C0毗 U 及奧地利的工 GM公司。 我國機(jī)械手起步于 20世紀(jì) 70年代初期，經(jīng)過 30多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了3 個階段： 70年代萌芽期， 80年代的開發(fā)期和 90年代的應(yīng)用化期。在我國，機(jī)械手市場份額大部分被國外機(jī)械手企業(yè)占據(jù)著。在國際強(qiáng)手面前，國內(nèi)的機(jī)械手企業(yè)面臨著相當(dāng)大的競爭壓力。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強(qiáng)國”邁進(jìn)，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，對我國工業(yè)自動化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會加大對機(jī)器人的資金投入和 政策支持，將會給機(jī)械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力。 隨著機(jī)械手發(fā)展的深度和廣度以及機(jī)器人智能水平的提高，機(jī)械手已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。從傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)用于維護(hù)維修的機(jī)器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生