【正文】 機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 基于 PLC的物料分揀機械手自動化控制系統(tǒng)設計 目 錄 目 錄 I 摘 要 IV Abstract V 第一章 前言 1 11 研究的目的及意義 1 12 機械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 13 主要研究的內(nèi)容 2 14 解決的關鍵問題 3 第二章 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇 4 21 執(zhí)行機構坐標形式的選擇 4 22 執(zhí)行機構的組成 6 23 執(zhí)行機構各部分的分析與選擇 6 手部的選擇 6 手臂結構的選擇 8 機座結構的選擇 9 24 執(zhí)行機構的工作原理 10 25 執(zhí)行機構簡圖 10 第三章 驅動系統(tǒng)的分析與選擇 12 31 驅動系統(tǒng)的分析與選擇 12 32 機械手驅動系統(tǒng)的控制設計 13 33 氣動元件選取及工作原理 14 氣源裝置 14 執(zhí)行元件 15 控制元件 16 輔助元件 17 真空發(fā)生器 18 吸盤 18 34 氣動回路的工作原理 18 第四章 控制系統(tǒng)的分析設計 22 41 控制 系統(tǒng)的組成結構 22 42 控制系統(tǒng)的性能要求 22 43 傳感器的選擇 23 位置檢測裝置 23 滑覺傳感器 23 視覺傳感器 24 44 控制系統(tǒng) PLC 的選型及控制原理 25 PLC 控制系統(tǒng)設計的基本原則 25 PLC 種類及型號選擇 30 IO 點數(shù)分配 30 PLC 外部接線圖 32 機械手控制原理 32 45 PLC 程序設計 34 總體程序框圖 34 初始化及報警程序 36 手動控制程序 37 自動控制程序 39 第五章 總結與展望 42 參考文獻 43 致 謝 44 附 錄 45 摘 要 機械手在先進制造領域中扮演著極其重要的角色它可以搬運貨物分揀物品代替人的繁重勞動可以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全因此被廣泛應用于機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械手發(fā)展狀況的基礎上結合機械手方面的設計對機械手技術進行了系統(tǒng)的分析提出了用氣動驅動和 PLC 控制的設計方案采用整體化的設計思想充分考慮了軟硬件各自的特點并進行 互補優(yōu)化對物料分揀機械手的整體結構執(zhí)行結構驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了分析和設計在其驅動系統(tǒng)中采用氣動驅動控制系統(tǒng)中選擇 PLC 的控制單元來完成系統(tǒng)功能的初始化機械手的移動故障報警等功能最后提出了一種簡單易于實現(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)濟型實用型高可靠型物料分揀機械手的設計方案對其他經(jīng)濟型 PLC 控制系統(tǒng)的設計也有一定的借鑒價值 關鍵詞 機械手氣動控制可編程控制器 PLC 自動化控制物料分揀 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 paperby 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 manipulators 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 controlsorting materials 第一章 前言 11 研究的目的及意義 機械手作為前沿的產(chǎn)品應自動化設備更新時的需要可以大量代替單調(diào)往復或高精度需求的工作在先進制造領域中扮演著極其重要的角色它可以搬運貨物分揀物品代替人的繁重勞動可以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化能在高溫腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護人身安全可以廣泛應用于機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)展機械手作為前沿的產(chǎn)品應自動化設備更新時的需要已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用它可以搬運貨物分揀物品用以代替人的繁重及單調(diào)勞動實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化并能在高溫 腐蝕及有毒氣體等有害環(huán)境下操作以保護人身安全被廣泛應用于機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算機和自動控制等先進技術具有可靠性高功能完善組合靈活編程簡單功耗低等優(yōu)點已成為目前在機械手控制系統(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 適應工業(yè)需要本課題試圖開發(fā) PLC 對物料分揀機械手的控制并借助必要的精密傳感器使其能夠對不同顏色的物料按預先設定的程序進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) 廣泛應用于柔性生產(chǎn)線采用PLC 控制是一種預先設定的程序進行物料分揀的自動化裝置可部分代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行單調(diào)持久的作業(yè)并且在產(chǎn)品變化或臨時需要對機械手進行新的分配任務時可以允許方便的改動或重新設計其新部件而對于位置改變時只要重新編程并能很快地投產(chǎn)降低安裝和轉換工作的費用本設計主要完成機械手的硬件部分與軟件部分設計主要包括執(zhí)行系統(tǒng)驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設計 12 機械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 機械手最早應用在汽車制造工業(yè)常用于焊接噴漆上下料和搬運機械手延伸和擴大了人的手足和大腦功能它可替代 人從事危險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)重復勞動提高勞動生產(chǎn)率保證產(chǎn)品質(zhì)量目前主要應用于制造業(yè)中特別是電器制造汽車制造塑料加工通用機械制造及金屬加工等工業(yè)工業(yè)機械手與數(shù)控加工中心自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng) FMS 和計算機集成制造系統(tǒng)實現(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械手的應用領域日益擴大 目前國際上的機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 KUKACLOOS 瑞典的ABB 意大利的 C0 毗 U 及奧地利的工 GM 公司 我國機械手起步于 20 世紀 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 9013 主要研究的內(nèi)容 隨著機械手技術的飛速發(fā)展和機械手應用領域的不斷深化不僅要求其控制可靠性強使用靈活性高和操作靈活性好還 要其成本低可開發(fā)經(jīng)濟性強本論文主要研究物料分揀機械手以下幾個方面的內(nèi)容 物料分揀機械手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇 執(zhí)行系統(tǒng)是由傳動部件與機械構件組成是機械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體主要包括機身手臂末端執(zhí)行器 3 部分組成其中每一部分都可以具有若干的自由度執(zhí)行系統(tǒng)的設計主要是對機械手的手部手臂和機座進行設計 物料分揀機械手驅動系統(tǒng)的分析與選擇 驅動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部分提供動力的裝置通過對液壓氣壓電氣三種驅動方式的比較本設計選擇氣壓驅動的方式內(nèi)容包括氣動元件的選擇及其工作原理氣動回路的設計和氣動原理圖的繪 制 物料分揀機械手控制系統(tǒng)的設計 控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng)它控制驅動系統(tǒng)讓執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求和時序進行工作本機械手采用可編程控制器 PLC 對機械手進行控制主要包括對 PLC 的型號選擇傳感器類型進行選擇 IO 口的選擇對控制系統(tǒng)原理圖自動程序梯形圖的繪制等內(nèi)容 14 解決的關鍵問題 1 解決機械手機械結構的設計問題要求機械手結構簡單經(jīng)濟具有一定的代表性 2 執(zhí)行部件的運動精度的問題 3 機械手的控制系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)的電路和控制程序并解決工件和控制 系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題 4 元件的匹配規(guī)則和知識的 獲取及其表達形式 5 傳感器的類型選擇 第二章 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇 機器手的執(zhí)行結構是機械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體執(zhí)行機構的布局類型直接影響到機械手的工作性能 執(zhí)行機構坐標形式的選擇 機械手的基本型式較多按手臂的坐標型式而言主要有四種基本型式直角坐標式圓柱坐標式球坐標式和關節(jié)式下面就各型式機械手作簡單的分析對比 1 直角坐標式機械手 直角坐標式機械手是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機械手它的手臂可作伸縮左右和