【正文】 he Design for The Automatic Control System of The Sorting Materials Manipulator Based on PLC By xxxxxx Supervised by Associate Prof. Tang xxxxxxx Department of Automation Engineering Nanjing Institute of Technology May, 2021 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 摘 要 隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)制造業(yè)中正 逐步引進(jìn)機(jī)械手，通過它來完成一些例如搬運(yùn)、分揀等工作，代替了 人力主導(dǎo)的繁重勞動?？傮w上對物料分揀機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。它具有很高的機(jī)械穩(wěn)定 性及智能性，通常是通過編程來操控機(jī)械手完成各種工作，是工業(yè)自動化的重要體現(xiàn)。 機(jī)械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 機(jī)械手早期制造業(yè)，現(xiàn)在已普及于制造業(yè)中，在電器制造、機(jī)械制造及金屬加工等領(lǐng)域更是占據(jù)著重要的地位。 我國機(jī)械手歷經(jīng) 30 多年的發(fā)展，雖前景不錯，但國內(nèi)市場仍被國外機(jī)械手產(chǎn)業(yè)占據(jù)。一些非制造業(yè)也逐步開始應(yīng)用如采礦機(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。 （ 2） 物料分揀機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 驅(qū)動系統(tǒng)：使機(jī)械手能夠運(yùn)動的系統(tǒng)，為其提供動力。 本設(shè)計(jì)按要求需實(shí)現(xiàn)機(jī)械手伸縮、升降、左右旋轉(zhuǎn)。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成 工業(yè)機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機(jī)械部分組成： （ 1） 手部 是機(jī)械手直 接與工件接觸的部分。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析與選擇 手部的選擇 手部是直接與工件接觸的部分。 氣吸式手部，它主要是利用大氣壓強(qiáng)的原理。真空吸盤結(jié)構(gòu)如圖 4 圖 真空吸盤結(jié)構(gòu) 手臂結(jié)構(gòu)的選擇 手臂一般有伸縮、旋轉(zhuǎn)和升降三個運(yùn)動。本機(jī)械手的手臂做直線運(yùn)動行程短，加上追求簡單經(jīng)濟(jì)的考慮，選用雙作用單活塞桿氣缸。 機(jī)座結(jié)構(gòu)如圖 5 底座 擺動氣缸 雙向推力球軸承 扣罩 轉(zhuǎn)臺 圖 機(jī)座結(jié)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工藝流程 物料分揀機(jī)械手的動作基本有伸縮、升降、左右旋轉(zhuǎn)、吸物和放物等動作。 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 由于液壓傳動較氣壓傳動雖變速和換向響應(yīng)快，容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，使用壽命長，但污染系數(shù)較高，具有一定的危險(xiǎn)性，成本較高，工作噪聲較大，而電 氣傳動相對于氣壓傳動來說雖定位精度高，動作響應(yīng)快，驅(qū)動力較大，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，維護(hù)不便，價格昂貴，限制了在一些場合的應(yīng)用。 氣動元件選取及工作原理 氣壓驅(qū)動是利用壓縮氣體的壓力能來實(shí)現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質(zhì)主要是空氣，也包括燃?xì)夂驼羝? 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件就是機(jī)械手執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置，如手臂的直線往復(fù)運(yùn)動，擺動氣缸的回轉(zhuǎn)擺動。 它可分為單葉片式和雙葉片式，由于雙葉片式能產(chǎn)生 2 倍于單葉片式的轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生更大的動力，有利于機(jī)械手手臂的轉(zhuǎn)動，所以選雙葉片式擺動氣缸。有調(diào)壓閥、溢流閥、調(diào)速閥之分。常與流量閥、換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥。 常用的換向閥主要有二位二通閥、二位三通閥、二位四通閥、三位四通閥、三位五通閥等。 （ 2） 使用三位四通電磁換向閥能夠快速實(shí)現(xiàn)氣缸的正反向運(yùn)動。它通常與吸盤配合被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)中。系統(tǒng)中選用電磁換向閥，限位開關(guān)，實(shí)現(xiàn)氣缸的往復(fù)運(yùn)動。 （ 3）吸物 當(dāng)垂直手臂下降碰到下限 位開關(guān)， YV3 斷電，手臂下降動作停止，二位二通換向閥 4 的 YV7 得電，真空發(fā)生器動作，真空吸盤將物料吸起。 （ 7）垂直手臂下降 當(dāng)擺動氣缸右旋碰到右限位開關(guān)， YV5 斷電，右旋停止， 三位四通換向閥 2的 YV3 得電，垂直手臂下降。 （ 11）水平手臂回縮 當(dāng)擺動氣缸左旋碰到左限位開關(guān)， YV6 斷電，停止左旋，三位四通換向閥 1的 YV2 得電，手臂回縮。以下綜合之前對 PLC系統(tǒng)優(yōu)勢的分析，對控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （ 3） 驅(qū)動部分：為了使機(jī)械手完成控制裝置執(zhí)行的動作，機(jī)械手選用各種不同的驅(qū)動方式。 這里用 行程開關(guān) 作為 位置檢測裝置，用 來 控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。 13 控制系統(tǒng) PLC的選型及控制原理 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 1. PLC 機(jī)型 的選擇 PLC 機(jī)型選擇 首要條件是要滿足設(shè)計(jì)要 求的功能，且要 維護(hù)方便， 成本低 。 (2) 確定合理的安裝方式 PLC 系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程 I／ O 式以及多臺 PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。 此系統(tǒng)只需用開關(guān)量控制，選用一般小型 PLC 即可。 2. 確定 PLC 的 容量 PLC 的容量包括 I／ O 點(diǎn)數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。 (4）根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)和效能的不同有 5 種不同結(jié)構(gòu) 配置的品種，即 1) CPU221:6 輸入 /4 輸出，無擴(kuò)展能力 2） CPU222:8 輸入 /6 輸出，可擴(kuò)展 2 模塊 3） CPU224:14 輸入 /10 輸出，可擴(kuò)展 7 個模塊，有內(nèi)置時鐘，功能更強(qiáng)，是使用最多的 s7200 產(chǎn)品 4） CPU224XP:較 CPU224 有所升級，存儲量和功能都有提升，增加了 2 輸入/1 輸出的模擬量單元和一個通信口 5） CPU226:24 輸入 /16 輸出存儲量達(dá)到 10,有 2 個通信口，適用于點(diǎn)數(shù)多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 4) 模擬量輸入擴(kuò)展模塊 EM231。 PLC 種類及型號選擇 如今 PLC 種類主要有西門子、三菱、 OMRON、 FANAC、東芝等。以下開始逐步分析： ,第一個燈 亮，即系統(tǒng)執(zhí)行前伸動作，手臂伸出； 按下 ,第三個燈 亮，即系統(tǒng)執(zhí)行下降動作； 24 按下，第 7 個燈亮，即執(zhí)行吸物動作，此時 置位 ，第 7燈常亮，同時時間繼電器開始計(jì)時； ，后選擇放物料位置，隨后手臂上升，即第 4個燈 亮； 25 按下，第 5 個燈 亮，即執(zhí)行右旋動作； 2 按下，第 3 個燈 亮，即執(zhí)行 ,下降動作； 26 按下，第 7 個燈 復(fù)位失電，第 7 燈滅，經(jīng)時間繼電器延時，執(zhí)行上升動作，第 4 個燈 亮； 按下，第 6 個燈 亮，即執(zhí)行左旋動作； 27 按下，第 2 個燈 亮，即執(zhí)行手臂回縮動作，回到初始位置； ： （ 1） 這個網(wǎng)絡(luò)根據(jù)停止按鈕的開閉來決定系統(tǒng)是否循環(huán)執(zhí)行； （ 2） 這是經(jīng)顏色檢測后將物料送去不同位置的網(wǎng)絡(luò)； 28 （ 3） 這是初始位置指示燈的工作狀態(tài)顯示，目前工作在循環(huán)狀態(tài)； 29 第五章 總結(jié)與展望 本論文主要對物料分揀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)等各組成部分進(jìn)行了較為全面的分析，最后得出其總體設(shè)計(jì)方案。 30 致 謝 經(jīng)過整整一學(xué)期的奮戰(zhàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于快要落下帷幕，回想整個過程， 充滿了感慨和感恩。 在此，我要感謝這學(xué)期辛苦陪伴的 xxx 老師