【正文】 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文 基于 PLC的物料分揀機(jī)械手自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(jī)械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1 13 主要研究的內(nèi)容 2 14 解決的關(guān)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(jī)構(gòu)坐標(biāo)形式的選擇 4 22 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成 6 23 執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部分的分析與選擇 6 手部的選擇 6 手臂結(jié)構(gòu)的選擇 8 機(jī)座結(jié)構(gòu)的選擇 9 24 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理 10 25 執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡圖 10 第三章 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析與選擇 12 31 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析與選擇 12 32 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì) 13 33 氣動(dòng)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(dòng)回路的工作原理 18 第四章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì) 22 41 控制 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 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(cè)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(shè)計(jì)的基本原則 25 PLC 種類及型號(hào)選擇 30 IO 點(diǎn)數(shù)分配 30 PLC 外部接線圖 32 機(jī)械手控制原理 32 45 PLC 程序設(shè)計(jì) 34 總體程序框圖 34 初始化及報(bào)警程序 36 手動(dòng)控制程序 37 自動(dòng)控制程序 39 第五章 總結(jié)與展望 42 參考文獻(xiàn) 43 致 謝 44 附 錄 45 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(dòng)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)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(duì)機(jī)械手技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析提出了用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)中采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)控制可編程控制器 PLC 自動(dòng)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(jī)械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)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(dòng)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)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(dòng)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(dòng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)具有體積小可靠高故障率低動(dòng)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(duì)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(dòng)作靈活多樣適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件而對(duì)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(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 機(jī)械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 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(dòng)提高勞動(dòng)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(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測(cè)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(dòng)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 KUKACLOOS 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(gè)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(jī)械手技術(shù)的飛速發(fā)展和機(jī)械手應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化不僅要求其控制可靠性強(qiáng)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(jì)性強(qiáng)本論文主要研究物料分揀機(jī)械手以下幾個(gè)方面的內(nèi)容 物料分揀機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇 執(zhí)行系統(tǒng)是由傳動(dòng)部件與機(jī)械構(gòu)件組成是機(jī)械手賴以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體主要包括機(jī)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(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)械手的手部手臂和機(jī)座進(jìn)行設(shè)計(jì) 物料分揀機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析與選擇 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部分提供動(dòng)力的裝置通過對(duì)液壓氣壓電氣三種驅(qū)動(dòng)方式的比較本設(shè)計(jì)選擇氣壓驅(qū)動(dòng)的方式內(nèi)容包括氣動(dòng)元件的選擇及其工作原理氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)和氣動(dòng)原理圖的繪 制 物料分揀機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)讓執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求和時(shí)序進(jìn)行工作本機(jī)械手采用可編程控制器 PLC 對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制主要包括對(duì) PLC 的型號(hào)選擇傳感器類型進(jìn)行選擇 IO 口的選擇對(duì)控制系統(tǒng)原理圖自動(dòng)程序梯形圖的繪制等內(nèi)容 14 解決的關(guān)鍵問題 1 解決機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題要求機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟(jì)具有一定的代表性 2 執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)精度的問題 3 機(jī)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(shí)的 獲取及其表達(dá)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(jī)器手的執(zhí)行結(jié)構(gòu)是機(jī)械手賴以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布局類型直接影響到機(jī)械手的工作性能 執(zhí)行機(jī)構(gòu)坐標(biāo)形式的選擇 機(jī)械手的基本型式較多按手臂的坐標(biāo)型式而言主要有四種基本型式直角坐標(biāo)式圓柱坐標(biāo)式球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式下面就各型式機(jī)械手作簡單的分析對(duì)比 1 直角坐標(biāo)式機(jī)械手 直角坐標(biāo)式機(jī)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(jī)械手它的手臂可作伸縮左右和