2023年基于plc的机械手的设计.doc

本科毕业论文〔设计〕 论文〔设计〕题目： 基于plc的机械手的设计 学 院： 机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 机 自 054 学 号： 0503016837 学生姓名： 邹 俊 辉 指导教师： 赵 丽 梅 2009年6 月19 日 贵州大学本科毕业生论文〔设计〕 诚信责任书 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文〔设计〕，是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文〔设计〕中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。 特此声明。 论文〔设计〕作者签名： 日 期： 目 录 目 录 I 摘 要 IV Abstract V 第一章 前言 1 1.1 研究的目的及意义 1 1.2 机械手在国内外现状和开展趋势 1 1.3 主要研究的内容 2 1.4 解决的关键问题 3 第二章 执行系统的分析与选择 4 2.1 执行机构坐标形式的选择 4 2.2 执行机构的组成 6 2.3 执行机构各局部的分析与选择 6 2.3.1 手部的选择 6 2.3.2 手臂结构的选择 8 2.3.3 机座结构的选择 9 2.4 执行机构的工作原理 10 2.5 执行机构简图 10 第三章 驱动系统的分析与选择 12 3.1 驱动系统的分析与选择 12 3.2 机械手驱动系统的控制设计 13 3.3 气动元件选取及工作原理 14 3.3.1 气源装置 14 3.3.2 执行元件 15 3.3.3 控制元件 16 3.3.4 辅助元件 17 3.3.5 真空发生器 18 3.3.6 吸盘 18 3.4 气动回路的工作原理 18 第四章 控制系统的分析设计 22 4.1 控制系统的组成结构 22 4.2 控制系统的性能要求 22 4.3 传感器的选择 23 4.3.1 位置检测装置 23 4.3.2 滑觉传感器 23 4.3.3 视觉传感器 24 4.4 控制系统PLC的选型及控制原理 25 4.4.1 PLC控制系统设计的根本原那么 25 4.4.2 PLC种类及型号选择 30 4.4.3 I/O点数分配 30 4.4.4 PLC外部接线图 32 4.4.5 机械手控制原理 32 4.5 PLC程序设计 34 4.5.1 总体程序框图 34 4.5.2 初始化及报警程序 36 4.5.3 手动控制程序 37 4.5.4 自动控制程序 39 第五章 总结与展望 42 参考文献 43 致 谢 44 附 录 45 基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计 摘 要 机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 本文在纵观了近年来机械手开展状况的根底上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。 通过以上局部的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。 关键词: 机械手，气动控制，可编程控制器〔PLC〕，自动化控制，物料分拣。 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, combining 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 complementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumatic-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system, manipulator'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, high-reliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design. Key words: manipulator ；pneumatic-driven； programmable logic controller (PLC)； automatic control；sorting materials 第一章 前言 1.1 研究的目的及意义 机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。 随着工业的高速开展，机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业生产中得到了广泛的应用。它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的机械化和自动化；并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。 可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。 适应工业需要，本课题试图开发PLC对物料分拣机械手的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可局部代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。本设计主要完成机械手的硬件局部与软件局部设计。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。 1.2 机械手在国内外现状和开展趋势 机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的开展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。 目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奥地利的工GM公司。 我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年开展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大局部被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国〞向“制造强国〞迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业开展注入新的动力。 随着机械手开展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑