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基于物料分拣机械手自动控制新版专业系统设计.doc
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1、毕 业 设 计题目PLC机械手物料分拣控制毕业设计 系别 机电系 专业 机电一体化 班级 机电1301班 姓名 党海旺 学号 0045 指引教师 冯飞 日期 4月 基于PLC物料分拣机械手自动控制系统设计摘 要:机械手是一种按固定程序抓取、搬运物件或操作工具自动操作装置。重要有手部、运动机构和控制系统三大某些构成。本文在阐述其构造和工作原理基本上,提出了用气动驱动和PLC控制设计方案。以三菱FX2N系列可编程控制器为控制器设计机械手工作控制系统,给出了输入输出分派表,并选取了相应传感器,采用气动驱动,得到了可编程控制器外部硬件接线图,给出了相应梯形图和指令表,实现对机械手自动控制、故障报警等功
2、能。核心词:机械手;气动控制;PLC;自动化控制;物料分拣The Design on the Automatic Control System of the Sorting Materials Manipulator Based on PLCAbstract:Fetching manipulator is a kind of automatic operation device which can move objects or tools According to fixed program. It mainly composes of hand,movement mechanism and
3、 control system. This paper puts forward the designing scheme of pneumatic drive and PLC control,on the basis of expounding its structure and working principle. With Mitsubishi FX2N series programmable controller work for controller design of manipulator control system,it gives the input and output
4、allocation table,selecting the corresponding sensors,adopting pneumatic drive,getting the programmable controller external hardware wiring diagram and ladder diagram and instruction list and realizes of the automatic control of the manipulator,fault alarm,etc.Key words:manipulator;pneumatic-driven;p
5、rogrammable logic controller;automatic control;sorting materials引 言 随着工业高速发展,机械手作为前沿产品应自动化设备更新时需要,已经在工业生产中得到了广泛应用。它可以搬运货品、分拣物品、用以代替人繁重及单调劳动,实现生产机械化和自动化;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)是以中央解决器为核心,综合了计算机和自动控制等先进技术,具备可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简朴、功耗低等长处,已成为当前在机械手控制系统中使用最多控制方式。
6、使用PLC自动控制系统具备体积小,可靠高,故障率低,动作精度高等长处。在将来几年,传感技术,激光技术,工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域,这些技术会使机械手应用更为高效,高质,运营成本低。据猜测,此后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教诲、救灾、海洋开发、机器维修、交通运送和农业水产等领域得到应用。 随着机械手技术飞速发展和机械手应用领域不断深化,不但规定其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好,还要其成本低、可开发经济性强。适应工业需要,本课题试图开发PLC对物料分拣机械手控制,并借助必要精密传感器,使其可以对不同颜色物料按预先设定程序进行分拣,动作灵活多样,合用于可变换生产品
7、种中小批量自动化生产,广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制,是一种预先设定程序进行物料分拣自动化装置,可某些代替人工在高温和危险作业区进行单调持久作业,并且在产品变化或暂时需要对机械手进行新分派任务时,可以容许以便改动或重新设计其新部件,而对于位置变化时,只要重新编程,并能不久地投产,减少安装和转换工作费用。本设计重要完毕机械手硬件某些与软件某些设计。重要涉及执行系统、驱动系统和控制系统设计。 第1章 绪论1.1 机械手在国内外现状和发展趋势机械手最早应用在汽车制造工业,惯用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人手足和大脑功能,它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中工
8、作;代替人完毕繁重、单调重复劳动,提高劳动生产率,保证产品质量。当前重要应用于制造业中,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构成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统,实现生产自动化。随着生产发展,功能和性能不断改进和提高,机械手应用领域日益扩大。 当前,国际上机械手公司重要分为日系和欧系。日系中重要有安川、OTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司产品。欧系中重要有德国KUKA、CLOOS、瑞典ABB、意大利C0毗U及奥地利工GM公司。国内机械手起步于20世纪70年代初期,通过30近年发展,大体经历了
9、3个阶段:70年代萌芽期,80年代开发期和90年代应用化期。在国内,机械手市场份额大某些被国外机械手公司占据着。在国际强手面前,国内机械手公司面临着相称大竞争压力。如今国内正从一种“制造大国”向“制造强国”迈进,中华人民共和国制造业面临着与国际接轨、参加国际分工巨大挑战,对国内工业自动化提高迫在眉睫,政府务必会加大对机器人资金投入和政策支持,将会给机械手产业发展注入新动力。随着机械手发展深度和广度以及机器人智能水平提高,机械手已在众多领域得到了应用。从老式汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械
10、手应用也越来越多。随着工业高速发展,机械手作为前沿产品应自动化设备更新时需要,已经在工业生产中得到了广泛应用1。机械手发展趋势: 1. 重复高精度重复高精度是指如果重复多次,机械手到达同样位置精准限度。重复精度比精度更重要,如果一种机器人定位不够精准,普通会显示一种固定误差,这个误差是可以预测,因而可以通过编程予以校正。重复精度限定是一种固定误差,它通过一定次数地重复运营机器人来测定。随着微电子技术和当代控制技术发展,以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统成套化。气动机械手重复精度将越来越高,它应用领域也将更辽阔。 2. 模块化模块化拼装机械手比组合导向驱动装置更具备灵活地安装体系。它集
11、成电路接口和带有电缆及气管导向系统装置,使机械手运动自如。 3. 无给油化为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业无污染规定,不加润滑脂不供油润滑元件已经问世。随着材料技术进步,新型材料(如烧结金属石墨材料)浮现,构造特殊且用自润滑材料制成无润滑元件不但节约润滑油、不污染环境,并且系统简朴、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。 4. 机电一体化有“可编程序控制器-传感器-气动元件”构成典型控制系统依然是自动化技术重要方面;发展与电子技术相结合自适应控制气动元件,使气动技术从“开关技术”进入到高精度“反馈控制”;省去配线复合集成系统,不但减少配线、配管和元件,并且拆装简朴,大大提高了系
12、统可靠性2。1.2 PLC应用现状和发展趋势可编程控制器(PLC)是以中央解决器为核心,综合了计算机和自动控制等先进技术,具备可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简朴、功耗低等长处,已成为当前在机械手控制系统中使用最多控制方式。使用PLC自动控制系统具备体积小,可靠高,故障率低,动作精度高等长处。当前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运送、环保及文化娱乐等各个行业。使用状况大体可归纳为6类:开关量逻辑控制、运动控制、过程控制、数据解决、通讯及联网。1 开关量逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛应用领域,它取代老式继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,
13、既可用于单台设备控制,也可用于多机群控制及自动化流水线。2 模仿量控制在工业生产过程当中,有许多持续变化量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模仿量。为了使可编程控制器解决模仿量,必要实现模仿量(Analog)和数字量(Digital)之间A/D转换及D/A转换。3 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动控制。从控制机构配备来说,初期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,当前普通使用专用运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机单轴或多轴位置控制模块。4 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模仿量闭环控制。作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样控制算法程序,完毕闭环控制
14、。PID调节是普通闭环控制系统中用得较多调节办法。大中型PLC均有PID模块,当前许多小型PLC也具备此功能模块。PID解决普通是运营专用PID子程序3。5 数据解决 当代PLC具备数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完毕数据采集、分析及解决。这些数据可以与存储在存储器中参照值比较,完毕一定控制操作,也可以运用通讯功能传送到别智能装置,或将它们打印制表。数据解决普通用于大型控制系统,如无人控制柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中某些大型控制系统。6 通讯及联网PLC通信含PLC间通信及PLC与其他智能设备间通信。
15、随着计算机控制发展,工厂自动化网络发展得不久,各PLC厂商都十分注重PLC通信功能,纷纷推出各自网络系统。新近生产PLC都具备通信接口,通信非常以便。PLC发展趋势:(1)产品规模向大、小两个方向发展大:I/O点数达14336点、32位为微解决器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化;小:由整体构造向小型模块化构造发展,增长了配备灵活性,减少了成本;(2)PLC在闭环过程控制中应用日益广泛;(3)不断加强通讯功能;(4)新器件和模块不断推出高档PLC除了重要采用CPU以提高解决速度外,还带有解决器EPROM或RAM智能I/O模块、高速计时模块、远程I/O模块等专用化模块;(5)编程工
16、具丰富多样,功能不断提高,编程语言趋向原则化有各种简朴或复杂编程器及编程软件,采用梯形图、功能图、语言表等编程语言,亦有高档PLC指令系统; (6)发展容错技术采用设备并行工作、多数表决工作方式;(7)追求软硬件原则化。1.3 重要研究内容及解决问题本论文重要研究物料分拣机械手如下几种方面内容: 1物料分拣机械手执行系统分析与选取 执行系统是由传动部件与机械构件构成,是机械手赖以实现各种运动实体。重要涉及机身、手臂、末端执行器3某些构成,其中每一某些都可以具备若干自由度。执行系统设计重要是对机械手手部、手臂和机座进行设计。 2物料分拣机械手驱动系统分析与选取 驱动系统是向执行系统各某些提供动力
17、装置。通过对液压、气压、电气三种驱动方式比较,本设计选取气压驱动方式。内容涉及气动元件选取及其工作原理、气动回路设计和气动原理图绘制。 3物料分拣机械手控制系统设计控制系统是机械手指挥系统,它控制驱动系统,让执行系统按规定规定和时序进行工作。本机械手采用可编程控制器(PLC)对机械手进行控制,重要涉及对PLC型号选取、传感器类型进行选取、I/O口选取、对控制系统原理图、自动程序梯形图绘制等内容。解决核心问题:1. 执行系统:机械手机械构造设计问题,规定机械手构造简朴、经济、具备一定代表性;2. 驱动系统:气压驱动原理;3. 控制系统:PLC选型及程序编制;4. 检测系统:传感器选取与配备。第2
18、章 机械手构造分析与选取2.1 机械手概念和基本特点 国内国标(GB/T 12643-90)对机械手定义:“具备和人手臂相似动作功能,可在空间抓放物体,或进行其他操作机械装置。”机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。专用机械手作为整机附属某些,动作简朴,工作对象单一,具备固定(有时可调)程序,使用大批量自动生产。如自动生产线上上料机械手,自动换刀机械手,装配焊接机械手等装置。通用机械手是一种具备独立控制系统、程序可变、动作灵活多样机械手。它合用于可变换生产品种中小批量自动化生产。它工作范畴大,定位精度高,通用性强,广泛应用于柔性自动线。机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备。机械
19、手是机器人一种重要分支。它特点是可通过编程来完毕各种预期作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自长处,特别体现了人智能和适应性。机械手作业精确性以及在各种环境中可以完毕作业能力,使之在国民经济各领域有着辽阔发展前景。机械手重要由手部和运动机构构成。手部是用来抓持工件(工具)部件,依照被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业规定而有各种构造形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完毕各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定动作,变化被抓持物件位置和姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手自由度。而机械手是一种可以自动化定位控制并可以重新编程以变化动作多功能机器,它有各种
20、自由度,可用来搬运物体以完毕在各个不同环境中工作。为了抓取空间中任意位置和方位物体,需有6个自由度。自由度是机械手设计核心参数。自由度越多,机械手灵活性越大通用性越广其构造也越复杂。普通专用机械手有23个自由度。机械手种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按合用范畴可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和持续轨迹控制机械手等。在工业生产中应用机械手被称为工业机械手。机械手通惯用作机床或其她机器附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,普通没有独立控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物
21、品主从式操作手也常称为机械手。机械手是工业自动控制领域中经常遇到一种控制对象。机械手可以完毕许多重要工作,如搬物、装配、切割、喷染等等,应用非常广泛。应用PLC控制机械手实现各种规定工序动作,可以简化控制线路,节约成本,提高劳动生产率。自动物料分拣装置机械手采用模块化设计,通过PLC控制机械手自动分料。而通过PLC控制机械手移动和准拟定位控制物料分拣,以缩短生产节拍,提高生产效率。具备结实、高速和良好可操作性。可进行大批量产品自动化生产;可以组合多台机床或其她设备,成为具备不同生产流程自动化生产线,具备效率高、构造简朴紧凑、造型新颖美观、重量轻特点4。物料分拣机械手各个系统如图2.1所示,由控
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