基于plc机械手控制系统设计样本.doc
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1、吉林电子信息职业技术学院电气工程系毕业论文基于PLC气动机械手设计 毕 业 生 姓 名: 指引教师、职称: 学 号:专 业 名 称: 摘 要随着着机电一体化在各个领域应用,机械设备自动控制成分显得越来越重要,由于工作需要,人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素危害,增长了工人劳动强度,甚至于危机生命。因而机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中老式任务执行机构,是机器人核心部件之一。其中工业机械手是近代自动控制领域中浮现一项新技术,它发展是由于其积极作用正日益为人们所结识:它能某些地代替人工操作;能按照生产工艺规定,遵循一定程序、时间和位置来完毕工件传送和装卸;能制作必要机具进行焊接和装
2、配从而大大改进工人劳动条件,明显地提高劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化步伐。本设计采用三菱Q系列PLC作为控制机对工业机械手进行控制及监控。 核心词:可编程控制器PLC, 机械手,气动 Abstract Follows the integration of machinery in each domain application,the mechanical device automatic control ingredient is appearing more and more importantly,industry manipulator is a new technolog
3、y which in the modern automatic control domain appears,its development is because its positive role was knowing day by day for the people:It can the partial zones for the manual control;Can defer to the production craft the request,follows the certain procedure,the time and the position completes th
4、e work piece the transmission and loading and unloading;Can manufacture the essential machines and tools to carry on the welding and the assembly thus greatly improves workers work condition,remarkably enhances the labor productivity,speeds up realizes the industrial production mechanization and the
5、 auto mated step. This design uses grinds the overseas Chinese laborer industry control computer to take on the position machine,Q PLC carries on the monitoring and the performance data as the lower position machine to freedom industries manipulator files away.目 录第一章 绪论11.1 气动机械手概述11.2 机械手构成和分类11.2.
6、1机械手构成11.2.2机械手分类31.3 国内外发展状况51.4课题提出及重要任务61.4.1课题提出61.4.2课题重要任务8第二章 机械手设计方案82.1机械手坐标型式与自由度82.2 机械手手部构造方案设计92.3 机械手手腕构造方案设计102.4 机械手手臂构造方案设计102.5 机械手驱动方案设计102.6 机械手控制方案设计102.7 机械手重要参数102.8 机械手技术参数列表112.9 前法兰式气缸简介12第三章 手臂伸缩、回转气缸尺寸设计与校核123.1手臂伸缩气缸尺寸设计与校核123.1.2 平衡装置143.2手腕回转气缸尺寸设计与校核143.2.1 尺寸设计143.2.
7、2 尺寸校核15第四章 气动系统设计1641 气压传动系统工作原理图16第五章 机械手PLC控制设计175.1可编程序控器简介175.2 PLC构造,种类和分类185.3 FX2n系列三菱PLC特点205.4 接近开关传感器215.5 I/O接口简介215.6 行程开关简介225.6.1 行程开关概念225.6.2 行程开关作用及原理225.7电路总体设计235.7.1 回路设计235.7.2 系统输入/输出分布表245.73机械手程序设计255.7.4 步进电机运营控制255.7.5 各模块程序设计26第六章 结 论35结束语36参照文献37第一章 绪论1.1 气动机械手概述气动机械手由操作
8、机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成,是一种仿人操作,自动控制、可重复编程、能在三维空间完毕各种作业机电一体化自动化设备。特别适合于多品种、变批量柔性生产。它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改进劳动条件和产品迅速更新换代起着十分重要作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成高新技术,是当代研究十分活跃,应用日益广泛领域。机器人应用状况,是一种国家工业自动化水平重要标志。机器人并不是在简朴意义上代替人工劳动,而是综合了人特长和机器特长一种拟人电子机械装置,既有人对环境状态迅速反映和分析判断能力,又有机器可长时间持续工作、精
9、准度高、抗恶劣环境能力,从某种意义上说它也是机器进化过程产物,它是工业以及非产业界重要生产和服务性设各,也是先进制造技术领域不可缺少自动化设备.机械手是模仿着人手某些动作,按给定程序、轨迹和规定实现自动抓取、搬运或操作自动机械装置。在工业生产中应用机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;特别在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣环境中,它代替人进行正常工作,意义更为重大。因而,在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热解决、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运送业等方面得到越来越广泛引用.机械手构
10、造形式开始比较简朴,专用性较强,仅为某台机床上下料装置,是附属于该机床专用机械手。随着工业技术发展,制成了可以独立按程序控制实现重复操作,合用范畴比较广“程序控制通用机械手”,简称通用机械手。由于通用机械手能不久变化工作程序,适应性较强,因此它在不断变换生产品种中小批量生产中获得广泛引用。1.2 机械手构成和分类1.2.1机械手构成机械手重要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所构成。各系统互相之间关系如方框图1-1所示。 图1-1机械手构成方框图:Pane chart of composition of manipulator(一)执行机构涉及手部、手腕、手臂和立柱等部件,有还增
11、设行走机构。1、手部即与物件接触部件。由于与物件接触形式不同,可分为夹持式和吸附式手在本课题中咱们采用夹持式手部构造。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触构件,惯用手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指构造简朴,制造容易,故应用较广泛。平移型应用较少,其因素是构造比较复杂,但平移型手指夹持圆形零件时,工件直径变化不影响其轴心位置,因而适当夹持直径变化范畴大工件。手指构造取决于被抓取物件表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件重量及尺寸。惯用指形有平面、V形面和曲面:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完毕夹放
12、物件任务。传力机构型式较多时惯用有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。2、手腕是连接手部和手臂部件,并可用来调节被抓取物件方位(即姿势)3、手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕重要部件。手臂作用是带动手指去抓取物件,并按预定规定将其搬运到指定位置.工业机械手手臂普通由驱动手臂运动部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合,以实现手臂各种运动。4、立柱立柱是支承手臂部件,立柱也可以是手臂一某些,手臂回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切联系。机械手立柱因工作需要,有时也可作横向移动,即称为可移
13、式立柱。5、行走机构当工业机械手需要完毕较远距离操作,或扩大使用范畴时,可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构,以实现工业机械手整机运动。滚轮式布为有轨和无轨两种。驱动滚轮运动则应此外增设机械传动装置。6、机座机座是机械手基本某些,机械手执行机构各部件和驱动系统均安装于机座上,故起支撑和连接作用。(二)驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动动力装置调节装置和辅助装置构成。惯用驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定规定运动系统。当前工业机械手控制系统普通由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统构成。控制系统有电气控制和射流控制两种,它支
14、配着机械手按规定程序运动,并记忆人们予以机械手指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间),同步按其控制系统信息对执行机构发出指令,必要时可对机械手动作进行监视,当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。(三)控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定规定运动系统。当前工业机械手控制系统普通由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统构成。控制系统有电气控制和射流控制两种,它支配着机械手按规定程序运动,并记忆人们予以机械手指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间),同步按其控制系统信息对执行机构发出指令,必要时可对机械手动作进行监视,当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。(四)位置检
15、测装置控制机械手执行机构运动位置,并随时将执行机构实际位置反馈给控制系统,并与设定位置进行比较,然后通过控制系统进行调节,从而使执行机构以一定精度达到设定位置.1.2.2机械手分类工业机械手种类诸多,关于分类问题,当前在国内尚无统一分类原则,在此暂按使用范畴、驱动方式和控制系统等进行分类。(一)按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:1、专用机械手它是附属于主机、具备固定程序而无独立控制系统机械装置。专用机械手具备动作少、工作对象单一、构造简朴、使用可靠和造价低等特点,合用于大批量自动化生产自动换刀机械手,如自动机床、自动线上、下料机械手。2、通用机械手它是一种具备独立控制系统、程序可
16、变、动作灵活多样机械手。格性能范畴内,其动作程序是可变,通过调节可在不同场合使用,驱动系统和控制系统是独立。通用机械手工作范畴大、定位精度高、通用性强,合用于不断变换生产品种中小批量自动化生产。通用机械手按其控制定位方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位,只能是点位控制:可以是点位,也可以实现持续轨控制;同步还可分为伺服型和普通型机械手,伺服型具备伺服系统定位控制系统,普通伺服型通用机械手属于数控类型。(二)按驱动方式分1、液压传动机械手是以液压压力来驱动执行机构运动机械手。其重要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、构造紧凑、动作敏捷。但对密封装置规定严格,否则油泄
17、漏对机械手工作性能有很大影响,且不适当在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统,可实现持续轨迹控制,使机械手通用性扩大,但是电液伺服阀制造精度高,油液过滤规定严格,成本高。2、气压传动机械手是以压缩空气压力来驱动执行机构运动机械手。其重要特点是:介质李源极为以便,输出力小,气动动作迅速,构造简朴,成本低。但是,由于空气具备可压缩特性,工作速度稳定性较差,冲击大,并且气源压力较低,抓重普通在30公斤如下,在同样抓重条件下它比液压机械手构造大,因此合用于高速、轻载、高温和粉尘大环境中进行工作。3、机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动机械手。它是一种附属
18、于工作主机专用机械手,其动力是由工作机械传递。它重要特点是运动精确可靠,用于工作主机上、下料。动作频率大,但构造较大,动作程序不可变。4、电力传动机械手即有特殊构造感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动械手,由于不需要中间转换机构,故机械构造简朴。其中直线电机机械手运动速度快和行程长,维护和使用以便。此类机械手当前还不多,但有发展前程。(三)按控制方式分1、点位控制它运动为空间点到点之间移动,只能控制运动过程中几种点位置,不能控制其运动轨迹。若欲控制点数多,则必然增长电气控制系统复杂性。当前使用专用和通用工业机械手均属于此类。2、持续轨迹控制它运动轨迹为空间任意持续曲线,其特点
19、是设定点为无限,整个移动过程处在控制之下,可以实现平稳和精确运动,并且使用范畴广,但电气控制系统复杂。此类工业机械手普通采用小型计算机进行控制。1.3 国内外发展状况国外机器人领域发展近几年有如下几种趋势:(1) 工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修),而单机价格不断下降,平均单机价格从91年10.3万美元降至97年65万美元。(2) 机械构造向模块化、可重构化发展。例如关节模块中伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。(3) 工业机器人控制系统向基于PC机开放型控制器方向发展,便于原则化
20、、网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化构造:大大提高了系统可靠性、易操作性和可维修性。(4) 机器人中传感器作用日益重要,除采用老式位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器,而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合 配备技术在产品化系统中已有成熟应用。(5) 虚拟现实技术在机器人中作用已从仿真、预演发展到用于过程控制,如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中感觉来操纵机器人。(6) 当代遥控机器人系统发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者与机器人人机交互控制,即遥控加局部自主系统构
21、成完整监控遥控操作系统,使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用最知名实例。(7) 机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来,这种新型装置已成为国际研究热点之一,纷纷摸索开拓其实际应用领域。国内工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步,在国家支持下,通过“七五”、“八五”科技攻关,当前己基本掌握了机器人操作机设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,生产了某些机器人核心元器件,开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家公司近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应
22、用,弧焊机器人己应用在汽车制造厂焊装线上。但总来看,国内工业机器人技术及其工程应用水平和国外比尚有一定距离,如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上,国内己安装国产工业机器人约200台,约占全球已安装台数万分之四。以上因素重要是没有形成机器人产业,当前国内机器人生产都是应顾客规定,“一客户,一次重新设计”,品种规格多、批量小、零部件通用化限度低、供货周期长、成本也不低,并且质量、可靠性不稳定。因而迫切需要解决产业化前期核心技术,对产品进行全面规划,搞好系列化、通用化、模块化设计,积极推动产业化进程.国内智能机器人和特种机器人在“86
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