基于物料分揀機(jī)械手的自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計(文件)

　

【正文】 ......................................................................17 順控 梯形圖 .....................................................................................19 程序的仿真 與調(diào)試 .....................................................................23 第五章 總結(jié)與展望 ......................................................................29 致 謝 ..............................................................................................30 參考文獻(xiàn) ..........................................................................................31 1 第一章 緒論 研究的目的及意義 隨著近年來工業(yè)自動化領(lǐng)域的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人這一自動化生產(chǎn)裝置正慢慢地崛起，工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為其一個重要組成部分。 本課題目的是利用 PLC 對物料分揀機(jī)械手加以控制，要求 做到機(jī)械手按指定程序?qū)Σ煌锪线M(jìn)行分揀，動作靈活流暢。安川、松下、 FANLUC、川崎、 CLOOS、GM等都是機(jī)械手的大頭。 隨著機(jī)械手不斷融入新的科技，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)得到了質(zhì)的飛躍。本論文主要研究內(nèi)容如下： （ 1） 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)：機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng)主要由手部、手臂、立柱和機(jī)座以及傳動機(jī)等構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種機(jī)械運(yùn)動。 3 第二章 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇 執(zhí)行機(jī)構(gòu)坐標(biāo)形式的選擇 機(jī)械手的坐標(biāo)形式較多，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。因此圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手既能滿足設(shè)計基本要求，又使操作簡單，所以決定用圓柱坐標(biāo)式。 （ 4） 機(jī)座 機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部件及驅(qū)動均安裝于機(jī)座，起支承和聯(lián)接作用。 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類似，也有手指，夾持工件需要有一定的夾緊力，對定位精度要求高，設(shè)計起來比 較復(fù)雜。這里選擇吸氣式手部。 驅(qū)動機(jī)構(gòu)一般有雙作用單活塞桿油 (氣 )缸和雙作 用雙活塞桿油 (氣 )缸，前者缸體和活塞桿可以各自固定而另一個運(yùn)動，是機(jī)械手手臂往復(fù)運(yùn)動用的最多的；后者多用于手臂要求長，行程長的機(jī)械手，雖能滿足行程要求，但設(shè)計比較復(fù)雜。 機(jī)座結(jié)構(gòu)的選擇 本機(jī)械手開率到機(jī)座要求其結(jié)構(gòu)剛性好、占地面積小等，還需一個 旋轉(zhuǎn)模塊，擺動氣缸就要固定在機(jī)座上，故采用雙向推力球軸承的國定機(jī)座。機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)一般可分為液壓、氣壓、電氣三種驅(qū)動方式。其氣動驅(qū)動系統(tǒng)原理圖如圖 圖 驅(qū)動系統(tǒng)原理圖 8 氣動系統(tǒng)主要有以下部件組成： （ 1）三位四通電磁換向閥：改變氣缸運(yùn)動方向； （ 2）二位二通電磁閥 ：控制真空發(fā)生器的通斷； （ 3）調(diào)速閥；控制氣缸運(yùn)動速度，保護(hù)物料及手臂； （ 4）氣缸、吸盤等。 空氣壓縮機(jī)是行成壓縮空氣的主要設(shè)備，儲氣罐可以穩(wěn)定工作時輸出的氣流 ，具有調(diào)節(jié)作用。 擺動氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動式 擺動氣缸：由葉片將內(nèi)腔分隔 為二，向兩腔交替供氣， 輸出軸 做擺動運(yùn)動。 壓力控制閥：用來調(diào)控壓力大小。 （ 1） 單向型控制閥 單向閥是氣流只能向一個方向流動的閥，結(jié)構(gòu)最簡單。 換向閥的性能要求有： 1）各工作位置腔內(nèi)泄漏量小； 2）壓力損失小； 3）換向性能可靠、迅速平穩(wěn)。左端得電閥芯左移，右得電閥芯右移，兩端都失電， 閥芯處于中位，各口互不相通。真空發(fā)生器就是一種能夠方便簡單地獲得負(fù)壓的新型的高效的清潔的小型真空元件。 10 氣動回路的工作原理 物料分揀機(jī)械手的工作循環(huán)是：水平手臂的伸出 → 垂直手臂的下降 → 吸物→物料檢測→垂直 手臂的上升 → 擺動氣缸的右旋→垂直手臂的下降→放物 → 垂直手臂的上升 → 擺動氣缸的左 旋 →水平手臂回縮→回到初始位置 。 （ 2）垂直手臂的下降 當(dāng)水平氣缸前伸碰到前限位開關(guān)，使 YV1 斷電，手臂伸出動作停止，繼而使三位四通換向閥 2 的 YV3 得電，閥芯動作，垂直手臂執(zhí)行下降動作。 （ 6）擺動氣缸右旋 當(dāng)手臂上升碰到上限位開關(guān)， YV4 斷電，手臂上升停止，三位四通換向閥 3的 YV5 得電，擺動氣缸右旋。 （ 10）擺動氣缸左旋 當(dāng)手臂上升碰到上限位開關(guān)， YV4 斷電，上升停止，三位四通換向閥 3 的YV6 得電，使擺動氣缸左旋。控制系統(tǒng)的要素包括動作順序、位置、時間、速度等。 （ 2） 控制裝置：根 據(jù)感知部分采集的信息，作出相應(yīng)的動作。 位置檢測裝置 在本設(shè)計中，當(dāng)機(jī)械手執(zhí)行左旋 /右旋，前伸 /回縮，上升 /下降等動作時，應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測裝置檢測動作是否到位。 RGB 顏色傳感器具有抗噪聲干擾能力強(qiáng)，外圍電路簡單，空間利用率高，組裝成本低等優(yōu)點(diǎn) ，并且 根據(jù)前面的介紹和比較，便于 PLC 控制系統(tǒng)的簡單化，控制系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)，因此選擇 RGB 顏色傳感器。故此簡單的結(jié)構(gòu)選擇整體試PLC。 （ 3) 滿足 相應(yīng) 的功能 要求 此系統(tǒng)要求對機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制，對于 一般小型 PLC 開關(guān)量控制 均 可滿足。 (5) 滿足 系統(tǒng)可靠性要求 本系統(tǒng)選用 一般系統(tǒng) PLC 能夠滿足要求，不需要考慮太多此方面的問題。 (3）確定應(yīng)選擇 PLC 的點(diǎn)數(shù) 在滿足控制要求 和對 I／ O 點(diǎn)留有一定的裕量 的前提下 ，應(yīng)合理選用 PLC 的I／ O 點(diǎn)的數(shù)量。 4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)、 32點(diǎn)） DC 輸入 /4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)、 32 點(diǎn)） DC 輸出和 4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)、 32 點(diǎn)）繼電器輸出。 15 本課題控制系統(tǒng)有 10 個輸入， 8 個輸出，因此在考慮裕量的基礎(chǔ)上選用CPU224 模塊，不用擴(kuò)展模塊。依據(jù)上述的接口地址分配表，其中 10 個輸入量分別接 10 個開關(guān)，分別表示 ~,8 個輸出量接 8個燈分別表示 ~。 諸如以上的一些問題還有很多，但對于 PLC控制的機(jī)械手的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不會終止，相信在將來這片領(lǐng)域會更放異彩。平時零星的知識在此刻得到了匯總，加上自己不斷的摸索和探究終于算是完成了大學(xué)生涯的最后一課作業(yè)，也為將來步入工作崗位打下了良好的基礎(chǔ)。 31 參考文獻(xiàn) [1] 張建民等 .機(jī)電一 體化系統(tǒng)設(shè)計［ M］ .北京：北京理工大學(xué)出版社， ～ 183. [2] 鐘肇新 .可編程序控制器原理及應(yīng)用 .廣州：華南理工大學(xué)出版社 ,2021 [3] 陳懇，楊向東，劉莉，等 .機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用［ M］ .北京：清華大學(xué)出版社， ～111. [4] 陳奎生 .液壓與氣壓傳動［ M］ .武漢：武漢理工大學(xué)出版社， ～ 106. [5] 張鐵，謝存禧 .機(jī)器人學(xué)［ M］ .廣州：華南理工大學(xué)出版社， ～ 138. [6] 陳宇 ,段鑫 .可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧 .廣州：華南理工大學(xué)出版社 ,2021 [7] 蔣少茵 .PLC控制的機(jī)械手 .2021. [8] 郭愛芳，王恒迪 .傳感器原理及應(yīng)用［ M］ .西安：西安電子科技大學(xué)出版社， ～290. [9] He yong yi. A Control System of Material H