基于plc的物料分揀機械手自動化控制系統(tǒng)設(shè)計論文t(存儲版)

　　

【正文】 一步分離空氣中的油、水。 單葉片式擺動氣缸：壓縮空氣由進氣口輸入，作用在葉片上，帶動軸回轉(zhuǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，另一腔的空氣從排氣口排出。 調(diào)壓閥是出口側(cè)壓力可調(diào)，并能保持出口側(cè)壓力穩(wěn)定的壓力控制閥。在氣動系統(tǒng)中，單向閥除單獨使用之外，經(jīng)常與流量閥、換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥。它的用途很廣，種類也很多。 輔助元件 輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的 潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的。常用的消聲器有三種類型吸收型、膨脹型和吸收膨脹型。在卷吸流動作用下，使得噴管出口周圍的空氣不斷地被抽吸走，使吸附腔內(nèi)的壓力降至大氣壓以下，形成一定真空度。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 三位四通電磁換向閥 12 左端 → 單向調(diào)速閥19→ 擺動氣缸 C 的 D 口。 排氣路線：氣缸 B 的有桿腔 → 單向調(diào)速閥 18→ 三位四通電磁換向閥 11 的排氣口 →調(diào)速閥 6→ 消聲器 7→ 排出。 (6)水平手臂的回縮 小臂氣缸上升到指定位置時， 撞到上限位開關(guān)，使三位四通電磁閥 11 的電磁鐵 4YA 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 20 頁 斷電，小臂上升動作停止。 (8)垂直手臂的下降 擺動氣缸左旋到指定位置（ 90 度）， 撞到左轉(zhuǎn)限位開關(guān)，使三位四通電磁閥 12 的電磁鐵 6YA 斷電，擺動氣缸的左旋運動停止。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 三位四通電磁換向閥 11 右端 → 單向調(diào)速閥18→ 氣缸 B 的有桿腔。 (2)過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)時具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時間表示系統(tǒng)過渡過程的快速 程度。 位置檢測裝置 滑覺傳感器 視覺傳感器 ： NPN 和 PNP、繼電器和模擬輸出。 優(yōu)點：簡化外設(shè)電路設(shè)計，改善空間利用效率，降低組裝成本。選擇時主要考慮以下幾點： (1) 確定 合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn) PID 運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔 PLC。 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。 通常 I／ O點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上 10％ 到 15％的裕量來確定。 (2)系統(tǒng) 存儲容量 的選擇 PLC 的 I／ O點數(shù)的多少，在很大程序上反映了 PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在 I／O點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式。 2）確定系統(tǒng)的實際輸出點數(shù) 系統(tǒng)有手臂左旋、右旋、伸出、縮回、上升、下降、吸物、放物的電磁閥動作，報警指示燈、原位指示燈及 自動 /手動指示燈工作，一 共 12 個輸出點。 (5) 滿足 系統(tǒng)可靠性要求 對于一般系統(tǒng) PLC的可靠性均能滿足。 （ 3) 滿足 相應(yīng)的功能 要求 一般小型 ( 低檔 ) PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 傳感器選擇 根據(jù)前面的介紹和比較，為了便于 PCL 控制程序的編寫，利于公司企業(yè)的經(jīng)濟效益，綜合其各種情況，在本設(shè)計，選擇 RGB 顏色傳感器著為識別物料顏色的裝置，繼電器輸出方式，便于 PLC 控制系統(tǒng)的簡單化，控制系統(tǒng)更容易實現(xiàn)。 (2)光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器 光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器由搭配色彩濾波器的光電二極管陣列組成，并整合一個跨阻抗放大器。 根據(jù)本設(shè)計的要求需要對位置檢測裝置、滑覺傳感器、 視覺傳感器進行選用。 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 23 頁 控制系統(tǒng)的性能要求 對于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求： (1)穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動后其運動性能從偏離平衡點恢復(fù)到原平衡點狀態(tài)的能力。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 21 頁 排氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 二位二通電磁閥 14→ 調(diào)速閥 23→ 過濾器 25→ 吸盤 26。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 三位四通電磁換向閥 12 右端 → 單向調(diào)速閥20→ 擺動氣缸 C 的 E 口。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 三位四通電磁換向閥 11 右端 → 單向調(diào)速閥18→ 氣缸 B 的有桿腔。經(jīng)時間繼電器延時，小臂下降按鈕接通，使三位四通電磁換向閥 11 的 3YA 得電， 閥 11 的閥芯右移， 執(zhí)行小臂的下降動作。二位二通電磁閥實現(xiàn)吸盤的吸物和放物。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 18 頁 真空發(fā)生器 真空發(fā)生器的作用主要是使吸盤的橡膠皮碗形成真空而 將工件吸附。壓縮空氣完成驅(qū)動工作后，由換向閥的排氣口排入大氣。 (2)當(dāng)三位四通電磁換向閥兩端電磁鐵都斷電時，閥芯處于中位，各口互不相通。 (2) 換向型控制閥 換向型方向控制閥按控制方式分類，分為氣壓控制、電磁控制、人力控制。 方向控制閥 方向控制閥是改變壓縮空氣流動方向和氣流通斷狀態(tài)，使氣動執(zhí)行元件的動作或狀態(tài)發(fā)生變換的控制閥，其通?？煞譃閱蜗蛐涂刂崎y和換向型控制閥兩類。 壓力控制閥 調(diào)節(jié)和控制壓力大小的氣動元件稱為壓力控制閥。其工作原理：對于前伸 /回縮氣缸，當(dāng)左側(cè)無桿腔進氣，右側(cè)有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升 /下降氣缸，當(dāng)上側(cè)無桿腔進氣，下側(cè)有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。儲氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高 10%， 并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。氣壓傳動對氣源的要求： (1)要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。 表 給出了各種控制方式的比較： 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 13 頁 表 各種控制方式的比較 通過以上三種驅(qū)動方式的比較選用氣動驅(qū)動的方式，不僅能夠滿足了本設(shè)計的要求，而且節(jié)約了成本。但是由于這種驅(qū)動方式價格昂貴，限制了在一些場合的應(yīng)用。機械手的動作在整個過程中都是連續(xù)可循環(huán)的。選擇雙向推力球軸承而不是單向的，因為機座與轉(zhuǎn)臺在軸向上無法直接連接。根據(jù)本機械手的設(shè)計要求選用落地固定式機座。 4 導(dǎo)向裝置 機械手手臂在進行伸縮運動時，為防止手臂沿伸縮方向向中軸線轉(zhuǎn)動、加大承載能力，以及提高運動精度，必須設(shè)有導(dǎo)向裝置?；钊谟蛪合伦麟p向運動。 (3)手臂的動作要靈活。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 8 頁 圖 吸盤機構(gòu)圖 手臂結(jié)構(gòu)的選擇 手臂是機械手的主要部分，是支撐手腕、手指和工件并使它們運動的機構(gòu)。在排氣管路中因界面逐漸增大，氣流膨脹減壓而使密度大大下降，致使氣流速度繼續(xù)增高，在吸氣口處形成負(fù)壓。 （ 5） 通用性和可換性。由于被握持的工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)的不同，手部機構(gòu)也是多種多樣。 圓柱坐標(biāo)式機械手能滿足手臂伸縮、手臂上下、手臂回轉(zhuǎn)動等動作。關(guān)節(jié)式機械手，早在四十年代就在原子能工業(yè)中得到應(yīng)用，隨后在開發(fā)海洋中應(yīng)用，有一定的發(fā)展前途。它的工作范圍包括：一個旋轉(zhuǎn)運動；二個旋轉(zhuǎn)運動；二個旋轉(zhuǎn)運動加一個直線運動。 直角坐標(biāo)式機械手的優(yōu)點： （ 1） 產(chǎn)量大，節(jié)拍短，能滿足高速的要求； （ 2） 容易與生產(chǎn) 線上的傳送帶和加工裝配機械相配合； （ 3） 適于裝箱類、多工序復(fù)雜的工作，定位容易變更； （ 4） 定位精度高，載重發(fā)生變化是不回影響精度； （ 5） 易于實行數(shù)控，可與開環(huán)或閉環(huán)數(shù)控機械配合使用。 5 傳感器的類型選擇。通過對液壓、氣壓、電氣三種驅(qū)動方式的比較，本設(shè)計選擇氣壓驅(qū)動的方式。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域機械手的應(yīng)用也越來越多。歐系中主要有德國的 KUKA、 CLOOS、瑞典的ABB、意大利的 C0毗 U及奧地利的工 GM公司。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計?？梢詫崿F(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在 高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下 操作以保護人身安全，可以廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。對物料分揀機械手的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了分析和設(shè)計。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 論文（設(shè)計）題目： 基于 PLC 的物料分揀機械手自動化控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機 自 054 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2021 年 6 月 19 日 貴州大學(xué)本科畢業(yè)生論文（設(shè)計） 誠信責(zé)任書 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所完成。采用整體化的設(shè)計思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點并進行互補優(yōu)化。它可以搬運貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動。本設(shè)計主要完成機械手的硬件部分與軟件部分設(shè)計。日系中主要有安川、 oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)用于維護維修的機器人等。 (2)物料分揀機械手驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 驅(qū)動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部分提供動力的裝置。 4 元件的匹配規(guī)則和知識的獲取及其表達(dá)形式。如在 X、 Y、 Z三個直線運動方向上個具有 A、 B、 C 三個回轉(zhuǎn)運動，即構(gòu)成六個自由度。 球坐標(biāo)式機械手 球坐標(biāo)式機械手是一種自由度較多，用途較廣的機械手。它像人手一樣有肘關(guān)節(jié) ，可以實現(xiàn)多個自由度，動作比較靈活，適于在狹窄的空間工作。 球坐標(biāo)式機械手和關(guān)節(jié)式機械手對動作要求方面足夠滿足要求，但是它們的結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，有很多動作是不必要的，顯得浪費和增加了制造的成本和難度。 執(zhí)行機構(gòu)各部分的分析與選擇 手部的選擇 1 手部形式的確定 手部就是用來握持工件或工具的部分。 （ 4） 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高。噴氣式吸附的工作原理是當(dāng)壓縮空氣高速進入噴嘴時，由于管路的開始段截面積是逐漸收縮的， 所以氣流速度逐漸增大，在管路的最小截面處，氣流速度達(dá)到臨界速度，此時的氣體受壓，密度加大。 真空吸盤機構(gòu)如圖 所示。 (2)手臂的運動速度要適當(dāng)，慣性要小。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 9 頁 雙作用單活塞桿油缸 :液壓機械手中實現(xiàn)手臂的往復(fù)運動用得最多的是雙作用單活塞桿油缸。 本機械手的手臂有往復(fù)的直 線運動，不需要很大的行程，考慮到結(jié)構(gòu)的簡單性和設(shè)計的經(jīng)濟性，選用缸體固定活塞桿運動的雙作用單活塞桿氣缸?？梢苿邮降臋C座在停置時能夠剎車定位，以保證機械手工作時的位置精度。如圖 所示。其動作順序為：初始位置 → A右旋 → B前伸 → C氣缸下降 → D吸物料 → C上升 → B收縮 → A左旋 → C氣缸下降 → D放物料 → C上升 → 回到初始位置。 電氣驅(qū)動，控制精度高，驅(qū)動力較大，響應(yīng)快，信號檢測、傳遞、處理方便。許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家的氣動元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值，且仍以較大速度發(fā)展， 氣動機械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實踐要求的一種重 要使用工具。它將原動機提供的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。 儲氣罐 儲氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(wěn)定，也可以作為應(yīng)急氣源使用，還可以進一步分離油水雜質(zhì)。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。氣動控制元件按功能分為壓力控制閥、 流量控制閥和方向控制閥。本設(shè)計選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥。當(dāng)反向流動時，單向閥打開，不節(jié)流。由于它操作輕便，易于實現(xiàn)自動化，因此應(yīng)用廣泛。 消聲器 消聲器是降低排氣噪聲的裝置。本設(shè)計選用膨脹型消聲器。系統(tǒng)中選用電磁換向閥，限位開關(guān)，實現(xiàn)氣缸的往復(fù)運動。 (3) 垂直手臂的下降 當(dāng)水平伸縮氣缸 A 伸出到指定位置時， 就會碰到前限開關(guān)，使三位四通電磁換向閥10 的 1YA 斷電，手臂伸出動作會停止。 (5)垂直手臂的上升 經(jīng)傳感器檢測到物料已經(jīng)被吸起時，發(fā)出訊號，使三位