基于plc的物料分揀機(jī)械手自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文t(完整版)

　　

【正文】 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 II 頁(yè) 氣動(dòng)元件選取及工作原理 .................................................................. 14 氣源裝置 ......................................................................................................14 執(zhí)行元件 ......................................................................................................15 控制元件 ......................................................................................................16 輔助元件 ......................................................................................................17 真空發(fā)生器 ..................................................................................................18 吸盤(pán) ..............................................................................................................18 氣動(dòng)回路的工作原理 .......................................................................... 18 第四章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì) ................................................................... 22 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) .......................................................................... 22 控制系統(tǒng)的性能要求 .......................................................................... 23 傳感器的選擇 ...................................................................................... 24 位置檢測(cè)裝置 ..............................................................................................24 滑覺(jué)傳感器 ..................................................................................................24 視覺(jué)傳感器 ..................................................................................................24 控制系統(tǒng) PLC 的選型及控制原理 ....................................................... 25 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 ...................................................................25 PLC 種類及型號(hào)選擇 ....................................................................................30 I/O 點(diǎn)數(shù)分配 ...............................................................................................30 PLC 外部接線圖 ...........................................................................................32 機(jī)械手控制原理 ..........................................................................................32 PLC 程序設(shè)計(jì) ....................................................................................... 34 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 III 頁(yè) 總體程序框圖 ..............................................................................................34 初始化及報(bào)警程序 ......................................................................................36 手動(dòng)控制程序 ..............................................................................................37 自動(dòng)控制程序 ..............................................................................................39 第五章 總結(jié)與展望 ................................................................................... 42 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................ 43 致 謝 ............................................................................................................ 44 附 錄 ............................................................................................................ 45 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 IV 頁(yè) 基于 PLC 的物料分揀機(jī)械手自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 機(jī)械手在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動(dòng)。 關(guān)鍵詞 : 機(jī)械手，氣動(dòng)控制， 可編程控制器（ PLC）， 自動(dòng)化控制，物料分揀。使用 PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動(dòng)作精度高等優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車(chē)與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng) (FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。如今我國(guó)正從一個(gè)“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”邁進(jìn)，中國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌、參與國(guó)際分工的巨大挑戰(zhàn)，對(duì)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會(huì)加大對(duì)機(jī)器人的資金投入和政策支持，將會(huì)給機(jī)械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動(dòng)力。本論文主要研究物料分揀機(jī)械手以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： (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)是由傳動(dòng)部件與機(jī)械構(gòu)件組成，是機(jī)械手賴以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體。 解決的關(guān)鍵問(wèn)題 1 解決機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，要求機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、具有一定的代表性。下面就各型式機(jī)械手作簡(jiǎn)單的分析對(duì)比： 直角坐標(biāo)式機(jī)械手 直角坐標(biāo)式機(jī)械手是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機(jī)械手。 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的工作范圍可分為：一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，加一個(gè)不在直線運(yùn)動(dòng)所在的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)加一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以工作效率高。 機(jī)械手型式的選擇首先是從滿足它的運(yùn)動(dòng)要求方面進(jìn)行考慮， 然后從機(jī)械手的復(fù) 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 6 頁(yè) 雜程度以及經(jīng)濟(jì)情況等方面來(lái)考慮。 （ 2） 臂部 是機(jī)械手用來(lái)支持腕部與手部實(shí)現(xiàn)較大的運(yùn)動(dòng)范圍的部件。 夾持式手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)： （ 1） 手指應(yīng)有一定的開(kāi)閉范圍。 氣吸式又可分為： 負(fù)壓吸盤(pán)：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤(pán)。磁吸式手部不會(huì)破壞被吸附表面質(zhì)量，但是由于被吸工件存在剩磁，吸附頭上常吸附磁性屑，影響正常工作。 (2)導(dǎo)向裝置，是保證手臂的正確方向及承受由工件的重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩。 手臂作直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，基本上是由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向裝置所組成。其缺點(diǎn)是一次行程有兩種速度。對(duì)其結(jié)構(gòu)的要求是剛性好、 占地面積小、操作維修方便和造型美觀。如果水平缸、垂直缸和手部機(jī)構(gòu)直接安裝到擺動(dòng)氣缸的輸出軸上，機(jī)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但擺動(dòng)氣缸的軸向受力增大，對(duì)氣缸的自身要求較高，并易造成擺動(dòng)氣缸的損壞。其中機(jī)座采用擺動(dòng)氣缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，手臂及吸盤(pán)采用單活塞桿雙作用氣缸驅(qū)動(dòng)。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅(qū)動(dòng)方式。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動(dòng)化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動(dòng)系統(tǒng)。圖中的調(diào)速閥控制氣缸上升和下降、伸長(zhǎng)和縮短、擺動(dòng)過(guò)程中的速度，防止速度過(guò)大對(duì)物料及機(jī)械手臂的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運(yùn)動(dòng)方向；真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產(chǎn)生真空吸附物料，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的吸取和釋放，真空發(fā)生器的動(dòng)作是由二位二通電磁閥控制的。容積型壓縮機(jī)是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來(lái)增加空氣的壓力。 氣缸輸出直線往復(fù)式 氣缸是氣動(dòng)執(zhí)行元件之一。這樣雙葉片式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將是單葉片式的 2 倍。 調(diào)速閥是根據(jù) “ 流量負(fù)反饋 ” 原理設(shè)計(jì)而成的單路流量閥。單向調(diào)速閥是把節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分。 按換向閥的操縱方式有：手動(dòng)式、機(jī)動(dòng)式、電磁式、液動(dòng)式、電液動(dòng)式、氣動(dòng)式。 氣源凈化裝置 過(guò)濾器、調(diào)壓閥和油霧器等組合在一起稱為空氣處理單元，又稱為氣動(dòng)三聯(lián)件。膨脹型消聲器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，相當(dāng)于一段比排氣口徑大的管件，當(dāng)氣流通過(guò)時(shí)，讓氣流在其內(nèi)部擴(kuò)散、膨脹、碰壁撞擊、反射、相互干涉而消聲。真空吸盤(pán)之所以能吸附在工件上的原因是由于環(huán)境壓力（大氣壓力）大于吸盤(pán)與工件之間的壓力。 (2) 水平氣缸的伸出 當(dāng) 擺動(dòng)氣缸 C 右旋到指定位置時(shí)（ 90 度），就會(huì)碰到右旋限位開(kāi)關(guān)，使二位五通電磁換向閥 12 的 5YA 斷電，擺動(dòng)氣缸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)停止，經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)，使三位四通電磁換向閥 10 的 1YA 得電， 閥 10 的閥芯右移， 執(zhí)行手臂前伸動(dòng)作。經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)，二位二通電磁閥 13 的 7YA 得電，真空發(fā)生器 22 開(kāi)始動(dòng)作，經(jīng)真空開(kāi)關(guān) 24 檢測(cè)真空度，并發(fā)出訊號(hào)給控制器，真空吸盤(pán) 26將物料吸起。 這時(shí)的氣路是： 進(jìn)氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲(chǔ)氣罐 3→ 三位四通電磁換向閥 10 右端 → 單向調(diào)速閥16→ 氣缸 A 的有桿腔。 這時(shí)的氣路是： 進(jìn)氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲(chǔ)氣罐 3→ 三位四通電磁換向閥 11 左端 → 單向調(diào)速閥17→ 氣缸 B 的無(wú)桿腔。 (11)回到初始位置 垂直手臂上升 到指定位置，撞到上限位開(kāi)關(guān)，接通復(fù)位按鈕，回到初始位置，重復(fù)以上動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說(shuō)明控制精度越高?？梢允褂猛獠侩娐?，將光電流轉(zhuǎn)換成一定比例的電壓輸出，然后可以通過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，輸 送到微控制器中。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 25 頁(yè) (3)光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器 光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器由搭配 RGB 濾波器的光電二極管陣列、模似數(shù)字轉(zhuǎn)換器及用于通信和靈敏度控制的數(shù)字核心組成。 考慮此系統(tǒng)控制比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體試 PLC 的結(jié)構(gòu)形式較為合適。 此系統(tǒng)只需用開(kāi)關(guān)量控制，選用一般小型 PLC即可。 以保證 其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理 ； 有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高 ； 其外部設(shè)備 可以 通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控