畢業論文plc控制的機械手設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 等科學領域，是一門跨學科綜合技術。 機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器， 它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環境中工作。 在工資水平較低的中國，分揀行業盡管仍屬于勞動密集型，機械手的使用已經越來越普及，那些電子和汽車業的奧美跨國公司很早就 將 它們設在中國的工廠中 ， 引進了自動化生產。但現在的變化 是 那些分布在工業密集的華南，華東沿海地區也開始對機械手表現出越來 越濃厚的興趣，因為他們要面對工人流失率高，以及交帶來的挑戰。隨我國工業生產的飛躍發展，自動化程度的迅速提高，實現工件的裝卸，轉向，輸送或分揀流程越來越節約勞動力，可見機械手的大力發展有著很重要的意義。 2 機械手的發展 機械手一般為三類：一是不需要人工控制的通用型機械手。它是不屬于其他主機的獨立裝置。可以根據任務需要編制獨立程序完成各項規定操作。它的特點是具備不同裝置的性能之外還具備通用機械及記憶功能的三元型機械。二是需要人工操作的，起源于原子，軍事工業。先是通過操作完成特定工序，后來逐步發展到無線 遙控操作。第三類是專用機械手，通常依附于自動生產線上，用于機床的上下料和裝卸工件。這種機械手國外叫做 “Mechanical Hand”。它由主機驅動來服務，工作程序固定，一半是專用的。 機械手首先是在美國開始研制。第一臺機械手是在 1958 年美國聯合控制公司研究制作出來的。結構是：主機安裝一個回轉長臂，長臂頂端有電磁 抓放機構。 日本在工業上應用機械手最多，發展最快的國家，自 1969 年從美國引進兩種機械手后開始大力研發機械手。 前蘇聯自六十年代開始發展和應用，自 1977 年，前蘇聯使用的機械手一半來自國產一半來 自進口。 現代工業中，自動化在生產過程中已日趨突出，機械手就是在機械工業中為實現加工、裝配、搬運等工序的自動化而產生的。隨著工業自動化的發展，機械手的出現大大減輕了人類的勞動，提高了生產效率。采用機械手已為目前研究的熱重點。 目前機械手在工業上主要用于機床加工、鑄造，熱處理等方面，但是還不能夠滿足現代工業發展的需求。 3 2 設計原理 操作原理簡要說明 機械手有手動、單周期、自動循環 、單步 和回原點 五 種工作方式，機械手在最上面、最左邊且電磁鐵線圈斷電，稱為系統處于原點狀態（或稱初始狀態）。 在用戶程序中，左限位開關，上限位開關的常開觸點和表示電磁鐵線圈斷電常閉觸點的串聯電路接通時， “原點條件 ”輔助繼電器變位 NO。在通過初始化執行程序，利用輔助繼電器來決定機械手的工作方式。在單周工作方式下，在初始狀態按下啟動按鈕后，機械手從初始步開始一個接一個周期地反復連續的工作。在按下停止按鈕并不馬上停止工作，完成最后一個周期的工作后，系統才返回并停留在原點。 在單步工作方式下，從第一步開始，按下啟動按鈕轉換到下一步完成該步任務后，自動停止工作并停留在該步，再按一下啟動按鈕才轉到下一步。單步工作方式常用于系統 的調試。在選擇單周期，多周期和單步工作方式之前，系統應處于原點狀態，如果不滿足這一條件，可選擇回原點工作方式。 機械手的一個工作周期（動作順序）為下降、夾緊、上升、右行、下降、釋放、上升、左行返回，如圖 （詳細流程如： 附錄 2） 。 圖 機械手動作流程 當機械手在原點狀態時，按下啟動按鈕，機械手下降到為達下限位時，機械手夾緊，然后機械手上升，上升到上限位時，機械手臂右行。當右行到右限位時， 4 機械手下降，下降到下限位時 ,氣爪得電，釋放工件，機械手上升，回到原點，機械手一周期動作完成。 設備的控 制方式 本設計中設計的機械手，它共有三個自由度。即：載物臺左右移動、夾爪上下移動、夾爪抓取工件。而 機械手的傳動分氣壓、電氣和機械四種，本設計采用綜合傳動方式，即載物臺采用電氣傳動，而夾爪、夾爪上下移動都采用氣動傳動。機械手效果圖 （如 圖 ） 。 圖 機械手效果圖 載物臺移動機構 采用步進電機帶動絲桿，通過絲桿將步進電機的旋轉動作轉變成左右移動，由可編程控制器發出脈沖信號，經步進驅動模塊驅動步進電動機旋轉，帶動滾珠絲桿旋轉，完成載物臺的 左右運動。當改變發出脈沖的個數，可控制載物臺的 X軸運動的距離。同時在兩軸的兩端分別加限位開關限位，用來做超程保護。采用 5 絲桿、 滾珠軸承 結構傳動的特點是易于自鎖，位置精度較高，傳動效率較高。 Z 軸執行機構 設計采用無桿氣缸（圖 ）帶動夾爪上下運動，但是由于氣缸動作比較快，因選用的是 磁偶式無桿氣缸，本身帶磁性，無法使用感應磁的傳感器。所以為無杠氣缸設計一個機械限位擋塊（圖 ），使擋塊具有又能對氣缸進行防止超程又能進行定位 兩 個功能。其次為了防止氣缸旋轉，加上二個定位 導向 桿，對氣缸上下運動進行限位，并可以 防止其旋轉。 圖 無桿氣缸 圖 機械限位擋塊 電氣控制方式 6 主要是采用三菱的 FX2N48MT 可編程控制器對設計中的步進電機、氣缸和夾爪進行控制。步進電機通過 PLC 發送脈沖給驅動器，使驅動器驅動步進電機轉動。氣缸通過 PLC 控制電磁閥線圈的得電，使電磁閥改變通道控制氣缸的上下移動。 可編程控制器的選型 根據被控制對象對 PLC,基本原則是滿足控制系統的功能要求，可進行 PLC型號的選定。進行 PLC 選型時，基本原則是滿足控制系統的功能需要，同時要兼顧維修、備件的通用性。對開關量控制的系 統，當控制速度要求較不高時，一般的小型 PLC 都可以滿足要求，如對小型泵的順序控制、單臺機械的目的自動控制等。當控制速度要求較高、輸出有高速脈沖信號等情況時，要考慮輸入 /輸出點的形式，最好采用晶體管形式輸出。對帶有部分模擬量控制的應用系統，如工業生產中經常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續量的控制，應選擇具有所需功能的 PLC 主機，還要根據需要選擇相應的傳動感器、變送器和驅動裝置等。 輸入 /輸出的點數可以衡量 PLC 規模的大小。準確統計被控對向的輸入信號和輸出信號的總點數并考慮今后系統的調整和擴充，在實際的調整和 擴充，在實際 I/O 點數基礎上，一般應加上 10%20%的備用點數。多數小型 PLC 為整體式，具有體積小、價格便宜等優點，適于工藝過程比較穩定，控制要求比較簡單的系統。模塊式結構的 PLC 采用主機模塊與輸入模塊、功能模塊組合使用的方法，比整體式方便靈活，維修更換模塊、判斷與處理故障快速方便，適用于工藝變化較多、控制要求復雜的系統。 此外，還應考慮用戶存儲器的容量、 PLC 的處理速度是否能滿足實時控制的要求、編程器與外圍設備的選擇等。 本設備控制的對象是一個開關量控制的系統，同時 利用脈沖控制步進電動機的運轉，故應采用晶體管形式的輸出。 日本 三菱 FX 系列的 PLC 性價比搞、功能完善、指令豐富等優點，能滿足本對象各項控制性能要求， 所以 系統采用 日本 三菱 FX2N—48MT 的 PLC（如圖 ），能輸出兩路脈沖信號進行步進電動機的控制 。 7 控制電源模塊的選型 采用 S1205 型號的開關電源 ,其特點是輸出功率大、體積小，重量輕、可靠性高，適應寬范圍的輸入電壓波動，具有完備的過電壓、過電流保護功能。 主要參數： （ 1） 輸入交流電壓： 110220V/50HZ、 60HZ （ 2） 輸出直流電壓 ： 24V/ （ 3） 最大功率： 156W （ 4） 工作環境： 1040176。C 圖 PLC 外型 步進電機的選型 步進電機作為執行機構用于帶動傳輸帶輸送物料前行 ,與光電編碼器連接在一起。可以通過控制脈沖個數 ,來控制角位移量 ,從而達到準確定位的目的。同時 ,可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度 ,達到調速的目的 。采用二相四