《2020（机械制造行业）某搬运工件机械手控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020（机械制造行业）某搬运工件机械手控制系统设计（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、（机械制造行业）某搬运工件机械手控制系统设计某搬运工件机械手控制系统设计作者姓名：xxx专业名称：机械工程及自动化指导教师：xxxx 副教授摘 要 搬运机械手是企业自动化生产线中重要设备之一，其性能的优劣直接影响到产品的产量和质量。因此，设计性能优良的搬运机械手控制系统对于提高产品产量和质量具有十分重要的意义。 论文针对完成曲轴在两条生产线之间搬运任务的搬运机械手控制系统进行设计。采用了电液一体化的设计方案，液压缸实现了机械手对工件的抓放，通过伺服电机来实现机械手在水平、竖直方向快速精确的移动。采用SIEMENS公司的SIMATIC S7-200系列PLC作为核心控制器，外扩定位模块EM253
2、模块对伺服电机进行精确的定位控制，从硬件和软件两个方面进行设计，完成了PLC在搬运机械手中硬件连接，I/O点分配和应用程序的设计，实现了机械手的上电初始化、零点复位、故障报警、手动运行、半自动运行和在无人看守时的自动运行。最终达到设计要求，完成搬运目的。关键词： 搬运机械手 PLC 定位模块EM253 控制系统AbstractCarrying manipulator is one of the important equipment in the enterprise automatic production line,whose performance quality directly af
3、fect product quality and production. Therefore, the design of excellent properties carrying manipulator control system to improve product quality and production is very important .This paper aimed at designing the carrying manipulator handling mission control system which achieved the crankshaft bet
4、ween two production lines. Adopting electrical integration design, we use a locking function of the cylinder to realize the manipulator grasp of the workpiece in put and guarantee the expired condition, through state of manipulator keep servo motor move quickly and accurately in level and the vertic
5、al direction. Adopt SIEMENS company SIMATIC S7-200 PLC as the core controller, the outside enlarge EM253 performs accurate positioning control in module module of servo motor, designing from two aspects of hardware and software, completed in handling mechanical hand PLC hardware connection, I/O poin
6、t distribution and application of the design, realizing the manipulator on electricity initialization, zero reset, fault alarm, manual operation, semi-automatic operation and the automatic operation when no keeping watch. Finally achived the design requirements and completed handling purpose. KEY WO
7、RDS： carrying manipulator，PLC Position Module EM253， control system目录摘 要IAbstractII目录III前言11系统主要部件选择51.1 液压缸的选择51.2 阀门的选择71.3 行程开关的选择81.4 接近开关的选择81.5 驱动电机的选择92 控制系统的硬件设计102.1 控制系统功能102.2 控制系统硬件组成112.2.1 位控模块112.2.2 控制系统硬件结构122.3 操作面板的设计122.4 PLC系统设计142.5 运动控制系统的实现172.6 控制系统电路设计203 系统软件的设计与实现223.1 系统
8、工作方式223.2 程序设计233.2.1 主程序设计233.2.2 初始化子程序设计233.2.3 复位子程序与报警程序设计243.2.4 手动运行子程序设计253.2.5 半自动运行子程序263.2.6 自动子程序设计28总结30致谢32参考文献33附件1 系统配件清单34附件2 液压线路简图35前言 工业机械手在先进制造技术领域中扮演着极其重要的角色，是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支，它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业
9、任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。本次的课题是搬运工件机械手系统设计 初始参数与设计要求: 1、抓重：0100N；2、自由度：3个；3、机械部部运动参数：运动名称符 号行程范围（mm）水 平X0-2000垂 直Z0-2004、手指夹持范围：棒料，60mm120mm，长度100450mm；5、定位方式：定位模块EM253；6、驱动方式：步进电机、液压（中、低压系统）
10、；7、定位精度：3mm；8、控制方式：自动、半自动、手动 。机械手抓重为100N，按工业机械手的分类，属于中小型，按用途分为专用机械手，其特点是具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样，专用机械手的工作范围小、定位精度高、小巧灵活的特点。本课题的研究主要是将一定尺寸的棒料从一个自动生产线搬运到另一个自动生产线的控制系统。机械手部采用液压缸驱动完成夹取、放松工件，其液压线路图见附录2。机械手臂的上升、下降和机座的水平移动都用步进电机驱动。两生产线的布置和具体位置参数，如图0.1所示。图0.1 机械系统整体布局示意图 机械手主要由手部、腕部、升降部、滑动部、机座和控制箱，以及其它附件组成。其中手
11、部为四指结构，其运动由带有自锁功能的液压缸完成；升降部以导轨为导向装置，其运动由伺服电机驱动丝杠来完成；滑动部也是以导轨为导向装置，其运动由伺服电机驱动齿轮在齿条上滚动来完成。PLC和相关控制器件安装于控制箱内，通过电缆和信号线与机械手进行联接。机械手的定位采用脉冲数来控制，升降运动和滑动都有快慢速调整，调整位置也由脉冲数来控制，而速度由脉冲频率调整。在料架1和料架2上分别安装接近开关，进行生产线上有无工件的检测，满足在料架1有工件时机械手才进行下降和抓取，料架2上无工件时机械手才下降放下工件。机械手还满足在掉电时能够自锁，保持当前的状态。系统上电后机械手开始初始化，初始化完毕后选择工作方式，
12、分别为手动模式，半自动模式，自动模式。手动模工作式下，操作员可以通过控制面板控制机械手的单步运动和零点复位，能够在机械手故障时进行检修。 半自动工作方式下，只要操作员选择半自动工作方式，然后按下启动按钮，机械手首先会零点复位，然后检查料架1有工件，机械手下降抓取工件，上升前进，检测料架2上无工件机械手下降放下工件，返回原点，一个周期的动作完成，机械手停机。自动方式开始工作下，按下启动按钮，两台伺服电机通电，滑台、升降台、液压缸等回到原位，液压表显示正常。机械手运动到上、左原点位。当检测到料架1上有工件时，电机1反转，升降台快速下降，达到一定脉冲数后减速，到达下工位2时，电机1停转；液压缸收缩夹
13、紧工件，当液压缸压力到达一定程度时压力传感器得电表明工件夹紧；电机1正转，升降台先快速上升，达到一定脉冲数后时减速，当到达上原点时，电机1停转，升降台停止；电机2反转，滑台快速前进，达到一定脉冲数后滑台减速，到达右工位时电机2停止；当检测到生产线2无工件时，电机1反转，升降台快速下降，达到一定脉冲数后减速，到达下工位1时电机1停转；液压缸伸长放开工件，压力传感器失电表明工件已松开；电机1正转，升降台上升，先快速后慢速，当到达上原点时电机1停转，升降台停止；电机2正转，滑台返回到初始位置，电机2停止。一个工作流程结束，机械手的工艺流程如图0.2所示。图0.2机械手的工艺流程1系统主要部件选择搬运
14、工件机械手驱动系统的设计往往要受到作业环境条件的限制，同时还要考虑成本因素的影响以及所能达到的技术水平。驱动元件是伺服系统的重要组成部分，是系统的执行元件，它的作用是把驱动控制线路的电信号转换为机械运动。整个伺服系统的调速性能、动态特性、运动精度等均与驱动元件有密切关系。常用的驱动方式主要有液压驱动、电气压驱动和电液驱动三种基本类型。 结合各种驱动类型的特点和机械结构设计与传动类型的选择。本机械手采用电液结合的驱动方式。其中，机械手的升降和平移都采用交流伺服电机驱动，手部的开合采用液压缸驱动。1.1 液压缸的选择夹紧装置是使手爪开、闭动作的动力装置。根据机械手部的夹紧力和手部张开后指尖距离，如图1.1所示为液压缸。图1.1 液压缸 手指对工件的夹紧力可按公式计算： （1-1）式中 安全系数，通常1.22.0；工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估（其中a是重力方向的最大上升加速度），g=9.8 m/s ；运载时工件最大上升速度；系统达到最高速度的时间，一般选取0.030.5s；方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择；G被抓取工件所受重力（N）。计算：设a=40mm,b=120mm, =35；机械手达到最高响应时间为0.5s，求夹紧力和驱动力和 驱动液压缸的尺寸。1. 设=1.6 =102 mm/s =0.5s =1.02 =0.5 根据公式，将已知条件带入：
