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1、终极版,电气控制PLC分选机械手毕业设计报告(论文)报告(论文)题目： 基于PLC物料分选机械 手的设计 作者所在系部： 机械工程系 作者所在专业： 机械设计制造及其自动化 作者所在班级： xxxxxxx 作者姓名： xxxxxxx 作者学号： xxxxxxxxxxxx 指导教师姓名： xxxxxxxx 完成时间： 2012年6月 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院本科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）基于PLC分选机械手的设计是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已
2、经发表或撰写过的作品或成果。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院有关毕业设计（论文）的相关规定，提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本。本人同意北华航天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以营利为目的的前提下，可以公布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部内容。特此声明毕业设计（论文）作者：指导教师：年月日年月日摘要机械手在先进制造领域中扮演着极其重
3、要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用电动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用电动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、大小球分选等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意
4、义明确的控制策略。通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣机械手的设计方案。关键词:机械手可编程控制器（PLC）自动化控制物料分拣AbstractManipulatorplaysanextremelyimportantroleinthefieldofadvancedmanufacturing.Itcancarrygoods,sortmaterialsanddoheavyworksinsteadofthehumanbeing.Italsocanrealizemechanizationandautomationoftheproduction,dothejobsinharmfule
5、nvironmenttoprotectthepersonalsafety.Soitiswidelyusedinmetallurgy,machinerymanufacturing,electronics,lightindustryandatomicenergyetc.Inthispaper,byreviewingthedevelopmentalstatusofthemanipulatorinrecentyears,combiningthedesignofmanipulatorandsystematicanalyzingtechnologyofthemanipulator,Weproposedth
6、edesignschemethatthemanipulatorwasdrivenbythepneumaticandthesystemwascontrolledbyPLC.Integrativeideawasadoptedinthisdesigntofullyconsiderthecharacteristicsofthesoftwareandhardwareandcomplementaryoptimization.Weanalyzedanddesignedtheoverallstructure,theimplementationofstructural,drivingsystemandcontr
7、olsystemofthemanipulator.Weusedelectric-driveninthedrivingsystem,PLCcontrolunitinthecontrolsystemtocompleteinitializationofthesystem,manipulatorsmoving,materialssortingandsoon.Finallyweputforwardacontrolstrategywhichissimple,easytorealize,andcleartheoreticalsignificance.Throughtheworkabove,apractica
8、l,economical,high-reliabilitysortingmaterialmanipulatorwasdesigned.Keywordsmanipulatorprogrammablelogiccontroller(PLC)automaticcontrolsortingmaterials目录摘 要IAbstractII第1章绪论11.1 课题背景11.1.1 研究的目的及意义11.1.2 机械手在国内外现状和发展趋势11.2 需要研究解决的内容和问题21.2.1 主要研究的内容21.2.2 解决的关键问题2第2章 执行系统的分析与选择32.1 执行机构坐标形式的选择32.2 执行机
9、构的组成42.3 执行机构各部分的分析与选择42.3.1 手部的选择42.3.2 手臂结构的选择62.3.3 机座结构的选择72.4 大小球分选的设计思想72.5 分选机构简图7第3章 驱动系统的分析与选择93.1 电动机的选择93.2 气动元件选取及工作原理93.2.1 气源装置93.2.2 执行元件103.2.3 控制元件103.2.4 辅助元件113.3 气动回路的工作原理12第4章 控制系统的分析设计134.1 控制系统的组成结构134.2 控制系统的性能要求134.3 传感器的选择144.4按钮和行程开关的选择144.4.1按钮的选择原则144.4.2行程开关的选择144.5 控制系
10、统PLC的选型及控制原理154.5.1 PLC控制系统设计的基本原则154.5.2 I/O点数分配154.5.3 PLC外部接线图164.6 PLC程序设计174.6.1 机械手分捡大小球控制程序流程图174.6.2 机械手分拣大小球控制程序的梯形图18第5章 总结与展望24致 谢25参考文献26第1章绪论1.1课题背景1.1.1研究的目的及意义机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可
11、以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。随着工业的高速发展，机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业生产中得到了广泛的应用。它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的机械化和自动化；并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等
12、优点。1.1.2机械手在国内外现状和发展趋势机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有
13、安川、松下、FANLUC、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB及奥地利的GM公司。我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。随着机械手发展的深度和广度以及机器人
14、智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多。在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。1.2需要研究解决的内容和问题1.2.1主要研究的内容随着机械手技术的飞速发展和机械手应用领域的不断深化，不仅要求其控制可靠性强、使用灵活性
15、高和操作灵活性好，还要其成本低、可开发经济性强。本论文主要研究物料分拣机械手以下几个方面的内容：1.大小球分选机械手执行系统的分析与选择执行系统是由传动部件与机械构件组成，是机械手赖以实现各种运动的实体。主要包括机身、手臂、末端执行器3部分组成，其中每一部分都可以具有若干的自由度。执行系统的设计主要是对机械手的手部、手臂和机座进行设计。2.大小球分拣机械手驱动系统的分析与选择驱动系统是向执行系统各部分提供动力的装置。通过对液压、气压、电气三种驱动方式的比较，本设计选择电气驱动的方式。内容包括电动元件的选择及其工作原理、工序流程图的设计和外部接线图的绘制。3.大小球分拣机械手控制系统的设计控制系统是机械手的指挥系统，它控制驱动系统，让执行系统按规定的要求和时序进行工作。本机械手采用可编程控制器（PLC）对机械手进行控制，主要包括对PLC的型号选择、传感器类型进行选择、I/O口的选择、对控制系统原理图、自动程序梯形图的绘制等内
