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1、江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计（论文、专题报告）专科毕业设计（论文）设计题目：基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计 系 部：电气工程系 专 业：电气自动化（工业企业） 班 级：工企091301 姓 名：纪军 学 号：093905130115 指导教师：季明丽 职 称 副教授 2012年6月 南京 摘 要机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题，机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它可在空间抓、放、分拣物品、搬运物体等，动作灵活多样，能在有害环境下操作以保护人身安全，广泛应用在工业生产和其他领域
2、内。本文在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，提出了用气动驱动和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气动驱动，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、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。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，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。关键词: 机械手 气动控制 可编程
3、控制器（PLC） 自动化控制 物料分拣AbstractMechanical hand in the field of advanced manufacturing plays an extremely important role in. In modern industry, the production process of mechanization, automation has become a prominent theme, mechanical hand is in the mechanization, automation production process to deve
4、lop a new device. It can catch, put goods, sorting, handling objects, flexible, can operate under the hostile environment to protect the personal safety, widely used in industrial production and other fields.In this paper,by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, comb
5、ining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the softwa
6、re and hardware and complementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumatic-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of
7、 the system, manipulators moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance. Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material manipulator was designed, which also had certa
8、in reference value for the other types of economical PLC control system design.Key words: manipulator pneumatic-driven programmable logic controller (PLC) automatic control sorting materials目 录1 引言11.1 研究的目的及意义11.2 主要研究的内容11.3 解决的关键问题22 执行系统的分析22.1 执行机构的组成22.2 执行机构的工作原理33 驱动系统的分析与选择33.1 驱动系统的分析与选择33
9、.2 机械手驱动系统原理44 控制系统的分析设计84.1 控制系统的组成结构84.2 控制系统PLC的选型及控制原理94.3 PLC程序设计13结 论17致 谢18参 考 文 献19附 录20第20页江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计（论文、专题报告）1 引言1.1 研究的目的及意义工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手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。机械手现已得到许多
10、部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。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、结构灵活、编程简单、范围广、低成本等优点，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，动作精度高等优点。本课题试图开发PLC对物料分拣机械手的控制，使其能够对不同的物料按预先设定的程序进行分拣，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化
11、或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。1.2 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 物料分拣机械手执行系统的分析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。内容主要了解执行机构的组成以及其工作原理。2 物料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
12、种驱动方式的比较，本设计选择气压驱动的方式。内容包括驱动系统工作原理图的介绍、物料分拣机械手的工作循环简易流程和气动回路的工作原理。3 物料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I/O口的选择、PLC的型号选择、对控制系统原理图、自动程序梯形图的绘制等内容。1.3 解决的关键问题1 解决机械手驱动结构的设计问题，要求机械手结构简单、经济、具有一定的代表性。2 机械手的控制系统，包括控制系统的电路和控制程序，PLC的I/O点的合理分配，并解决工件和控制系统的协
13、调问题。3 元件的匹配规则及其表达形式。4 驱动系统的工作原理。2 执行系统的分析机器手的执行结构是机械手能实现各种运动必不可缺的结构。执行机构的布局类型直接影响到机械手的工作性能。 2.1 执行机构的组成工业机械手的执行系统主要以下机械部分组成：1 手部 是机械手直接握持工件或工具的部分。2 臂部 是机械手用来支持腕部与手部实现较大的运动范围的部件。3 立柱 支承手臂并带动它升降、摆动和移动的机构。4 机座 是机械手用来支撑臂部，并安装驱动装置及其他装置的部分。机械手的整体机械结构图，如图1所示图1 机械手的整体机械结构图2.2 执行机构的工作原理物料分拣机械手的结构主要由机座、立柱、水平手
14、臂、垂直手臂、电磁阀和吸盘等组成。其中机座采用摆动气缸进行驱动，手臂及吸盘采用单活塞杆双作用气缸驱动。机械手的动作基本有伸缩、升降、左右旋转、吸物和放物等动作。其结构原理如图2所示。其动作顺序为：初始位置 A右旋 B前伸 C气缸下降 D吸物料 C上升 B收缩A左旋 C气缸下降 D放物料 C上升回到初始位置。机械手的动作在整个过程中都是连续可循环的。机械手执行机构结构简图，如图2所示。1 右旋限位开关 2 左旋限位开关 3 回缩限位开关4 前伸限位开关 5 上升限位开关 6 下降限位开关A 摆动气缸 B 前伸/回缩气缸 C 上升/下降气缸 D 真空吸盘 图2 执行机构简图3 驱动系统的分析与选择机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。机械手的驱动系统根据动力源的不同，分为液压、气压、电气、机械、气液联合和电液联合等多种方式。目前采用的主要有液压、气压、电气这三种驱动方式。3.1 驱动系统的分析与选择液压驱动，功率重量比大，可实现频繁平稳的变速和换向，容易实现过载保护，可自行润滑，使用寿命长。但也存在其油液容易泄露
