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1、基于基于PLCPLC的物料分拣机械手的物料分拣机械手 自自动化控制动化控制系统设计系统设计 目标和意义目标和意义1、目标：、目标： 本本设计试图开发的机械手由设计试图开发的机械手由PLCPLC控制，并借控制，并借助相应的传感器，助相应的传感器，使其能对不同的物料按预先使其能对不同的物料按预先设定的程序进行分拣设定的程序进行分拣。 2 2、意义：、意义： 本设计拟完成的机械手可以实现生产的机本设计拟完成的机械手可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下工作，以保护械化和自动化，能在有害环境下工作，以保护人身安全。人身安全。 国内外现状国内外现状 我国的机械手发展趋势主要是逐步扩大其我国的机械手
2、发展趋势主要是逐步扩大其应用范围；在应用专用机械手的同时，相应地应用范围；在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手。发展通用机械手。 国外机械手的发展趋势是研制具有某种智国外机械手的发展趋势是研制具有某种智能的机械手，使它具有一定的传感能力，能根能的机械手，使它具有一定的传感能力，能根据外界条件的变化作出相应的变更。据外界条件的变化作出相应的变更。设计的基本思路设计的基本思路1 1、分析物料分拣机械手的设计要求。、分析物料分拣机械手的设计要求。2 2、根据机械手动作要求，综合考虑各类型机、根据机械手动作要求，综合考虑各类型机械手的特点，画出执行机构简图。械手的特点，画出执行机构简图。3 3
3、、比较各驱动方式的特点，选择机械手的驱、比较各驱动方式的特点，选择机械手的驱动方式，并画出驱动原理图。动方式，并画出驱动原理图。4 4、由机械手动作顺序要求以及驱动方式的选、由机械手动作顺序要求以及驱动方式的选择，完成控制系统的设计。择，完成控制系统的设计。设计的主要内容1 1、物料分拣机械手执行系统的设计物料分拣机械手执行系统的设计。2 2、物料分拣机械手驱动系统的设计物料分拣机械手驱动系统的设计。3 3、物料分拣机械手控制系统的设计物料分拣机械手控制系统的设计。1 1、物料分拣机械手执行系统的设计物料分拣机械手执行系统的设计执行系统是机械手赖以实现各种运动的实体。执行系统是机械手赖以实现各
4、种运动的实体。执行系统的设计主要包括：机械手的手部、手执行系统的设计主要包括：机械手的手部、手臂和机座的设计。臂和机座的设计。 机械手执行系统设计主要内容机械手执行系统设计主要内容手部：选用真空式吸盘。手部：选用真空式吸盘。手臂：选用缸体固定活塞杆运动的双作用单活手臂：选用缸体固定活塞杆运动的双作用单活塞杆气缸塞杆气缸 。机座：选用落地固定式机座。机座：选用落地固定式机座。 执行机构简图执行机构简图执行机构简图执行机构简图动作顺序：初始位置 A右旋 B前伸 C下降 D吸物料 C上升 B缩回 A左旋 C下降D放物料 C上升 回初始位置 。A.立柱 B.水平气缸 C.垂直气缸 D.吸盘2 2、物料
5、分拣机械手驱动系统的设计、物料分拣机械手驱动系统的设计机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。置。本机械手选用气压驱动方式。本机械手选用气压驱动方式。气压驱动具有价格低廉、结构简单、功率体积比气压驱动具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染、抗干扰性强及控制自由度高等优点。高、无污染、抗干扰性强及控制自由度高等优点。气动驱动原理图气动驱动原理图 气动驱动原理图气动驱动原理图 如当机械手执行水平前伸动作时：如当机械手执行水平前伸动作时： 进气路线：空气处理单元进气路线：空气处理单元22储气罐储气罐33三位四通电磁换向三位四通电磁换向 阀阀101
6、0左端左端单向调速阀单向调速阀1515气缸气缸A A的无杆腔。的无杆腔。 排气路线：气缸排气路线：气缸A A的有杆腔的有杆腔单向调速阀单向调速阀1616三位四通电磁三位四通电磁 换向阀换向阀1010的排气口的排气口调速阀调速阀44消声器消声器55排出排出。3 3、控制系统的设计、控制系统的设计控制系统是机械手的指挥系统。它控制驱动系控制系统是机械手的指挥系统。它控制驱动系统使执行系统按预定的要求和顺序工作。统使执行系统按预定的要求和顺序工作。本机械手采用可编程控制器（本机械手采用可编程控制器（PLCPLC）进行控制。）进行控制。1 1、传感器的选择、传感器的选择2 2、PLCPLC型号的选择型
7、号的选择3 3、PLCPLC的外部接线图的外部接线图4 4、PLCPLC控制程序设计控制程序设计控制系统设计内容控制系统设计内容传感器的选择传感器的选择 位移传感器：选用意大利位移传感器：选用意大利GEFRAN直线位直线位移传感器中的移传感器中的PZ3直线位移传感器和德国直线位移传感器和德国ASM角位移传感器中的角位移传感器中的AWS1系列角位移传感器，系列角位移传感器，检测机械手精确位置。检测机械手精确位置。 视觉传感器：选用视觉传感器：选用RGB（红绿蓝）颜色传（红绿蓝）颜色传感器，对不同的物体进行识别。感器，对不同的物体进行识别。 滑动传感器：检测物体与接触面相对运动滑动传感器：检测物体
8、与接触面相对运动的大小和方向，判断是否吸住物体以及应用多的大小和方向，判断是否吸住物体以及应用多大的吸力等。大的吸力等。PLCPLC型号的选择型号的选择本设计实用本设计实用PLC点数为：点数为：40点点 其中输入点数：其中输入点数：28点点 输出点数：输出点数：12点。考虑应有一定的裕点。考虑应有一定的裕留点数。留点数。 本设计选用本设计选用PLC型号型号：三菱：三菱FX2N-64MR-001；DC24V输入，输入，继电器输出继电器输出；合计总点数；合计总点数64点点：32点输入，点输入，32点点输出。输出。PLCPLC的外部接线图的外部接线图如当机械手执行如当机械手执行摆动摆动气缸右旋气缸右
9、旋动作时。动作时。PLC的输入端的输入端X020接接通输入，输出端通输入，输出端Y001接通输出，右接通输出，右旋按钮旋按钮SB8接通接通，摆摆动气缸执行右旋的命动气缸执行右旋的命令令。PLCPLC控制程序设计控制程序设计PLC控制程序总框图控制程序总框图操作面板示意图操作面板示意图初始化及报警程序初始化及报警程序手动程序手动程序自动程序自动程序PLCPLC控制程序总框图控制程序总框图机械手设有手动和自动两机械手设有手动和自动两种工作方式，可通过转换种工作方式，可通过转换开关开关SA进行方式转换。进行方式转换。系统设有故障报警功能，系统设有故障报警功能，当限位开关失灵，超限位当限位开关失灵，超
10、限位开关工作时，系统报警，开关工作时，系统报警，报警指示灯亮。报警指示灯亮。操作面板示意图操作面板示意图操作面板的设计使机械手的操作更加操作面板的设计使机械手的操作更加方便。方便。初始化及报警程序初始化及报警程序初始化及报警程序的初始化及报警程序的设计使操作者能明确设计使操作者能明确的知道机械手的工作的知道机械手的工作状态及故障情况状态及故障情况。手动程序手动程序如手动方式操作机械如手动方式操作机械手前伸时，按下前伸手前伸时，按下前伸按钮按钮SB9，PLC输入端输入端X021接通输入，输出接通输入，输出端端Y003接通输出。接通输出。自动程序自动程序自动程序状态转移图自动程序梯形图自动程序状态
11、转移图自动程序状态转移图由自动程序状态转移由自动程序状态转移图可知机械手动作顺图可知机械手动作顺序要求。序要求。由状态转移图可生成由状态转移图可生成自动程序梯形图。自动程序梯形图。自动程序梯形图自动程序梯形图自动程序梯形图自动程序梯形图总结总结 机械手执行系统：圆柱坐标型、真空吸盘机械手执行系统：圆柱坐标型、真空吸盘 机械手驱动系统：气压驱动机械手驱动系统：气压驱动 机械手控制系统：机械手控制系统：PLCPLC控制控制 通过以上部分的设计，通过以上部分的设计，得出了经济、实用、高可得出了经济、实用、高可靠性的物料分拣机械手，对其他经济型靠性的物料分拣机械手，对其他经济型PLC控制系控制系统的设计也有一定的借鉴价值。但统的设计也有一定的借鉴价值。但由于时间仓促，由于时间仓促，设计经验不足，依然有很多地方有待改进。设计经验不足，依然有很多地方有待改进。致谢致谢 本论文能够顺利的完成，本论文能够顺利的完成，首先要向我的首先要向我的指导老师赵丽梅老师致以诚挚的谢意。指导老师赵丽梅老师致以诚挚的谢意。 在此在此，还要还要感谢答辩小组的老师不辞感谢答辩小组的老师不辞辛苦，辛苦，对我的设计进行最后的检验和指导，对我的设计进行最后的检验和指导，各位老师辛苦了！各位老师辛苦了！
