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基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计 学院 机械工程学院学生 邹俊辉指导老师 赵丽梅设计时间 2009年3月2日 6月19日 目标和意义 1 目标 本设计试图开发的机械手由PLC控制 并借助相应的传感器 使其能对不同的物料按预先设定的程序进行分拣 2 意义 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 以保护人身安全 国内外现状 我国的机械手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 设计的基本思路 1 分析物料分拣机械手的设计要求 2 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 3 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 4 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 设计的主要内容 1 物料分拣机械手执行系统的设计 2 物料分拣机械手驱动系统的设计 3 物料分拣机械手控制系统的设计 1 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 执行系统的设计主要包括 机械手的手部 手臂和机座的设计 机械手执行系统设计主要内容 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塞杆气缸 机座 选用落地固定式机座 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 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置 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 如当机械手执行水平前伸动作时 进气路线 空气处理单元2 储气罐3 三位四通电磁换向阀10左端 单向调速阀15 气缸A的无杆腔 排气路线 气缸A的有杆腔 单向调速阀16 三位四通电磁换向阀10的排气口 调速阀4 消声器5 排出 3 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 PLC 进行控制 1 传感器的选择2 PLC型号的选择3 PLC的外部接线图4 PLC控制程序设计 控制系统设计内容 传感器的选择 位移传感器 选用意大利GEFRAN直线位移传感器中的PZ3直线位移传感器和德国ASM角位移传感器中的AWS1系列角位移传感器 检测机械手精确位置 视觉传感器 选用RGB 红绿蓝 颜色传感器 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的大小和方向 判断是否吸住物体以及应用多大的吸力等 PLC型号的选择 本设计实用PLC点数为 40点其中输入点数 28点输出点数 12点 考虑应有一定的裕留点数 本设计选用PLC型号 三菱FX2N 64MR 001 DC24V输入 继电器输出 合计总点数64点 32点输入 32点输出 PLC的外部接线图 如当机械手执行摆动气缸右旋动作时 PLC的输入端X020接通输入 输出端Y001接通输出 右旋按钮SB8接通 摆动气缸执行右旋的命令 PLC控制程序设计 PLC控制程序总框图操作面板示意图初始化及报警程序手动程序自动程序 PLC控制程序总框图 机械手设有手动和自动两种工作方式 可通过转换开关SA进行方式转换 系统设有故障报警功能 当限位开关失灵 超限位开关工作时 系统报警 报警指示灯亮 操作面板示意图 操作面板的设计使机械手的操作更加方便 初始化及报警程序 初始化及报警程序的设计使操作者能明确的知道机械手的工作状态及故障情况 手动程序 如手动方式操作机械手前伸时 按下前伸按钮SB9 PLC输入端X021接通输入 输出端Y003接通输出 自动程序 自动程序状态转移图自动程序梯形图 自动程序状态转移图 由自动程序状态转移图可知机械手动作顺序要求 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 总结 机械手执行系统 圆柱坐标型 真空吸盘机械手驱动系统 气压驱动机械手控制系统 PLC控制通过以上部分的设计 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PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值 但由于时间仓促 设计