基于PLC的翻转机械手设计

1、图书分类号：密 级：毕业设计(论文)基于PLC的翻转机械手设计THE DESIGN OF TURNING MANIPULATOR BASED ON PLC学生姓名班 级学院名称专业名称指导教师 学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本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注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用

2、学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要本文在对熟悉了PLC控制和翻转装置机械结构的原理上，根据任务要求书的翻转要求，采用了整体化的设计思想，充分利用了硬件和软件系统的相互结合，设计了一台利用PLC控制的翻转机械手装置。本设计以西门子S7-200系列

3、PLC为主控制器，使用步进电动机作为动力源，利用丝杠把转子旋转运动变成直线运动，结合气压控制技术完成吸盘对箱体的吸取，并运用PLC编程技术实现对大小不相同的箱体的翻转。在设计中参考了以往机械手设计的经验，并且结合自己所学知识进行研究。本设计具有应用范围广，可适应恶劣环境，自动化程度高、可翻转不同规格箱体、控制简单、运行稳定的特点。本设计应用到实际生产中能够减轻员工工作的强度，提升生产的效率，降低生产的成本。关键词 PLC；机械手；步进电机；丝杠AbstractThis article in the familiar with PLC control and turn-over device o

4、n the principle of mechanical structure, according to the requirements of the certain flip, the integration of design ideas, fully use of the hardware and software, designed a flip manipulator based on PLC control device.The design of the Siemens S7-200 series PLC as the main controll

5、er, the stepper motor is used as the power source, the use of screw rotary motion of the stepper motor into linear movement, combined with pneumatic control technology to realize sucker to suck the box, andflip the box of differen

6、t sizes using PLC programming technology. In reference to the design ofthe manipulator design experience, and combine their knowledge of. This design has wide application range, can adapt to the harsh environment, high degree of automa

7、tion, turnoverbox, different specifications of simple control, stable operation. This design is applied to the actual production can reduce labor intensity, improve the production safety, reduce productioncosts.Keywords PLC Manipulator Stepper m

8、otor Screw目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 选题背景11.2 国内外研究现状和趋势11.3 选题意义与目的21.4 设计原则22 执行机构设计42.1 本设计具体采用方案42.1.1 本设计的初步结构42.1.2 本设计总体流程图52.2 驱动方式比较与选择62.3 主要机构的选型与设计72.3.1 滚珠丝杠介绍与校核72.3.2 步进电机的介绍与选型122.3.3 驱动器选型与介绍172.3.4 超程保护设计192.3.5 限位开关选型202.3.6 旋转机构的脉冲计算202.3.7 真空装置212.3.8 直流稳压源的选型232.3.9 继电器选型232.3.10

9、横梁的选择与校核243控制系统的设计263.1 西门子PLC介绍263.2 PLC的选型273.3控制电路的设计283.3.1 电路整体设计思路283.3.2 西门子S7-200接口示意图283.3.3 PLC与驱动器连接示意图293.3.4 I/O地址分配303.4 PLC脉冲子程序参数设计303.5主程序设计323.6 软件调试34结论35致谢36参考文献37附录381 绪论1.1 选题背景机械手是近些年出现的具有高科技技术含量的用来辅助生产的工具。它是通过用户编程来实现预先的设定的工作任务，在结构和功能上面具备人和机器共同的优点，特别表现在人的智能化和适应能力上。机械手工作的精确性和稳定

10、性以及在各种场合中完成任务的能力，在现代高速发展的制造行业中有着广阔的发展前景。机械手是机械机构和控制技术，传感器技术相互结合发展而来的一种新型自动化装置。在目前生产过程中，机械手被应用到自动化生产线中已经越来越广泛，机器手的研发与制造已属于高技术领域内，快速发展而来的一种新兴技术。机械手的研发与完善体现了自动化行业的较高水平。当前机械手的工作并没有人手那么灵活，但是机械手能够完成繁重枯燥的劳动，不怕相对恶劣的工作环境，不害怕危险，工作精度高。因此广泛被很多制造行业接受。机械手并不仅仅是用来代替人进行劳动，而是同时结合了人和机械的特性的一种自动化装置。它既可以像人一样对外界环境进行分析和判断，

11、也可以像机器一样进行长期，枯燥的生产工作。从一定意义上来讲，它属于机器在生产过程中演变而来的升级产物。PLC最先进入我国的时候 ，只是用来进行离散量控制。随着现代工业和计算机网络急速的飞速发展，PLC的应用也变得更加广泛，人们对控制要求的水平的不断提高，PLC功能也演变的越来越多，现待PLC不仅可以控制单个机构运动同时也能实现多机构的同时控制，既可以进行逻辑控制也可以展开过程控制，运动控制，数据处理。PLC的具有可编程功能，被广泛应用到柔性制造系统中，当工件改变候，柔性制造系统非常方便进行调整，减小了企业的投资成本，增强了企业的市场竞争能力。PLC控制机械手兼顾了PLC可编程技术和机械可长期工

12、作的特性，能够根据生产的需要更加方便的做出调整，控制思路明确。当前我们国家的在智能机械手发展和应用和世界上先进国家存在一定的差距，PLC控制机械手的研发和使用将会直接关乎到我国生产制造行业的前景，将会决定与世界先进制造国家的竞争力，同时也反映我国自动化的水平。由上可知无论从经济、技术方面来讲进行PLC控制机械手的研究是非常必要的。1.2 国内外研究现状和趋势随着它的应用越来越广泛，机械手的研究变成了很多国家和研发机构讨论的焦点，综合国内外的研究成成果，可以看出机械手的发展的趋势如下：第一：机电相互结合，可编程功能越来越强，在机械机构的支撑下结合当前电子技术和控制技术，更加适用于柔性制造系统。第

13、二：随着微电子技术的发展，集成度也来越高，导致控制机构的体积大大减小，进而可以让机械手在更小的空间内进行工作。第三：机械手的机械结构将面向标准化生产，使用模块化的结构，方便日后的维护与保养。第四：传感器的功能越来越完善，一个机械手将会使用到若干个传感器，通过传感器来确定当前的工作状态与工作华景，判断下一步是否应该进行下一步动作，使得机械手在生产过程中更加的智能化第五：机械手将会朝着个人计算机的开放型控制器方向进行发展，以便使用者对其进行集中化，网络化的管理。综上可知，机械手发展的大概能够分成两个方向：一.机械手将会变得更加的智能化，网络化，反馈系统和传感器技术大量引用，开放性进一步提高，机械和

14、控制更有机的集合，可控性更强，精度更高。二.机械手将更加广泛的应用到实际的生产中，代替原来人工生产作业。各个机构模块通用型增强，降低机械手的投入成本同时在满足任务要求的情况下可靠性更强，性价比更高。1.3 选题意义与目的机械手的高速发展给现代生产行业带来了极大地便利，同时大大减少了生产成本，提高产能。相比于人手，机械手有着很多先天优势，例如机械手可以24小时连续工作，耐高温，准确度高，能够保证产品表面的清洁，同时机械手无情绪，方便统一管理与批量生产，而且带有编程系统，因此通用性比较好，减少工厂的设备支出。因此机械手受到越来越多行业的追捧，例如：第一：在高速发展的电子行业，可以代替员工进行产品的

15、搬运，组装，包装等。能够在高温、有辐射等恶劣换进行长时间工作，减少对员工伤害。第二：可以达到很高的精密度，完成人员工很难完成的工作。本设计利用了PLC控制技术、丝杠传动技术、步进电机、传感器等相关知识，是一个机械和控制的结合体，提高了传统纯机械的自动化水平，适应范围更广。本设计中根据实际生产时候的需求进行PLC编程使的执行机构能够按照预选编写的程序进行运动，完成特定的翻转，辅助生产。本机械手主要与生产线上的传送系统组合最终形成生产线，实现对最大为1000*1000*1000mm的箱体实现四面的翻转。当今中国生产行业正在高速的发展，本设计能够应用到生产工厂，能够实现生产过程中箱体方位的变换。这样

16、减少了工人的劳动量，降低了企业的生产成本，同时本机构可以根据生产需求，调整程序来适应其他此寸箱体的翻转，能够降低设备成本。1.4 设计原则在本设计的过程中，一直按照着以下这些设计原则。1.把实现老师在毕业设计任务书里给的要求作为最终目的。2.仔细分析本机构在实际生产中的环境，劳动强度。3.在能够完成特定要求的基础上机构尽可能的简洁，多使用标准件，方便以后的维修与保养。4.在提高机构的可靠性能的同时要考虑制造设备的经济成本，主要元件的工艺复杂程度。2 执行机构设计2.1 本设计具体采用方案2.1.1 本设计的初步结构结论本设计论文从机械手的发展背景和发展趋势展开讨论，分析了可编程控制器控制机械手

17、的优点，明确设计要求和设计原则。然后构想了本设计的初步构成图，选择传动方案和驱动种类，在确认机构构成和驱动方案可行的基础上对步进电机进行了介绍，然后根据设计要求对电机选型。根据电机的型号选择了相对应的驱动器，紧接着选择传动方案，介绍了滚珠丝杠的优点和传动特性对滚珠丝杠进行了选型和校核。在主要硬件确认的情况下，介绍了西门子可编程控制器的主要发展状况和硬件组成，根据本设计要求，选择了西门子PLC。根据需要了输入输出点个数，确定了CPU的型号，因为本设计是需要可编程控制器提供脉冲，因此选择了晶体管输出类型。根据可编程控制器说明书和设计要求，进行设计了外部接线图，在确认接线正确和完成的情况下，按照任务

18、书要求进行编程序，然后根据实际生产需求进行程序的调试。本设计能够应用到生产工厂，能够实现生产过程中箱体方位的变换。这样减少了工人的劳动量，降低了企业的生产成本，同时本机构可以根据生产需求，调整程序来适应其他此寸箱体的翻转，能够降低设备成本。从总的任务要求来说，本设计能够完成任务书中指定的要求。在毕业设计期间，学习了大量关于PLC选型，电机构成及工作原理的知识，进一步的了解到机械电子工程的具体内容。但是由于设计时间的和设计水平的限制，机构仍然可以进行改进与研究。大体完善方向有一下内容：1.添加力传感器等相应的检测模块，实现智能化操作，完成更高一级的自动化。2.可以将步进电机角度细分，提高定位精度

19、。此外，由于设计水平有限，设计中存在有不足之处，真诚的希望各位老师和同学进行批评指正。致谢参考文献1 左建民.液压与气压传动TH.北京：机械工业出版社，2005.12 涂善东.安全可靠性现代工业可持续发展的支持技术，科技期刊，1998.第3期3 陶湘厅.气动机械手的应用现状及发展前景J.机床与液压,2008,35(8):226-228.4 张毅刚.单片机原理及应用.高等教育出版社，2007 5 熊诗波.机械工程测试技术基础（第三版）.机械工业出版社,2008年 6 王伯雄.工程测试技术.清华大学出版社,2013年 7 张国雄.测控电路（第四版）.机械工业出版社.2014年 8 张毅刚.单片机原理及接口技术（C51编程）.人民邮电出版社，2011年9 邱宣怀.机械设计手册第四版.高等教育出版社,2006年10 成大先.机械设计手册.化工工业出版社,1993年6 张万忠 孙晋.可编程控制器入门与应用实例.北京：中国电力出版社，200511 Blohoubek, P., Kolíbal, Z.: The knowledge from the Research in the Field of Robotics at UT Brno, Czech Republic. In: Automazione/Automation 1993, BIAS, Milano,