基于PLC的物料搬運機械手控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計（論文）word格式

1、 畢業(yè)論文題 目： 基于plc的物料搬運 機械手控制系統(tǒng)設計 學生姓名： 袁濤 學生學號： 0808020243 系 別： 電氣信息工程學院 專 業(yè)： 自動化 屆 別： 2012屆 指導教師： 孫靜 基于plc的物料機械搬運手自動化控制系統(tǒng)設計學生：袁濤知道教師：孫靜淮南師范學院電氣信息工程系摘 要:機械手在先進制造領域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動。可以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因此被廣泛應用。 本文在縱觀了近年來機械手發(fā)展狀況的基礎上，結合機械手方面的設計，對機械手技術進行了系統(tǒng)的分析，提出了用氣動驅(qū)動和plc控制的設計

2、方案。采用整體化的設計思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點并進行互補優(yōu)化。對物料分揀機械手的整體結構、執(zhí)行結構、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了分析和設計。在其驅(qū)動系統(tǒng)中采用氣動驅(qū)動，控制系統(tǒng)中選擇plc的控制單元來完成系統(tǒng)功能的初始化、機械手的移動、故障報警等功能。最后提出了一種簡單、易于實現(xiàn)、理論意義明確的控制策略。關鍵詞: 機械手，氣動控制，可編程控制器（plc），自動化控制，物料分揀 based on plc material handling robot control system designstudent: yuantaoknow the teacher: ms. sun jinghua

3、inan normal college electrical information engineeringabstract:in advanced manufacturing robot plays a very important role. it can carry goods, sorting items, instead of human heavy labor. can realize the mechanization of manufacturing and automation, can in harmful environment operation to protect

4、the personal safety and so widely used in this paper a review in recent years on development status of manipulator, combined with the design of manipulator, the technology of the manipulator system analysis, and put forward the pneumatic drive and plc control in the design. the design idea of integr

5、ation, the full consideration of the characteristics of the software and hardware and complementary optimization. for the material sorting the structure of the manipulator, executive structure, driving system and control system analysis and design. in its drive system by pneumatic drive, the choice

6、in the control system of the control unit to complete plc system function initialization, the mobile manipulator, fault alarm functions. finally puts forward a simple and easy to realize and theoretical significance specific control strategy.key words: manipulator;pneumatic control;the programmable

7、controller (plc);automatic control;material sorting前言機械手作為前沿的產(chǎn)品應自動化設備更新時的需要，可以大量代替單調(diào)往復或高精度需求的工作，在先進制造領域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動?？梢詫崿F(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護人身安全，可以廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。 隨著工業(yè)的高速發(fā)展，機械手作為前沿的產(chǎn)品應自動化設備更新時的需要，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。它可以搬運貨物、分揀物品、用以代替人的繁重及單調(diào)勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化；并能

8、在高溫、腐蝕及有毒氣體等有害環(huán)境下操作以保護人身安全，被廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。 可編程控制器(plc)是以中央處理器為核心，綜合了計算機和自動控制等先進技術，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點，已成為目前在機械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。使用plc的自動控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動作精度高等優(yōu)點。適應工業(yè)需要，本課題試圖開發(fā)plc對物料分揀機械手的控制，并借助必要的精密傳感器，使其能夠?qū)Σ煌伾奈锪习搭A先設定的程序進行分揀，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性生產(chǎn)線。采用plc控制，是一種

9、預先設定的程序進行物料分揀的自動化裝置，可部分代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時需要對機械手進行新的分配任務時，可以允許方便的改動或重新設計其新部件，而對于位置改變時，只要重新編程，并能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費用。本設計主要完成機械手的硬件部分與軟件部分設計。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設計。第1章 機械手的研究與發(fā)展1.1 機械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 機械手最早應用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。機械手延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復勞

10、動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機械手與數(shù)控加工中心，自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(fms)和計算機集成制造系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。 目前，國際上的機械手公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、otc、松下、fanluc、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的kuka、cloos、瑞典的abb、意大利的c0毗u及奧地利的工gm公司。我國機械手起步于20世紀70年代初期，經(jīng)過30多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段：70年代萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的應用化期。在我國，機械手市場

11、份額大部分被國外機械手企業(yè)占據(jù)著。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，對我國工業(yè)自動化的提高迫在眉睫，政府務必會加大對機器人的資金投入和政策支持，將會給機械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力。隨著機械手發(fā)展的深度和廣度以及機器人智能水平的提高，機械手已在眾多領域得到了應用。從傳統(tǒng)的汽車制造領域向非制造領域延伸。如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)用于維護維修的機器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務等領域機械手的應用也越來越多。在未來幾年，傳感技術，激光技術，工程網(wǎng)絡技術將會被廣泛應用在機械手工作領域，這些技術會使機械手的應用更為

12、高效，高質(zhì)，運行成本低。據(jù)猜測，今后機器人將在醫(yī)療、保健、生物技術和產(chǎn)業(yè)、教育、救災、海洋開發(fā)、機器維修、交通運輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等領域得到應用。 1.2 主要研究的內(nèi)容隨著機械手技術的飛速發(fā)展和機械手應用領域的不斷深化，不僅要求其控制 可靠性強、使用靈活性高和操作靈活性好，還要其成本低、可開發(fā)經(jīng)濟性強。本論文主要研究物料分揀機械手以下幾個方面的內(nèi)容：(1) 物料分揀機械手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇 執(zhí)行系統(tǒng)是由傳動部件與機械構件組成，是機械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體。主要包括機身、手臂、末端執(zhí)行器3部分組成，其中每一部分都可以具有若干的自由度。執(zhí)行系統(tǒng)的設計主要是對機械手的手部、手臂和機座進行設計。(2)

13、 物料分揀機械手驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 驅(qū)動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部分提供動力的裝置。通過對液壓、氣壓、電氣三種驅(qū)動方式的比較，本設計選擇氣壓驅(qū)動的方式。內(nèi)容包括氣動元件的選擇及其工作原理、氣動回路的設計和氣動原理圖的繪制。(3) 物料分揀機械手控制系統(tǒng)的設計 控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求和時序進行工作。本機械手采用可編程控制器（plc）對機械手進行控制，主要包括對plc的型號選擇、傳感器類型進行選擇、i/o口的選擇、對控制系統(tǒng)原理圖、自動程序梯形圖的繪制等內(nèi)容。1.3 解決的關鍵問題1 解決機械手機械結構的設計問題，要求機械手結構簡單、經(jīng)濟、具有一定的代表性。

14、2 執(zhí)行部件的運動精度的問題。3 機械手的控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)的電路和控制程序，并解決工件和控制 系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。4 元件的匹配規(guī)則和知識的獲取及其表達形式。5 傳感器的類型選擇。第二章 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇機器手的執(zhí)行結構是機械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體。執(zhí)行機構的布局類型直接影響到機械手的工作性能。2.1 執(zhí)行機構坐標形式的選擇機械手的基本型式較多，按手臂的坐標型式而言，主要有四種基本型式：直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關節(jié)式。下面就各型式機械手作簡單的分析對比：1、直角坐標式機械手直角坐標式機械手是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機械手。它的手臂可作伸縮、左右和上下移動

15、，按直角坐標形式x、y、z三個方向的直線進行運動。其工作范圍可以是一個直線運動；兩個直線運動或三個直線運動。如在x、y、z三個直線運動方向上個具有a、b、c三個回轉(zhuǎn)運動，即構成六個自由度。直角坐標式機械手的優(yōu)點：（1） 產(chǎn)量大，節(jié)拍短，能滿足高速的要求； （2） 容易與生產(chǎn)線上的傳送帶和加工裝配機械相配合；（3） 適于裝箱類、多工序復雜的工作，定位容易變更；（4） 定位精度高，載重發(fā)生變化是不回影響精度；（5） 易于實行數(shù)控，可與開環(huán)或閉環(huán)數(shù)控機械配合使用。缺點：機械手的作業(yè)范圍較小。2、圓柱坐標式機械手圓柱坐標式機械手是應用最多的一種型式，它適用于搬運和測量工件。具有直觀性好，結構簡單，本體

16、占用的空間較小，而動作范圍較大等優(yōu)點。圓柱坐標式機械手的工作范圍可分為：一個旋轉(zhuǎn)運動，一個直線運動，加一個不在直線運動所在的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動；二個直線運動加一個旋轉(zhuǎn)運動。圓柱坐標式機械手有五個基本動作：（1） 手臂水平回轉(zhuǎn)；（2） 手臂伸縮；（3） 手臂上下；（4） 手臂回轉(zhuǎn)動作；（5） 手爪夾緊動作。 圓柱式機械手的特點是在垂直導柱上裝有滑動套筒，手臂裝在滑動套筒上，手臂可做上下直線運動和水平面內(nèi)做圓弧狀的左右擺動。3、球坐標式機械手球坐標式機械手是一種自由度較多，用途較廣的機械手。它的工作范圍包括：一個旋轉(zhuǎn)運動；二個旋轉(zhuǎn)運動；二個旋轉(zhuǎn)運動加一個直線運動。球坐標式機械手可實現(xiàn)八個動作：（1）

17、 手臂上下動作，即俯仰動作；（2） 手臂左右動作，即回轉(zhuǎn)動作；（3） 手臂前后動作，即伸縮動作；（4） 手腕上下彎曲；（5） 手腕左右擺動；（6） 手腕旋轉(zhuǎn)運動；（7） 手爪夾緊動作；（8） 機械手的整體移動。球坐標式機械手的特點是將手臂裝在樞軸上，樞軸又裝在叉形架上，能在垂直面內(nèi)作圓弧狀上下俯仰動作，它的臂可作伸縮，橫向水平擺動，還可以上下擺動，工作范圍和人的手類似。它的特點能能自動選擇最合理的動作路線。所以工作效率高。另外由于上下擺動，它的相對體積小，動作范圍大。4、關節(jié)式機械手關節(jié)式機械手是一種適用于靠近機體操作傳動型式。它像人手一樣有肘關節(jié)，可以實現(xiàn)多個自由度，動作比較靈活，適于在狹窄

18、的空間工作。關節(jié)式機械手，早在四十年代就在原子能工業(yè)中得到應用，隨后在開發(fā)海洋中應用，有一定的發(fā)展前途。關節(jié)式機械手有大臂和小臂的擺動，以及肘關節(jié)和肩關節(jié)的運動。它還具有上肢結構，可實現(xiàn)近似于人手操作的機能。為具有近似人手的操作機能，需要研制最合適的結構。機械手型式的選擇首先是從滿足它的運動要求方面進行考慮， 然后從機械手的復雜程度以及經(jīng)濟情況等方面來考慮。本設計中的機械手主要動作為機械手手臂的左右移動，升降移動和機械手的整體旋轉(zhuǎn)。直角坐標式機械手雖然具備手臂的伸縮上下、左右直線運動等動作，但是不具備機械手整體旋轉(zhuǎn)動作，所以不考慮用直角坐標式機械手。球坐標式機械手和關節(jié)式機械手對動作要求方面足

19、夠滿足要求，但是它們的結構都比較復雜，有很多動作是不必要的，顯得浪費和增加了制造的成本和難度。圓柱坐標式機械手能滿足手臂伸縮、手臂上下、手臂回轉(zhuǎn)動等動作。可以將手臂回轉(zhuǎn)動作改換成機械手的整體轉(zhuǎn)動就可以滿足本設計中機械手的動作要求。這樣的修改并沒有改變機械手的總體結構，只是進行了局部變動，使得整個系統(tǒng)經(jīng)濟、實惠，所以確定用圓柱坐標式機械手。2.2 執(zhí)行機構的組成 工業(yè)機械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機械部分組成：（1） 手部 是機械手直接握持工件或工具的部分。（2） 臂部 是機械手用來支持腕部與手部實現(xiàn)較大的運動范圍的部件。（3） 立柱 支承手臂并帶動它升降、擺動和移動的機構。（4） 機座 是機械手用來

20、支撐臂部，并安裝驅(qū)動裝置及其他裝置的部分。2.3 執(zhí)行機構的工作原理物料分揀機械手的結構主要由機座、立柱、水平手臂、垂直手臂、電磁閥和吸盤等組成。其中機座采用擺動氣缸進行驅(qū)動，手臂及吸盤采用單活塞桿雙作用氣缸驅(qū)動。機械手的動作基本有伸縮、升降、左右旋轉(zhuǎn)、吸物和放物等動作。其結構原理如圖2.2所示。其動作順序為：初始位置a右旋b前伸c氣缸下降d吸物料c上升b收縮a左旋c氣缸下降d放物料c上升回到初始位置。機械手的動作在整個過程中都是連續(xù)可循環(huán)。2.4 執(zhí)行機構簡圖根據(jù)前面機械手各部分的設計，可做出機械手大體結構簡圖，如圖2.1所示。 1右旋限位開關 2 左旋限位開關 3 回縮限位開關 4 前伸限

21、位開關 5 上升限位開關 6 下降限位開關 a 擺動氣缸 b前伸/回縮氣缸 c上升/下降氣缸 d 真空吸盤 圖2.1 執(zhí)行機構簡圖 第3章 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構運動的傳動裝置。機械手的驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)動力源的不同，分為液壓、氣壓、電氣、機械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅(qū)動方式。3.1 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇液壓驅(qū)動，功率重量比大，可實現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實現(xiàn)過載保護，可自行潤滑，使用壽命長。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。電氣驅(qū)動，控制精度高，驅(qū)動力較大，響應快，信號檢測、傳遞、處理

22、方便。但是由于這種驅(qū)動方式價格昂貴，限制了在一些場合的應用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅(qū)動方式。氣壓驅(qū)動具有價格低廉、結構簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強、在工業(yè)機械手中應用較多。另一方面，氣動技術作為“廉價的自動化技術”，由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領域。3.2 機械手驅(qū)動系統(tǒng)的控制設計根據(jù)物料分揀機械手的要求，在驅(qū)動系統(tǒng)中氣缸的運動方式主要有兩種：（1）直線運動（缸體固定，活塞桿運動）；（2）擺動（缸體固定）。氣動系統(tǒng)包括三個三位四通電磁換向閥、兩個二位二通電磁閥、三個氣缸、一個吸盤、四個調(diào)速閥、六個單向調(diào)速閥、消聲器（若干）等。圖

23、中的調(diào)速閥控制氣缸上升和下降、伸長和縮短、擺動過程中的速度，防止速度過大對物料及機械手臂的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運動方向；真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產(chǎn)生真空吸附物料，其主要功能是實現(xiàn)對物料的吸取和釋放，真空發(fā)生器的動作是由二位二通電磁閥控制的。 第四章 控制系統(tǒng)的分析設計機械手控制系統(tǒng)的設計是整個機械手設計的關鍵和核心。它在結構和功能上的合理劃分與巧妙實現(xiàn)，對提高機械手整體可靠性、實用性具有重要的意義，同時也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當前機械手廣泛采用的控制器結構及plc的發(fā)展之后，提出了采用plc的控制方法。4.1 控制系統(tǒng)的組成結構機械手

24、的控制系統(tǒng)一般是使機械手運動協(xié)調(diào)為目的，包括高性能的計算機及相應的系統(tǒng)硬件和控制軟件。機械手的控制部分可分為4個部分：機械手及其感知器、環(huán)境、任務、控制器?？刂葡到y(tǒng)的硬件一般包括3個部分：(1) 感知部分 用來收集機械手的內(nèi)部和外部的信息，如位置、速度、加速度傳感器可接受機械手的本體狀態(tài)，而視覺、觸覺、力覺等傳感器可感受機械手的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。(2) 控制裝置 用來處理各種信息，完成控制過程，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計算機相應的接口等。(3) 驅(qū)動部分 為了使機械手完成操作及移動功能，機械手各關節(jié)可選用氣動、液動、電氣等方式驅(qū)動。4.2 控制系統(tǒng)的性能要求對于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要

25、求：(1) 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動后其運動性能從偏離平衡點恢復到原平衡點狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是一般自動控制必須滿足的基本要求，對穩(wěn)定性的研究是自動化控制系統(tǒng)中的一個基本問題。 (2) 過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)時具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時間表示系統(tǒng)過渡過程的快速程度。(3) 穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項重要指標，控制系統(tǒng)設計的任務之一就是在兼

26、顧其他性能指標的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個允許的限制值。4.3 傳感器的選擇 傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。根據(jù)本設計的要求需要對位置檢測裝置、滑覺傳感器、視覺傳感器進行選用。位置檢測裝置檢測機械手動作是否到位，滑覺傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺傳感器是為了完成機械手對物料的識別。4.3.1 位置檢測裝置在本設計中，當機械手執(zhí)行左旋/右旋，前伸/回縮，上升/下降等動作時，應有相應的位置檢測裝置檢測動作是否到位，常用的位置檢測裝置是行程開關。行程開關又稱限位開關，是

27、一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。行程開關按其結構可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。4.3.2 滑覺傳感器機械手吸取物體時按吸力的大小可分為硬吸取和軟吸取。硬吸取是吸盤用最大的吸力吸取物體，以保證可靠性；軟吸取方式是吸盤使吸力保持在能穩(wěn)固吸取物體的最小值，以避免損傷物件。軟吸取時吸力不夠時被吸物體會產(chǎn)生滑動，滑覺傳感器就是為了檢測滑動而設計的，可以檢測垂直于吸物方向物體的位移、由重力引起的變形，以達到修正吸力，防止吸取物

28、的滑動。滑動傳感器主要用于檢測物體接觸面直接的相對運動的大小和方向，判斷是否吸住物體以及應用多大的吸力等。4.3.3 視覺傳感器 機械手視覺的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能夠?qū)Σ煌奈矬w進行識別，本機械手采用顏色傳感器，根據(jù)不同物料有不同的顏色，可以針對一種顏色的物料進行揀出。 目前，用于顏色識別的傳感器有兩種基本類型：（1）色標傳感器，它使用一個白熾燈光源或單色led光源；（2）rgb（紅綠藍）顏色傳感器，它檢測物體的對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。這類裝置許多是溫反射型、光束型、光纖型的，封裝在各種金屬和聚碳酸脂外殼中。典型的輸出有：npn和pnp、繼電器和模擬輸出。 4.4 控制

29、系統(tǒng)plc的選型及控制原理 4.4.1 plc種類及型號選擇plc種類較多，主要有西門子、三菱、omron、fanac、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、omron的plc。根據(jù)前面確定的plc點數(shù)：實際輸入點28點，實際輸出點12點，綜合對比三菱fx系列（包括fx0s、fx1s、fx0n、fx1n、fx2n等）、西門子系列、omron系列中i/o點數(shù)為48點各型號的plc的價格、性能、實用場合等各方面。本系統(tǒng)可選擇plc型號為：fx2n64mr001，合計總數(shù)64點32點輸入，dc24v，32點繼電器輸出；尺寸（mm）：2208790，其性

30、能、價格都優(yōu)于其他plc。fx2n系列是fx系列plc家族中最先進的系列，它能最大范圍地包容了標準特點，程式執(zhí)行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化控制應用提供最大的靈活性和控制能力。該型號plc有32個輸入節(jié)點，32個輸出節(jié)點，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。4.4.2 i/o點數(shù)分配根據(jù)機械手動作流程分析及i/o點數(shù)確定，可以確定電氣控制系統(tǒng)的i/o點分配，如表4.1所示：表4.1 機械手控制輸入點分配表輸入設備輸入點號輸入設備輸入點號啟動按鈕sb1x000手動下降按鈕sb6x016停止按鈕sb2x001手動左旋按鈕sb7x

31、017急停按鈕sb3x002手動右旋按鈕sb8x020左旋極限傳感器st2x003手動伸出按鈕sb9x021右旋極限傳感器st3x004手動縮回按鈕sb10x022上升限位傳感器st4x005手動吸氣按鈕sb11x023下降限位傳感器st5x006手動放氣按鈕sb12x024手臂縮回限位傳感器st6x007超上升限位傳感器st8x025手臂伸出限位傳感器st7x010 超下降限位傳感器st9x026工件檢測傳感器ps1x011 超左旋限位傳感器st10x027手動sax012 超右旋限位傳感器st11x030自動x013 超伸出限位傳感器st12x031復位按鈕sb4x014 超縮回限位傳感器

32、st13x032手動上升按鈕sb5x015 4.4.3 機械手控制原理在plc的控制下，執(zhí)行機構可實現(xiàn)手動、自動等多種工作方式。手動：利用按鈕對機械手每一動作手動進行控制，可實現(xiàn)上升、下降、前伸、縮回、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、吸物、放物等操作；自動：按下循環(huán)按鈕后機械手從原點位置開始連續(xù)不斷的執(zhí)行分揀物料的各步。按下啟動按鈕sb1，系統(tǒng)初始化擺動氣缸右旋水平手臂伸出垂直手臂下降吸物垂直手臂上升水平手臂縮回擺動氣缸左旋垂直手臂下降放物垂直手臂的上升回初始位置。(1) 系統(tǒng)程序的初始化 按下啟動按鈕sb1，對控制系統(tǒng)進行功能檢測，檢測正確后，進入控制系統(tǒng)的軟件，開始運行程序。(2) 擺動氣缸右旋 初始化程序正

33、常運行后，plc的輸入端x000接通輸入，輸出端y001輸出，右旋按鈕sb8接通，使三位四通電磁換向閥12的5ya得電，擺動氣缸會執(zhí)行右旋的命令。(3) 水平手臂的伸出 擺動氣缸右旋到指定位置時（90度），plc輸入端x004接通輸入，輸出端y003輸出，手臂前伸按鈕sb9接通，使三位四通電磁換向閥10的1ya得電，執(zhí)行手臂前伸動作。(4) 垂直手臂的下降 手臂前伸到指定位置，plc輸入端x010接通輸入，輸出端y005輸出，小臂下降按鈕sb6接通，使三位四通電磁換向閥11的3ya得電，執(zhí)行垂直手臂的下降動作。(5) 吸物 小臂下降到指定位置，plc輸入端x006接通輸入，輸出端y006輸出，

34、吸盤吸氣按鈕sb11接通，二位二通電磁閥13的7ya得電，真空發(fā)生器22開始動作，真空吸盤26將物料吸起。(6) 垂直手臂的上升 經(jīng)滑覺傳感器檢測到物料已經(jīng)被吸起時，輸出端y004輸出，小臂上升按鈕sb5接通，使三位四通電磁閥11的電磁鐵4ya得電，執(zhí)行垂直手臂的上升動作。(7) 水平手臂的回縮小臂上升到指定位置，plc輸入端x005接通輸入，輸出端y002輸出，水平縮回按鈕sb10接通，使三位四通電磁換向閥10的電磁鐵2ya得電，執(zhí)行水平手臂回縮動作。(8) 擺動氣缸左旋 水平手臂回縮到指定的位置，plc輸入端x007接通輸入，輸出端y000輸出，左旋按鈕sb7接通，三位四通電磁閥12的電磁

35、鐵6ya得電，執(zhí)行擺動氣缸的向左旋轉(zhuǎn)。(9) 垂直手臂的下降 擺動氣缸向左旋轉(zhuǎn)到指定位置（90度），plc輸入端x003接通輸入，輸出端y005輸出，垂直手臂下降按鈕sb6接通，使三位四通電磁閥11的電磁鐵3ya得電，執(zhí)行小臂的下降運動。(10) 放物 小臂下降到指定位置，plc輸入端x006接通輸入，輸出端y007輸出，吸盤放氣按鈕sb12接通，真空發(fā)生器停止工作，真空消失，壓縮空氣進入真空吸盤，將物料與吸盤吹開。(11) 小臂上升 經(jīng)滑覺傳感器檢測到物料已經(jīng)放開，輸出端y004輸出，小臂上升按鈕sb5接通，使三位四通電磁換向閥10的電磁鐵2ya得電，執(zhí)行小臂上升動作。(12) 回到初始位置

36、小臂上升到指定位置，plc輸入端x005接通輸入，自動重復以上動作。4.5 plc程序設計4.5.1 總體程序框圖設備有“手動/自動”兩種工作方式，其控制程序可分為自動控制程序和手動控制程序兩個模塊，各模塊程序分開編寫，結構清晰，便于調(diào)試和修改。在進行編程前，應先繪制出整個控制程序的結構框圖，如圖4.2所示。在該結構圖中，當操作方式選擇開關置于“手動”時，輸入點x012接通，執(zhí)行手動程序；當操作方式選擇開關置于“自動”時，輸入點x013接通，執(zhí)行自動程序。圖4.2 控制程序的結構框圖同是為了方便操作，應設計一個機械手操作面板，機械手操作面板如圖4.3所示圖4.3 機械手操作面板4.5.2 手動

37、控制程序 手動控制程序用于實現(xiàn)機械手升降、伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、吸氣/放氣及復位的運動。在自動工作過程中，若將“手動/自動”轉(zhuǎn)換開關打到“手動”位置時，輸入x012接通系統(tǒng)進入手動控制方式狀態(tài)。此時，按下相應的受動按鈕可實現(xiàn)手動上升、下降、左旋、右旋、伸出、縮回、吸氣、放氣及復位動作，手動操作程序如圖4.4所示。圖4.4 手動操作程序4.5.3 自動控制程序分析知，在“自動”工作方式下，本機械手的運動是以開關量作為轉(zhuǎn)移信號，按所設計的工藝流程一步一步地進行工作，其控制過程為順序循環(huán)控制。當機械手完成一次物料的吸放任務后返回原位為下一個任務做好準備。自動控制的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4.5所示。圖4.5自動控制

38、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖根據(jù)自動控制的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖就可設計出自動控制的步進梯形圖如圖4.6所示。 圖4.6 自動控制步進梯形圖 (序)第5章 結論 機械手的出現(xiàn)延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科學技術的發(fā)展和plc在工業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應用，機械手技術方面的研究不斷得到創(chuàng)新，促使成果不斷涌現(xiàn)。本論文的設計主要取得了以下成果：(1) 對物料分揀機械手的結構形式、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)等各組成部分進行了較為全面的分析，最后得出其總體設計方案。(2) 氣動驅(qū)動系統(tǒng)是強的非線性系統(tǒng)，其根本原因是空氣具有可壓縮性，使得系統(tǒng)中存在流量飽和效應，非線性摩擦力等因素，實現(xiàn)氣缸的精度定位非常困難。因此在其應用中，要對各參數(shù)進行調(diào)定，以達到比較理想狀態(tài)。(3) 機械手的控制系統(tǒng)采用了技術性、可靠性非常高的plc進行控制。這使得機械設備更加靈活，動作準確，易于維護，勞動生產(chǎn)率大大得到了提高。各種操作方式自由切換，滿足了各種生產(chǎn)要求。本課題在完成了機械結構設計的基礎上，對物料分揀機械手的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了設計。由于時間的限制以及機械手的結構比較復雜，有些問題需要進一步的研究：(1) 對機械手各部分連接方式的改進。本機械手結構具有模塊式的特點，但由于考慮節(jié)約成本等因素，采用標準的單活塞桿雙作用氣