U8機(jī)電系統(tǒng)實踐報告精品資料

1、機(jī)電系統(tǒng)實踐課程報告班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 翁子成 指導(dǎo)教師：吳勇華五邑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2017.07.01目錄.2.2.2.4.4.5.5.8. .8.1.0 .1.0. .1.0. .1.2 .1. 2 .1.4. .1.4. .1.4 1.4. .1.5. .1.5. .1.6. .1.8. 1.9 .1.9. .1.9. .1.9. .2.0. .2.0. .2.1. 2.1. 2.2. .2.2. .2.2.PLC 程序 參考資料目錄序言 第 1 章、自動化生產(chǎn)線介紹 1.1 光機(jī)電氣一體化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)組成 1.2 光機(jī)電氣一體化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)功能 1.3 六自由度裝配機(jī)器人模塊

2、單元傳動系統(tǒng)分析 1.3.1 傳送帶的驅(qū)動電機(jī)類型和傳動類型 1.3.2 傳送帶傳動系圖和轉(zhuǎn)速圖 1.3.3機(jī)械臂六自由度的簡圖和三維圖及執(zhí)行元件1.3.4 料庫簡圖 1.3.5 系統(tǒng)組成 1.4 六自由度裝配機(jī)器人模塊單元控制系統(tǒng)分析 第 2 章、自動化生產(chǎn)線六自由度裝配機(jī)器人模塊單元改進(jìn)設(shè)計 2.1改進(jìn)方案 2.2 改進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 2.2.1 旋轉(zhuǎn)料庫改進(jìn)前與改進(jìn)后對比 2.2.2 機(jī)械臂夾具的改進(jìn)前與改進(jìn)后的對比 2.3 改進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計 2.3.1. PLC 的運用2.3.2. PLC 的梯形圖編程規(guī)則 233.PLC指令的介紹2.3.4 CPU的構(gòu)成 2.3.5. PLC 流程圖2

3、.3.6. PLC 接線圖2.3.7.I/O 端口配希y 第3章六自由度裝配機(jī)器人模塊機(jī)電系統(tǒng)仿真 3.1背景 3.2基本元件，功能 3.3設(shè)計流程圖 3 .4軟件操作 3.5問題分析 3.6軟件仿真示意圖 總結(jié)第 4 章 附錄一： 附錄二： 附錄三：序言機(jī)電系統(tǒng)實踐課程以光機(jī)電氣一體化柔性生產(chǎn)綜合實訓(xùn)系統(tǒng)作為實踐的對象，其中包 括立體倉庫出庫模塊單元；材料檢測與機(jī)器視覺模塊單元；數(shù)控加工模塊單元；尺寸檢測 模塊單元； 廢品分揀模塊單元； 模擬量噴涂模塊單元； 六自由度裝配串聯(lián)機(jī)器人模塊單元； 成品庫與堆垛機(jī)模塊單元；系統(tǒng)總控模塊單元。 這九個模塊涵蓋了理論課程的所有科目， 所以選用光機(jī)電氣一

4、體化綜合系統(tǒng)，理論聯(lián)系實際，同時，加深了學(xué)生對理論知識的直觀 理解，聯(lián)系了不同優(yōu)勢的學(xué)生對各自擅長的內(nèi)容進(jìn)行分工創(chuàng)新，加強了動手能力和思考分 析、數(shù)據(jù)處理的能力，為企業(yè)培養(yǎng)了一批機(jī)電氣產(chǎn)品開發(fā)的研究人才。本團(tuán)隊選擇了六自 由度裝配串聯(lián)機(jī)器人模塊單元改進(jìn)創(chuàng)新，令該系統(tǒng)更加優(yōu)化、更節(jié)省成本、效率越高。工業(yè)機(jī)械手即工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué) 科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代化制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962 年美國研制出世界上第FMS）、一臺工業(yè)機(jī)器人以來，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)（量，計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS、自動化工廠（FA）的自動化工

5、具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人， 不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提 高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。同計算機(jī)、網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人類的生產(chǎn)和生活方式第1章、自動化生產(chǎn)線介紹1.1光機(jī)電氣一體化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)組成序號單兀代號單元名稱1U01立體倉庫出庫模塊單元2U02材料加測與機(jī)器視覺模塊單元3U03數(shù)控加工模塊單元4U04尺寸檢測模塊單元5U05工業(yè)總線系統(tǒng)總控單元6U06廢品分揀模塊單元7U07模擬量噴涂模塊單元8U08六自由度裝配串聯(lián)機(jī)器人模塊單元9U09成品庫與堆垛機(jī)模塊單元光機(jī)電氣一體

6、化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)包括：立體倉庫出（入）庫模塊單元；材料檢測與機(jī)器視覺 模塊單元；數(shù)控加工模塊單元；尺寸檢測模塊單元；工業(yè)總線系統(tǒng)總控單元；廢品分揀模 塊單元；模擬量噴涂模塊單元；六自由度裝配串聯(lián)機(jī)器人模塊單元；成品庫與堆垛機(jī)模塊 單元等九個模塊單元組成，具備信息流和物流兩大功能。1.2光機(jī)電氣一體化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)功能1. 立體倉庫出庫（入庫）模塊單元功能：本單元可以熟悉氣動原理與輸送機(jī)變向技術(shù)， 了解四自由度碼垛機(jī)如何通過四個軸和手爪的組合來實現(xiàn)實驗樣件的夾取和搬運等動作。 本單元中，手爪采用氣動結(jié)構(gòu)，用電磁閥的得電和失電來控制氣缸的動作，從而來控制手 爪的張開和夾緊。四自由度碼垛機(jī)通過四個軸和手

7、爪的組合來實現(xiàn)實驗樣件的夾取和搬 運等動作。2. 材料檢測與機(jī)器視覺模塊單元功能：材料檢測傳感器的主要作用是檢測材料性質(zhì)是否 金屬與非金屬并對工件選擇合適的加工參數(shù)進(jìn)行加工。通過本單云也可掌握機(jī)器視覺的基 本概念和系統(tǒng)設(shè)備組成，熟悉接口設(shè)置，并進(jìn)而掌握熟悉機(jī)器視覺檢測軟件算法，了解國 內(nèi)外發(fā)展和應(yīng)用。3. 數(shù)控加工模塊單元；尺寸檢測模塊單元；廢品分揀模塊單元；模擬量噴涂模塊單元； 六自由度裝配串聯(lián)機(jī)器人模塊單元；成品庫與堆垛機(jī)模塊單元；系統(tǒng)總控模塊單元。存在 問題：六自由度并聯(lián)機(jī)器人模擬刀具裝置換刀麻煩、不方便，建議設(shè)計成多個刀具一體裝 置。4. 尺寸檢測模塊單元：進(jìn)行尺寸檢測單元由孔深檢測傳

8、感器進(jìn)行檢測，檢測結(jié)束后不合格工件被運送到廢品區(qū)，進(jìn)入廢品單元，由氣推裝置推送到廢品槽內(nèi)。合格的產(chǎn)品由90度搬運機(jī)器人放到輸送線上繼續(xù)運行。存在問題：尺寸檢測單元只檢測孔的深度，沒有檢 測圓的直徑，可能出現(xiàn)工件和蓋子不合；建議增設(shè)檢測圓直徑裝置。5. 廢品分揀模塊單元功能：本單元可以熟悉氣動原理與輸送機(jī)變向技術(shù)，了解工業(yè)生產(chǎn) 環(huán)境下廢品是如何處理與分揀的，本系統(tǒng)單元中，根據(jù)廢品的形狀顏色材料等技術(shù)參數(shù)， 分為三種不同廢品區(qū)域進(jìn)行分揀。6. 模擬量噴涂模塊單元功能：本系統(tǒng)單元工作主要是把上單元運輸過來的工件經(jīng)過本單 元噴涂運輸機(jī)上并根據(jù)上單元CCDS統(tǒng)檢測的顏色結(jié)果使相對應(yīng)的噴槍工作，對工件進(jìn)行

9、 噴涂。通過操作和應(yīng)用，了解 PLC對模擬量控制的編程過程。存在問題：缺少噴漆前的磷 化處理，沒有增強涂裝膜層與工件間的結(jié)合力、沒有提高涂裝后工件表面涂層的耐蝕性。 在噴漆前增加磷化處理，來提高漆在工件的粘附力，增加噴漆效果。7. 六自由度裝配機(jī)器人模塊單元：機(jī)械臂對上一工序輸出的配件進(jìn)行抓取并傳送至載物 臺，進(jìn)而使用母件與配件進(jìn)行裝配，最后夾取成品輸出到傳送帶，由下一工序進(jìn)行堆垛處 理。圖1-1光機(jī)電氣一體化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)實物圖-六§由i憚世庫出庫揍映單元、感品ft與堆堤杭塊單元冃動代軸送甬城損欣單元材科與機(jī)簿規(guī)覺樓塊單兀A0E單元>圖1-2光機(jī)電氣一體化柔性生產(chǎn)系統(tǒng)三維圖1.

10、3六自由度裝配機(jī)器人模塊單元傳動系統(tǒng)分析 1.3.1傳送帶的驅(qū)動電機(jī)類型和傳動類型1. 直流電機(jī)驅(qū)動：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動起來，控制部會再根據(jù)驅(qū)動器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令（Commanc與hall-sensor 信號變化的速度加以比對（或由軟件運算）再來決 定由下一組（AH、BL或AH CL或BH CL或）開關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時間長短。速度不夠 則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。高轉(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的CLOCK分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時間，另外對于hall-sensor信號變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、實時性。為滿足堆垛機(jī)夾取工件速度與傳

11、送帶同步，需對電機(jī)進(jìn)行減速處理。一般情況采取二級減速。此外機(jī)械手運用到了步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)控制傳動。2. 齒輪傳動：如夾取物料中換位轉(zhuǎn)臺到裝配的轉(zhuǎn)動過程中、機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)。帶傳動：如機(jī)械手的左右移動、在空間實現(xiàn)不同位置的觸動，通過步進(jìn)電機(jī)和伺服 電機(jī)帶動機(jī)械臂各個自由度軸的轉(zhuǎn)動。1.3.2傳送帶傳動系圖和轉(zhuǎn)速圖圖1-3圖1-41.3.3機(jī)械臂六自由度的簡圖和三維圖及執(zhí)行元件圖1-6霜訐一巴一圖7圖1-81六自由度裝配機(jī)器人模塊單元基本組成機(jī)械部分：伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、氣源、諧波減速器、皮帶運輸機(jī)、鋁合金 工作臺、裝配作業(yè)臺、六自由度串聯(lián)機(jī)器人、機(jī)械爪、旋轉(zhuǎn)料庫、擋板；傳感部分：光電傳感

12、器、工件顏色檢測傳感器控制部分：米用 Windows系列操作系統(tǒng)、通用機(jī)器人語言編程系統(tǒng)、pIc功能：本單元中，機(jī)械臂對上一模擬量噴涂模塊單元輸出的成品進(jìn)行夾取傳送，并作用 到指定位置，用于母件與配件的裝配，并傳輸?shù)絺魉蛶В瑸橄乱怀善穾炫c堆垛模塊單元的 顏色堆垛歸類做提前準(zhǔn)備。2. 六自由度裝配機(jī)器人模塊單元功能分析系統(tǒng)共有6個自由度，分別是夾緊、旋轉(zhuǎn)、俯仰（1）、左右搖擺、俯仰（2）及基座 的回轉(zhuǎn)。基座的回轉(zhuǎn)自由度可以進(jìn)行360度的回轉(zhuǎn)；與基座相連的俯仰機(jī)構(gòu)（包含液壓缸） 可進(jìn)行俯仰動作，幅度較大，可以滿足 60-120度的俯仰要求，與此相連部分為左右搖擺 機(jī)構(gòu)，能夠完成-6060度的左右來

13、回擺動，接著下去的是俯仰機(jī)構(gòu)，與搖擺機(jī)構(gòu)內(nèi)部類似， 亦可完成-6060度的上下俯仰動作，最后的是旋轉(zhuǎn)部分與手指部分，旋轉(zhuǎn)部分可以正反旋 轉(zhuǎn)，手指部分通過在手腕上滑槽來控制收放動作。機(jī)構(gòu)采用液壓控制各自由度的動作，簡 單方便且功率大，各自由度之間相互聯(lián)系且獨立，動作時互不干涉。3. 六自由度裝配機(jī)器人模塊單元過程分析機(jī)械臂的運動通過電機(jī)轉(zhuǎn)速和步距角控制旋轉(zhuǎn)角度，再通過齒輪和同步帶把動力傳輸 至輸出軸控制機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)角度，從而到達(dá)空間的指定位置，末端抓手抓取時，通過氣缸推動 活塞桿沿末端軸線方向前后移動，從而推動兩抓手沿垂直于軸線的導(dǎo)軌上運動，導(dǎo)軌和抓 手接觸部分用滾珠，減少摩擦，使運動順暢，從而帶動

14、抓取部分平行于軸線張合。工位機(jī) 會對機(jī)器人至少11個位置進(jìn)行儲存，包括移動到工件在傳輸帶位置上方，下降至工件中 心，移至裝配臺上方，上升，移至漫反射傳感上方工位的上方，下降至工件中心，移至裝 配臺工件上方，下降，下降，移至傳送帶。鏈條傳動：傳動比準(zhǔn)確，能在低速、重載下工作，環(huán)境適應(yīng)型強，制造和安裝精度要求低。同步帶：運動時無相對滑動，使速度同步，運動平穩(wěn)；無需大的張緊力，傳動比范圍 大，維護(hù)方便，費用低，耐腐蝕。皮帶運輸機(jī)通過直流電機(jī)驅(qū)動，輸入軸依靠齒輪和鏈條傳動，與張緊機(jī)構(gòu)相連從而拖 動傳輸帶運動，由上一模塊來的產(chǎn)品被傳輸帶過來，通過光電傳感器，傳輸信號給pic,pic 控制旋轉(zhuǎn)氣缸，帶動擋

15、板擺動打到傳輸帶的工作面，從而攔截工件，此時信號傳入工控機(jī) 內(nèi)以對六自由度機(jī)器人進(jìn)行精密控制，機(jī)器人通過之前的位置控制過程實現(xiàn)抓??；機(jī)器人 旋轉(zhuǎn)至裝配工作臺，放下工件；此時料庫通過步進(jìn)電機(jī)再通過諧波減速器減速旋轉(zhuǎn)，在十 二位庫料結(jié)構(gòu)中，有兩個傳感器，一個是色傳感器檢測母工件顏色，傳感器發(fā)射光線（紅,綠,藍(lán)）在需要檢查的物體，根據(jù)反射光進(jìn)行計算顏色的成分，然后和存儲的參照顏色值比 較，當(dāng)前一模塊所檢測得顏色 RGBS和該傳感的RGE一樣時，信號給pic 個電位，控制 料庫的電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使該工位工件直接旋轉(zhuǎn)至有漫發(fā)射傳感器的工位，再通過該工位的漫反 射傳感器，依據(jù)光線被不規(guī)則物體遮擋后會朝各個方向折

16、射發(fā)散，檢測傳感器上方料庫的 工位該母工件是否到達(dá)該工位，當(dāng)?shù)竭_(dá)后，漫反射傳感給一個電位變化給工控機(jī)，工控機(jī) 控制機(jī)器人運動，旋轉(zhuǎn)至漫反射傳感上方的工位，抓取母工件，放至裝配臺上的工件上， 然后夾取裝配件移至傳輸帶，當(dāng)通過傳輸帶兩側(cè)的光電傳感器時， 給信號給pic,控制旋轉(zhuǎn) 氣缸，從而打下?lián)醢澹瑪r下裝配體，進(jìn)入下一模塊。4. 機(jī)械臂使用伺服電機(jī)的好處分析：1、精度：實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問題；2、轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到 20003000轉(zhuǎn)；3、適應(yīng)性：抗過載能力強，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對有瞬間負(fù)載波動和要求快 速起動的場合特別適用；4、穩(wěn)定

17、：低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運行現(xiàn)象。適用于 有高速響應(yīng)要求的場合；5、及時性：電機(jī)加減速的動態(tài)相應(yīng)時間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；6、舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。1.3.4料庫簡圖0圖1-9傳動原理：料庫存放不同顏色的母件在轉(zhuǎn)盤上，當(dāng)機(jī)械臂夾取裝配件放置在裝配臺時，色傳感器檢測母工件顏色，然后和存儲的參照顏色值比較，當(dāng)前一模塊所檢測得顏色RGB值和該傳感的RGB-樣時，PLC給出電位，控制料庫的電機(jī)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到一定位置，由機(jī)械 臂夾取母件和裝配件配合，最后機(jī)械臂將配合好的成品夾放置到傳送帶上，由下一道工序 執(zhí)行。1.3.5系統(tǒng)組成圖 1-101.4六自由度裝配機(jī)器人模塊單

18、元控制系統(tǒng)分析1）氣動控制系統(tǒng)靜音氣泵為壓縮空氣發(fā)生裝置，其中包括空氣壓縮機(jī)、壓力開關(guān)、過載安全保護(hù)器、 儲氣罐、壓力表、過濾減壓閥及氣源開關(guān)等部件。氣泵是用來產(chǎn)生具有足夠壓力和流量的 壓縮空氣并將其凈化、處理及儲存的一套裝置，氣泵的輸出壓力可通過其上的過濾減壓閥 進(jìn)行調(diào)節(jié)；圖 1-112）步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)電動機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)定子的各相繞組按照 一定的順序通電、斷電，從而帶動轉(zhuǎn)子按既定的方向一步一步轉(zhuǎn)動固定的角度，這個角度 被稱為“步距角”；3）伺服電機(jī)控制伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū) 動控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受

19、輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用 作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號 轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類，其主要特 點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。4）三相異步交流電機(jī)控制當(dāng)三相電動機(jī)的三相定子繞組 通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋 轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電 動機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同，通過減速器實現(xiàn)三相異

20、步交流電機(jī)的 減速，使得傳送帶平穩(wěn)傳動。第 2 章、自動化生產(chǎn)線六自由度裝配機(jī)器人模塊單元改進(jìn)設(shè)計2.1 改進(jìn)方案 六自由度裝配機(jī)器人模塊單元存在的問題：1. 顏色傳感器對光線的要求較高，環(huán)境天氣影響均會影響。2. 旋轉(zhuǎn)料庫容量有限，且空間占有主要集中在平面。3. 機(jī)器人工作效率低，夾具夾持的工件容易脫松，摩擦系數(shù)小 六自由度裝配機(jī)器人模塊單元改進(jìn)方案：1. 在顏色傳感器附近安裝燈光。 安裝燈光能夠增強空間亮度，降低顏色傳感器分辨顏色時的出錯。為工序的正常運作奠定 基礎(chǔ)。2. 利用垂直地平面的方向上的空間 由于未改進(jìn)前料庫的容量有限，從而，延遲了工作的裝配時間，使整個作業(yè)進(jìn)度都放緩， 降低了工

21、作效率，導(dǎo)致場地分配不合理，改用垂直的架平面一方面增加庫存容量，場地運 用更加優(yōu)化合理，一方面不同顏色的母件放置在不同不同層面上，避免了夾取出錯，減 少了設(shè)備的組裝，減少了安裝經(jīng)費，大大的提高產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)效益。3. 減少機(jī)器人夾持工件到裝配臺的過程，選擇用氣動推桿帶動的夾具使工件推至裝配 區(qū)后夾緊。減少機(jī)器人工作量，提高效率，再而，換用雙 V 型夾具夾取穩(wěn)定性更好。2.2 改進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計準(zhǔn)則：機(jī)械零件材料選用的原則要考慮三個方面的要求1、使用要求（首要考慮）：1）零件的工況（震動，沖擊，高溫，低溫，高速，高載都應(yīng)當(dāng)慎重對待）：針對機(jī)械臂 夾具的使用要求，除了優(yōu)化工況，其他可以不做處理。2

22、）對零件尺寸和質(zhì)量的限制：夾具尺寸滿足夾取零件二維尺寸即可。3）零件的重要程度。（對于整機(jī)可靠度的相對重要性）：夾具是傳輸物料的部件，為不 損壞材料，夾具設(shè)計時考慮夾取變形情況。2、工藝要求：1）毛坯制造（鑄造，鍛打，切板，切棒）：采用鋁琔2）機(jī)械加工：對夾具完成多次沖壓成型。3）熱處理 ：無需熱處理。4）表面處理 ：拋光夾具體。3、經(jīng)濟(jì)性要求：1）材料價格（普通圓鋼與冷拉型材， 精密鑄造，精密鍛造的毛坯成本與加工成本的對比， ）；2）加工批量和加工費用；3）材料的利用率；（如板材，棒料，型材的規(guī)格，合理的加以利用）4）替代（盡量用廉價材料來代替價格相對昂貴的稀有材料）：鋁材相對價格低廉，使用

23、 合理。整體前后對比圖：、*X圖2-1圖2-2:-h £、:三圖2-3Fil*2.2.1旋轉(zhuǎn)料庫改進(jìn)前與改進(jìn)后對比圖2-3圖2-4改進(jìn)說明；物料倉儲，原有設(shè)備通過傳感器識別快速定位使得儲物盤準(zhǔn)確定位在所需 物料位置處，高效但是由于儲物盤有限，不方便大量倉儲，當(dāng)生產(chǎn)線效率很高做工時候不 能滿足相應(yīng)的要修，目前根據(jù)不同物料顏色改進(jìn)為倉儲式物料儲存器，主要設(shè)計為，框架 材料依然使用鋁材型材，垂直架分 4層，每層放置不同顏色的母件，每一次都有一個固定 擋板用于阻擋源源不斷的物料進(jìn)給，當(dāng)每一層儲存滿時，物料儲備的物料源頭將停止物料 的運輸，具體設(shè)計為每層一個傳感器用于傳輸信號給每個擋板和物料源

24、，使他們得到信號 后做出相應(yīng)的動作指令，采用步進(jìn)電機(jī)帶動傳輸帶傳送，進(jìn)而送到機(jī)械臂夾具指定位置， 然后電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，母件停留在指定端，夾具轉(zhuǎn)動位置進(jìn)行夾取裝配作業(yè)。2.2.2機(jī)械臂夾具的改進(jìn)前與改進(jìn)后的對比圖2-5圖2-6Total DeformationType:Total Deformation Unit, mmTtme; 12017/7/1 17:12 32.175 MaxI 23.6-25.025-21 45=17.075-14.3- 1D.7253.575OMin0.00bO.OO Cmm)R '匚 i圖2-7V型夾取，雙改進(jìn)說明：夾具材料不變，氣缸推動，改變造型，由直線型夾

25、取改為雙V型塊夾具用于以外圓表面為定位基準(zhǔn)的工件，這種夾具能夾取形狀不規(guī)則的零件，主要 用于夾取圓柱形型材，通用性很強，而且這種夾具制造周期短，成本低，原有的夾具不能 很好地對物料進(jìn)行加緊，因為單單限制了兩個自由度，而該設(shè)計能夠限制工件的四個自由 度，包括（X/Z軸的平動和X/Z的轉(zhuǎn)動），是的物料能夠更加的穩(wěn)定作業(yè)。另外，在夾料 面貼上粗糙塑膠，以增大與工件摩擦。機(jī)械臂夾具有限元分析：ansys操作步驟：、1、建立幾何模型，盡量簡化、對稱。2、設(shè)置材料參數(shù)、選擇合理的單元并設(shè)置參數(shù)：指定受力部件夾具的設(shè)計材料并預(yù)定受 力值。3、幾何模型劃分網(wǎng)格。對夾具進(jìn)行網(wǎng)格劃分細(xì)化。4、施加載荷：力加載 可

26、以通過對應(yīng)的方法（比如說特征值屈曲）估計結(jié)構(gòu)的極限荷載 的大致范圍，然后給結(jié)構(gòu)施加一個稍大的荷載，打開自動荷載步二分法進(jìn)行非線性靜力分 析，最后計算會因不收斂終止，則倒數(shù)第二個子步對應(yīng)的就是結(jié)構(gòu)的極限荷載；另外，也 可以選擇弧長法，采用足夠的子步（弧長法可以一直分析到極限承載力之后的過程）同樣 可以從繪制的荷載位移曲線或計算結(jié)果中找出結(jié)構(gòu)的極限荷載。5、設(shè)置求解控制參數(shù)、步長等6、求解采用Newton-Raphson迭代法求解，求解時采用多荷載步，每荷載步又設(shè)若干子步。7、查看結(jié)果：云圖、列表。根據(jù)分析出的數(shù)據(jù)查看設(shè)計零件的受力情況，由分析結(jié)果看 出，設(shè)計的夾具符合使用要求。2.3 改進(jìn)控制系

27、統(tǒng)設(shè)計2.3.1.PLC 的運用PLC 控制主要采用軟接線方式，其控制邏輯以程序的方式存放在存儲器中，系統(tǒng)功能可 通過改變程序來實現(xiàn)， 其“軟繼電器” 的觸點數(shù)量無限， PLC 系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性好。 PLC 采用掃描（串行）工作方式，控制速度快，不會出現(xiàn)觸點抖動的問題，從定時和計數(shù) 控制上看，PLC控制精度高，定時范圍寬，修改方便，且不受環(huán)境影響。PLC控制壽命長, 可靠性高，且具有自診斷功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)方便。2.3.2. PLC 的梯形圖編程規(guī)則1、2、3、4、每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號，每個組件的觸點使用時沒有數(shù)量限制。 梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線

28、圈右邊不允許再有接觸點） 線圈不能直接接在左邊母線上。在一個程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操 作，應(yīng)盡量避免。5、在梯形圖中沒有真實的電流流動，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有“電流”流動，這個“電流”只能在梯形圖中單方向流動即 從左向右流動，層次的改變只能從上向下。2.3.3. PLC 指令的介紹1、串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接指令 OLD2、并聯(lián)電路的串聯(lián)連接指令 ALD3、輸出指令 =4、置位與復(fù)位指令 S、 R5、跳變觸點 EU,ED6、空操作指令 NOP7、程序結(jié)束指令 END 2.3.4 CPU的構(gòu)成PLC中的CPU是

29、PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺 PLC至少有一個CPU它按PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送 來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再 按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路，與通用計算機(jī)一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有 外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi) 存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元

30、。CPU的控制器控制CPU工作， 由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。CPU 的運算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。 CPU 的寄存器參與運算，并存儲運算的中 間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個部分，但 PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對 CPU內(nèi)部的詳細(xì)分析已無必要，我們只 要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開關(guān)。一般講，CPU模塊總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些

31、顯示。它的總線接口，用于接 I/O 范本或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設(shè)口，用于接外 部設(shè)備，有的還有通訊口，用于進(jìn)行通訊。 CPU模塊上還有許多設(shè)定開關(guān)，用以對 PLC作 設(shè)定，如設(shè)定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。2.3.5.PLC 流程圖圖2-82.3.6.PLC接線圖iggaaggjji一二三A庚更展康裏層5?謬謎5?帶蓋亠八碗一二澤璟郃+ 壬玉正話吏 FJ侖丘再報芒 三爺一二盂崔 一一乖正話妄芒 -秦正逋按芒機(jī)機(jī)芋復(fù)圧杭電 注發(fā)討fe測可關(guān) 七覺t利一廠關(guān)a 虹外t測開笑1停上抿£1®I嚴(yán)J J丄JJ ,> 4 J J JSimuiuiEM勰 ' :

32、 二7 71|.耳Pj J JI1.丿 J 電 Jb.書 J J Jbj* JfcH®®®0®00®00©©% ami '>.!i «'- JJLB1Ur-r-n-*PIL- *pll- *DISr -DIZ-口 EKA-Si VPC 勺陋"P««-p Qift一護(hù) tt!E棧j班涉世老口）噸妊電n£）聊0 4心心4電閏步a農(nóng)sanJ1TB1 T _*h 尸*0131- *D：3l-a *E- uAfiWaC£o壽皂駆滯£3PS5&#

33、187;Z）購）胡護(hù)址段步芒跖話3Fm*FUL*DTK-g-*D：R-0"E*i-ACM罰-吩UL-.卜 A-*FUL*=. ft-J*r亠喬r 肚Jq掙址壺KSl圖2-9S7-200是西門子公司專為中小型用戶設(shè)計的小型PLC系統(tǒng)，由于其具有可靠性高、功能強、編程簡單、人機(jī)交互界面友好等特性而廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)。本模塊選用西門子S7-200 CPU ST60 DC/DC/DC （6ES7 288-1ST60-0AA0）,具有 24 點輸入，16 點輸出，配備 6ES7 351-1AH01-0AE0 FM351定位功能模塊，具有一通道步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制（4路脈沖輸 出）。2.3.7.I

34、/O 端口配希y符號地址逹釋1啟動損a11.0常開觸點2傳止桜a11.1常閉觸直3紅夕h對肘倍感器1112常開觸點4紅夕卜對射傳硒器211.3當(dāng)開觸點5機(jī)械手一軸正轉(zhuǎn)IZ0動合觸點6機(jī)械手一軸反轉(zhuǎn)13.0動合觸點7機(jī)械手二袖正持12.1動合觸點3機(jī)械手二軸反轉(zhuǎn)13.1動臺觸點3機(jī)械手三軸正轉(zhuǎn)12 2動臺觸點10機(jī)械宇三軸反鑄13.211機(jī)械手四軸正轉(zhuǎn)12 3動合觸點12機(jī)械手四軸匱轉(zhuǎn)13 3幼合融點13機(jī)械手五軸正轉(zhuǎn)12 4動令蟲點14機(jī)橄手五軸反輸13.4動合軌點15機(jī)橄手六軸正捋12 5動合融直ie機(jī)様手六軸叵轉(zhuǎn)13 5動合觸點17漫叵射傳感器11 5矗利點iePV/H1QOO歩進(jìn)褪動器一

35、脈沖信號接口PWW2Q01歩避犯訪器二脈沖信號接口ITPWM3Q02歩遊犯動器三脈沖信號接口21PWM4Q0.3步進(jìn)犯動器四脈沖信號接口PWM5QM步進(jìn)褪動器五脈沖信號接口F=WM6Q0.5步進(jìn)呃動器六脈沖信號接口24DIR1Q40步進(jìn)噩動器一正反轉(zhuǎn)惶制信號接口苕DIR2Q4.1步進(jìn)祖動器二正反轉(zhuǎn)1腔制信號接口26DIR3Q4.2步進(jìn)犯動器三正反轉(zhuǎn)1檯制信號接口DIF1404.3步進(jìn)誕動器四正反轉(zhuǎn)桎制信號接口DIRSQ44步進(jìn)犯動器五正反轉(zhuǎn)1腔制信號接口DIR6Q45步進(jìn)呃動器幾正反轉(zhuǎn)1控制信號接口30礙Q513板1電（璉閥31M2Q52擔(dān)板滅解圖32機(jī)械爪吸合Q50機(jī)械爪眼臺電戰(zhàn)閥33&qu

36、ot;SS11 G機(jī)械手復(fù)位54卻寸1TO定時占S3S卻寸2T1定時1胎芟卻寸？T2走時337翹寸4T3定時33G倉寸5T4定時219-翹寸&T5定時74CT6是時5T7是時巧圖 2-1042第 3 章六自由度裝配機(jī)器人模塊機(jī)電系統(tǒng)仿真3.1 背景一種由西門子公司研制開發(fā)的全新的面向功能開發(fā)的全新機(jī)器設(shè)計方法，以及基于該 設(shè)計方法的解決方案，基于功能開發(fā)的機(jī)電一體化概念設(shè)計解決方案，適用于機(jī)器的概念 設(shè)計主要解決詳細(xì)設(shè)計階段過程中機(jī)械、電氣、液壓等多學(xué)科的協(xié)同設(shè)計機(jī)電一體化 概念設(shè)計解決方案 (MCD)。3.2 基本元件，功能機(jī)電基礎(chǔ)：剛體：剛體組件可使幾何對象在物理系統(tǒng)的控制下運動，

37、添加剛體是基本 操作；碰撞體： 兩個物體相互接觸， 兩個對象都定義有碰撞體時物理碰撞的前提； 對象源： 用于源源不斷地提供物料。運動副：鉸鏈副：組成運動副的兩個構(gòu)件之間只能按照某一方向作相對轉(zhuǎn)動，用于機(jī) 器人軸的轉(zhuǎn)動；滑動副：組成運動副的兩個構(gòu)件之間只能按照某一方向作相對滑動；固定 副：將一個構(gòu)件固定到另一個構(gòu)件上，限制自由度。傳感器： 碰撞傳感器： 利用距離傳感器來收集觸發(fā)事件。 為下一個工序提供信號輸入； 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：速度控制：速度控制驅(qū)動運動副的軸以一預(yù)設(shè)的恒定速度運動到一預(yù)設(shè)的， 本次設(shè)計為傳送帶速度提前預(yù)設(shè)；位置控制：位置控制驅(qū)動運動副的軸以一預(yù)設(shè)的恒定速 度運動到一預(yù)設(shè)的，為機(jī)器人轉(zhuǎn)

38、動提供角度預(yù)設(shè)。信號：信號適配器：用于信號的中轉(zhuǎn)，接受仿真序列里面的信號傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。過程：仿真序列：仿真序列是 MC沖的控制元素，可以通過仿真序列控制， MCD的任何對象。經(jīng)過信號適配器傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3.3 設(shè)計流程圖圖3-13.4軟件操作按照工序流程進(jìn)行設(shè)計:1.物料底的傳輸 儲的運動（改進(jìn)）2.機(jī)械手的運動6.裝配過程7.完整物料輸送3.機(jī)械爪的運動4.運送物料到裝配平臺5.物料蓋倉3.5問題分析UG里面快速建模，然后把自己的圖以建模的為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行裝配。1. 物料墜落：在2. 碰撞材料：碰撞材料是設(shè)計過程的關(guān)鍵部分，因為不同的碰撞材料會產(chǎn)生不同的影響3.6軟件仿真示意圖NX U 應(yīng) SH ASF "岀 aiMCin口" 垃廿OfSb ui afiniuE- .iy_QMOia 0#0<3Q于餾卻2 HZ 砂 VUEHMHZ mWa0/ EK威IH/ Wimb ntm8 £:疔怖faa砧-HztfECiVBew4dN an msajN EZ<v-b±jr« -BnKWhVeBlKrWnujrjSWmjpjn 嘰電牴童肩計-ijTwd.門I 砂 blEUENE _ 1= X 更1 is0 -曰 XnWfA*VWS2-3圖MX U B -土nHH-寸去KOIa