PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计.doc

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本科毕业论文（设计）

论文（设计）题目：

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

专业：

机械设计制造及其自动化

班级：

机自054

学号：

0503016837

学生姓名：

邹俊辉

指导教师：

赵丽梅

2009年6月19日

贵州大学本科毕业生论文（设计）

诚信责任书

本人郑重声明：

本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。

毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：

日期：

贵州大学本科毕业论文（设计）第V页

目录

目录 I

摘要 IV

Abstract V

第一章前言 1

1.1研究的目的及意义 1

1.2机械手在国内外现状和发展趋势 1

1.3主要研究的内容 2

1.4解决的关键问题 3

第二章执行系统的分析与选择 4

2.1 执行机构坐标形式的选择 4

2.2执行机构的组成 6

2.3执行机构各部分的分析与选择 6

2.3.1手部的选择 6

2.3.2手臂结构的选择 8

2.3.3机座结构的选择 9

2.4执行机构的工作原理 10

2.5 执行机构简图 10

第三章驱动系统的分析与选择 12

3.1驱动系统的分析与选择 12

3.2机械手驱动系统的控制设计 13

3.3气动元件选取及工作原理 14

3.3.1气源装置 14

3.3.2执行元件 15

3.3.3控制元件 16

3.3.4辅助元件 17

3.3.5真空发生器 18

3.3.6吸盘 18

3.4气动回路的工作原理 18

第四章控制系统的分析设计 22

4.1控制系统的组成结构 22

4.2控制系统的性能要求 22

4.3传感器的选择 23

4.3.1位置检测装置 23

4.3.2滑觉传感器 23

4.3.3视觉传感器 24

4.4控制系统PLC的选型及控制原理 25

4.4.1PLC控制系统设计的基本原则 25

4.4.2PLC种类及型号选择 30

4.4.3I/O点数分配 30

4.4.4PLC外部接线图 32

4.4.5机械手控制原理 32

4.5PLC程序设计 34

4.5.1总体程序框图 34

4.5.2初始化及报警程序 36

4.5.3手动控制程序 37

4.5.4自动控制程序 39

第五章总结与展望 42

参考文献 43

致谢 44

附录 45

基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计

摘要

机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。

它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。

可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。

采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。

对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。

在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。

最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。

通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。

关键词:

机械手，气动控制，可编程控制器（PLC），自动化控制，物料分拣。

TheDesignforTheAutomaticControlSystemofTheSortingMaterialsManipulatorBasedonPLC

Abstract

Manipulatorplaysanextremelyimportantroleinthefieldofadvancedmanufacturing.Itcancarrygoods,sortmaterialsanddoheavyworksinsteadofthehumanbeing.Italsocanrealizemechanizationandautomationoftheproduction,dothejobsinharmfulenvironmenttoprotectthepersonalsafety.Soitiswidelyusedinmetallurgy,machinerymanufacturing,electronics,lightindustryandatomicenergyetc.

Inthispaper,byreviewingthedevelopmentalstatusofthemanipulatorinrecentyears,combiningthedesignofmanipulatorandsystematicanalyzingtechnologyofthemanipulator,WeproposedthedesignschemethatthemanipulatorwasdrivenbythepneumaticandthesystemwascontrolledbyPLC.Integrativeideawasadoptedinthisdesigntofullyconsiderthecharacteristicsofthesoftwareandhardwareandcomplementaryoptimization.Weanalyzedanddesignedtheoverallstructure,theimplementationofstructural,drivingsystemandcontrolsystemofthemanipulator.Weusedpneumatic-driveninthedrivingsystem,PLCcontrolunitinthecontrolsystemtocompleteinitializationofthesystem,manipulator'smoving,failurealarmandsoon.Finallyweputforwardacontrolstrategywhichissimple,easytorealize,andcleartheoreticalsignificance.

Throughtheworkabove,apractical,economical,high-reliabilitysortingmaterialmanipulatorwasdesigned,whichalsohadcertainreferencevaluefortheothertypesofeconomicalPLCcontrolsystemdesign.

Keywords:

manipulator；pneumatic-driven；programmablelogiccontroller（PLC）；automaticcontrol；sortingmaterials

贵州大学本科毕业论文（设计）第45页

第一章前言

1.1研究的目的及意义

机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。

它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。

可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。

随着工业的高速发展，机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业生产中得到了广泛的应用。

它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的机械化和自动化；并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。

可编程控制器（PLC）是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。

使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。

适应工业需要，本课题试图开发PLC对物料分拣机械手的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。

采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。

本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计。

主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。

1.2机械手在国内外现状和发展趋势

机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。

机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。

目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。

工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统，实现生产自动化。

随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。

目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。

日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。

欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奥地利的工GM公司。

我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：

70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。

在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。

在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。

如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自