机械手分拣系统的总体设计及思路.docx
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机械手分拣系统的总体设计及思路.docx
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机械手分拣系统的总体设计及思路
广州都会职业学院
学生结业论文
结业论文题目机器手分拣设计
讲授单位
专业/班级
姓名
学号
指导西席及职称
年月日
独创性声明
本人声明所呈交的结业论文(设计)是本人在导师指导下进行的研究事情及取得的研究结果。
据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文(设计)中不包罗其他人已经颁发或撰写过的研究结果,也不包罗为得到广州都会职业学院或其他教诲机构的证书而使用过的质料。
与我一同事情的同志对本论文(设计)所做的任何孝敬均已在论文中作了明确的说明并表现谢意。
论文(设计)作者签名:
签字日期:
年月日
摘要:
所介绍的电动机器手由电控机器手、yz轴丝杠组、手转动机构、旋转底盘等机器部门组成,在PLC控制下,它可在行程范畴内将物体从一点搬运至另一任意点,可置放于种种差别生产线或物流流水线中。
要害词:
机器手;PLC;步进电机
中图分类号:
TP241文献标记码:
A文章编号:
DesignoftheControlSystemof4-dimensionMotor-drivenMechanicalManipulatorBasedonPLC
Abstract:
Motor-drivenmechanicalmanipulatordisscussedinthispaperconsistsofpower-operatedmechanicalmanipulator,y-axisandz-axisscrewlevermodules,rotatrymechanismofmanipulator,rotated-plateatthebottometc.OnthecontrolofPLCsystem,itcantakebodiesfromoneplacetoanotherintherangeofitsjourney.Itcanbeplacedondifferentmanufactureassemblylinesorgoodscirculationlines.
KeyWords:
mechanicalmanipulator;PLC;stepmotor
随着微电子技能、盘算机和现代控制理论的不停完善,机器手技能也快速生长。
按实现功效和驱动方法分别,机器手可以分为许多种。
仅就驱动方法,就有气动(或液动)、电动和电气混淆等。
为实现差别的功效,有3个自由度的,也有4、5个自由度的,甚至另有6个自由度的。
本文中,笔者仅论述基于PLC技能的4个自由度电动机器手的控制设计,它能满足绝大多数场所的搬运需要,并且可用于讲授实验,具有良好的示范性和讲授性。
1.前言3
2.系统的总体设计及思路3
2.1控制要求4
2.2结构框图4
2.3系统框图5
3.系统的硬件设计6
3.1PLC的生长表面6
3.1.1PLC的界说6
3.1.2PLC的特点6
3.1.3PLC的应用领域7
3.1.4三菱FX系列PLC7
3.2机器手8
3.2.1机器手表面8
3.3传感器9
3.3.1光电式靠近开关9
3.3.2对射式光电靠近开关10
3.3.3反射式光电靠近开关10
3.3.4漫射式(漫反射式)光电靠近开关11
3.3.5光纤式传感器11
3.4光电传感器在自动检测中的应用12
3.4.1对射式光电传感器应用12
3.4.2反射式传感器应用12
3.4.3漫反射式光电传感器应用12
3.5霍尔传感器13
13
3.6.1.Festo的靠近式传感器13
3.6.2电子式行程开关位置控制装置14
3.7压力传感器14
3.8.传感器的连接要领14
3.9使用电器设备的注意事项15
3.91电气回路连接宁静规矩15
3.92.模拟检测15
4.可编程控制器控制部门16
4.1机器手移送工件行动历程17
4.2操纵方法观点17
4.4机器手与PLC的I/0(输入/输出端口)22
4.5使用编程软件包(FXGP/WIN—C)对系统进行全历程监控23
4.6摆动机器手的控制25
4.7全系统PLC控制步伐25
5、结束语30
参考文献30
致谢32
1.前言
在很长的时间里,分拣事情的进行都是靠人工来完成的,但是随着社会的不停生长,人民物质文化生活水平日益提高,人工分拣的生产效率低、本钱高等缺点越来越突出。
为了改变落后的生产状态,缓解日趋紧张的供求干系,且市场的竞争也越来越猛烈,因此各个企业都迫切地需要革新生产技能,提高生产效率,尤其在需要进行质料分拣的企业。
而随着科学技能的飞速生长,盘算机的普遍应用,多工步机器手的研究终于得到普及,它可以搬运货品,分拣物品等,节省了大量的人力无力,效率也提高了不少。
本文就介绍了基于PLC控制的自动分拣控制系统,利用气动实现行动,PLC作控制器设计了一种本钱较低,效率较高的质料自动分拣装置,在分拣的历程中取得了较好的控制效果。
2.系统的总体设计及思路
2.1控制要求
要求如下:
1)按下启动按钮后若滑台不在原点,则返回原点
2)启动电机
3)放入分拣质料
4)判断质料的材质和颜色
5)判断是否到达传动带末端
6)电机停止
7)机器手行动
8)将质料分拣到相应的位置上
9)机器手回原点
10)电机启动进入下次分拣
结构框图
该装置包罗了PLC控制技能、位置检测技能、气动技能等,由PLC(三菱FX1N)、电动机、开关电源、电磁滑、变频器、传感器等器件,系统的功效子模块有:
传动模块;机器手模块(含真空吸放);气源处置惩罚模块;传感器检测模块;电源模块;可编程控制器模块;变频器模块;气动电磁阀模块。
具体结构框图如下:
图系统结构框图
系统框图
系统功效图如下:
3.系统的硬件设计
3.1PLC的生长表面
PLC自问世以来,经过40多年的生长,在美、德、日等产业发达国度已成为重要的财产之一。
世界总销售额不停上升、生产厂家不停涌现、品种不停翻新。
产量产值大幅度上升而代价则不停下降。
目前,世界上有200多个厂家生产PLC,较有名的:
美国:
AB通用电气、莫迪康公司;日本:
三菱、富士、欧姆龙、松下电工等;德国:
西门子公司;法国:
TE斯耐德公司;韩国:
三星、LG公司等。
3.1.1PLC的界说
PLC即可编程控制器(ProgrammablelogicController,是指以盘算机技能为底子的新型产业控制装置。
在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC尺度草案中对PLC做了如下界说:
“PLC是一种专门为在产业情况下应用而设计的数字运算操纵的电子装置。
它接纳可以体例步伐的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操纵的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制种种类型的机器或生产历程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与产业控制系统形成一个整体,易于扩展其功效的原则而设计。
”
PLC的特点
1)可靠性高,抗滋扰能力强
高可靠性是电气控制设备的要害性能。
PLC由于接纳现代大范围集成电路技能,接纳严格的生产工艺制造,内部电路接纳了先进的抗滋扰技能,具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无妨碍时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无妨碍事情时间则更长。
从PLC的机外电路来说,使用PLC组成控制系统,和同等范围的继电打仗器系统相比,电气接线及开关接点已淘汰到数百甚至数千分之一,妨碍也就大大低落。
别的,PLC带有硬件妨碍自我检测功效,出现妨碍时可实时发出警报信息。
在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的妨碍自诊断步伐,使系统中除PLC以外的电路及设备也得到妨碍自诊断掩护。
这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2)配套齐全,功效完善,适用性强
PLC生长到今天,已经形成了大、中、小种种范围的系列化产物。
可以用于种种范围的产业控制场所。
除了逻辑处置惩罚功效以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于种种数字控制领域。
近年来PLC的功效单位大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等种种产业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技能的生长,使用PLC组成种种控制系统变得非常容易。
3)易学易用,深受工程技能人员接待
PLC作为通用产业控制盘算机,是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易,编程语言易于为工程技能人员担当。
梯形图语言的图形标记与表达方法和继电器电路图相当靠近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功效。
为不熟悉电子电路、不懂盘算机原理和汇编语言的人使用盘算机从事产业控制打开了方便之门。
4)统的设计、制作事情量小,维护方便,容易改革
PLC用存储逻辑取代接线逻辑,大大淘汰了控制设备外部的接线,使控制系统设计及制作的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变步伐改变生产历程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场所。
5)体积小,重量轻,能耗低
以超小型PLC为例,新近生产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机器内部,是实现机电一体化的理想控制设备。
3.1.3PLC的应用领域
目前,PLC在海内外已遍及应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机器制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大抵可归纳为如下几类:
1)开关量的逻辑控制
这是PLC最根本、最遍及的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机器、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2)模拟量控制
在产业生产历程当中,有许多连续变革的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处置惩罚模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。
3)运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产物险些都有运动控制功效,遍及用于种种机器、机床、呆板人、电梯等场所。
4)历程控制
历程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为产业控制盘算机,PLC能体例种种百般的控制算法步伐,完成闭环控制。
PID调治是一般闭环控制系统中用得较多的调治要领。
大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功效模块。
PID处置惩罚一般是运行专用的PID子步伐。
历程控制在冶金、化工、热处置惩罚、锅炉控制等场所有非常遍及的应用。
5)数据处置惩罚
现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操纵等功效,可以完成数据的收罗、阐发及处置惩罚。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比力,完成一定的控制操纵,也可以利用通信功效传送到别的智能装置,或将它们打印制表。
数据处置惩罚一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于历程控制系统,如造纸、冶金、食品产业中的一些大型控制系统。
6)通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着盘算机控制的生长,工场自动化网络生长得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功效,纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
三菱FX系列PLC
在FX系列中,除了根本的指令表编程方法外,还可以接纳梯形图编程及对应机器行动流程进行顺序设计的SFC顺序功效图编程,并且这些步伐可相互转换,FX系列还设置了高数计数器,对来自特定的输入继电器的高脉冲进行中断处置惩罚,扩大了PLC的应用领域;而本设计所用到的FX2NPLC更可以接纳作为扩展设备的硬件计数器,可获取最高50KHz的高速脉冲。
机器手
机器手是呆板人的一个重要分支,它的特点是可通过编程来完成种种预期的任务,而准确性和种种情况中完成作业的能力,在百姓经济各领域有着辽阔的生长前景。
机器手表面
产业机器手是人类创造的一种呆板,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的.我国的产业机器手是从80年代"七五"科技攻关开始起步,在国度的支持下,通过"七五","八五"科技攻关,目前已经根本掌握了机器手操纵机的设计制造技能,控制系统硬件和软件设计技能,运动学和轨迹计划技能,生产了部门呆板人要害元器件,开发出喷漆,孤焊,点焊,装配,搬运等呆板人。
世界产业机器手的数目虽然每年在递增,但市场是波浪式向前生长的。
在新世纪的曙光下人们追求更舒适的事情条件,恶劣危险的劳动情况都需要用呆板人取代人工。
随着呆板人应用的深化和渗透,产业机器手在汽车行业中还在不停开辟着新用途。
机器手的生长也已经由最初的液压,气压控制开始向人工智能化转变,并且随着电子技能的生长和科技的不停进步,这项技能将日益完善。
本设计所用的就是气动式的机器手,拾取和释放质料都是由气压控制。
把组装完成的工件送到与该系统配套使用的传送带分拣事情站中继承事情历程。
图0.1模块化自动生产加工系统(MPS)外形图
图模块化加工生产系统(MPS)结构图
传感器
机器手行动的时机需要传感器来赐与,本设计所要用到的传感器包罗:
电感靠近开关,电容靠近开关,光电传感器,滑台限位开关。
其中,电感靠近开关用于判断元件在传送带上的位置,电容靠近开关用于判断元件的材质,光电传感器用于判断元件颜色,滑台限位开关是判断滑台的位置。
图电容式传感器应用图2.5电容式靠近开关图形标记
电容式传感器在自动检测中的应用:
由于电容传感器凭据其感到灵敏度可以检测差别材质的工件。
如图所示,在自动生产线上可以检测出工件是否金属或塑料、塑料或瓷器等等,用以控制计数器计数或下一个加工步调等。
3.3.1光电式靠近开关光电式传感器是用光电转换器件作敏感元件、将光信号转换为电信号的装置。
光电式传感器的种类许多,凭据其输出信号的形式,可以分为模拟式、数字式、开关量输出式。
以开关量形式输出的光电传感器,即为光电式靠近开关。
光电式靠近开关,利用光电效应制成的传感器称为光电式传感器。
光电式传感器的种类许多,其中输出形式为开关量的传感器为光电式靠近开关。
(1)光电式靠近开关主要由光发射器和光吸收器组成。
(2)光发射器用于发射红外光或可见光。
(3)光吸收器用于吸收发射器发射的光,并将光信号转换成电信号以开关量形式输出。
(4)凭据吸收器吸收光的方法差别,光电式靠近开关可以分为对射式、反射式和漫射式三种。
光发射器和光吸收器也有一体式和分体式两种。
3.3.2对射式光电靠近开关
对射式光电靠近开关是指光发射器(光发射器探头或光源探头)与光吸收器(光吸收器探头)处于相对的位置事情的光电靠近开关。
其原理和外形如图2.7、图2.8所示。
图2.7对射式靠近开关的事情原理
图2.8对射式靠近开关外形图
3.3.3反射式光电靠近开关
反射式光电靠近开关的光发射器与光吸收器处于同一侧位置,且光发射器与光吸收器为一体化的结构,在其相对的位置上安顿一个反光镜,光发射器发出的光经反光镜反射返来后由光吸收器吸收。
其原理和外形如图2.9所示。
图2.9反射式光电靠近开关的事情原理及其外形图
3.3.4漫射式(漫反射式)光电靠近开关
漫射式光电靠近开关是利用光照射到被测物体上后反射返来的光芒而事情的,由于物体反射的光芒为漫射光,故该种传感器称为漫射式光电靠近开关。
其原理和外形如图所示。
图2.10漫射式光电靠近开关的事情原理及其外形图
3.3.5光纤式传感器
光纤电缆由一束玻璃纤维或由一条或几条合成纤维组成。
光纤能将光从一处传导到另一处,甚至绕过拐角处。
其事情原理是通过内部反射介质通报光线。
光芒通过具有高折射率的光纤材料和低折射率护套内外貌,由此形成的光纤在光纤内的反射式通报。
光纤由芯部(高折射率)和护套(低折射率)组成。
在光纤内,光被不停来回反射,产生全内反射,因而光能通过曲线路径。
光纤式传感器外形如图1所示。
图2.11光纤式传感器外形图
6.光电式靠近开关的图形标记如图2所示。
图2.12光电式靠近开关的图形标记
3.4光电传感器在自动检测中的应用
3.4.1对射式光电传感器应用
用两个对射式光电传感器检测传送带的张力,如图所示。
在正常情况下,传送带的传送速度应保持一定的范畴内,即V1和V2的带速度应为一致。
即传感器A有信号,B没有信号。
如果在某一时刻A和B都有信号,这就表明V2传送出现问题,这样会在送入和输出机构之间出现带子重叠,这个时候必须减小送入带速V1。
如果在某一时刻A和B都没有信号,这就表明了V1的送入速度出现问题,这就应相应地增大V1或减小V2的速度进行控制。
图对射式光电传感器应用
反射式传感器应用
使用反射式传感器来控制大门的开、闭。
如果传感器检测到可感到的介质工件经过,则有相应的信号输出,如图4所示。
图反射式传感器应用
漫反射式光电传感器应用
在一个产物分类站上,差别外貌特性和差别颜色的产物(介质)要区离开来,这可以用一个漫反射式光电传感器来检测。
如图所示。
如同时使用三种差别的颜色的产物,白色的金属、赤色的塑料和玄色的塑料。
凭据工件颜色反射的的差别可以区分出白色和赤色,以及没有反射的玄色,如再要区分金属和塑料则使用电感传感器就可以了。
图漫反射式光电传感器应用
3.5霍尔传感器
Festo的霍尔传感器为微型和精密气爪而特殊设计,它们只用一个传感器和一个电子信号值比力单位检测三个气爪位置。
接纳霍尔传感器时SMH-AE1-…-M12电子信号值比力单位是必须的。
这个单位允许通过电位计独立设定三个开关点,这三个开关点能够作为三个电子信号分接到电子信号值比力单位的五针M12插头上。
气爪活塞上集成有磁铁,随着距离的变革磁场强度也在产生变革,于是传感器产生一个模拟量电信号(与磁场强度成比例干系),通过信号值比力单位模拟量信号被转换成数字量信号。
霍尔传感器标记如图6所示。
图霍尔传感器标记
3.6电子式行程开关
3.6.1.Festo的靠近式传感器
Festo的靠近式传感器为位置传感器,是专门为Festo驱动器而配套设计的。
这些传感器可直接安装于驱动器上也可通过特定的安装附件进行安装。
只有在驱动器的活塞上加上永磁体,才气使接近式传感器事情。
靠近式传感器在气缸上的位置可以通过机器方法加以调解并牢固。
一旦气缸活塞复兴到这一位置,切换信号的状态就会产生变革。
电子式行程开关外形及标记如图2.17所示。
图2.17电子式行程开关外形及标记
电子式行程开关位置控制装置
为了知道气缸活塞的两个绝对位置(最内端和最外端),就可以用两个磁感到传感器来检测。
如图所示。
在气缸活塞环上,包有一层永久磁铁。
当活塞往外运动到最外端时,传感器A就发出信号(一般传感器上有指示灯),当活活塞往内运动到最内端时,传感器B就发出信号。
这样就可以检测气缸活塞的位置。
图位置控制检测
3.7压力传感器
压力传感器用于气爪夹紧力的设定和检测控制。
压力传感器是压力开关和模块化压力传感器系统,启动压力能进行调治。
特点是:
装配更方面,启动速度更快,显示更好(接纳数字式显示)。
压力传感器外形及标记如图9所示。
图2.19压力传感器外形及标记图
3.8.传感器的连接要领
本单位机器零部件及气动控制回路安装无误后,进行电气回路的安装。
电气回路由信号输入回路和输出控制回路组成。
信号输入回路主要读取运行历程中的种种位置及压力信号,由种种传感器检测并转换为相应的开关量信号,通过I/O接线端口输入端用数据电缆连接PLC相应的I端口。
输出控制回路是PLC输出端O端用数据电缆连接I/O端口再连接相应的电磁阀从而控制种种功效的实现。
I/O接线端口如图0所示,有8个输入端及8个输出端,每个输入、输出接线端上装有LED,可显示回路状态以及用于系统纠错。
并且,在每一个端子旁都有数字标号,以说明端子的位地点,是PLC与输入、输出设备连结的桥梁。
接线端口通过导轨牢固在铝合金板上。
图2.20I/O接线端口
使用电器设备的注意事项
1.电气插座不得过荷。
2.在修理或调试设备前,应先切断电源。
3.不使用设备时应切断电源。
4.所有电气设备必须接地线。
5.切勿在手湿时打仗电器设备。
电气回路连接宁静规矩
1.电气连接完成前不能通电。
2.在宁静电压下操纵,事情电压24VDC。
3.92.模拟检测
电气回路连接完毕查抄无误,应使用数字量仿真盒(SIMBOX)连接I/O接线端端口模拟控制全历程进行试运行。
数字量仿真盒如图1所示。
数字量仿真盒具有模拟MPS事情站或PLC输入信号,显示输出信号数字的功效,可完成下列操纵:
1.测试PLC步伐时,模拟输入。
2.设定输出信号(独立24V电源供电)进一步完成MPS事情站的操纵。
图2.21数字量仿真盒
使用时把数字量仿真盒与I/O模块的电缆线讨论连接,首先接通电源(暂不接通气源),由于推料缸两端安装有磁感到开关在两个极限位置,在两个极限位置时,传感器上LED指示灯、I/O接线端口及数字量仿真盒相应指示亮,表现位置到达及能进行检测,磁传感器安装位置可以进行调解。
摆动气缸转位到达,I/O接线端口及数字量仿真盒相应指示灯亮,如调解微动开关的位置可使摆动气缸的转位角度改变。
接通气源,板动数字量仿真盒上相应的O输出开关,则控制相应气动行动。
例如板动O1开关,将产生真空吸力,如吸附工件则真空检测开关LED指示灯、I/O接线端口及数字量仿真盒相应指示亮,表现已到达设定的真空压力。
板动O4开关,摆动气缸摆向下一站。
如此将整个控制顺序与传感器输入信号指示模拟运行,并进行相应的调解,模拟运行如与设计一致后可接入PLC,实现全步伐自动运行。
4.可编程控制器控制部门
该系统可安装三菱、西门子、欧姆龙、松下等种种型号的PLC进行控制。
可编步伐控制器PLC如图3.1所示。
是目前在自动控制领域中使用最遍及的控制装置之一。
它是以微处置惩罚器为底子,综合盘算机技能与自动控制技能而生长起来的新一代产业控制器,具有逻辑判断、计数、定时、影象、算术运算、数据处置惩罚、联网通信、PID回路调治、人工智能等功效。
PLC以其优异的性能,低廉的代价和高可靠性等优点,在呆板制造、冶金、化工、煤炭、汽车、纺织、食品等诸多行业的自动化蕴藏中得到遍及的应用。
目前,可编步伐控制器、集散控制系统和产业控制盘算机这三类自动化控制装置险些占领了所有控制装置产物的市场。
而在自动机与自动线中,可编步伐控制器已成为首选的控制装置。
(a)西门子机型(b)三菱机FX2N型
图3.1可编步伐控制器PLC外型图
在组装单位中机器手控制主要使用PLC控制,并配以传感器将现场状态反馈,实现全历程自动控制。
本说明书以三菱FX2N-48型作参考设计。
4.1机器手移送工件行动历程
为便于
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