簡易機械手的設計與實現(xiàn).doc

畢業(yè)論文（設計）題目 簡易機械手的設計與實現(xiàn) 姓 名 邵長明 學 號 09020509 班 級 090205 專 業(yè) 機電一體化 分 院 工程技術分院 指導教師 宋云艷 史晶 周嵬 2011 年 6月 6日 前言可編程序控制器（PLC）已在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制中得到了廣泛的應用。它是以微處理器為核心，綜合計算機技術，自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用的自動控制裝置，它具有結構簡單，易于編程，性能優(yōu)越，可靠性高，靈活通用和使用簡單等一系列優(yōu)點；氣動技術也是實現(xiàn)工業(yè)自動化的手段，并已廣泛應用于各個部門，在機械產(chǎn)品自動化，工業(yè)自動化及企業(yè)技術改造方面占有很重要地位。氣壓傳動的介質(zhì)來自于空氣，環(huán)境污染小，工程易于實現(xiàn)。機械手在工業(yè)自動化生產(chǎn)得到了很好的利用，它可以減少人的充分操作，并且它還可以完成人無法完成的操作，從而大大地提高了工業(yè)的生產(chǎn)效率。機械手是工業(yè)機械人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務執(zhí)行機構，是機器人的關鍵部件之一。其中的工業(yè)機械手是近代控制領域中出現(xiàn)的一項新技術，它的發(fā)展是由于其積極作用正日益為人們所認識：他能部分代替人工操作，能按照生產(chǎn)工藝的要求，能遵循一定的程序，時間，位置能完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機具進行焊接和裝配從而大大改善工人的工作條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。關鍵詞：機械手、PLC 目錄前言2目錄3第一章 PLC及機械手的簡介1.1機械手課題設計實訓裝置介紹41.2機械手的概述5第二章 機械手程序設計2.1機械結構測繪72.2氣動控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)11 2.3氣動控制回路11 2.4I/O分配根據(jù)12 2.5I/O分配表12 2.6 I/O接線圖13 2.7編寫和調(diào)試plc控制程序 程序清單（說明）14 2.8程序調(diào)試（程序調(diào)試過程記錄）20第三章 總結 3.1總結與評價21 3.2致謝213.3參考文獻221.1機械手課題設計實訓裝置介紹YL-335B自動型生產(chǎn)線亞龍 YL-335B 型自動生產(chǎn)線實訓考核裝備在鋁合金導軌式實訓臺上安裝送料、加 工、裝配、輸送、分揀等工作單元，構成一個典型的自動生產(chǎn)線的機械平臺，系統(tǒng)各 機構的采用了氣動驅(qū)動、變頻器驅(qū)動和步進（伺服）電機位置控制等技術。亞龍YL-335B 型自動生產(chǎn)線實訓考核裝備由安裝在鋁合金導軌式實訓臺上的送料 單元、加工單元、裝配單元、輸送單元和分揀單元 5 個單元組成。下圖為YL-335B生產(chǎn)線外觀。 1.2機械手的概述 輸送單元的結構與工作過程輸送單元的基本功能：該單元通過直線運動傳動機構驅(qū)動抓取機械手裝置到指 定單元的物料臺上精確定位，并在該物料臺上抓取工件，把抓取到的工件輸送到指定 地點然后放下，實現(xiàn)傳送工件的功能。輸送單元的外觀如圖1-7所示輸送單元的結構與工作過程 輸送單元工藝功能是：驅(qū)動其抓取機械手裝置精確定位到指定單元的物料臺，在 物料臺上抓取工件，把抓取到的工件輸送到指定地點然后放下的功能。 YL335B 出廠配置時，輸送單元在網(wǎng)絡系統(tǒng)中擔任著主站的角色，它接收來自觸 摸屏的系統(tǒng)主令信號，讀取網(wǎng)絡上各從站的狀態(tài)信息，加以綜合后，向各從站發(fā)送控制要求，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作。 輸送單元由抓取機械手裝置、直線運動傳動組件、拖鏈裝置、PLC 模塊和接線端 口以及按鈕/指示燈模塊等部件組成。圖7-1 是安裝在工作臺面上的輸送單元裝置側(cè)部分。 抓取機械手裝置 抓取機械手裝置是一個能實現(xiàn)三自由度運動（即升降、伸縮、氣動手指夾緊/松開 和沿垂直軸旋轉(zhuǎn)的四維運動）的工作單元，該裝置整體安裝在直線運動傳動組件的滑 動溜板上，在傳動組件帶動下整體作直線往復運動，定位到其他各工作單元的物料臺， 然后完成抓取和放下工件的功能。下圖是該裝置實物圖。 圖 7-2 抓取機械手裝置 具體構成如下： 氣動手爪：用于在各個工作站物料臺上抓取/放下工件。伸縮氣缸：用于驅(qū)動手臂伸出縮回。由一個二位五通單向電控閥控制。 回轉(zhuǎn)氣缸：用于驅(qū)動手臂正反向90度旋轉(zhuǎn)，由一個二位五通單向電控閥控制。 提升氣缸：用于驅(qū)動整個機械手提升與下降。由一個二位五通單向電控閥控制。 抓取機械手工作過程：1、 輸送單元在通電后，按下復位按鈕SB1，執(zhí)行復位操作，機械手處于初始位置，在復位過程中，“正常工作”指示燈HL1以1Hz的頻率閃爍。2、 抓取機械手裝置從供料站出料臺抓取工件，抓取的順序是：手臂伸出手爪夾緊抓取工件提升臺上升手臂縮回。3、 機械手臂縮回后，擺臺逆時針旋轉(zhuǎn)90。4、 工件放到加工站物料臺上，抓取機械手裝置在加工站放下工件的順序是：手臂伸出提升臺下降手爪松開放下工件手臂縮回2.1機械結構測繪 123對提升機構1、2、3部件進行測繪并用CAD繪出零件圖及其裝備圖 2.2氣動控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 清單： 名稱數(shù)量備注擺動氣缸1手指氣缸1手抓伸出氣缸1提升臺氣缸1單向電磁閥3雙向電磁閥1輸送單元的抓取機械手裝置上的所有氣缸連接的氣管沿拖鏈敷設，插接到電磁閥組上，其氣動控制回路如下。 2.3氣動控制回路：在氣動控制回路中，驅(qū)動擺動氣缸和氣動手指氣缸的電磁閥采用的是二位五通雙 電控電磁閥，電磁閥外形如下圖。 雙電控電磁閥與單電控電磁閥的區(qū)別在于，對于單電控電磁閥，在無電控信號時， 閥芯在彈簧力的作用下會被復位，而對于雙電控電磁閥，在兩端都無電控信號時，閥芯的位置是取決于前一個電控信號。 圖 雙電控氣閥示意圖 注意：雙電控電磁閥的兩個電控信號不能同時為“1”，即在控制過程中不允許兩 個線圈同時得電，否則，可能會造成電磁線圈燒毀，當然，在這種情況下閥芯的位置 機械手的plc控制與編程選擇plc類型2.4 I/O分配根據(jù)根據(jù)：PLC的選型S7-200-226 CN DC/DC/DC由于機械手系統(tǒng)的輸入/輸出接點少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計算機對PLC進行監(jiān)控和管理，S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。本機集成24 輸入/16 輸出共40 個數(shù)字量I/O 點。可連接7 個擴展模塊，最大擴 CPU 226 CN 展至248 路數(shù)字量I/O 點或35 路模擬量I/O 點。26K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 6 個獨立的30kHz 高速計數(shù)器，2 路獨立的20kHz 高速脈沖輸出，具有PID 控制器。2 個RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應于一些4 復雜的中小型控制系統(tǒng)。2.5I/O分配表輸入輸出機械手抬升下限檢測I0.0提升臺上升電磁閥Q0.0機械手抬升上限檢測I0.1回轉(zhuǎn)氣缸左旋電磁閥Q0.1機械手旋轉(zhuǎn)左限檢測I0.2回轉(zhuǎn)氣缸右旋電磁閥Q0.2機械手旋轉(zhuǎn)右限檢測I0.3手臂伸出電磁閥Q0.3機械手伸出I0.4手爪夾緊電磁閥Q0.4機械手縮回I0.5手爪放松電磁閥Q0.5夾緊檢測I0.6運行指示燈HL1Q1.1啟動按鈕I1.1復位按鈕I1.2停止按鈕I1.32.6 I/O接線圖2.7編寫和調(diào)試plc控制程序程序清單（說明）2.8程序調(diào)試（程序調(diào)試過程記錄）1) 按下起動按鈕SB1時，機械手系統(tǒng)工作。首先手臂伸出電磁閥通電，手臂伸出，手臂伸出到位； 2) 手爪夾緊電磁閥通電，手爪夾緊，夾緊檢測到位；3) 提升臺上升電磁閥通電，手臂上升，機械手抬升上限檢測到位；4) 手臂電磁閥動作，手臂縮回，機械手縮回到位；5) 機械手臂縮回后，擺臺逆時針旋轉(zhuǎn)90，機械手旋轉(zhuǎn)左限檢測；6) 手臂伸出電磁閥通電，手臂伸出，機械手伸出到位；7) 提升臺電磁閥動作，提升臺下降；機械手抬升下限檢測；8) 手爪放松電磁閥，手爪松開放下工件，夾緊檢測到位；9) 手臂電磁閥通電，手臂縮回，機械手縮回到位；10) 回轉(zhuǎn)氣缸右旋電磁閥，機械手旋轉(zhuǎn)右限檢測； 第三章 總結3.1總結與評價通過這次設計和實作，使我們能夠進一步把課堂里所學的理論知識與實踐相結合，加深了對PLC可編程控制器的認識與理解，掌握PLC可編程序控制器的應用方法及編程技巧，增強了我們的動手能力及獨立完成任務的能力為以后參加工作打下了扎實的基礎。 機械手的控制對于很多場合需求很大，不論是機床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設備，其基本動作要求類似，所以控制的實現(xiàn)也可以相互借鑒。 對于控制程序的編寫，這里給出的只是一種實現(xiàn)手段，使用可編程序控制器還有其他的方法可以實現(xiàn)這樣的控制，針對所用的具體系統(tǒng)的情況，設計人員可以選用不同的方法來編寫程序。 機械手高效的工作效率，準確的定位精度，以及簡單的結構及控制方式是人手不能替代的，機械手的使用也將越來越廣泛。3.2致謝經(jīng)過了三周的時間，我們終于完成了機械手的設計。從開始接到題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到機械手說明書的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。本設計在老師的悉心指導和嚴格要求下業(yè)已完成，從課題選擇、方案論證到具體設計和調(diào)試，無不凝聚著他的心血和汗水，在兩年的?？茖W習和生活期間，也始終感受著老師的精心指導和無私的關懷，我受益匪淺。在此表示深深的感謝和崇高的敬意。不積跬步何以至千里，本設計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向所有任課老師表示由衷的謝意。感謝他們多年來的辛勤栽培。在設計完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到設計的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！3.3參考文獻1可編程序控制器原理與應用 西安電子科技大學出版社 主編 汪志鋒2 PLC應用開發(fā)技術與工程實踐 人民郵電出版社 編著 求是科技3 可編程控制器技術及應用 北京理工大學