机械手输送系统设计与监控毕业设计论文.docx

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机械手输送系统设计与监控毕业设计论文.docx

机械手输送系统设计与监控毕业设计论文

文科类专业

规范格式

XXXXXXXXXXXXX

20XX届毕业设计（论文）

材料

系、部：

XXXXXXXXXXXX

学生姓名：

XXXX

指导教师：

XXXXXX

职称：

XXXX

专业：

XXXX

班级：

XXXXXXX

学号：

XXXXXXXX

XXXXX年XX月

材料清单

1、毕业设计（论文）课题任务书

2、指导教师评阅表

3、答辩及最终成绩评定表

4、毕业论文

5、附录材料

20XXX届毕业设计（论文）课题任务书

系：

XXXXXX专业：

XXXXX

指导教师

XXXX

学生姓名

XXX

课题名称

机械手输送系统设计与监控

内容及任务

（一）系统组成

系统由上位机、PLC主站、机械手输送系统从站等组成，机械手输送系统由气动机械手、气动手指、双导杆气缸、回转台、单杆气缸、旋转气缸、磁性传感器、多种类型电磁阀组成。

主要完成工件输送。

（1）气动机械手：

完成工件的抓取动作，由双向电控阀控制，气动手指释放是磁性传感器有信号输出，磁性开关指示灯亮。

（2）摆台：

采用旋转气缸设计，由双向电控气阀控制机械的左、右摆动。

（3）双导杆气缸：

控制机械手臂伸出、缩回，由双向电控气阀控制。

（4）单杠气缸：

由单向气动电控阀控制。

当气动电磁阀带电，气缸伸出带动气动手指下降运动。

（5）磁性传感器：

用于气缸的位置检测，当气缸准确到位后输出一个信号给PLC。

（磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。

（二）设计要求

1、系统选用三菱可编程控制器控制，底层采用三菱CC-LINK工业网络，使Q主站与机械手从站之间的控制信息和状态数据能够实时相互交换；上位机与Q主站采用工业以太网通讯，实现对机械手实时监控。

2、要求进行PLC主站的以太网通信模块的以太网通信配置。

3、要求进行PLC主站的及PLC从站CC-LINK工业网络通信模块的CC-LINK通信配置，设计PLC主站与从站的PLC通信程序。

4、要求进行上位机的MCGS组态设计。

5、要求进行PLC从站机械手输送系统硬件软件设计。

拟达到的要求或技术指标

（一）机械手从站控制要求

1）手动运行：

“单/联”开关打到“单”、“手/自”开关打到“手”状态，按下“上电”按钮X7有信号后“复位”按钮灯闪烁，按下“复位”按钮，机械手运动机构进行复位动作。

完成后机械手旋转至左侧、机械手伸缩缸缩回、气夹张开、升降缸位于缩回，此时“开始”按钮灯闪烁；按“开始”按钮，程序开始运行。

按“调试”按钮，手臂伸出，手臂伸出到位后，再下降到位，之后气夹模拟将物料夹紧并上升，手臂退回后右转到位即1B2=1、2B1=1、3B1=1、4B1=1，再按“调试”按钮，手臂前伸，然后下降，气夹打开，模拟将物料放下。

完成后各气缸复位，再次按“调试”，机械手再次运行。

2）自动运行：

“单/联”开关打到“联”、“手/自”开关打到“自”状态，按开始按钮后，双导杆气缸前伸，前限位磁性传感器检测到位后，延时0.5秒前臂单杆气缸下降，前臂单杠气缸磁性传感器检测到位后，延时0.5秒气动手指抓取工件,夹紧工件后延时0.5秒；前臂单杆气缸上升，双导杆气缸缩回，双导杆气缸后限位磁性传感器检测到位后；气动机械手摆台向右摆动，摆台右限位磁性传感器检测到位后，双导杆气缸前伸，前限位磁性传感器检测到位后，延时0.5秒前臂单杆气缸下降，前臂单杠气缸磁性传感器检测到位后，延时0.5秒气动手指将工件放入待料工位，延时0.5秒前臂单杆气缸上升，双导杆气缸缩回，后限位磁性传感器检测到位后，气动机械手摆台向左摆动，摆台左限位磁性开关到位后，重复上面的动作。

3）在运行过程中，按下“停止”按钮后，系统进入停止状态，所有动作停止执行；再按下“开始”按钮后，系统重新进入运行状态，继续执行停止时的动作。

4）在运行过程中，按下“开始”按钮3秒钟后，按钮面板上“复位”闪烁，按下“复位”按钮，所有参数清零。

按下“开始”按钮，进入等待状态；按下“调试”按钮进行单步运行。

进度安排

起止日期

工作内容

备注

第1周

第2周

第3周

第4周

第5周

第6周

第7周

第8-12周

第13-14周

确定设计课题

熟悉设计题目及要求，选择技术方案

收集资料，确定研究方向，初步确定设计任务

撰写开题报告

查阅有关资料，论证技术方案的可行性，方案总体设计

控制系统硬件设计

主要参数计算及机型的选择，确定设计图

软件设计（包括组态软件）并调试

设计说明书及图纸绘制与打印

主要参考资料

1郑忠等编.　新编工厂电气设备手册.北京：

兵器工业出版社，1994

2刑郁甫、杨天民、赵积善编.　新编实用电工手册,北京：

地质出版社，1997

3常斗南．PLC运动控制实例及解析：

机械工业出版社，2010

4石健如、邓旋、林志强、禹华军.　PLC在电梯位移控制中的应用.　电气传动,　2001

（1）

5赵凤金编.　工厂电气自动控制.武汉：

武汉工业大学出版社，　1997

6钟肇新、彭侃编译.　可编程控制器原理及应用（第二版）.广州：

华南理工大学出版社　1995

7刘祖润、胡俊达编.　毕业设计指导（电气类专业适用）.北京：

机械工业出版社，　1996

8.杨宗豹主编.电机拖动基础.北京:

冶金工业出版社

9.毛宗源等编.微机控制电梯.北京:

国防工业出版社

10.陆岛编.工业电脑的安装与使用.北京：

印刷工业出版社，1994

教研室

意见

年月日

系主管领导意见

年月日

XXXXXXXXX201届毕业设计（论文）指导教师评阅表

系：

XXXXXXXXXXX

学生姓名

XXXX

学号

XXXXXXXXX

班级

XXX

专业

自动化

指导教师姓名

XXXXX

课题名称

机械手输送系统设计与监控

评语：

（包括以下方面，①学习态度、工作量完成情况、材料的完整程度和规范性；②检索和利用文献能力、计算机应用能力；③学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；）

是否同意参加答辩：

是□否□

指导教师评定成绩

分值：

指导教师签字：

年月日

XXXXXXXXX届毕业设计（论文）答辩及最终成绩

评定表

系（公章）：

XXXXXXXX

学生姓名

XXXX

学号

XXXXXX

班级

XXXXXX

答辩

日期

课题名称

机械手输送系统设计与监控

指导

教师

XXXXX

成绩评定

分值

评定

小计

教师1

教师2

教师3

教师4

教师5

课题介绍

思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。

答辩

表现

思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。

必

答

题

自

由

提

问

合计

100

答辩评分

分值：

答辩小组长签名：

答辩成绩a：

×40％＝

指导教师评分

分值：

指导教师评定成绩b：

×60％＝

最终评定成绩：

分数：

等级：

答辩委员会主任签名：

年月日

说明：

最终评定成绩＝a+b，两个成绩的百分比由各院、系自己确定，但应控制在给定标准的10％左右

XXXXXXXX

20XXXX届毕业论文

题目

系、部：

XXXXXXXXXX

学生姓名：

XXXXXX

指导教师：

XXX职称XXXX

专业：

XXXX

班级：

XXXXXXX

完成时间：

摘要

随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈、人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式，不但占用空间也不容易更变生产线结构，加上需要人力监督操作，更增加生产成本，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。

减轻劳动的高强度性，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生产所必须面临的重大问题。

它是集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。

本论文可编程控制器（PLC）选用三菱公司FX2N系列的PLC，提出了PLC控制工件传送机械手PLC控制系统的设计方法。

重点研究了实验开发系统的工作原理、硬件部分的主要构成，以及硬件部分的设计、安装调试和实验应用开发。

其中机械手的开关量信号直接输入PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制,而电磁阀通过控制相应的汽缸，完成工作台之间的工件搬运，包括左右，上下及工件的夹紧和放松六个动作过程，并可实现手动和自动两个操作过程。

关键词机械手；可编程控制器；PLC

ABSTRACT

Withadvancesinscienceandtechnology,requirementishigherandhigherdegreeofautomation,themarketcompetitionisintense,risinglaborcosts,thepreviousmanualoperationoftraditionalobjectmovingandstationarybelttransportway,notonlyoccupythespaceisnoteasytochangetheproductionlinestructure,coupledwiththeneedofhumansupervisionofoperation,increasetheproductioncost,theoriginalproductionfeedingdevicefarcannotsatisfytheneedsofthehighlyautomated.Toreducethehighintensityoflabor,ensurethesecurityandreliabilityofproduction,reduceproductioncosts,reduceenvironmentalpollution,improveproductqualityandeconomicbenefitistheenterpriseproductionofmajorissuestobefacedwith.Itisaintegratedautomaticcontroltechnology,measurementtechnology,newsensortechnology,computermanagementtechnologyintheintegrationofmechanicalandelectricalintegrationproducts;Makefulluseofcomputertechnologytotheproductionprocessforcentralizedmonitoring,control,managementanddecentralizedcontrol;Fullyabsorbedtheadvantagesofdistributedcontrolsystemandcentralizedcontrolsystem,standardized,modular,systematicdesign,flexibleconfiguration,easyconfiguration.

Maincomponents,aswellasthehardwarepartofthedesign,installation,debuggingandexperimentalapplicationdevelopment.Manipulatorofon-offsignaldirectlyinputtoPLC,PLCcontrolledthroughintermediaterelayofelectromagneticvalve,electromagneticvalveandbycontrollingthecorrespondingcylinder,completethetablebetweentheworkpiecehandling,includingtheleftandrightsides,topandbottomandworkpiececlampingandlooseningsixactionprocess,andcanachievebothmanualandautomaticoperation.

Keywordsmanipulator;programmablecontroller;plc

目录（三号，黑体，居中）

（空1行，以小4号黑体设置字体及大小，行间距22、字间距标准）

一XXXXXX………………………………………………………………………

（一）XXXXXX…………………………………………………………………

（1）XXXXXXX……………………………………………………………………

①XXXXXXX…………………………………………………………………………

二XXXXXX………………………………………………………………………

（一）XXXXXX…………………………………………………………………

（1）XXXXXXX……………………………………………………………………

①XXXXXXX…………………………………………………………………………

…

┇

参考文献………………………………………………………………………………….

致谢………………………………………………………………………………………

附录………………………………………………………………………………………

一概述

（一）国内外研究现状及发展趋势

（1）国内外研究现状

国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。

所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。

同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。

此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。

国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。

目前主要用于机床、压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。

国外机械数的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。

使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。

如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。

目前已经取得一定成绩。

（2）发展趋势

进入信息时代，科学技术高速发展的今天，传统的机械手面临着一场严峻的挑战，它要生存要发展就必须要进行一场深刻的变革，自动化技术就越来越受到各方面的关注，在机械手上提高自动化程度几乎成了有识之士的共识。

近几年来，自动化机械手的应用出现了日新月异的可喜局面，它将对提高产品质量、提高工作效率、节约能源、降低生产成本、减少消耗、增加企业的竞争力，缩小同发达国家的差距等都将起到重要的作用。

生产自动化的实质就是利用机械装置来代替人，来完成人的工作（劳动）。

把人从繁重、单调、恶劣的环境中解放出来。

它能长时间、不知疲倦地按人们的意愿工作。

物料分拣自动化的重要环节——机械手己被人们研究了几十年，也应用了几十年，并得到了飞速的发展，它己经被应用到人类生活的各个方面，它已经成了人类的好朋友，伴随它的发展，它将对人类的生产、生活贡献更大的力量。

目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。

定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。

更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。

同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。

（二）设计方案的初步确定

2、PLC主站的以太网通信模块的以太网通信配置。

3、PLC主站的及PLC从站CC-LINK工业网络通信模块的CC-LINK通信配置，设计PLC主站与从站的PLC通信程序。

4、上位机的MCGS组态设计。

5、PLC从站机械手输送系统硬件软件设计。

（三）系统分析

将机械手的原点（即原始状态）定位左位，高位，放松状态。

在原始状态下，按下“启动”和“自动”按钮进入启动状态，检测到下工作台有工件时，机械手下降到低位，夹紧工件，上升到高位，右转到右位，下降到低位，机械手放松，上升到高位左转回到原始位置。

当切换按钮转到“手动”位时，重复按下“单步”按钮，进行单步控制。

当按下“复位”键时，机械手回复到原始状态。

其动作逻辑关系图如下：

原位→下降→夹紧→上升→逆时针转180度

↑↓

顺时针180度←上升←放松←下降

1个启动/停止切换按钮，分别完成启动和停止控制。

1个自动/手动切换按钮，分别完成自动和手动控制。

1个复位开关，实现复位功能。

1个单步开关，实现单步控制。

二机械手控制系统硬件设计

（一）PLC控制系统硬件设计原则

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

（1）最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。

这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。

同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。

（2）保证PLC控制系统安全可靠

保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。

这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。

例如：

应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。

（3）力求简单、经济、使用及维修方便

一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。

因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。

这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。

（4）适应发展的需要

由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。

这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。

（二）PLC选型

（1）控制要求分析及I/O点统计

系统运行前，机械手处于原位状态，即右限SQ3、下限SQ5受压。

按下起动按钮，机械手从右下限开始上升。

机械手上升至上限位，SQ4动作，上升动作结束，同时机械手开始左旋动作。

机械手旋转至左限位，SQ2动作，左旋动作结束，同时机械手开始下降动作。

机械手下降至下限位，SQ5动作，下降动作结束，SQ6动作，同时机械手开始抓物动作。

机械手抓住工件，SQl动作，抓物动作完成，同时机械手再次开始上升。

机械手上升至上限位，SQ4动作，上升动作结束，同时机械手开始右旋动作。

机械手旋转至右限位，SQ3动作，右旋动作结束，同时机械手开始下降动作。

机械手下降至下限位，SQ5动作，下降动作结束，同时机械手开始放物动作，经延时后，放物动作完成。

以上是机械手传送工件的一次完整的工作流程，按下起动按钮开始运转，按下停止按钮结束运转。

PLC的输入端有上电，开始、复位、调试、手动、联机、停止、机械手夹紧限位、摆动气缸左限位、摆动气缸右限位、单杠气缸上限位、单杠气缸下限位、双导杆气缸前限位、双导杆气缸后限位、等14个输入端。

手臂上升、下降、左摆、右摆、手抓抓工件及开始、复位指示灯等9个PLC输出端。

根据设计要求：

物料分拣PLC系统需要输入点14个，输出点9个，其I/O接口共23个，为保证20%的余量，其I/O应不小于48个;根据其控制要求及I/O点，对此系统进行进行分析，我们将选用FX2N型的PLC控制本系统。

图2.1FX2N可编程控制器

（2）I/O地址分配及功能说明

表2.1I/O分配表

序号

PLC地址

名称

功能说明

X000

磁性传感器

摆动气缸左限位

X001

磁性传感器

摆动气缸右限位

X002

磁性传感器

双导杆气缸前限位

X003

磁性传感器

双导杆气缸后限位

X004

磁性传感器

气爪夹紧限位

X005

磁性传感器

单杠气缸上限位

X006

磁性传感器

单杠气缸下限位

X007

上电

X010

开始

X011

复位

X012

调试

X013

手动

X014

联机

X015

停止

Y000

摆动气缸电磁阀

摆动气缸左转

Y001

摆动气缸右转

Y002

双导杆气缸电磁阀

双导杆气缸前伸

Y003

双导杆气缸后缩

Y004

气爪电磁阀

气爪放松

Y005

气爪夹紧

Y006

单杠气缸

单杠气缸下降

Y010

开始灯

Y011

复位灯

三主电路设计

一PLC的I/O接线图

四机械手控制系统软件设计

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