自动送料装置机械手设计.docx
《自动送料装置机械手设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动送料装置机械手设计.docx（15页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
自动送料装置机械手设计
题目:
自动送料装置机械手设计
自动送料装置机械手设计
摘要：
在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，在生产型企业中使用机械手改变生产方式是减轻企业对用工的依赖性，降低生产成本，实现可持续发展的转变思路。
PLC控制机械手可按使用要求选购相应的产品完成复杂的逻辑控制，其以逻辑控制为主，也可以组成模拟量控制系统，软硬件开发工作量较少，输出带负载能力和抗干扰能力强，可靠性好，环境适应能力强。
机械手可以通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点。
关键词：
机械手；PLC控制；逻辑控制
Automaticfeedingdevicerobotdesign
Abstract:
Inthemodernproductionprocess,robotsarewidelyusedinautomaticproductionlines.Theuseofrobotstochangeproductionmethodsinproductionenterprisesistoreducethedependenceofenterprisesonemployment,reduceproductioncosts,andrealizethetransformationofsustainabledevelopment.ThePLCcontrolrobotcanselectthecorrespondingproductstocompletethecomplicatedlogiccontrolaccordingtotherequirementsofuse.Itismainlybasedonlogiccontrol,andcanalsoconstituteananalogquantitycontrolsystem.Thesoftwareandhardwaredevelopmentworkisless,theoutputloadcapacityandanti-interferenceabilityarestrong.,goodreliabilityandstrongenvironmentaladaptability.Therobotcanbeprogrammedtoperformvariousexpectedtasks,combiningtheadvantagesofbothmanandmachineinconstructionandperformance.
Keywords:
robot;PLCcontrol;logiccontrol
第1章机械手的介绍
1.1机械手的现状
机械手是工厂自动化生产不要人工的过程中发展起来的一种新的操作设备。
这几年科学的发展，机器人的新起，智能化生产大量用于现代工厂的建设中，机械手就是机械和智能化完美的结合。
机械手与人相比就是没有人有大脑，可以自己思考，没那么灵活处理问题，但是机械手可以每天24个小时不休息的工作，也没有安全问题，大大减低了生产成本。
还可以做一些人力做不了的，做不来的重活。
正因为机械手的这些好处，很多工厂开始实现机械手操作，得到了十分广泛的应用。
1.2机械手的控制系统
机械手的控制系统要求包括手动和自动两个控制系统，自动控制系统就是按下自动开始按钮，机械手自动工作，不管运行到那一步只有按下停止按钮就会停止下来。
手动按钮有几个，有控制机械手左右摆动的，有控制机械手上下升降的，还有控制机械手夹紧和放松的。
这两个系统相互独立，不会相互干扰。
用一个可编程控制器控制着两个系统。
1.3机械手的发展
机械手在国内发展很快，国内因为机器人技术的新起，生产赶不上进度，才开始研究机械手来代替人工劳动。
因为人力无法不停止的生产，在一些加工和危险施工工艺上无法满足现代生产。
还有很大的安全问题。
所以，国内开始大量研究机械手的功能，大量运用到工厂中，处理那些人工无法达到的领域以及加工的精度。
大大减少人工劳动时间，改善了工厂加工的条件。
科学家还研究出很多新功能的机械手，不仅仅用来搬运传送的机械手，通过研究机械手的升降运动，左右运动和夹紧工件等要求，以便完成各种工作的要求。
现在机械手可以和计算机结合，完全不需要人力了。
通过计算机直接控制机械手的自动工作，以及现在正在研究机械手的记忆能力。
比如刚加工了一个工件，在机械手芯片里存储了这些加工步骤，慢慢地机械手大脑里就会存储很多加工工艺。
真正意义上达到智能化。
机械手的发展大大加快了工厂的进度，减少了安全问题。
保证了加工工件的高精度要求。
第2章机械手的结构要求
2.1机械手的组成
机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。
执行机构包括夹紧工件的气爪、左右摆动的手臂和上下升降的立柱等部件。
机械手的驱动是电动机和辅助电磁器结合完成的。
它包含了内部的调节系统，自动调节驱动电压电流以及速度。
控制系统现在就是由可编程控制器来控制，通过可编程器来完成机械手各种控制要求。
位置检测装置都是根据机械手执行机构的实际位置与限位开关的位置进行对比发送到控制系统。
机械手的结构工作原理图如图2-1所示。
图2-1机械手结构图
2.2机械手的工作过程
机械手电气控制系统，除了有多功能的特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。
当工作模式是手动模式时，每次按一个开关，执行完一步之后就会停止，比如按了上升的按钮，就只会上升，上升到限位开关位置就会停。
单步运行时，按一下功能按钮就向前面一步执行一个。
这是一个将低处的工件放到高处来，当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。
当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。
以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。
这次设计的机械手用于工厂自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如下图所示：
图2-1机械手的控制流程图
2.3机械手的控制要求
机械手能实现手动、回复位、单步、单周期和连续等五种工作模式。
手动的工作模式的运行，就是在控制面板上按到按钮的开关来实现各种相对应的动作，比如你要上升就按下上升的按钮。
机械手回到复位工作模式时，只需要按下“回复位”按钮，则机械手就会自动返回原位；机械手单步工作模式时，每按一次起动按钮机械手会根据流程图的方式向前执行一步；机械手选择单周期工作方式时，每按一次起动按钮，机械手只会运行一个流程周期就停下，最后会回到原点上；机械手连续工作方式时，机械手向前执行一步；只要按下起动按钮，机械手就会连续循环动作，直到按下停止按钮，机械手才会最后运行到原位并停下；而在传送工件的过程中，机械手必须升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其它工件。
并在最高点和最低点都有相应的限位开关。
2.4气动控制回路
本设计采用气动控制方式，用气压传动控制机械手臂的运动，其中气缸由电磁换向阀控制的，控制机械手的左右摆动、上下升降和气爪抓紧和松开工件。
具体图如下图所示。
如图中当Y0.1电磁铁Y0.1b端通电时，电磁换向阀是右位状态，缸体缩回，即机械手上升，当当Y0.1电磁铁Y0.1a端通电时，电磁换向阀是左位状态缸体伸出，即机械手下降。
当Y2.3电磁铁Y2.3b端通电时，电磁换向阀是右位状态，缸体缩回，即机械手右摆，当当Y2.3电磁铁Y2.3a端通电时，电磁换向阀是左位状态，缸体伸出，即机械手左摆。
当Y4电磁铁Y4b端通电时，电磁换向阀是右位状态，缸体缩回，即机械手抓紧工件，当当Y4电磁铁Y4a端通电时，电磁换向阀是左位状态缸体伸出，即机械手放松工件。
第3章机械手控制设计
3.1PLC的选型
三菱FX系列可编程控制器是现在世界上最先进的PLC，编程简单。
在三菱可编程控制器中，有几种控制方式，可以通过输入控制的制冷表程序，也可以通过控制梯形图来控制。
梯形图有步进的方式和经典的方式。
编程简单，检查编程程序简单明了。
这个还可以向外扩展，实现更多功能
本设计PLC控制机械手系统采用FX系列PLC作为控制核心，FX2N系列是三菱PLC中FX家族中最先进的系列，所以本次设计采用的FX2N-40MR的PLC。
是三菱PLC中价格最便宜，大小很小，体积小质量轻，不需要占多大地方。
适合学习用电磁阀输出，24V供电，编程的时候有专门的编程器。
设计选用FX2N－40MR，其中使用了输入继电器（X）15个点，使用了输出继电器（Y）9个点，辅助继电器（M）。
还有很多按钮开关和限位开关，限位开关一般都是光电感应开关，运行时各功能的指示灯。
3.2PLC的I/O分配
机械手的运行包括机械手的上下升降、左右摆动、夹紧和松开工件、机械手气爪的伸缩。
每个运行的状态都有相应的限位开关，都是位磁感应开关。
机械手工作有手动和自动两种状态，都有相应的按钮开关来控制。
PLC输入端都是实现各种功能的开关，输出端就是电磁阀控制。
具体的机械手PLC控制输入I/O分配如表3-1所示，输出I/O分配如表3-2所示。
表3-1机械手PLC控制输入I/O分配表
序号
输入编址/元件名称
功能
1
X4/SB5
左摆限位开关
2
X3/SB4
右摆限位开关
3
X2/SB2
上升限位开关
4
X1/SB1
下降限位开关
5
X6
手动按钮
6
X16
回到原点按钮
7
X9
单步运行按钮
8
X8
单周期运行按钮
9
X7
连续运行按钮
10
X0
启动旋钮
11
X5
停止按钮
12
X10
夹紧按钮
13
X11
松开按钮
14
X12
上升按钮
15
X13
下降按钮
16
X15
右摆按钮
17
X14
左摆按钮
表3-2机械手PLC控制输出I/O分配表
序号
输出编址
功能
1
Y2
机械手上升状态
2
Y0
机械手下降状态
3
Y3
机械手右摆状态
4
Y4
机械手左摆状态
5
Y1
机械手夹紧/放松
第4章外部接线图
FX2N-40MR外部接线图如图4-1所示。
PLC控制器通过外接220V电压接入，电压通过漏电断路器进行系统保护，15个输入端口分别接入相应的按钮开关以及相应的限位开关，保证机械手的正常运行。
输出端接了7个电磁阀以及两个运行指示灯。
一个是自动运行灯，一个是夹紧工件的指示灯，因为这两个对于机械手系统很重要，自动指示灯亮起来，表示系统自动控制，不需要人去按钮，只有当你想停止下来，才去按停止按钮，自动控制停止运行，机械手回到原点。
还有一个夹紧指示灯很重要，当你手动运行时，一定要等工件夹紧了，才可以运行下一个操作，防止发生意外，因为有的工件光滑，防止发生滑落。
图4-1FX2N-40MR外部接线图
第5章机械手转移图和梯形图
5.1机械手转移图和梯形图设计
本次设计的机械手控制设计是采用的简单的经典的方法来控制的，这种方法程序梯形图简单，一步一步的执行下去，当按下停止按钮就会停止回到原点。
根据设计的流程图来画出控制梯形图。
本次设计的机械手控制设计是采用的简单的步进的方法来控制的，这种方法程序梯形图简单，一步一步的执行下去，当按下停止按钮就会停止回到原点。
根据设计的流程图来画出步进梯形图。
先开机按到自动模式，自动控制的指示灯就会亮起来。
机械手就会自动右摆到右限位开关处就会进行下一步。
右摆完成后就会把气爪伸出来，伸出完毕后，机械手手臂就会下降，下降到下限位开关，就会夹紧运送的工件，当夹紧到限位开关要求后，夹紧指示灯就会亮起来。
当指示灯亮起来后，手臂会上升，上升到上限位开关处，气爪就会缩回来，缩回到限位开关要求时，就会将工件放下，放下工件后，机械手就会左摆，左摆到左限位开关处，就回到原点了。
其具体自动控制梯形图如图5-1所示，其具体手动控制梯形图如图5-2所示。
图5-1自动控制梯形图
图5-2手动控制梯形图
5.2机械手指令程序
5.2.1机械手自动控制指令程序
机械手自动控制指令程序：
1.LDX002自动控制按钮
35.SETS6步进指示S6
2.MCMOM100
36.STLS6置位指示S6
3.LDX001启动按钮
37.ANIX000停止运行按钮
4.SETS0步进指示S0
38.OUTY007气爪缩回指示
5.SETY000自动指示灯亮起来
39.ORX013缩回到缩回限位开关
6.STLS0置位指示S0
40.SETS7步进指示S7
7.ANIX000停止运行按钮
41.STLS7置位指示S7
8.OUTY005右摆指示
42.ANIX000停止运行按钮
9.ORX011右摆到右摆限位开关
37.ANIX000停止运行按钮
10.SETS1步进指示S1
38.OUTY007气爪缩回指示
11.STLS1置位指示S1
39.ORX013缩回到缩回限位开关
12.ANIX000停止运行按钮
40.SETS7步进指示S7
13.OUTY006伸出气爪指示
41.STLS7置位指示S7
14.ORX012伸出到位的限位开关
42.ANIX000停止运行按钮
15.SETS2步进指示S2
43.OUTY004左摆指示
16.STLS2置位指示S2
44.ORX010左摆到左摆限位开关
17.ANIX000停止运行按钮
45.SETS8步进指示S8
18.OUTY010机械手下降指示
46.STLS8置位指示S8
19.ORX014下降到下降限位开关
47.OUTT1K20延时T120ms
20.SETS3步进指示S3
48.ANDT120ms后进行下一步
21.STLS3置位指示S3
49.SETS9步进指示S9
22.ANIX000停止运行按钮
50.STLS9置位指示S9
23.OUTY012夹紧指示
51.ANDX000停止运行按钮
24.ORX016夹紧到夹紧限位开关
52.OUTT2K20延时T220ms
25.SETS4步进指示S4
53.ORX017松开到松开限位开关
26.OUTY001夹紧指示灯亮起来
54.ANDX000停止运行按钮
27.STLS4置位指示S4
55.RSTS21复位s21
28.OUTTOK30延时开关延时30ms
56.STLS21置位s21
29.ANDT030ms后延时开关闭合
57.ANIX000停止运行按钮
30.SETS5步进指示S5
58.OUTY005右摆指示
31.STLS5置位指示S5
59.ORX011右摆到位指示
32.ANIX000停止运行按钮
60.OUTS0输出到第一步
33.OUTY011上升指示
61.RST步进返回
34.ORX015上升到上升限位开关
62.MCRM0
上面这个指令表均含有其语句程序的注释，自动控制的程序采用的是步进的方式，一步一步的执行，其中还有延时继电器T0、T1、T2，延时30ms和延时20ms的。
每一步都有停止按钮的程序，意思就是只有按了停止按钮，不管进行到那一步都会停止下来。
这是自动的指令表，当进行最后一步以后，会自动回到第一步，一直循环下去。
5.2.2机械手手动控制指令程序
（1）机械手手动左右摆动指令程序:
1.LDX002手动按钮
8.ORX011右摆到右摆限位开关处
2.CJP63程序跳到END
9.SETS27步进指示S27
3.LDX003左右摆动手动按钮
10.STLS27置位指示S26
4.SETS26步进指示S26
11.ANDX003左摆手动按钮
5.STLS26置位指示S26
12.OUTY004左摆运行
6.ANDX003右摆摆动手动按钮
13.ORX010左摆到左摆限位开关处
7.OUTY005右摆运行
14.OUTS26输出到原点
15.RET步进返回
以上程序是机械手左右摆动手动控制程序，左右摆动按钮分开，当你需要手臂左摆就按下左摆按钮，右摆就按下右摆按钮，运行完成指令后，自动回到原点上。
（2）机械手升降运行指令程序：
1.LDX004机械手升降手动按钮
8.STLS29置位指示S29
2.SETS28步进指示S28
9.ANDX004上升手动按钮
3.STLS28置位指示S28
10.OUTY011上升运行
4.ANDX004下降手动按钮
11.ORX015上升到上升限位开关处
5.OUTY010下降运行
12.OUTS28输出到原点
6.ORX014下降到下降限位开关
13.RET步进返回
7.SETS29步进指示S28
上面程序是机械手手动升降控制程序，通过按钮的方式来手动控制机械手上升和下降运行，运行完成后悔自动回到原点。
（3）机械手手动伸缩气爪程序：
1.LDX005气爪伸缩手动按钮
9.ANDX005气爪缩回手动按钮
2.SETS30步进指示S30
10.OUTY007气爪缩回
3.STLS30置位指示S30
11.ORX013气爪缩回到限位开关
4.ANDX005气爪伸出手动按钮
12.OUTS30输出到原点
5.OUTY006气爪伸出
13.RET步进返回
6.ORX012气爪伸出到限位开关
14.LDX006气爪夹紧按钮
7.SETS31步进指示S31
15.OUTY012气爪夹紧
8.STLS31置位指示S31
16.END结束
以上程序是手动控制气爪伸缩的控制，还有夹紧工件指示程序。
执行完每一个操作就会回到原点等待下一步指示。
结论
本文主要介绍了三菱PLC在机械手自动控制和手动控制的应用，通过按钮开关来自动和手动实现机械手的左右摆动、上下升降、气爪伸缩、气爪夹紧工件。
本次设计控制方式采用的是经典编程的形式，这种方式控制编程简单，条理简单明了。
机械手对于工厂的生产有着重要的作用，这个自动手动程序和控制设计图都是自己慢慢研究出来，最后通过实验完成了设计。
这次设计要感谢我的导师对我的毕业论文辅导，指出我的不足点，帮助我完成大学毕业设计。
这次毕业设计让我明白了系统设计的全面性，要十分的严谨对待，要考虑机械手的每一个你可以想到的功能，并且要设计出来。
参考文献
[1]张同苏，徐月华.自动生产线安装与调试.北京：
中国铁道出版社.2015.
[2]李金城.PLC模拟量与通信控制应用实践.北京：
电子工业出版社.2011.
[3]李智明.电气控制与PLC及变频器技术应用.大连：
大连理工大学出版社.2013.
[4]龚仲华.三菱FX系列PLC应用技术.北京：
人民邮电出版社.2016.
[5]李智明.工控组态设计与应用.大连：
大连理工大学出版社.2014.
[6]范金玲.基于PLC的气动机械手控制系统设计[J].液压与气动,2012（07）.
[7]王月芹.基于PLC机械手控制系统设计与实现[J].机电产品开发与创新,2011（03）.
[8]郅富标,毋虎城,张四海.基于PLC的物料搬运机械手控制系统设计[J].中州煤炭,2015（05）.
[9]袁森,肖军,罗卫东.基于PLC的机械手控制系统设计[J].煤矿机械,2009（05）.
[10]袁安富,蒋浩.基于PLC的工业机械手控制设计与组态监控[J].制造业自动化,2013（18）.
升级会员 