基于plc的物料分拣机械手自动化控制系统设计.doc
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基于plc的物料分拣机械手自动化控制系统设计,51页共计24450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...
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51页共计24450
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。
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
4.4.1 PLC控制系统设计的基本原则 25
4.4.2 PLC种类及型号选择 30
4.4.3 I/O点数分配 30
4.4.4 PLC外部接线图 32
4.4.5 机械手控制原理 32
4.5 PLC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
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。
参考文献
［1］张建民等.机电一体化系统设计［M］.北京：北京理工大学出版社，2007.169～183.
［2］袁子荣.液气压传动与控制［M］.重庆：重庆大学出版社，2007.39～241.
［3］陈恳，杨向东，刘莉，等.机器人技术应用［M］.北京：清华大学出版社，2006.106～111.
［4］陈奎生.液压与气压传动［M］.武汉：武汉理工大学出版社，2001.47～106.
［5］张铁，谢存禧.机器人学［M］.广州：华南理工大学出版社，2001.115～138.
［6］费仁元，张慧慧.机器人设计和分析［M］.北京：北京工业大学出版社，1998.190～234.
［7］王永章，杜君文，程国全.数控技术［M］.北京：高等教育出版社，2001.251～273.
［8］郭爱芳，王恒迪.传感器原理及应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2007.281～290.
［9］鄂大辛.液压传动与气压传动［M］.北京：北京理工大学出版社，2007.276～294.
［10］陆祥生，杨秀莲.机械手理论及应用［M］.北京：北京铁道出版社，1985.40～63.
［11］宋建武，赵冬梅.液压与气动元件操作训练［M］.北京：化学工业出版社，2007.249～261.
［12］ 吉顺平，孙承志，路明，等.西门子PLC与工业网络技术［M］.北京：机械工业出版社，2008.1～6.
［13］朱梅，朱光力.液压与气动技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2007.177～201.
［14］杨文生，沈兆奎，王宝中，等.液压与气压传动［M］.北京：电子工业出版社，2007.224～264.
［15］常晓玲.电气控制系统与可编程控制器［M］.北京：机械工业出版社，2004.170～226.
［16］章文浩.可编程控制器原理及实验［M］.北京：国防工业出版社，2003.56～90.
［17］张建明.机电一体化系统设计［M］.北京:高等教育出版社，2001.96～140.
［18］陈宇，段鑫.可编程控制器基础及编程技巧［M］.广州：华南理工大学出版社，2002.85～10.［19］杨存智.PLC在自动化生产机械手中的应用［M］.机床电器.2006.33（1）：38～40.
［20］程子华.PLC原理与编程实例分析［M］.北京:国防工业出版社,2007.219～291.
［21］李超.气动通用上下料机械手的研究与开发［D］.西安:陕西科技大学,1993
［22］齐进凯.气动机械手的结构设计、分析及控制的研究［D］.上海:东华大学,2006
［23］万理想,丁保华,徐军,滕孝来,胡明.PLC在物料分拣机械手控制中的应用［J］.徐州:中国矿业大学,2007
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。
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
4.4.1 PLC控制系统设计的基本原则 25
4.4.2 PLC种类及型号选择 30
4.4.3 I/O点数分配 30
4.4.4 PLC外部接线图 32
4.4.5 机械手控制原理 32
4.5 PLC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
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。
参考文献
［1］张建民等.机电一体化系统设计［M］.北京：北京理工大学出版社，2007.169～183.
［2］袁子荣.液气压传动与控制［M］.重庆：重庆大学出版社，2007.39～241.
［3］陈恳，杨向东，刘莉，等.机器人技术应用［M］.北京：清华大学出版社，2006.106～111.
［4］陈奎生.液压与气压传动［M］.武汉：武汉理工大学出版社，2001.47～106.
［5］张铁，谢存禧.机器人学［M］.广州：华南理工大学出版社，2001.115～138.
［6］费仁元，张慧慧.机器人设计和分析［M］.北京：北京工业大学出版社，1998.190～234.
［7］王永章，杜君文，程国全.数控技术［M］.北京：高等教育出版社，2001.251～273.
［8］郭爱芳，王恒迪.传感器原理及应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2007.281～290.
［9］鄂大辛.液压传动与气压传动［M］.北京：北京理工大学出版社，2007.276～294.
［10］陆祥生，杨秀莲.机械手理论及应用［M］.北京：北京铁道出版社，1985.40～63.
［11］宋建武，赵冬梅.液压与气动元件操作训练［M］.北京：化学工业出版社，2007.249～261.
［12］ 吉顺平，孙承志，路明，等.西门子PLC与工业网络技术［M］.北京：机械工业出版社，2008.1～6.
［13］朱梅，朱光力.液压与气动技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2007.177～201.
［14］杨文生，沈兆奎，王宝中，等.液压与气压传动［M］.北京：电子工业出版社，2007.224～264.
［15］常晓玲.电气控制系统与可编程控制器［M］.北京：机械工业出版社，2004.170～226.
［16］章文浩.可编程控制器原理及实验［M］.北京：国防工业出版社，2003.56～90.
［17］张建明.机电一体化系统设计［M］.北京:高等教育出版社，2001.96～140.
［18］陈宇，段鑫.可编程控制器基础及编程技巧［M］.广州：华南理工大学出版社，2002.85～10.［19］杨存智.PLC在自动化生产机械手中的应用［M］.机床电器.2006.33（1）：38～40.
［20］程子华.PLC原理与编程实例分析［M］.北京:国防工业出版社,2007.219～291.
［21］李超.气动通用上下料机械手的研究与开发［D］.西安:陕西科技大学,1993
［22］齐进凯.气动机械手的结构设计、分析及控制的研究［D］.上海:东华大学,2006
［23］万理想,丁保华,徐军,滕孝来,胡明.PLC在物料分拣机械手控制中的应用［J］.徐州:中国矿业大学,2007
