柔性制造系统装配单元毕业设计_Word下载.doc

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一、毕业设计题目：

柔性制造系统中装配单元的设计

二、毕业设计时间2012年4月2日

三、毕业设计地点：

陕西航空职业技术学院

指导教师***2012 年4月2日

目录

第一章装配单元简介 1

1.1装配单元概述 1

1.2装配单元的结构组成 2

第二章装配单元的设计与选用 6

2.1机械手腕部的结构设计 6

2.2 PLC的选用 8

2.2.1可编程序控制器的选型及工作过程 8

2.3PLC程序的实现 11

2.4可编程序控制器的连接 13

2.5可编程序控制器的工作过程 14

2.6可编程序控制器的使用步骤 14

2.7可编程序控制器的输入输出保护 15

第三章装配单元的系统控制设计 17

3.0装配单元机械手装置控制系统的设计方案 17

3.0.1机械手的运动 17

3.0.2机械手的驱动方案设计 17

3.0.3机械手的坐标型式与自由度 17

3.0.4机械手的控制方案设计 18

3.0.5机械手的技术参数列表 19

3.1机械手可编程序控制器控制方案 20

3.2可编程控制器的抗干扰措施 23

3.3PLC应注意的问题及解决方法 25

3.3.1工作环境 25

3.3.2安装与布线 25

3.3.3外部安全 26

第四章电、气路的设计与调试 27

4.1装配单元的气路设计与连接 27

4.2装配单元的电路设计与接线 29

4.3装配单元的程序编制与系统调试 30

结论 31

致谢 32

参考资料 33

第一章装配单元简介

1.1装配单元概述

装配单元是将生产线中分散的两个物料进行装配的过程。

主要是通过对自身物料仓库的物料按按生产需要进行分配，并使用机械手将其插入来自加工单元的物料中心孔的过程。

装配单元总装实物图如下。

竖直料仓中的物料在重力作用下自动下落，通过两直线气缸的共同作用，分别对底层相邻两物料加紧与松开，完成对连续下落的物料的分配，被分配的物料按指定的路径

落入由气动摆台构成的物料位置转换装置，由摆台完成180度位置变换后，由前后移动气缸，上下移动气缸，气动手指所组成的机械手夹持后位移，并插入以定位的半成品工作中。

1.2装配单元的结构组成

由于装配单元不仅要完成对分散的物料的装配过程，而且配有自身的物料仓库，因此它的结构组成包括：

简易物料仓库，物料分配机构气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感安装支架等其他附件。

简易物料仓库

简易物料仓库是由塑料圆棒加工而成，它直接插装在物料分配机构的底座连接孔中，并在顶端放置加强金属环，用以防止空心塑料圆柱的破坏。

物料竖直放入料仓的空心圆柱内，由于二者之间有一定的间隙，使其能在重力作用下自由下落。

为了能对料仓缺料时及时报警，在料仓的外部安装漫反射光电传感器，并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽，以使光电传感器的红外光斑能可靠照射到被检测的物料上。

如下图：

简易物料仓库中的物料外型一致，颜色分为黑色和白色。

2.物料分配机构

它的动作过程是由上下安装水平动作的两直线气缸在PLC的控制下完成的。

当供气压力达到规定气压后，打开气路阀门，此时分配机构底部气缸在单电控电磁阀的作用下，恢复到初始状态-----该气缸活塞杆伸出，因重力下落的物料被阻挡，系统上电并正常运行后，当位置变换机构料盘旁的光电传感器检测到位置变换机构需要物料时，物料分配机构中的上部气缸在电磁阀的作用下活塞杆伸出，将与之对应的物料夹紧，使其不能下落，底部气缸活塞杆缩回，物料掉入位置变换机构的料盘中，底部气缸复位伸出，上部的气缸缩回，物料连续下落，为下一次分料做好准备。

在两直线气缸上均装有检测活塞杆伸出与缩回到位的磁性开官，用于动作到位检测，当系统正常工作并检测到活塞磁钢的时候，磁性开关的红色指示灯点亮，并将检测到的信号传送给控制系统的PLC。

物料分配机构的底部装有用于检测有无物料的光电传感器，使控制过程更准确可靠。

3.物料位置变换机构

该机构由气动摆台和料盘构成，气动摆台驱动料盘旋转180度，并将摆动到位信号通过磁性开关传给PLC，在PLC的控制下，实现有序，往复循环动作。

见下图：

4.机械手

机械手是整个装配单元的核心，变换机构有物料的信号传送至PLC，在半成品工件定位机构传感器检测到该机构有工件的情况下，机械手从初始状态执行

装配操作过程。

整体外型如图所示：

PLC驱动与竖直气缸相连的电磁换向阀动作，由竖直移动带导杆气缸驱动气动手指向下移动，磁性开关检测到下移到位后，气动手指驱动手爪夹紧物料，并将加紧信号通过磁性开关传送给PLC，在PLC控制下，竖直移动气缸复位，被夹紧的物料随气动手指一并提起，离开位置变换机构的料盘，提升到最高位后，水平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动下，活塞杆伸出，移动到气缸前端位置后，竖直移动气缸再次被驱动下移，移动到最下端位置，气动手指松开，经短暂延时，竖直移动气缸和水平移动气缸缩回，机械手恢复初始状态。

在整个机械手动作过程中，除了气动手指松开到位无传感器检测外，其余动作的到位信号检测均采用与气缸配套的磁性开关，将采集到的信号输入PLC，由PLC输出信号驱动电磁阀换向，使由气缸及手指组成的机械手按程序自动运行。

5.半成品工件的定位机构

输送单元送来的半成品工件直接放置在该机构的料斗定位孔中，由定位孔与工件之间的较小的间隙配合实现定位，从而完成准确的装配动作和定位精度。

如图所示。

6.电磁阀组

就是将多个阀集中在一起组成的一组阀，每一个阀的功能是彼此独立的。

装配单元的阀组6个二位五通单电控电磁换向阀组成，如下图所示。

这些阀分别对物料分配，位置变换和装配动作气路进行控制，以改变各自的动作状态。

第二章装配单元的设计与选用

随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：

1.机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

2.在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中

它可以用来组装零部件。

3.可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。

4.可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。

5.宇宙及海

2.1机械手腕部的结构设计

机器人的手臂运动（包括腰座的回转运动），给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动位置，而安装在机器人手臂末端的手腕，则给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动姿态。

机器人手腕是机器人操作机的最末端，它与机器人手臂配合运动，实现安装在手腕上的末端执行器的空间运动轨迹与运动姿态，完成所需要的作业动作。

1.机器人手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。

机器人手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器人腕部的灵活性愈高，机器人对对作业的适应能力也愈强。

但是，自由度的增加，也必然会使腕部结构更复杂，机器人的控制更困难，成本也会增加。

因此，手腕的自由度数，应根据实际作业要求来确定。

在满足作业要求的前提下，应使自由度数尽可能的少。

一般的机器人手腕的自由度数为2至3个，有的需要更多的自由度，而有的机器人手腕不需要自由度，仅凭受臂和腰部的运动就能实现作业要求的任务。

因此，要具体问题具体分析，考虑机器人的多种布局，运动方案，选择满足要求的最简单的方案。

2.机器人腕部安装在机器人手臂的末端，在设计机器人手腕时，应力求减少其重量和体积，结构力求紧凑。

为了减轻机器人腕部的重量，腕部机构的驱动器采用分离传动。

腕部驱动器一般安装在手臂上，而不采用直接驱动，并选用高强度的铝合金制造。

3.机器人手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。

4.机器人的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。

5.要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。

6.手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。

通过对数控机床上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业时的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制的难度，本设计手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机床的上下料完全足够。

具体的手腕（手臂手爪联结梁）结构见图2-1。

图2-1手爪联结结构

图2-2机械手控制图

1．在传输带A端部，安装了光电开关PS，用以检测洋的开发。

2.机械手在原位时，按下起动按钮，系统起动，传送带A运转。

当光电开关检测到物品后，传送带A停。

3．传输带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A上搬到传送带B（连续运转）上。

4.机械手返回原位后，自动再起动传送带A运转，进行下一个循环。

5．按下停止按钮后，应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原位，停止工作。

6.机械手的上升／下降和左移／右移的执行结构均采用双线圈的二位电磁阀驱动液压装置实现，每个线圈完成一个动作。

7.抓紧／放松由单线圈二位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行抓紧动作，线圈断电时执行放松动作。

8.机械手的上升、下降、左移、右移动作均由极限开关控制。

9.抓紧动作由压力继电器控制，当抓紧时，压力继电器动合触点闭合。

放松动作为时间控制（设为2s）。

2.2PLC的选用

2.2.1可编程序控制器的选型及工作过程

一、可编程序控制器的选型

PLC选型的基本原则是在满足基本控制功能和容量的前提下，尽量保证工作可靠、维护使用方便以及最佳的性价比。

1、对于工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，选用整体式结构PLC；

2、PLC一般是根据其输入输出点数及存储器容量的大小分类，在PLC选型之前首先确定系统I/O点数利存储器容量。

3、PLC一般可以通过三种方式进行编程。

一种是厂家提供的普通手持式编程器编程，一般只能用于厂家规定的语句表中的语句进行编程；

另一种是在普通计算机上运行专用的编程软件来编程，支持的编程语言多编程操作非常方便；

第三种是厂家专用图形编程器编程，这类编程器采用梯形图编程，方便直观，我们此次设计就是采用梯形图编程。

装配单元所需的I/O点数较多。

其中，输入信号包括来自按钮／指示灯模块的按钮、开关等主令信号，单元各构件的传感器信号灯；

输出信号包括输出到抓取机械手装置