精品毕设智能码垛机械手控制系统设计Word文档下载推荐.docx

精品毕设智能码垛机械手控制系统设计Word文档下载推荐.docx

《精品毕设智能码垛机械手控制系统设计Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精品毕设智能码垛机械手控制系统设计Word文档下载推荐.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

控制电路由PLC控制器、传感器、驱动器等构成，并且在控制中加入智能算法，运用反馈闭环控制使码垛机械手更加精确运行。

在设计中由传感器光电传感器等将位置、力度信号传给PLC主机，PLC通过控制各个驱动器实现电机的正反转，从而控制机械手的左右、伸缩运动，及手爪对物件的抓放。

动作灵活多样，并可根据工作环境变化及运动流程要求随时更改相关参数。

最后，借助于智能控制理论，对码垛机器人手臂的运行位置进行了智能优化。

在基于S7-200PLC为核心技术进行研发其控制系统指令表程序并调试，形成手动、全周期半周期及单步控制方式，对越来越广泛应用的“机-电”形成的自动化控制装置进行研究与推广。

关键词：

智能机械手；

传感器；

驱动器；

智能算法；

PLC控制

Abstract

Sincethe21stcentury,asoneofthehigh-techcutting-edgetechnologyofthemanipulatortechnologydevelopingrapidly,iswidelyusedineachWalksoflife,Industrialuseofrobotsmainlyforwelding,assemblinghandling,processing,spraying,palletandothercomplexdangerousboringjob.Intelligentmanipulatorisacombinationofcomputertechnology,controltheory,organizationlearning,informationandsensingtechnology,artificialintelligence,bionicsandother-disciplinaryandformationofthenewandhightechnology,itsapplicationmarksanationalhigh-techlevelandthedevelopmentofindustrialautomationdegree.Electricalcontrolareintroducedinthispaper,intelligentstackingmanipulatorbasedonPLC（ProgrammablelogicController,hereinafterreferredtoasPLC）controlsystemdesign.

Thisdesignismainlycomposedofhardwaredesignandsoftwaredesignoftwoparts，thehardwaredesignincludingmaincircuit,controlcircuitandthedesignofelectricalcontrolcircuit,softwaredesignincludingthedesignoftheflowdiagramandladderdiagram.Maincircuit,thermalrelay,fuse,aservomotorcontractor；

ControlcircuitbyPLCcontroller,sensors,drives,andtravelswitch,etc.Andjoininthecontrolofintelligentalgorithm,usingthefeedbackclosed-loopcontroltomakestackingmanipulatormorepreciseoperation.Bysensorsinthedesignandtheswitchposition,strengthsignaltothePLChost,PLCbycontrollingthedriveofthemotorandreversing,thepallettrajectoryofrobotarmintelligentoptimizationandtrackingcontrol.BasedonS7-200PLCasthecoretechnologyresearchanddevelopmentofthecontrolsystemofladderdiagramprogram,instructionsheetsanddebugging,theformationofmanualandfullcyclehalfcycleandsinglestepcontrolmethodofmoreandmorewidelyusedelectricalautomationcontroldeviceforresearchandextension.

Keywords:

Intelligentmanipulator;

Thesensor;

Drive;

Intelligentalgorithms;

PLCcontrol

第1章绪论

1.1课题背景与意义

1.1.1研究背景

随着时代的不断进步经济飞速发展，生活水平的逐年提高，人们的环保意识自我安全意识也在不断加强，同时也使人们对各种产品的要求更高了，智能机械手显然更符合人们的需求。

智能码垛机械手是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术产品，其应用日益广泛，成为当代新技术研究的热点。

机械手的应用情况也是一个国家工业自动化水平的重要标志。

机械手并不是在简单意义上代替人的劳动，而是综合了人和机器特长的一种拟人的机械电子装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器持续工作时间长，精确度高、抗恶劣环境的能力。

从某种意义上说，它也是机器在进化过程中的产物，是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备[1]。

作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来，码垛技术获得了飞速的发展。

不管是人工码垛，还是传统的自动码垛技术和在线式码垛机均无法满足现代化企业多品种少批量的产品码垛要求，即缺乏处理多种产品的能力；

另外，随着大型物资批发配送中心的出现，需要为成千上万的用户按定单配送产品，这就要求码垛机具有混合码垛的能力，所有这些，都为码垛机械手的发展提供了机会，继70年代末日本将机械手技术用于码垛工艺以来，码垛机械手的研究开发获得了迅速的发展，柔性、处理速度以及抓取重量不断提高，价格不断下降。

近年来，机械手码垛技术发展甚为迅猛，这种发展趋势是和当今制造领域出现的多品种少批量的发展趋势相适应的，码垛机械手以其柔性工作能力和占地面积小，能够同时处理多种物料和码垛多个料垛，愈来愈受到广大用户的青睐并迅速占据码垛市场。

智能码垛机械手操作更准确，具有定位精度高的特点，目前码垛机械手的定位精度可达0.1mm以上，而在焊接、装配等高要求领域里作业的机械手精度可达微米级；

速度更快，如ABB公司在开发具有1200周期/小时160kg抓取载荷的名叫FlexPalletizerIRB640码垛机械手。

机械手技术在码垛领域中的应用，主要表现在以下几个方面：

（l）适应性强。

码垛机械手主要更换抓手就可以处理不同种类的产品。

（2）智能程度高。

码垛机械手可以对到来的物料进行识别，然后根据识别信息将物料送往不同的托盘上。

（3）操作范围大。

码垛机械手本身占地面积小，操作范围大，可同时处理多条生产线上的产品。

（4）卸垛与码垛这种情况是指将两个以上的匀质物垛进行卸垛，然后将卸下的物料码垛在另一个托盘上，以满足用户的要求。

1.1.2研究意义

据联合国欧洲经济委员会国际机械手联合会最新统计，目前在世界范围内服役的机械手总量大致在76万台至102万台之间。

从宏观的角度看机械手发展的大趋势，20世纪花了大约50年，工业机械手从萌芽进入成熟，20世纪90年代起步的下一代机械手大约需要30年的培育期，即在2020年左右有望进入成熟期。

日本、美国等西方发达国家码垛机械手应用广泛，几乎遍布各个行业，如石化行业、食品行业中的、饮料行业等等。

而在中国，码垛机械手开始在食品化工等行业刚开始得到应用。

码垛机械手未能在较大行业范围内使用，而且在使用的码垛机械手中，进口码垛机械手占据很大一部分比例。

从各方面可显示出，工业机械手现在处于迅速发展阶段，掌握机械手的设计方法是刻不容缓的事情。

随着科学技术的迅猛发展，生产力水平的不断提高，人们对降低劳动强度、改善工作环境日益重视起来。

石油化工、化肥、粮食、港口等行业对码垛质量和劳动效率的要求也日益提高，从而促进了这些企业的现代化改造。

而传统的人工码垛由于其生产效率低下而成为这些行业产量和码垛质量提高的巨大障碍，己不能满足现代化大生产的需要。

目前国内全自动码垛设备主要依靠进口，国产设备生产厂家相对较少，码垛机械手技术不是很成熟。

我国人工码垛的低效率与产量的日益提高之间的矛盾日益突出，因此对码垛机械手的研究具有重大的经济意义和现实意义[1]。

1.2国内外研究现状与发展趋势

工业机械手是一种用于再现人手功能的自动控制装置。

对其研究源于20世纪40年代末，最早由美国橡树岭国家实验室开始研究搬动核原料的遥控机械手，逐渐发展成为现代自动控制领域的新技术，涉及力学、机械学、电器液压技术、传感器技术和计算机技术等的综合，成为一门新兴学科。

经过美国几年的科研攻关，于1958年联合控制公司研制出了世界第一台机械手，在机体上安装一个回转长臂，并在端部装有电磁铁的工件抓放机构。

之后经过四年的发展由美国的机械铸造公司制造了一台数控示教再现型机械手，取名为Unimate（即万能自动），运动系统采用仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰是用液压驱动。

后来的许多机械手就是按此模型为基础发展起来的。

1962年美国的机械铸造公司制造又成功研制了一款叫Versatran机械手，能实现点位和轨迹控制，实现灵活搬运。

这些成果为全世界的工业机械手发展奠定了扎实基础。

正是这样，后来的瑞土RETAB公司生产的一种涂漆机械手，采用的示教方法编程。

德国机器制造业从1970年开始研究机械手，其中KnKa公司还生产一种点焊机械手，用关节式结构与程序控制实现操作。

主要研究应用于起重运输、焊接、设备上下料等作业。

日本于1969年从美国引进两种典型机械手后，大力从事机械手的研究，到1979年时日本从事机械手研究与生产的院校、研究单位达50多家，至1979年时生产机械手数量达56900台，1990年时有55万台机械手，是工