水果抓取机械手控制系统设计.docx

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水果抓取机械手控制系统设计

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水果抓取机械手控制系统设计

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摘要

水果抓取机械手控制系统的设计要求是在控制系统的指令下，能将水果迅速、灵活、准确、可靠地抓起并运送到指定位置，因此本文采用PLC可编程控制器作为水果抓取机械手的控制系统，气压驱动作为驱动机构，根据机械手的动作流程和输入输出要求来选PLC的型号并确定I/O接口，最后进行程序的编辑与调试，从而使机械手完成最后的装夹任务。

关键词机械手可编程控制器水果抓取手PLC控制设计

ABSTRACT

Thefruitcapturesthemanipulatorcontrolsystem'sdesignrequirementsisundercontrolsystem'sinstruction,canthefruitrapid,nimble,accurate,workreliablyandshiptoassignstheposition,thereforethisarticleusesthePLCprogrammablecontrollertocapturemanipulator'scontrolsystemasthefruit,thegasdrivetakesthedrivingmechanism,choosesPLCaccordingtomanipulator'smovementflowandtheinputoutputrequestthemodelandthedeterminationI/Oconnection,finallycarriesontheproceduretheeditionandthedebugging,thuscausesthemanipulatortocompletethefinalattiretoclamptheduty.

Keyword:

ManipulatorProgrammablecontrollerFruitcapturePLCControldesign

目录

摘要I

ABSTRACTII

目录III

前言IV

1机械手的介绍1

1.1机械手的概述1

1.2机械手的工作过程2

1.3机械手的工作方式3

1.4气动机械手3

1.5机械手的工作原理5

2抓取水果机械手控制系统的工作任务8

2.1确定所需要的的用户I/O设备及I/O点数8

2.2选择PLC10

3水果抓取机械手控制系统程序的设计13

3.1总体结构13

3.2手动操作程序14

3.3自动操作程序15

3.4程序的下载、安装和调试19

总结21

参考文献22

致谢23

附录Ⅰ24

前言

自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，机器人技术不再局限于传统的工业和制造业，已被应用于众多领域。

如我国研发出特种机器人、农业采摘机器人。

机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。

机械手的是机器人的一个重要分支。

它的特点是可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，尤其体现了人的智能和适应性。

机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

它可代替人的繁重劳动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，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手的控制对于很多场合需求很大，不论是机床使用的小型系统还是流水线上的这类设备，其基本动作要求类似，所以控制的实现也可以相互借鉴。

对于控制程序的编写，这里给出的只是一种实现手段，使用可编程控制器还有其他的方法可以实现这样的控制，针对所用的具体系统的情况，设计人员可以选用不同的方法来编写程序。

机械手高效的工作效率，准确的定位精度，以及简单的结构及控制方式是人手不能替代的，机械手的使用也将越来越广泛。

在社会主义新农村建设中，如何进一步发挥农业机械化的作用，从而推进新农村建设，是农机工作者所面临的新课题。

我国虽是一个农业大国，但随着农业生产的规模化、精确化、某些地域呈现出劳动力不足的现象，在加之苹果、桃子等水果的分类挑选是一项劳动密集型工作，以及水果生产对时令的要求，劳动力问题很难解决。

广大果农由于不能及时、准确地对水果进行抓取包装，从而使水果生产受到很大的影响。

水果抓取机械手的应用可以提高劳动生产率，解决劳动力不足问题、改善农业的生产环境、防止农药、化肥等化学药品对人体的伤害、提高劳动作业质量等。

下面介绍采用先进的可编程控制器PLC作为机械手的控制系统，可以克服以前继电器控制的诸多缺点，利用PLC作为可靠性高、抗干扰能力强、功耗低、环境适应能力强等特点，使机械手执行机构平稳，准时，准确地工作。

1机械手的介绍

1.1机械手的概述

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

它可代替人的繁重劳动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，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

近年来，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。

机械手主要由手部和运动机构组成。

手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

运动机构，是使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。

运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。

为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。

自由度是机械手设计的关键参数。

自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。

一般专用机械手有2～3个自由度。

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）宇宙及海洋的开发。

（6）军事工程及生物医学方面的研究和试验。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式。

机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。

有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

1.2机械手的工作过程

机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。

工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。

当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。

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。

1、机械手传送工件系统示意图，如图1所示。

（a）机械手的动作过程分解

控制面板

图1机械手的动作过程分解（a）及操作面板图（b）

机械手的动作过程分解图如图1所示。

从原点开始按下起动按钮时，下降电磁阀通电，机械手下降。

下降到底时，碰到下限开关，下降电磁阀断电，机械手下降停止；同时按夹紧电磁阀，机械手夹紧。

夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶时，碰到上限开关，上升电磁阀断电，机械手上升停止；同时接同右移电磁阀，机械手右移。

右移到位时，碰到右限开关，右移电磁阀断电，机械手右移停止。

若此时工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。

下降到底时，碰到下限开关，下降电磁阀断电，机械手下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。

放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移。

左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。

至此，机械手经过8步动作完成了一个周期。

1.3机械手的工作方式

机械手的操作方式分为手动操作和自动操作两种。

自动操作又分为单步，单周期（主要用于调试）和连续操作方式。

手动操作：

就是用按钮操作对机械手的每一中运动单独进行控制，例如，当选择上/下运动时按下起动按钮，机械手上升：

按下停止按钮，机械手下降。

当选择左/右运动时，按下起动按钮，机械手左移；按下停止按钮，机械手右移。

当选择夹紧/放松运动时，按下起动按钮，机械手夹紧；按下停止按钮，机械手放松。

单步操作：

每按依次起动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。

单周期操作：

机械手从原点开始，按一下起动按钮，机械手将自动完成一个周期的动作，然后停止在原起始点位置。

连续操作：

机械手从原点开始，按一下起动按钮，机械手的动作将自动地，连续不断地周期性循环。

在工作中若按一下停止按钮，则机械手动作停止。

重新起动时，须用手动操作方式将机械手移回原点，然后按一下起动按钮，机械手又重新开始连续操作。

在工作中若按一下复位按钮，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点，自动停止。

1.4气动机械手

　气动机械手是指一压缩空气为动力源驱动的机械手。

其主要特点是:

极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。

但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。

本设计所用的机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸则由相应的电磁阀控制，其中，上升/下降和左移和右移分别有双线圈二位电磁阀控制。

例如当下降电磁阀通电是，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手下降停止。

只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升；当上升电磁阀断电时，机械手上升停止。

同样，左移/右移分别由左右电磁阀和右移电磁阀控制。

机械手的放松夹紧由一个单线圈二位电磁阀（称夹紧电磁阀控制）。

当该线圈通电时，机械手夹紧，该线圈断电时，机械手放松。

当机械手右移到位并准备下降是，为了确保安全，必须在右工作台上无工件时才允许机械手下降。

也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降。

基于PLC的机械手控制设计随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。

由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。

本文讲述的气动机械手主要作用是完成水果的抓取工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件货物运输更快捷、便利。

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