专业综合应用与工程能力实践训练-机械手臂搬运加工流程PLC设计.doc

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专业综合应用与工程能力实践训练

机械手臂搬运加工流程控制

院、部：

电气与信息工程学院

学生姓名：

指导教师：

职称助教

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气本1104班

完成时间：

2014年12月11日

摘要

随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。

本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关（SQ1---SQ9）产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：

下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：

回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

关键词：

搬运机械手，可编程控制器（PLC），液压，电磁阀

ABSTRACT

Withthepopularizationanddevelopmentofindustrialautomation,thecontroller'sdemandisincreasingyearbyyear,theapplicationofcarryingmanipulatorisgraduallypopular,mainlyintheautomotive,electronic,mechanicalprocessing,food,medicineandotherproductionlineorinthefieldofcargotransportation,canbebettertosaveenergyandimprovetheefficiencyoftransportationequipmentorproducts,inordertoreducethelimitationanddeficiencyofotherwaysoftransportation,tomeettherequirementsofthemoderneconomicdevelopment.

Themechanicalstructureofthemanipulatorismainlyincludethetwosolenoidvalvecontrolhydraulicsteeltoachievetheupanddownmovementofthemanipulatorandtheclampingworkpiecemovement,twospeedmotorrespectivelythroughtwocoilcontrolmotorandreversing,soastorealizethecarfast,slow,fastreturn,themotionofslowmovementback;Itsmotiontransformationbysettinginvariouspartsofthetravelswitch（SQ1-SQ9）producedbyon-offsignalstoPLCcontroller,throughthePLCinternalprogramoutputdifferentsignals,thusdrivingtheexternallooptocontrolthemotororsolenoidvalveproducedifferentmovements,whichcanrealizeaccuratepositioningofthemanipulator;Itsactionprocessincludes:

fall,clamping,rising,slow,fastforward,slowlyintothe,timedelay,slowdown,relax,upandretreat,retreatquickly,slowretreat;Itsoperatingmodeincluding:

backinsitu,manual,singlestep,singlecycle,continuous;Tomeettherequirementsforthevariousoperationsintheproduction.

KeywordsCarryingmanipulator,programmablecontroller（PLC）,hydraulicpressure,electromagneticvalve

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目录

第1章机械手臂搬运加工流程控制工艺流程分析 1

1.1机械手臂搬运加工流程控制过程描述 1

1.2机械手臂搬运加工流程控制工艺分析 1

第2章机械手臂搬运加工流程控制系统总体方案设计 3

2.1机械手臂搬运加工流程控制系统硬件组成 3

2.2机械手臂搬运加工流程控制方法分析 3

2.3机械手臂搬运加工流程控制系统的I/O分配 4

2.4机械手臂搬运加工流程控制系统接线图设计 4

第3章机械手臂搬运加工流程控制系统梯形图程序设计 5

3.1机械手臂搬运加工流程控制程序流程图设计 5

3.2机械手臂搬运加工流程控制程序梯形图设计 5

第4章机械手臂搬运加工流程控制监控系统设计 6

4.1PLC与上位监控软件通讯 6

4.2上位监控系统组态设计 6

4.3实现的效果 7

第5章机械手臂搬运加工流程控制监控系统调试及结果分析 8

5.1机械手臂搬运加工流程控制系统调试及解决的问题 8

5.2结果分析 8

课程设计心得 9

参考文献 10

附录 11

第1章机械手臂搬运加工流程控制工艺流程分析

1.1机械手臂搬运加工流程控制过程描述

如图1-1所示，有两部机械装置对工作物进行加工，对象由输送带A送到加工位置，然后再由机械手臂将加工物送至工作台1的位置进行第一步骤加工。

当第一步骤加工完成后，机械手臂将工作物夹起再送至工作台2进行第二步骤加工；当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带B送走，最后由7段数码管显示加工完成的数量。

工作台1

工作台2

输送带A

工作

机械手臂

输送带B

图1-1机械手臂搬运加工流程控制过程示意图

1.2机械手臂搬运加工流程控制工艺分析

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。

目前机械手的主要发展经历可以分为三代：

第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。

研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。

它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统FMS和柔性制造单元FMC中重要的环节。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。

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，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。

机械手的运动机构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：

下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：

回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

本次设计使用气压机械手臂，一开始手臂先下降，碰到下限开关开始做夹起动作，然后开始上升碰到上限开关后，手臂开始往右，当碰到第一工作站的极限开关时，机械手臂下降将工作物放置工作台l然后上升等待机械对工作物加工；当工作物第一加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置工作台2上进行第二加工步骤。

当第二加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置输送带B送出，并由7段数码管显示出加工完成的数次。

动作示意图如图1-2所示。

原位

左移

上升

放松

下降

右移

上升

夹紧

下降

图1-2机械手控制动作示意图

第2章机械手臂搬运加工流程控制系统总体方案设计

2.1机械手臂搬运加工流程控制系统硬件组成

本设计中采用的机械手，水平（X）轴、垂直（Y）轴采用步进电机控制，底盘的旋转采用直流电机控制，抓取物体的电磁阀采用气动形式。

步进电机的控制，由对应的步进电机驱动器电路完成。

完成本设计需要的实验设备有：

1）机械手模型2）计算机3）导线4）气泵5）晶体管输出型可编程控制器

机械手的控制面板分以下几个模块：

1.步进电机驱动及步进电机

驱动器电流设定为0.63A，细分设定为8细分，将24V电源接入驱动器，此时驱动器的电源指示灯应点亮；将24V与OPTO端（驱动器使能端）连接起来；PUL端是脉冲输入端；DIR是方向控制输入端。

2.直流电机本设计用的气夹电机和底座电机均是24V直流电机，PLC控制两个直流继电器的吸合来控制电机的正转和反转。

3.旋转编码盘

在本设计模型的底座上有一个旋转编码盘，在底座旋转时，在此产生一个VP-P为24V的方波信号，可以提供给PLC的高速计数器，用于机械手的定位控制。

4.接近开关

在本设计模型中底座和气夹的限位通过4个电感式接近开关来完成。

接近开关与触头接近时接近指示灯点亮、输出低电平，否则为高电平。

5.行程开关

在本设计模型中两个滚珠丝杆的限位通过4个滚轴式行程开关来完成。

当行程开关压下时，常开触点闭合，给PLC一个控制信号。

2.2机械手臂搬运加工流程控制方法分析

本次的设计使用的是THWJX-1型机械手实物教学实验装置。

本装置需采用晶体管输出型可编程控制器，可同时输出