（图纸+论文）基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计（全套完整）㊣精品文档值得下载

上升和下降伸长和缩短摆动过程中的速度，防止速度过大对物料及机械手臂的冲击三位四通电磁换向阀是改变气缸的运动方向真空发生器的工作原理利用气体的喷射产生真空吸附物料，其主要功能是实现对物料的吸取和释放，真空发生器的动作是由二位二通电磁阀控制的。

.气动元件选取及工作原理气压驱动是利用压缩气体的压力能来实现能量传递的种方式，其介质主要是空气，也包括燃气和蒸汽。

典型的气压传动系统由以下四部分组成气源装置气源装置是获得具有定能量的压缩空气的装置，其主体部分是空气压缩机，有的还配有气源净化处理装置气罐等附属设备。

它将原动机提供的机械能转变为气体的压力能。

气压传动对气源的要求要求压缩空气具有定的压力和足够的流量。

要求压缩空气有定的清洁度和干燥度。

下面对于主要的气源装置元件进行如下介绍空气压缩机空气压缩机是产生压缩空气的气压发生装置，是气源主要的设备。

按结构和工作原理可分为速度型和容积型两大类。

容积型压缩机是利用特殊形状的转子或活塞压缩吸入封闭容积室空气的体积来增加空气的压力。

容积型结构简单使用方便。

本设计选用容积型压缩机。

储气罐储气罐可以调节气流，减少输出气流的脉动，使输出气流连续和气压稳定，也可以作为应急气源使用，还可以进步分离油水杂质。

储气罐上装有安全阀，使其极限压力比正常工作压力高，并装有指示罐内压力的压力表和排污阀等。

罐的型式可分为立式和卧式两种。

本设计选用立式储气罐，因为它的进气口在下，出气口在上，以利用进步分离空气中的油水。

执行元件执行元件是以压缩空气为工作介质产生机械运动，并将气体的压力能转变为机械能的能量转换装置，如气缸输出直线往复式机械能，摆动气缸输出回转摆动式机械能。

气缸输出直线往复式气缸是气动执行元件之。

目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化标准化通用缸和手部机构直接安装到摆动气缸的输出轴上，机构虽然简单，但摆动气缸的轴向受力增大，对气缸的自身要求较高，并易造成摆动气缸的损坏。

同时，机械手本身重心偏离立柱轴线以及各气缸运动产生的冲击都形成作用在摆动气缸转动轴上的倾覆力矩，所以采用个连接组件，将机械手立柱以上的重量和倾覆力矩由机架来承担。

连接组件主要由四部分组成双向推力球轴承底座转台和扣罩。

如图.所示。

选择双向推力球轴承而不是单向的，因为机座与转台在轴向上无法直接连接。

采用双向推力球轴承就可以方便的将轴承内环与转台连接，外环用罩扣固定在底座上。

另外，推力球轴承应选择公称尺寸较大些的，这样可以更好的承受倾覆力矩。

底座摆动气缸双向推力球轴承扣罩转台图.机座结构图.执行机构的工作原理物料分拣机械手的结构主要由机座立柱水平手臂垂直手臂电磁阀和吸盘等组成。

其中机座采用摆动气缸进行驱动，手臂及吸盘采用单活塞杆双作用气缸驱动。

机械手的动作基本有伸缩升降左右旋转吸物和放物等动作。

其结构原理如图.所示。

其动作顺序为初始位置右旋前伸气缸下降吸物料上升收缩左旋气缸下降放物料上升回到初始位置。

机械手的动作在整个过程中都是连续可循环的。

.执行机构简图根据前面机械手各部分的设计，可做出机械手大体结构简图，如图.所示，大图见图。

右旋限位开关左旋限位开关回缩限位开关前伸限位开关上升限位开关下降限位开关摆动气缸前伸回缩气缸上升下降气缸真空吸盘图.执行机构简图第三章驱动系统的分析与选择机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。

机械手的驱动系统根据动力源的不同，分为液压气压电气机械气液联合和电液联合等多种方式。

目前采用的主要有液压气压电气这三种驱动方式。

.驱动系统的分析与选择液压驱动，功率重量比大，可实现频繁平稳的变速和换向，容易实现过载保护，可自行润滑，使用寿命长。

但也存在其油液容易泄露污染环境，需要配备油源，成本较高，工作噪声较大。

电气驱动，控制精度高，驱动力较大，响应快，信号检测传递处理方便。

但是由于这种驱动方式价格昂贵，限制了在些场合的应用。

因此，人们寻求其他些经济适用的驱动方式。

气压驱动具有价格低廉结构简单功率体积比高无污染及抗干扰性强在工业机械手中应用较多。

另方面，气动技术作为“廉价的自动化技术”，由于其元器件性能的不断提高，生产成本的不断降低，被广泛应用于现代化工业生产领域。

在现代化的成套设备与自动化生产线上，几乎都配有气动系统。

据统计在工业发达国家中，全部自动化流程中约它主要由手指传动机构驱动机构组成。

其又可分为内撑式外夹式和内外夹持式，区别在于夹持工件的部位不同，手爪动作方向相反。

夹持式手部设计时应注意以下事项手指应有定的开闭范围。

手指应具有适当的夹紧力。

要保证工件在手指内的定位精度。

结构紧凑，重量轻，效率高。

通用性和可换性。

气吸式气吸式手部又称为真空吸盘式手部，它是通过吸盘内产生真空或负压，利用压差而将工件吸附，是工业机械手常用的种吸持工件的装置。

它由吸盘吸盘架及进排气系统组成，具有结构简单质量轻不易损伤工件使用方便可靠等优点但要求工件上与吸盘接触的部位光滑平整清洁被吸附工件材质致密，没有透气空隙。

主要适应于板材薄壁零件陶瓷搪瓷制品玻璃制品纸张及塑料等表面光滑工件的抓取。

气吸式又可分为负压吸盘真空式喷气式自挤式空气吸盘。

磁力吸盘永磁吸盘电磁吸盘。

真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附头的空气而形成真空，故称真空式。

喷气式吸附的工作原理是当压缩空气高速进入喷嘴时，由于管路的开始段截面积是逐渐收缩的，所以气流速度逐渐增大，在管路的最小截面处，气流速度达到临界速度，此时的气体受压，密度加大。

在排气管路中因界面逐渐增大，气流膨胀减压而使密度大大下降，致使气流速度继续增高，在吸气口处形成负压。

吸附头与吸气口连同，故形成真空，以吸住工件。

自挤式空气吸盘的工作原理是将软质吸盘按压在工件的表面，挤出吸盘内的空气从而造成真空吸住工件。

磁吸式手是利用工件的导磁性，利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附材料工件。

磁吸式手部不会破坏被吸附表面质量，但是由于被吸工件存在剩磁，吸附头上常吸附磁性屑，影响正常工作。

通过以上对手部的分析真空式具有结构简单质量轻不损伤工件使用方便不影响机械手的正常工作等优点。

而且满足所设计机械手的要求，所以选用真空式吸盘。

真空吸盘机构如图.所示。

图.吸盘机构图手臂结构的选择手臂是机械手的主要部分，是支撑手腕手指和工件并使它们运动的机构。

手臂般有三个运动伸缩旋转和升降。

手臂的基本动作是将手部移动到所需的位置和承受抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量。

手臂的组成动作元件，如油缸汽缸齿条凸轮等是驱动手臂运动的部件。

导向装置，是保证手臂的正确方向及承受由工件的重量所产生的弯曲和扭转力矩。

手臂，起着连接和承受外力的作用。

基于物料，分拣，机械手，自动化，控制系统，设计，毕业设计，全套，图纸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，对其他经济型控制系统的设计也有定的借鉴价值。

关键词机械手，气动控制，可编程控制器，自动化控制，物料分拣。

.研究的目的及意义.机械手在国内外现状和发展趋势.主要研究的内容.解决的关键问题第二章执行系统的分析与选择.执行机构坐标形式的选择.执行机构的组成.执行机构各部分的分析与选择手部的选择手臂结构的选择机座结构的选择.执行机构的工作原理.执行机构简图第三章驱动系统的分析与选择.驱动系统的分析与选择.机械手驱动系统的控制设计.气动元件选取及工作原理气源装置执行元件控制元件辅助元件真空发生器吸盘.气动回路的工作原理第四章控制系统的分析设计.控制系统的组成结构.控制系统的性能要求.传感器的选择位置检测装置滑觉传感器视觉传感器.控制系统的选型及控制原理控制系统设计的基本原则种类及型号选择点数分配外部接线图机械手控制原理.程序设计总体程序框图初始化及报警程序手动控制程序自动控制程序第五章总结与展望参考文献致谢第章前言.研究的目的及意义机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，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，能在高温腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造冶金电子轻工业和原子能等部门。

随着工业的高速发展，机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业生产中得到了广泛的应用。

它可以搬运货物分拣物品用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的机械化和自动化并能在高温腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于机械制造冶金电子轻工业和原子能等部门。

可编程控制器是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高功能完善组合灵活编程简单功耗低等优点，已成为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。

使用的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。

适应工业需要，本课题试图开发对物料分拣机械手的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。

采用控制，是种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。

本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计。

主要包括执行系统驱动系统和控制系统的设计。

.机械手在国内外现状和发展趋势机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接喷漆上下料和搬运。

机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险有害有毒低温和高热等恶劣环境中的工作代替人完成繁重单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。