（定稿）基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计（全套下载）

随着科学技术的发展和在工业生产过程中的广泛应用，机械手技术方面的研究不断得到创新，促使成果不断涌现。

本论文的设计主要取得了以下成果对物料分拣机械手的结构形式驱动装置控制系统等各组成部分进行了较为全面的分析，最后得出其总体设计方案。

气动驱动系统是强的非线性系统，其根本原因是空气具有可压缩性，使得系统中存在流量饱和效应，非线性摩擦力等因素，实现气缸的精度定位非常困难。

因此在其应用中，要对各参数进行调定，以达到比较理想状态。

机械手的控制系统采用了技术性可靠性非常高的进行控制。

这使得机械设备更加灵活，动作准确，易于维护，劳动生产率大大得到了提高。

各种操作方式自由切换，满足了各种生产要求。

。

水平伸缩气缸选用单活塞杆双作用气缸。

单活塞杆双作用气缸般由缸筒前后缸盖活塞活塞杆密封件和紧固件等组成。

其工作原理对于前伸回缩气缸，当左侧无杆腔进气，右侧有杆腔排气时活塞杆前伸，反之，活塞杆回缩对于上升下降气缸，当上侧无杆腔进气，下侧有杆腔排气时，活塞杆下降，反之活塞杆上升。

摆动气缸输出回转摆动式摆动气缸分为单叶片式和双叶片式。

单叶片式摆动气缸压缩空气由进气口输入，作用在叶片上，带动轴回转产生转矩，另腔的空气从排气口排出。

双叶片式摆动气缸从进气口进入的压缩空气作用在个叶片上，同时通过轴上的气路也作用在另叶片上带动轴回转。

这样双叶片式产生的转矩将是单叶片式的倍。

本设计采用双叶片式摆动气缸，这样就能产生更大的转矩，以利于机械手的转动。

控制元件控制元件是用来调节压缩空气的压力流量和控制其流动方向，使气动执行机构获得必要的力动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。

气动控制元件按功能分为压力控制阀流量控制阀和方向控制阀。

压力控制阀调节和控制压力大小的气动元件称为压力控制阀。

它包括调压阀溢流阀顺序阀及多功能组合阀。

调压阀是出口侧压力可调，并能保持出口侧压力稳定的压力控制阀。

溢流阀是在回路中的压力达到阀的规定值时，使部分气体从排气侧排出，以保持回路内的压力在规定值的阀。

调速阀是根据“流量负反馈”原理设计而成的单路流量阀。

调速阀般用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。

调速阀根据“串联减压式”和“并联溢流式”，又分为调速阀和溢流节流阀两种主要类型。

本设计选用串联减压式调速阀。

方向控制阀方向控制阀是改变压缩空气流动方向和气流通断状态，使气动执行元件的动作或状态发生变换的控制阀，其通常可分为单向型控制阀和换向型控制阀两类。

单向型控制阀单向阀是指气流只能向个方向流动而不能反向流动通过的阀，是最简单的单向型方向阀。

在气动系统中，单向阀除单独使用之外，经常与流量阀换向阀和压力阀组合成只能单向控制的阀。

单向调速阀就是单向阀与节流阀并联而成。

单向调速阀是把节流阀芯分成了上阀芯和下阀芯两部分。

当流体正向流动时，其节流过程与调速阀是样的，节流缝隙的大小可通过手柄进行调节当流体反向流动时，靠流体的压力把阀芯压下，下阀芯起单向阀作用，单向阀打开，可实现流体反向自由流动。

当正向流动时，经过节流阀节流。

当反向流动时，单向阀打开，不节流。

换向型控制阀换向型方向控制阀按控制方式分类，分为气压控制电磁控制人力控制。

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。

的自由度。

执行系统的设计主要是对机械手的手部手臂和机座进行设计。

物料分拣机械手驱动系统的分析与选择驱动系统是向执行系统各部分提供动力的装置。

通过对液压气压电气三种驱动方式的比较，本设计选择气压驱动的方式。

内容包括气动元件的选择及其工作原理气动回路的设计和气动原理图的绘制。

物料分拣机械手控制系统的设计控制系统是机械手的指挥系统，它控制驱动系统，让执行系统按规定的要求和时序进行工作。

本机械手采用可编程控制器对机械手进行控制，主要包括对的型号选择传感器类型进行选择口的选择对控制系统原理图自动程序梯形图的绘制等内容。

.解决的关键问题解决机械手机械结构的设计问题，要求机械手结构简单经济具有定的代表性。

执行部件的运动精度的问题。

机械手的控制系统，包括控制系统的电路和控制程序，并解决工件和控制系统的协调问题。

元件的匹配规则和知识的获取及其表达形式。

传感器的类型选择。

第二章执行系统的分析与选择机器手的执行结构是机械手赖以实现各种运动的实体。

执行机构的布局类型直接影响到机械手的工作性能。

.执行机构坐标形式的选择机械手的基本型式较多，按手臂的坐标型式而言，主要有四种基本型式直角坐标式圆柱坐标式球坐标式和关节式。

下面就各型式机械手作简单的分析对比直角坐标式机械手直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的种机械手。

它的手臂可作伸缩左右和上下移动，按直角坐标形式三个方向的直线进行运动。

其工作范围可以是个直线运动两个直线运动或三个直线运动。

如在三个直线运动方向上个具有三个回转运动，即构成六个自由度。

直角坐标式机械手的优点产量大，节拍短，能满足高速的要求容易与生产线上的传送带和加工装配机械相配合适于装箱类多工序复杂的工作，定位容易变更定位精度高，载重发生变化是不回影响精度易于实行数控，可与开环或闭环数控机械配合使用。

缺点机械手的作业范围较小。

圆柱坐标式机械手圆柱坐标式机械手是应用最多的种型式，它适用于搬运和测量工件。

具有直观性好，结构简单，本体占用的空间较小，而动作范围较大等优点。

圆柱坐标式机械手的工作范围可分为个旋转运动，个直线运动，加个不在直线运动所在的平面内的旋转运动二个直线运动加个旋转运动。

圆柱坐标式机械手有五个基本动作手臂水平回转手臂伸缩手臂上下手臂回转动作手爪夹紧动作。

圆柱式机械手的特点是在垂直导柱上装有滑动套筒，手臂装在滑动套筒上，手臂可做上下直线运动和水平面内做圆弧状的左右摆动。

球坐标式机械手球坐标式基于物料，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