当前位置:首页>> >>


机械手-基于PLC的机械手控制设计.rar

收藏

资源目录
    文档预览:
    编号:20180915103626901    类型:共享资源    大小:879.96KB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
    尺寸:148x200像素    分辨率:72dpi   颜色:RGB    工具:   
    25
    金币
    关 键 词:
    机械手 基于 PLC 控制 设计
    资源描述:
    I基于 PLC 的机械手控制摘 要在工业生产和其他领域内,由于工作的需要,人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害,增加了工人的劳动强度,甚至于危及生命。工业机械手就这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构,是机器人的关键部件之一。电气方面有电机、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术,位置控制技术、气动技术等,是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由 PLC 输出四路来分别驱动横轴、竖轴、底盘转动、手转动电机,控制机械手横轴、竖轴和手爪顺逆旋转的精确定位,微动开关将位置信号传给 PLC 主机;电机拖动底盘旋转;电磁阀控制气阀的开关来控制机械手手爪的张合,从而实现机械手精确运动的功能。本文设计的工业机械手模型可在空间抓放物体,动作灵活多样,可代替人工在高温和危险的作业区进行作业,并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。关键词:可编程控制器 PLC,机械手,电机,任意位置!!所有下载了本文的注意:本论文附有 CAD 图纸,凡下载了本文的读者请留下你的联系方式(QQ 邮箱) ,或加我百度用户名 QQ,我把图纸发给你。最后,希望此文能够帮到你!IIThe control of manipulater by PLCABSTRACTIn industrial production and other domains, because works need, the people frequently receive factor the and so on high temperature,corrosion and virulent gas harm, increased worker's labor intensity,even endangers life. The industry manipulator like this was born, the manipulator is in theindustry robot assembly system the traditional duty implementingagency, is one of robot key components. The electrical aspect has theelectrical machinery, the switching power supply, the solenoid valve,and so on the electronic device composition. This equipment has covered the programmable control technology, theposition control technology, the air operated technology and so on, isthe integration of machinery model represents one of instruments. Thisarticle introduced the manipulator is outputs four groups by PLCseparately to actuate the abscissa axis, the z-axis, the chassisrotation, hand turns an electric motor, controls the manipulatorabscissa axis and the z-axis pintpointing, the microswitch bequeathsthe position signal the PLC main engine; The electrical machinerydrives the hand fingernail and the chassis revolves; The solenoidvalve controls the air valve the switch to control the manipulatorhand fingernail to gather, thus realizes the manipulator proper motionfunction. This topic plans the industry manipulator model which develops to bepossible in the space to grasp puts the object nimbly, the movement isdiverse, may replace artificially carries on the work in hightemperature and the dangerous operation area, and may changes therelated parameter as necessary according to the work piece change and the movement flow request.KEY WORDS: Programmable controller PLC, manipulator,electrical machinery, freepositionIII目 录前 言 ...........................................................................................................1第 1 章 机械手各功能实现形式与控制方式 .............................................21.1 机械手概述 ......................................................................................21.1.1 机械手的定义与发展 ............................................................21.1.2 机械手分类及控制方法 ........................................................31.1.3 机械手的结构原理 ................................................................31.2 本机械手模型的机能和特性 ..........................................................51.3 夹紧机构 ..........................................................................................51.4 躯干 ..................................................................................................61.5 设计要求 ..........................................................................................61.5.1 控制方式及要求 ....................................................................71.6 旋转编码盘 ......................................................................................9第 2 章 控制系统硬件设计 .......................................................................102.1 PLC 的定义及特点 ........................................................................102.2 PLC 的选型 ....................................................................................122.2.1 常用 PLC 介绍 .....................................................................122.2.2 常用 PLC 介绍 .....................................................................142.2.3 确定型号 FX1N-60MR .....................................................162.2.4 FX1N 所具有优越性能 .......................................................172.2.5 FX 系列 PLC 型号的说明 ...................................................172.3 三菱 FX 系列的结构功能 .............................................................182.3.1 PLC 内部功能 ......................................................................192.3.2 PLC 输入输出接口的安全保护 ..........................................202.4 FX1N PLC 梯形图中的编程元件 .................................................21第 3 章 软件设计 .......................................................................................233.1 程序的总体结构 ............................................................................233.2 各部分程序如下 ............................................................................24结 论 .........................................................................................................33IV谢 辞 ...........................................................................................................34参考文献 .....................................................................................................35附 录 .........................................................................................................37外文资料翻译 .............................................................................................451前 言随着现代工业技术的发展,工业自动化技术越来越高,工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化,对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害,如冶金、化工、医药、航空航天等。对于机械手的研究国内外的水平不一,但代表当今最先进的技术在日本,他的自动化,人性化令人叹为观止,这些技术依赖于控制理论、新材料科学,它是融合各种尖端技术的现代机器。我国也陆续在工业中有所应用,对于自动控制,柔性制造系统中应用更为广泛,但我国的自动化水平有待提高,只相当于世界先进技术在八十年代的水平。随着工业现代化的发展,机械手技术也随之提高,发展的趋势是工作强度高,灵活性强,准确可靠,可以自动检测并下达动作命令,融入先进的人工智能,使人只作平时的简单的维护,这也是现代工厂的发展趋势。本设计主要是对机械手模型控制部分设计,在我们毕业实习时,也看到过类似的机械手实际应用产品。对各运动部件,各模块都大致了解。我采用技术成熟、安全可靠的可编程控制器 PLC 实现。现阶段 PLC 系统生产厂家大致有西门子、三菱、欧姆龙等,根据我所了解的系统模块情况,我选用三菱 FX1N 系列,其编程指令简单、功能强大、方便可行、经济实用、维护方便。经过我多方了解,所以是可行的。采用 PLC 构成机械手的自动控制系统,可通过修改 PLC 控制程序,改变对机械手模型的控制要求。机械手横轴水平面内作前后方向运动,竖轴能在垂直面内作上下两方向运动,底座能作正反两方向旋转,手能正反两方向旋转,并且底座能在任意位置停止的功能。根据以前做过类似的设计,其底盘旋转任意角度难以实现,本设计可以采用编码盘检测脉冲计数来实现,但还没有一个仿真环境来校核,只有通过反复推理其正确性。还有机械手包括两部分,一个机械部分,一个控制部分,由于时间关系和我的专业特长,此设计重点在于控制部分。一个完整的设计离不开机械部分,所以我的设计还有很多问题有待解决。2第 1 章 机械手各功能实现形式与控制方式1.1 机械手概述工业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。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。其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。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术1.1.1 机械手的定义与发展机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器,它有多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术,并已成为现代制造生产系统中的一个重要组成部分。机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识,尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合,应用得更为广泛。在我国,近几年来也有较快的发展,并取得一定的成果,受到各工业部门的重视。随着现代工业技术的发展,工业自动化技术越来越高,工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化,对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害,如冶金、化工、医药、航空航天等。代表当今最先进的技术在日本,他的自动化,人性化令人叹为观止,这些技术依赖于控制理论、新材料科学,它是融合各种尖端技术的现代机器。我国也陆续在工业中有所应用,对于自动控制,柔性制造系统中应用更为广泛,但我国的自动化水平有待提高。随着工业现代化的发展,机械手技术也随之提高,发展的趋势是工作强度高,灵活性强,准确可靠,可以自动检测并下达动作命令,融入先进的人工智能,使人只作平时的简单的维护,这也是现代工厂的发展趋势。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型,以及具有触觉、视觉等性能的机械3手,并考虑与计算机联用,逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。1.1.2 机械手分类及控制方法机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手,它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序,以完成各项规定工作。它的特点是除具备普通机械的物理性能外,还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的,称为操作机。它起源于原子、军事工业,先是通过操作机来完成特定的作业,后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。第三类是专用机械手,主要附属于自动机床或自动线上,用于解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand” ,它是为主机服务的,由主机驱动,除少数外,工作程序一般是固定的,因此是专用的。本设计要求设计的机械手模型可归为第一类,即通用机械手。在现代生产企业中,自动化程度较高,大量应用机械手。通过本次设计,可以增强对工业机械手的认识,同时并熟悉掌握 PLC 技术、位置控制技术、气动技术等工业控制常用的技术。1.1.3 机械手的结构原理目前工业机械手主要用于流水线传送、焊接、装配、机床加工、铸造、热处理等方面,无论数量、品种和性能方面都能满足工业生产发展的需要。在国内主要是发展各方面的机械手,逐步扩大应用范围,以减轻劳动强度,改善作业条件。在应用专用机械手的同时,相应地发展通用机械手,用条件还要研制示教机械手、组合机械手等。将机械手各运动构件,如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构,以及用于不同类型的夹紧机构,设计成典型的通用机构,以便根据不同的作业要求,选用不同的典型部件,即可组成不同用途的机械手,即便于设计制造,又便于改换工作,扩大了应用的范围。同时要提高速度,减少冲击,正确定位,以更好地发挥机械手的作用。机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统构成。执行机构包括手部、手臂和躯干。手部装在手臂前端,可以转动、开闭手指。机械手手部的构造系统模仿人的手指,分为无关节、固定关节和自由关节三种。手指的数量又可以分为二指、三指、四指等,其中以二指用得最多。可根据夾持对象4的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头,以适应操作的需要。本设计采用二指的构造。手臂的作用是引导手指准确地抓住工件,并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确地工作,手臂的三个自由度都需要精确地定位。总之,机械手的运动离不开直线移动和转动二种,因此它采用的执行机构主要是直线液压缸、摆动液压缸、电液脉冲马达、伺服液压马达、交流伺服电动机、直流伺服电动机和步进电动机等。躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的机架。驱动机构主要有四种:液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以电气、气动用得最多,占 90%以上,液压、机械驱动用得较少。液压驱动主要是通过液压缸、阀、油箱等实现传动。它利用液压缸、液压马达加齿轮、齿条实现直线运动;利用摆动液压马达、液压缸与齿条、齿轮与链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小,出力大,动作平缓,可无级变速,自锁方便,并能在中间位置。缺点是需配备压力源,系统复杂,成本较高。气压驱动所采用的元件为气压缸、气马达、气阀等。一般采用 4~6 个大气压,个别达到 8~10 个大气压。它的优点是气源方便,维护方便,成本低。缺点是出力小,体积大,由于空气的可压缩性大,很难实现中间位置停止,只能用于点位控制,而且润滑性较差,气压系统容易生锈。本设计的手爪部分采用气压驱动。电气驱动时,直线运动可以采用电动机带动丝杠、螺母机构。通用机械手则考虑采用步进电动机、直流或交流的伺服电动机、变速箱等。电气驱动的优点是动力源简单,维护、使用方便。驱动机构和控制系统可以采用同一形式的动力,出力比较大。本设计采用步进电动机驱动手臂和手爪顺逆旋转运动,直流电动机驱动机械手的底盘旋转运动。机械驱动只适用于动作固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠,工作速度高,成本低;缺点是不易调整。机械手控制的要素包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度和加减速度等。机械手的控制分为点位控制和连续轨迹控制两种,目前以点位控制为主,占90%以上。控制系统可以根据动作的要求,设计采用数字顺序控制,它首先要编制程序加以储存,然后再根据规定的程序,控制机械手工作。对动作复杂的机械手则采用数字控制系统、小型计算机或微处理机控制的系统。5本设计的控制系统采用小型可编程控制器实现,具有编程简单、修改容易、可靠性高等。1.2 本机械手模型的机能和特性物体在三维空间内的禁止位置是由三个坐标和围绕三轴旋转的角度来决定的,因此,抓握物体的位置和方向能从理论上求得。根据资料的介绍,如果采用机械手,其机能要接近于人的上肢,则需要具有 27 个自由度,而每一个自由度至少要有一根“人造肌肉”来控制。我们不要那么多自由度,因为根据实际情况而言,控制的自由度越多,其各个部分也就越复杂,相应的制造成本也就增加。本设计的机械手,它共有自由度 5 个。即:手臂前后伸缩、手臂上下伸缩、手臂左右旋转、手腕回转、手指的抓握。1.3 夹紧机构机械手手爪是用来抓取工件的部件。手爪抓取工件时要满足迅速、灵活、准确可靠的要求。设计制造夹紧机构——机械手,首先要从机械手的坐标形式,运行速度和加速度的情况来考虑。其夹紧力的大小则根据夹持物体的重量、惯性和冲击力来计算。则同时考虑有足够的开口尺寸,以适应被抓物体的尺寸变化为扩大机械手的应用范围,还需备有多种抓取机构,以根据需要来更换手爪。为防止损坏被夹的物体,夹紧力要限制在一定的范围内并镶有软质垫片、弹性衬垫或自动定心结构。为防止突然断电造成被抓物体落下,还可以有自锁结构。夹紧机构本身则结构简单、体积小、重量轻、动作灵活、和工作可靠。夹紧结构形式多样、有机械式、吸盘式和电磁式等。有的夹紧机构还 带有传感装置和携带工具进行操作的装置。本设计采用机械式夹紧装置。机械式夹紧是最基本的一种,应用广泛,种类繁多。如按手指运动的方式和模仿人手的动作,可分为回转型、直进型;按夹持方式可分为内撑式、外撑式和自锁式;按手指数目可分为二指式、三指式、四指式;按动力来源可分为弹簧式、气动式、液压式等。本设计采用二指式手爪。由可编程控制器控制电磁阀动作,从而控制手爪的开闭。手爪的回转则用一个直流电动机完成,同时通过两个限位开关完成回转角度的限位,一般可设置在 180 度。61.4 躯干躯干有底盘和手臂两部分组成。底盘是支撑机械手的全部重量并能带动手臂旋转的机构。底盘采用一个直流电动机驱动,底盘旋转时带动一个旋转编码盘旋转,机械手每旋转三度发出一个脉冲,由传感器检测并送入可编程控制器,从而计算底盘旋转的角度。同时,在底盘上装有限位开关,最大旋转角度可达 180 度。手臂使机械手的主要部分,它是支撑手爪、工件使它们运动的机构。本设计手臂由横轴和竖轴组成、可完成伸缩、升降的运动。手臂采用电动机带动丝杠、螺母来实现伸缩和升降运动。由可编程控制器发出信号控制步进电机运转,同时在两轴的两端分别加限位开关限位。采用丝杠、螺母结构传动的特点是易于自锁、位置精度较高,传动效率较高。1.5 设计要求采用 PLC 构成机械手的自动控制系统,可通过修改 PLC 控制程序,改变对机械手模型的控制要求。机械手横轴水平面内作前后方向运动,竖轴能在垂直面内作上下两方向运动,底座能作正反两方向旋转,手能正反两方向旋转,并且底座能在任意位置停止的功能。其主要任务是将 A 工作台的工件旋转搬运到 B 工作台。机械手的工作方式可分为手动、单步、单周期、连续和回原点 5 种,各种工作方式的动作及控制要求说明如下。模型如图 1-1:
    展开阅读全文
    1
      金牌文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    0条评论

    还可以输入200字符

    暂无评论,赶快抢占沙发吧。

    关于本文
    本文标题:机械手-基于PLC的机械手控制设计.rar
    链接地址:http://www.gold-doc.com/p-158578.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
    copyright@ 2014-2018 金牌文库网站版权所有
    经营许可证编号:浙ICP备15046084号-3
    收起
    展开