当前位置:首页>> >>


机械手-气动机械手的设计及其PLC控制系统.rar

收藏

资源目录
    文档预览:
    编号:20180915103626433    类型:共享资源    大小:4.13MB    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 气动 设计 及其 PLC 控制系统
    资源描述:
    1河南科技学院2012 届本科毕业论文(设计)论文题目:气动机械手的设计及其 PLC 控制系统学生姓名: 周文涛所在院系: 机电学院所学专业: 机械设计制造及其自动化导师姓名: 安爱琴完成时间:2012 年 5 月 10 日2摘 要本文设计了一种气动搬运机械手,其控制部分采用 PLC 控制系统。 论文首先对气动机械手的功能进行分析,确定了总体方案,并设计了驱动系统原理图。由设计参数对机械手的主要组成部分进行选型,并对其进行三维建模,用于演示其工作原理。然后,根据控制要求,对 PLC 进行了选型,编写出了控制系统的梯形图程序,并绘制出了硬件接 线图。关键词:机械手,PLC ,气压传动AbstractKeywords: Manipulator,PLC,Pneumatic Transmission3目 录1 绪论 ...........................................................................................................................11.1 设计背景 ........................................................................................................11.2 目前国内外有关机械手的研究状况 ............................................................21.3 本文的主要研究内容 ....................................................................................22 机械手系统的结构和总体设计方案 .......................................................................32.1 机械手的功能分析 ........................................................................................32.2 机械手的执行机构及运动分析 ....................................................................42.3 机械手的驱动系统 ........................................................................................52.4 机械手的检测系统 ........................................................................................53 机械手结构的设计 ...................................................................................................53.1 机械手的技术参数 ........................................................................................63.2 气爪的选型 ....................................................................................................63.3 伸缩缸的选型 ................................................................................................73.4 升降缸的选型 ................................................................................................73.5 摆动缸的选型 ................................................................................................84 机械手的三维建模 ...................................................................................................94.1 零件的三维建模 ............................................................................................94.1.1 气爪的建模 .......................................................................................104.1.2 伸缩缸的建模 ...................................................................................104.1.3 升降缸的建模 ...................................................................................104.1.4 摆动缸的建模 ...................................................................................104.2 机械手的装配 ..............................................................................................114.3 机械手运动仿真 ..........................................................................................115 PLC 控制系统的软件设计 .......................................................................................125.1 PLC 的介绍 ....................................................................................................125.1.1 PLC 的定义 .........................................................................................125.1.2 PLC 的优点 ......................................................................................125.1.3 PLC 的分类 .........................................................................................135.2 PLC 的选型 ....................................................................................................135.3 系统控制要求 ..............................................................................................155.4 程序设计 ......................................................................................................165.4.1 梯形图语言介绍 ...............................................................................165.4.2 梯形图程序 .......................................................................................165.5 机械手的工作分析 ......................................................................................185.5.1 自动工作方式 ...................................................................................185.5.2 手动工作方式 ...................................................................................196 PLC 控制系统的硬件设计 .......................................................................................196.1 传感器的选择 ..............................................................................................196.2 PLC 硬件接线图 ............................................................................................197 结束语 .....................................................................................................................204致谢 .............................................................................................................................21参考文献 .....................................................................................................................2211 绪论由于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等领域的需要,能代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化、,在有害环境下操作以保护人身安全的机械手得到了广泛的应用。机械手是自动生产设备和生产线上的重要装置之一,它可以根据各种自动化设备的工作需要,按照预定的控制程序动作。因此,在机械加工、冲压 、锻造、铸造、装配和 热处理等生产过程中被广泛用来搬运工件,借以减轻工人的劳动强度;也可以自动取料、上料、卸料和自 动换刀的功能,气 动机械手是机械手的一种,它具有结 构简单,重量 轻,动作迅速、平稳、可靠和节能等优点。机械手技术涉及到力学、机械学、液压气压传动、自动控制、传感器和计算机等多学科领域,是一门跨学科的综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程的多功能机器,它有多自由度,可代替人的 劳动,以便在复 杂、恶劣的环境中工作。1.1 设计背景工 业 机 械 手 的 是 工 业 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 适 应 各 种 复 杂 环 境 的能 力 ,在 国 民 经 济 领 域 中 有 着 广 阔 的 发 展 和 应 用 前 景 。在机械工业中,机械手的应用意义可以概括如下:(1)提高生产过程的自动化程度。应用机械手,有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度,从而可以提高劳动生产率,降低生产成本,加快实现工 业生产机械化和自动化的步伐。(2)改善劳动条件、避免人身事故。在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中,用人手直接操作是有危险的或是根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业,大大地改善了工人的 劳动条件。在一些 动作 简单但又重复作业的操作中,以机械手代替人手进行工作,可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。(3)可以减少人力,便于有节奏地生产。 应用机械手代替人手进行工作, 这是直接减少人力的一个侧面,同 时由于应用机械手可以连续地工作,这是减少人力的另一个侧面。因此,在自动化机床和综合加工自动 生产线上,目前几乎都 设有机械手,以减少人力和更准确地控制生产的节拍,便于有节奏地进行生产。综 上 所 述 ,有 效 地 应 用 机 械 手 是 发 展 机 械 工 业 的 必 然 趋 势 。但 是 ,目 前 ,在 一 些 企 业 中 使 用 的 气 动 机 械 手 仍 然 采 用 继 电 器 -接 触 器 控 制 系 统 。其 弊 端2主 要 表 现 在 :大 量 的 机 械 触 点 电 弧 烧 蚀 和 机 械 磨 损 ,可 靠 性 降 低 且 寿 命 短 ;触 点 的 机 械 动 作 频 率 低 且 存 在 抖 动 现 象 ,控 制 精 度 低 ;接 线 多 而 复 杂 ,一 旦系 统 构 成 后 就 很 难 增 加 或 改 变 功 能 。因 此 ,灵 活 性 和 扩 展 性 差 。随 着 可 编 程 控 制 器 技 术 (PLC)的 快 速 发 展 ,其 强 大 的 控 制 功 能 不 仅 能 完成 复 杂 的 继 电 器 控 制 逻 辑 ,而 且 能 实 现 模 拟 量 控 制 ,具 有 可 靠 性 高 、抗 干 扰能 力 强 、易 于 扩 展 、易 实 现 工 艺 连 锁 和 可 在 线 修 改 等 优 点 。因 此 在 工 艺 自 动化 领 域 起 到 了 举 足 轻 重 的 作 用 。基 于 对 工 厂 控 制 系 统 的 强 大 干 扰 能 力 的 要求 ,对 气 动 机 械 手 进 行 了 PLC 控 制 ,从 根 本 上 解 决 了 上 述 弊 端 。1.2 目前国内外有关机械手的研究状况机械手的发展历程大体分为三代: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(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中的重要一个环节。目前,日本、美国和欧盟在气动技术和气动机械手方面最为领先。我国 对气动技术和气动机械手的研究与应用相对较晚,但随着投入力度和研发力度的加大,我国自主研制的许多气 动机械手已经广泛应用于汽车等行业,并为国家的发展与进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用, 为研制出高性能的气动机械手奠定了坚实的技术基础。由于气动机械手有结 构简单,易 实现无级调速、 过载保护、复杂动作等诸多优点,气 动机械手将会越来越广泛应用于工业、 军 事、航空、医 疗、生活等诸多领域。1.3 本文的主要研究内容本文研究的主要内容为气动机械手的设计及其 PLC 控制系统,包含的内容如下:论文首先介绍了机械手的结构功能和总体设计方案,并设计了机械手的驱动系统。接着是依据机械手的技术参数, 对气动机械手的主要组成部件进行了设计选型,然后又对 PLC 做了 较为全面的介绍,对系 统所需的 PLC 进行了选型,并确定了系统 I/O 点的分配,最后编写了系统的梯形图程序,并绘制出了 PLC 的硬件接线图。32 机械手系统的结构功能和 总体设计方案气动机械手主要由控制系统、驱动系统、 执行机构以及位置检测系统 4 部分组成。其控制系统采用 PLC 控制。2.1 机械手的功能分析气动机械手搬运工件的工作过程示意图如图 1 所示。图中传送带 A、B 由电机驱动,光 电开关用于检测 工件,当光 电开关检测到工件时, 传送带 A 停止运动,同时给气动机械手发出一个信号,气动机械手便将工件从传送带 A 上搬运到传送带 B 上。 工 件传 送 带 A 传 送 带 B光 电 开 关气 爪 伸 缩 缸升 降 缸摆 动 缸底 座图 1 机械手工作过程示意图机械手动作过程如图 2 所示。 初 始 位 置手 臂 伸 出夹 紧 工 件手 臂 缩 回立 柱 上 升 顺 时 针 转 动手 臂 伸 出松 开 工 件手 臂 缩 回逆 时 针 转 动立 柱 下 降传 感 器 检 测 到 工 件YN图 2 机械手动作过程42.2 机械手的执行机构及运动分析图 3 为气动机械手的结构示意图,它由气爪夹持机构、手臂平移机构、手臂升降机构和手臂回转机构和各种固定支架等部分组成。该机械手具有三个自由度,在气压驱动下可实现升降、伸缩、回转运动及气爪的 夹紧与松开动作。ABCD图 3 气动机械手的结构示意图A—气爪, B—伸缩缸, C——升降缸,D—齿轮齿条式摆动缸气爪 A 活塞的运动可实现对工件的夹紧和松开。伸缩缸 B 可实现手臂的伸出和缩回动作。升降缸 C 用于实现立柱的上升与下降。 摆动缸 D 有两个活塞,分别装在带齿条的活塞杆两头, 齿条的往复运动带动立柱上的齿轮旋转,从而实现立柱及长臂的回转运动。2.3 机械手的驱动系统机械手的全部执行机构均有气压驱动,主要由气源及气源处理装置、气爪、伸缩气缸、升降气缸、摆动气缸及控制阀组成,如图 4 所示。各种执行气缸均采用单向节流阀来调节机械手的运动速度。通过对单电控电磁阀通断电的控制,使机械手执行相应的动作,再配合检查系统,即可 让机械手按照某种控制要求实现自动的顺序动作。5图 4 驱动系统原理图2.4 机械手的检测系统检查系统主要由检查工件的光电开关和设置在气爪夹紧与松开,手臂伸缩、升降与回转气缸上的 8 各限位磁性开关组成。光电开关用来检测是否有工件,其检测结果作为机械手控制系统的输入信息。磁性开关的作用是对机械手的行程进行检测和判断,其检测结 果亦作为机械手控制系统的输入信息,从而控制机械手,使其按照程序规定的顺 序动作。3 机械手结构的设计气动机械手系统均采用标准型气动元器件,不需要进行尺寸设计,只需根据设计要求选型即可。论文选用 SMC 气动元件,S MC 公 司 为 世 界 级 的 气 动 元 件 研 发 、制 造 、销售 商 。在 日 本 本 土 更 拥 有 庞 大 的 市 场 网 络 。SMC 产 品 以 其 品 种 齐 全 、可 靠 性高 、经 济 耐 用 、能 满 足 众 多 领 域 不 同 用 户 的 需 求 而 闻 名 于 世 。SMC 气 动 元 件超 过 11000 种 基 本 系 列 ,610000 余 种 不 同 规 格 ,主 要 包 括 气 动 洁 净 设 备 、电磁 阀 、各 种 气 动 压 力 、流 量 、方 向 控 制 阀 、各 种 形 式 的 气 缸 、摆 缸 、真 空 设 备 、气 动 仪 表 元 件 及 设 备 ,以 及 其 他 各 种 传 感 器 与 工 业 自 动 化 元 器 件 等 。3.1 机械手的技术参数(1)夹取工件重量:0.5Kg;(2)工作气压:0.5MPa;6(3)主要运动参数:伸缩缸行程:150mm;升降缸行程 100mm;回转缸转动角度 90°。3.2 气爪的选型机械手系统采用支点开闭型气爪。气爪夹持工件的受力分析如图 5 所示,由图可知,两个手指的总夹 持力产生的摩擦力为 2µF 必须 大于夹持工件的重力 mg,考 虑到搬运工件时加速度及冲击力等,必须设定一个安全系数 S,故 应满足 2Fmg即: g式中:F——气爪 夹持力(单 位 N);S——安全系数,取 S=3; 图 5 工件受力分析图 m——夹持工件质量,m=0.5Kg;g——重力加速度,g=9.8m/s 2;µ——气爪夹头与工件的摩擦因数,一般 µ=0.1~0.2,取 µ=0.15。则所需夹持力 ,由表 1 可知,双作用比单作用夹持30.598421FN力矩要大些,故选择双作用 动作方式。初 选缸径为 25mm,可 查知力臂 E 为27mm,计算出所需夹持力矩 M=F×E=49×0.027N·m=1.32N·m,依据表 1 可知,选择气爪型号为 MHC2-25D 可满足要求。表 1 标准型气爪动作方式 型号 缸径 mm 夹持力矩(N·m) 开闭角度(两侧)MHC2—10D 10 0.1—16D 16 0.39—20D 20 0.7双作用—25D 25 1.3630°~-10°单作用 MHCM2—7S 7 0.017 20°~-7°μ FmgFμ E
    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-气动机械手的设计及其PLC控制系统.rar
    链接地址:http://www.gold-doc.com/p-158580.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