自动送料装置机械手设计
题目:自动送料装置机械手设计
目录
摘要................................................................ I Abstract........................................................... I I 第1章机械手的介绍. (1)
1.1机械手的现状 (1)
1.2机械手的控制系统 (1)
1.3机械手的发展 (1)
第2章机械手的结构要求 (3)
2.1机械手的组成 (3)
2.2机械手的工作过程 (3)
2.3机械手的控制要求 (4)
2.4气动控制回路 (4)
第3章机械手控制设计 (6)
3.1 PLC的选型 (6)
3.2 PLC的I/O分配 (6)
第4章外部接线图 (8)
第5章机械手转移图和梯形图 (9)
5.1机械手转移图和梯形图设计 (9)
5.2机械手指令程序 (12)
5.2.1机械手自动控制指令程序 (12)
5.2.2机械手手动控制指令程序 (14)
结论 (16)
参考文献 (17)
自动送料装置机械手设计
摘要：在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，在生产型企业中使用机械手改变生产方式是减轻企业对用工的依赖性，降低生产成本，实现可持续发展的转变思路。PLC控制机械手可按使用要求选购相应的产品完成复杂的逻辑控制，其以逻辑控制为主，也可以组成模拟量控制系统，软硬件开发工作量较少，输出带负载能力和抗干扰能力强，可靠性好，环境适应能力强。机械手可以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。
关键词：机械手；PLC控制；逻辑控制
Automatic feeding device robot design
Abstract: In the modern production process, robots are widely used in automatic production lines. The use of robots to change production methods in production enterprises is to reduce the dependence of enterprises on employment, reduce production costs, and realize the transformation of sustainable development. The PLC control robot can select the corresponding products to complete the complicated logic control according to the requirements of use. It is mainly based on logic control, and can also constitute an analog quantity control system. The software and hardware development work is less, the output load capacity and anti-interference ability are strong. , good reliability and strong environmental adaptability. The robot can be programmed to perform various expected tasks, combining the advantages of both man and machine in construction and performance.
Key words: robot; PLC control; logic control
第1章机械手的介绍
1.1机械手的现状
机械手是工厂自动化生产不要人工的过程中发展起来的一种新的操作设备。这几年科学的发展，机器人的新起，智能化生产大量用于现代工厂的建设中，机械手就是机械和智能化完美的结合。
机械手与人相比就是没有人有大脑，可以自己思考，没那么灵活处理问题，但是机械手可以每天24个小时不休息的工作，也没有安全问题，大大减低了生产成本。还可以做一些人力做不了的，做不来的重活。正因为机械手的这些好处，很多工厂开始实现机械手操作，得到了十分广泛的应用。
1.2机械手的控制系统
机械手的控制系统要求包括手动和自动两个控制系统，自动控制系统就是按下自动开始按钮，机械手自动工作，不管运行到那一步只有按下停止按钮就会停止下来。手动按钮有几个，有控制机械手左右摆动的，有控制机械手上下升降的，还有控制机械手夹紧和放松的。这两个系统相互独立，不会相互干扰。用一个可编程控制器控制着两个系统。
1.3机械手的发展
机械手在国内发展很快，国内因为机器人技术的新起，生产赶不上进度，才开始研究机械手来代替人工劳动。因为人力无法不停止的生产，在一些加工和危险施工工艺上无法满足现代生产。还有很大的安全问题。所以，国内开始大量研究机械手的功能，大量运用到工厂中，处理那些人工无法达到的领域以及加工的精度。大大减少人工劳动时间，改善了工厂加工的条件。科学家还研究出很多新功能的机械手，不仅仅用来搬运传送的机械手，通过研究机械手的升降运动，左右运动和夹紧工件等要求，以便完成各种工作的要求。现在机械手可以和计算机结合，完全不需要人力了。通过计算机直接控制机械手的自动工作，以及现在正在研究机械手的记忆能力。比如刚加工了一个工件，在机械手芯片里存储了这些加工步骤，慢慢地机械手大脑里就会存储很多加工工艺。真正意义上达到智能化。
机械手的发展大大加快了工厂的进度，减少了安全问题。保证了加工工件的高精度要求。
第2章机械手的结构要求
2.1机械手的组成
机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。执行机构包括夹紧工件的气爪、左右摆动的手臂和上下升降的立柱等部件。机械手的驱动是电动机和辅助电磁器结合完成的。它包含了内部的调节系统，自动调节驱动电压电流以及速度。控制系统现在就是由可编程控制器来控制，通过可编程器来完成机械手各种控制要求。位置检测装置都是根据机械手执行机构的实际位置与限位开关的位置进行对比发送到控制系统。机械手的结构工作原理图如图2-1所示。
图2-1机械手结构图
2.2机械手的工作过程
机械手电气控制系统，除了有多功能的特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。当工作模式是手动模式时，每次按一个开关，执行完一步之后就会停止，比如按了上升的按钮，就只会上升，上升到限位开关位置就会停。单步运行时，按一下功能按钮就向前面一步执行一个。这是一个将低处的工件放到高处来，当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。
这次设计的机械手用于工厂自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如下图所示：
图2-1机械手的控制流程图
2.3机械手的控制要求
机械手能实现手动、回复位、单步、单周期和连续等五种工作模式。手动的工作模式的运行，就是在控制面板上按到按钮的开关来实现各种相对应的动作，比如你要上升就按下上升的按钮。机械手回到复位工作模式时，只需要按下“回复位”按钮，则机械手就会自动返回原位；机械手单步工作模式时，每按一次起动按钮机械手会根据流程图的方式向前执行一步；机械手选择单周期工作方式时，每按一次起动按钮，机械手只会运行一个流程周期就停下，最后会回到原点上；机械手连续工作方式时，机械手向前执行一步；只要按下起动按钮，机械手就会连续循环动作，直到按下停止按钮，机械手才会最后运行到原位并停下；而在传送工件的过程中，机械手必须升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其它工件。并在最高点和最低点都有相应的限位开关。
2.4气动控制回路
本设计采用气动控制方式，用气压传动控制机械手臂的运动，其中气缸由电磁换向阀控制的，控制机械手的左右摆动、上下升降和气爪抓紧和松开工件。具体图如下图所示。如图中当Y0.1电磁铁Y0.1b端通电时，电磁换向阀是右位状态，缸体缩回，即机械手上升，当当Y0.1电磁铁Y0.1a端通电时，电磁换向阀是左位状态缸体伸出，即机械手下降。当Y2.3电磁铁Y2.3b端通电时，电磁换向阀是右位状态，缸体缩回，即机械手右摆，当当Y2.3电磁铁Y2.3a端通电时，电磁换向阀是左位状态，缸体伸出，即机械手左摆。当Y4电磁铁Y4b端
通电时，电磁换向阀是右位状态，缸体缩回，即机械手抓紧工件，当当Y4电磁铁Y4a端通电时，电磁换向阀是左位状态缸体伸出，即机械手放松工件。
第3章机械手控制设计
3.1 PLC的选型
三菱FX系列可编程控制器是现在世界上最先进的PLC，编程简单。在三菱可编程控制器中，有几种控制方式，可以通过输入控制的制冷表程序，也可以通过控制梯形图来控制。梯形图有步进的方式和经典的方式。编程简单，检查编程程序简单明了。这个还可以向外扩展，实现更多功能
本设计PLC控制机械手系统采用FX系列PLC作为控制核心，FX2N系列是三菱PLC中FX家族中最先进的系列，所以本次设计采用的FX2N-40MR的PLC。是三菱PLC中价格最便宜，大小很小，体积小质量轻，不需要占多大地方。适合学习用电磁阀输出，24V供电，编程的时候有专门的编程器。设计选用FX2N－40MR，其中使用了输入继电器（X）15个点，使用了输出继电器(Y)9个点，辅助继电器(M)。还有很多按钮开关和限位开关，限位开关一般都是光电感应开关，运行时各功能的指示灯。
3.2 PLC的I/O分配
机械手的运行包括机械手的上下升降、左右摆动、夹紧和松开工件、机械手气爪的伸缩。每个运行的状态都有相应的限位开关，都是位磁感应开关。机械手工作有手动和自动两种状态，都有相应的按钮开关来控制。PLC输入端都是实现各种功能的开关，输出端就是电磁阀控制。具体的机械手PLC控制输入I/O分配如表3-1所示，输出I/O分配如表3-2所示。
表3-1机械手PLC控制输入I/O分配表
表3-2机械手PLC控制输出I/O分配表
第4章外部接线图
FX2N-40MR外部接线图如图4-1所示。PLC控制器通过外接220V电压接入，电压通过漏电断路器进行系统保护，15个输入端口分别接入相应的按钮开关以及相应的限位开关，保证机械手的正常运行。输出端接了7个电磁阀以及两个运行指示灯。一个是自动运行灯，一个是夹紧工件的指示灯，因为这两个对于机械手系统很重要，自动指示灯亮起来，表示系统自动控制，不需要人去按钮，只有当你想停止下来，才去按停止按钮，自动控制停止运行，机械手回到原点。还有一个夹紧指示灯很重要，当你手动运行时，一定要等工件夹紧了，才可以运行下一个操作，防止发生意外，因为有的工件光滑，防止发生滑落。
图4-1 FX2N-40MR外部接线图
第5章机械手转移图和梯形图
5.1机械手转移图和梯形图设计
本次设计的机械手控制设计是采用的简单的经典的方法来控制的，这种方法程序梯形图简单，一步一步的执行下去，当按下停止按钮就会停止回到原点。根据设计的流程图来画出控制梯形图。
本次设计的机械手控制设计是采用的简单的步进的方法来控制的，这种方法程序梯形图简单，一步一步的执行下去，当按下停止按钮就会停止回到原点。根据设计的流程图来画出步进梯形图。先开机按到自动模式，自动控制的指示灯就会亮起来。机械手就会自动右摆到右限位开关处就会进行下一步。右摆完成后就会把气爪伸出来，伸出完毕后，机械手手臂就会下降，下降到下限位开关，就会夹紧运送的工件，当夹紧到限位开关要求后，夹紧指示灯就会亮起来。当指示灯亮起来后，手臂会上升，上升到上限位开关处，气爪就会缩回来，缩回到限位开关要求时，就会将工件放下，放下工件后，机械手就会左摆，左摆到左限位开关处，就回到原点了。其具体自动控制梯形图如图5-1所示，其具体手动控制梯形图如图5-2所示。
图5-1自动控制梯形图
图5-2手动控制梯形图5.2机械手指令程序
5.2.1机械手自动控制指令程序
机械手自动控制指令程序：
上面这个指令表均含有其语句程序的注释，自动控制的程序采用的是步进的方式，一步一步的执行，其中还有延时继电器T0、 T1 、T2，延时30ms和延时20ms的。每一步都有停止按钮的程序，意思就是只有按了停止按钮，不管进行到那一步都会停止下来。这是自动的指令表，当进行最后一步以后，会自动回到第一步，一直循环下去。
5.2.2机械手手动控制指令程序
（1）机械手手动左右摆动指令程序:
以上程序是机械手左右摆动手动控制程序，左右摆动按钮分开，当你需要手臂左摆就按下左摆按钮，右摆就按下右摆按钮，运行完成指令后，自动回到原点上。
（2）机械手升降运行指令程序：
上面程序是机械手手动升降控制程序，通过按钮的方式来手动控制机械手上升和下降运行，运行完成后悔自动回到原点。
（3）机械手手动伸缩气爪程序：
以上程序是手动控制气爪伸缩的控制，还有夹紧工件指示程序。执行完每一个操作就会回到原点等待下一步指示。
结论
本文主要介绍了三菱PLC在机械手自动控制和手动控制的应用，通过按钮开关来自动和手动实现机械手的左右摆动、上下升降、气爪伸缩、气爪夹紧工件。本次设计控制方式采用的是经典编程的形式，这种方式控制编程简单，条理简单明了。机械手对于工厂的生产有着重要的作用，这个自动手动程序和控制设计图都是自己慢慢研究出来，最后通过实验完成了设计。这次设计要感谢我的导师对我的毕业论文辅导，指出我的不足点，帮助我完成大学毕业设计。这次毕业设计让我明白了系统设计的全面性，要十分的严谨对待，要考虑机械手的每一个你可以想到的功能，并且要设计出来。
参考文献
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