基于PLC的翻轉(zhuǎn)機械手設(shè)計

1、圖書分類號：密 級：畢業(yè)設(shè)計(論文)基于PLC的翻轉(zhuǎn)機械手設(shè)計THE DESIGN OF TURNING MANIPULATOR BASED ON PLC學生姓名班 級學院名稱專業(yè)名稱指導教師 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。論文作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)協(xié)議書本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用

2、學位論文的規(guī)定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學位論文的紙本復印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱?？梢怨紝W位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。論文作者簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要本文在對熟悉了PLC控制和翻轉(zhuǎn)裝置機械結(jié)構(gòu)的原理上，根據(jù)任務(wù)要求書的翻轉(zhuǎn)要求，采用了整體化的設(shè)計思想，充分利用了硬件和軟件系統(tǒng)的相互結(jié)合，設(shè)計了一臺利用PLC控制的翻轉(zhuǎn)機械手裝置。本設(shè)計以西門子S7-200系列

3、PLC為主控制器，使用步進電動機作為動力源，利用絲杠把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，結(jié)合氣壓控制技術(shù)完成吸盤對箱體的吸取，并運用PLC編程技術(shù)實現(xiàn)對大小不相同的箱體的翻轉(zhuǎn)。在設(shè)計中參考了以往機械手設(shè)計的經(jīng)驗，并且結(jié)合自己所學知識進行研究。本設(shè)計具有應(yīng)用范圍廣，可適應(yīng)惡劣環(huán)境，自動化程度高、可翻轉(zhuǎn)不同規(guī)格箱體、控制簡單、運行穩(wěn)定的特點。本設(shè)計應(yīng)用到實際生產(chǎn)中能夠減輕員工工作的強度，提升生產(chǎn)的效率，降低生產(chǎn)的成本。關(guān)鍵詞 PLC；機械手；步進電機；絲杠AbstractThis article in the familiar with PLC control and turn-over device o

4、n the principle of mechanical structure, according to the requirements of the certain flip, the integration of design ideas, fully use of the hardware and software, designed a flip manipulator based on PLC control device.The design of the Siemens S7-200 series PLC as the main controll

5、er, the stepper motor is used as the power source, the use of screw rotary motion of the stepper motor into linear movement, combined with pneumatic control technology to realize sucker to suck the box, andflip the box of differen

6、t sizes using PLC programming technology. In reference to the design ofthe manipulator design experience, and combine their knowledge of. This design has wide application range, can adapt to the harsh environment, high degree of automa

7、tion, turnoverbox, different specifications of simple control, stable operation. This design is applied to the actual production can reduce labor intensity, improve the production safety, reduce productioncosts.Keywords PLC Manipulator Stepper m

8、otor Screw目 錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 選題背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢11.3 選題意義與目的21.4 設(shè)計原則22 執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計42.1 本設(shè)計具體采用方案42.1.1 本設(shè)計的初步結(jié)構(gòu)42.1.2 本設(shè)計總體流程圖52.2 驅(qū)動方式比較與選擇62.3 主要機構(gòu)的選型與設(shè)計72.3.1 滾珠絲杠介紹與校核72.3.2 步進電機的介紹與選型122.3.3 驅(qū)動器選型與介紹172.3.4 超程保護設(shè)計192.3.5 限位開關(guān)選型202.3.6 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的脈沖計算202.3.7 真空裝置212.3.8 直流穩(wěn)壓源的選型232.3.9 繼電器選型232.3.10

9、橫梁的選擇與校核243控制系統(tǒng)的設(shè)計263.1 西門子PLC介紹263.2 PLC的選型273.3控制電路的設(shè)計283.3.1 電路整體設(shè)計思路283.3.2 西門子S7-200接口示意圖283.3.3 PLC與驅(qū)動器連接示意圖293.3.4 I/O地址分配303.4 PLC脈沖子程序參數(shù)設(shè)計303.5主程序設(shè)計323.6 軟件調(diào)試34結(jié)論35致謝36參考文獻37附錄381 緒論1.1 選題背景機械手是近些年出現(xiàn)的具有高科技技術(shù)含量的用來輔助生產(chǎn)的工具。它是通過用戶編程來實現(xiàn)預先的設(shè)定的工作任務(wù)，在結(jié)構(gòu)和功能上面具備人和機器共同的優(yōu)點，特別表現(xiàn)在人的智能化和適應(yīng)能力上。機械手工作的精確性和穩(wěn)定

10、性以及在各種場合中完成任務(wù)的能力，在現(xiàn)代高速發(fā)展的制造行業(yè)中有著廣闊的發(fā)展前景。機械手是機械機構(gòu)和控制技術(shù)，傳感器技術(shù)相互結(jié)合發(fā)展而來的一種新型自動化裝置。在目前生產(chǎn)過程中，機械手被應(yīng)用到自動化生產(chǎn)線中已經(jīng)越來越廣泛，機器手的研發(fā)與制造已屬于高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，快速發(fā)展而來的一種新興技術(shù)。機械手的研發(fā)與完善體現(xiàn)了自動化行業(yè)的較高水平。當前機械手的工作并沒有人手那么靈活，但是機械手能夠完成繁重枯燥的勞動，不怕相對惡劣的工作環(huán)境，不害怕危險，工作精度高。因此廣泛被很多制造行業(yè)接受。機械手并不僅僅是用來代替人進行勞動，而是同時結(jié)合了人和機械的特性的一種自動化裝置。它既可以像人一樣對外界環(huán)境進行分析和判斷，

11、也可以像機器一樣進行長期，枯燥的生產(chǎn)工作。從一定意義上來講，它屬于機器在生產(chǎn)過程中演變而來的升級產(chǎn)物。PLC最先進入我國的時候 ，只是用來進行離散量控制。隨著現(xiàn)代工業(yè)和計算機網(wǎng)絡(luò)急速的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用也變得更加廣泛，人們對控制要求的水平的不斷提高，PLC功能也演變的越來越多，現(xiàn)待PLC不僅可以控制單個機構(gòu)運動同時也能實現(xiàn)多機構(gòu)的同時控制，既可以進行邏輯控制也可以展開過程控制，運動控制，數(shù)據(jù)處理。PLC的具有可編程功能，被廣泛應(yīng)用到柔性制造系統(tǒng)中，當工件改變候，柔性制造系統(tǒng)非常方便進行調(diào)整，減小了企業(yè)的投資成本，增強了企業(yè)的市場競爭能力。PLC控制機械手兼顧了PLC可編程技術(shù)和機械可長期工

12、作的特性，能夠根據(jù)生產(chǎn)的需要更加方便的做出調(diào)整，控制思路明確。當前我們國家的在智能機械手發(fā)展和應(yīng)用和世界上先進國家存在一定的差距，PLC控制機械手的研發(fā)和使用將會直接關(guān)乎到我國生產(chǎn)制造行業(yè)的前景，將會決定與世界先進制造國家的競爭力，同時也反映我國自動化的水平。由上可知無論從經(jīng)濟、技術(shù)方面來講進行PLC控制機械手的研究是非常必要的。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢隨著它的應(yīng)用越來越廣泛，機械手的研究變成了很多國家和研發(fā)機構(gòu)討論的焦點，綜合國內(nèi)外的研究成成果，可以看出機械手的發(fā)展的趨勢如下：第一：機電相互結(jié)合，可編程功能越來越強，在機械機構(gòu)的支撐下結(jié)合當前電子技術(shù)和控制技術(shù)，更加適用于柔性制造系統(tǒng)。第

13、二：隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，集成度也來越高，導致控制機構(gòu)的體積大大減小，進而可以讓機械手在更小的空間內(nèi)進行工作。第三：機械手的機械結(jié)構(gòu)將面向標準化生產(chǎn)，使用模塊化的結(jié)構(gòu)，方便日后的維護與保養(yǎng)。第四：傳感器的功能越來越完善，一個機械手將會使用到若干個傳感器，通過傳感器來確定當前的工作狀態(tài)與工作華景，判斷下一步是否應(yīng)該進行下一步動作，使得機械手在生產(chǎn)過程中更加的智能化第五：機械手將會朝著個人計算機的開放型控制器方向進行發(fā)展，以便使用者對其進行集中化，網(wǎng)絡(luò)化的管理。綜上可知，機械手發(fā)展的大概能夠分成兩個方向：一.機械手將會變得更加的智能化，網(wǎng)絡(luò)化，反饋系統(tǒng)和傳感器技術(shù)大量引用，開放性進一步提高，機械和

14、控制更有機的集合，可控性更強，精度更高。二.機械手將更加廣泛的應(yīng)用到實際的生產(chǎn)中，代替原來人工生產(chǎn)作業(yè)。各個機構(gòu)模塊通用型增強，降低機械手的投入成本同時在滿足任務(wù)要求的情況下可靠性更強，性價比更高。1.3 選題意義與目的機械手的高速發(fā)展給現(xiàn)代生產(chǎn)行業(yè)帶來了極大地便利，同時大大減少了生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)能。相比于人手，機械手有著很多先天優(yōu)勢，例如機械手可以24小時連續(xù)工作，耐高溫，準確度高，能夠保證產(chǎn)品表面的清潔，同時機械手無情緒，方便統(tǒng)一管理與批量生產(chǎn)，而且?guī)в芯幊滔到y(tǒng)，因此通用性比較好，減少工廠的設(shè)備支出。因此機械手受到越來越多行業(yè)的追捧，例如：第一：在高速發(fā)展的電子行業(yè)，可以代替員工進行產(chǎn)品的

15、搬運，組裝，包裝等。能夠在高溫、有輻射等惡劣換進行長時間工作，減少對員工傷害。第二：可以達到很高的精密度，完成人員工很難完成的工作。本設(shè)計利用了PLC控制技術(shù)、絲杠傳動技術(shù)、步進電機、傳感器等相關(guān)知識，是一個機械和控制的結(jié)合體，提高了傳統(tǒng)純機械的自動化水平，適應(yīng)范圍更廣。本設(shè)計中根據(jù)實際生產(chǎn)時候的需求進行PLC編程使的執(zhí)行機構(gòu)能夠按照預選編寫的程序進行運動，完成特定的翻轉(zhuǎn)，輔助生產(chǎn)。本機械手主要與生產(chǎn)線上的傳送系統(tǒng)組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)對最大為1000*1000*1000mm的箱體實現(xiàn)四面的翻轉(zhuǎn)。當今中國生產(chǎn)行業(yè)正在高速的發(fā)展，本設(shè)計能夠應(yīng)用到生產(chǎn)工廠，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程中箱體方位的變換。這樣

16、減少了工人的勞動量，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時本機構(gòu)可以根據(jù)生產(chǎn)需求，調(diào)整程序來適應(yīng)其他此寸箱體的翻轉(zhuǎn)，能夠降低設(shè)備成本。1.4 設(shè)計原則在本設(shè)計的過程中，一直按照著以下這些設(shè)計原則。1.把實現(xiàn)老師在畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書里給的要求作為最終目的。2.仔細分析本機構(gòu)在實際生產(chǎn)中的環(huán)境，勞動強度。3.在能夠完成特定要求的基礎(chǔ)上機構(gòu)盡可能的簡潔，多使用標準件，方便以后的維修與保養(yǎng)。4.在提高機構(gòu)的可靠性能的同時要考慮制造設(shè)備的經(jīng)濟成本，主要元件的工藝復雜程度。2 執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計2.1 本設(shè)計具體采用方案2.1.1 本設(shè)計的初步結(jié)構(gòu)結(jié)論本設(shè)計論文從機械手的發(fā)展背景和發(fā)展趨勢展開討論，分析了可編程控制器控制機械手

17、的優(yōu)點，明確設(shè)計要求和設(shè)計原則。然后構(gòu)想了本設(shè)計的初步構(gòu)成圖，選擇傳動方案和驅(qū)動種類，在確認機構(gòu)構(gòu)成和驅(qū)動方案可行的基礎(chǔ)上對步進電機進行了介紹，然后根據(jù)設(shè)計要求對電機選型。根據(jù)電機的型號選擇了相對應(yīng)的驅(qū)動器，緊接著選擇傳動方案，介紹了滾珠絲杠的優(yōu)點和傳動特性對滾珠絲杠進行了選型和校核。在主要硬件確認的情況下，介紹了西門子可編程控制器的主要發(fā)展狀況和硬件組成，根據(jù)本設(shè)計要求，選擇了西門子PLC。根據(jù)需要了輸入輸出點個數(shù)，確定了CPU的型號，因為本設(shè)計是需要可編程控制器提供脈沖，因此選擇了晶體管輸出類型。根據(jù)可編程控制器說明書和設(shè)計要求，進行設(shè)計了外部接線圖，在確認接線正確和完成的情況下，按照任務(wù)

18、書要求進行編程序，然后根據(jù)實際生產(chǎn)需求進行程序的調(diào)試。本設(shè)計能夠應(yīng)用到生產(chǎn)工廠，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程中箱體方位的變換。這樣減少了工人的勞動量，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時本機構(gòu)可以根據(jù)生產(chǎn)需求，調(diào)整程序來適應(yīng)其他此寸箱體的翻轉(zhuǎn)，能夠降低設(shè)備成本。從總的任務(wù)要求來說，本設(shè)計能夠完成任務(wù)書中指定的要求。在畢業(yè)設(shè)計期間，學習了大量關(guān)于PLC選型，電機構(gòu)成及工作原理的知識，進一步的了解到機械電子工程的具體內(nèi)容。但是由于設(shè)計時間的和設(shè)計水平的限制，機構(gòu)仍然可以進行改進與研究。大體完善方向有一下內(nèi)容：1.添加力傳感器等相應(yīng)的檢測模塊，實現(xiàn)智能化操作，完成更高一級的自動化。2.可以將步進電機角度細分，提高定位精度

19、。此外，由于設(shè)計水平有限，設(shè)計中存在有不足之處，真誠的希望各位老師和同學進行批評指正。致謝參考文獻1 左建民.液壓與氣壓傳動TH.北京：機械工業(yè)出版社，2005.12 涂善東.安全可靠性現(xiàn)代工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的支持技術(shù)，科技期刊，1998.第3期3 陶湘廳.氣動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景J.機床與液壓,2008,35(8):226-228.4 張毅剛.單片機原理及應(yīng)用.高等教育出版社，2007 5 熊詩波.機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）.機械工業(yè)出版社,2008年 6 王伯雄.工程測試技術(shù).清華大學出版社,2013年 7 張國雄.測控電路（第四版）.機械工業(yè)出版社.2014年 8 張毅剛.單片機原理及接口技術(shù)（C51編程）.人民郵電出版社，2011年9 邱宣懷.機械設(shè)計手冊第四版.高等教育出版社,2006年10 成大先.機械設(shè)計手冊.化工工業(yè)出版社,1993年6 張萬忠 孫晉.可編程控制器入門與應(yīng)用實例.北京：中國電力出版社，200511 Blohoubek, P., Kolíbal, Z.: The knowledge from the Research in the Field of Robotics at UT Brno, Czech Republic. In: Automazione/Automation 1993, BIAS, Milano,