请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！ 物料分拣机械手自动化控制系统设计物料分拣机械手自动化控制系统设计 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 PLC 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 PLC 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。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。 关键词关键词: : 机械手；可编程控制器；自动化控制；物料分拣 请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！ 目 录 第一章 前言 .1 1.1 研究的目的及意义.1 1.2 主要研究的内容.1 第二章 控制系统的组成结构和性能要求 .2 2.1 控制系统的组成结构.2 2.2 控制系统的性能要求.2 第三章 传感器的选择 .4 第四章 控制系统 PLC 的选型及控制原理 .6 4.1 PLC 控制系统设计的基本原则.6 4.2 PLC 种类及型号选择.10 4.3 I/O 点数分配.10 4.4 PLC 外部接线图.11 4.5 机械手控制原理.12 第五章 PLC 程序设计.14 5.1 总体程序框图.14 5.2 初始化及报警程序.15 5.3 手动控制程序.16 5.4 自动控制程序.16 第六章 总结与展望 .19 参考文献 .20 谢辞 .21 请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！ 第一章 前言 1.1 研究的目的及意义 随着工业的高速发展，机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业 生产中得到了广泛的应用。它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实 现生产的机械化和自动化；并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全， 被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。 可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具 有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在机械手控制系 统中使用最多的控制方式。使用 PLC 的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动 作精度高等优点。 适应工业需要，本课题试图开发 PLC 对物料分拣机械手的控制，并借助必要的精密传 感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，动作灵活多样，适用于可变 换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。采用 PLC 控制，是一种预先 设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持 久的作业，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动 或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转 换工作的费用。本设计主要完成机械手的控制系统的设计。 1.2 主要研究的内容 本论文主要研究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 （PLC）对机械手进行控制，主要包括对PLC的型号选择、传感器类型进行选择、I/O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。 请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！ 第二章 控制系统的组成结构和性能要求 2.1 控制系统的组成结构 机械手的控制系统一般是使机械手运动协调为目的，包括高性能的计算机及相应的系统 硬件和控制软件。 机械手的控制部分可分为 4 个部分：机械手及其感知器、环境、任务、控制器。机械手 是由各种机构组成的装置，它通过感知器的内部传感器实现本体和环境状态的检测和信息交 互；环境即指机械手所处的周围环境；任务是指机械手要完成的操作，它需要适当的程序语 言描述，并把它们存入控制机中，随着系统的不同，任务的输入可能是程序方式，或文字、 图形或声音方式；控制器包括软件和硬件两大部分，相当于机械手的大脑，它以计算机或专 用控制器运行程序的方式来完成给定的任务。 控制系统的硬件一般包括 3 个部分： (1)感知部分 用来收集机械手的内部和外部的信息，如位置、速度、加速度传感器可 接受机械手的本体状态，而视觉、触觉、力觉等传感器可感受机械手的工作环境的外部状态。 (2)控制装置 用来处理各种信息，完成控制过程，产生必要的控制指令，它包括计算 机相应的接口等。 (3)驱动部分 为了使机械手完成操作及移动功能，机械手各关节可选用气动、液动、 电气等方式驱动。 2.2 控制系统的性能要求 对于一般的控制系统有以下控制的要求： 1、稳定性 稳定性是系统受到短暂的扰动后其运动性能从偏离平衡点恢复到原平衡点状态的能力。 稳定性是一般自动控制必须满足的基本要求，对稳定性的研究是自动化控制系统中的一个基 本问题。 2、过渡过程性能 描述过渡过程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系统由初始状态运动到新 的平衡状态时具有较小的超调和震荡性；系统由初始状态运动到新的平衡状态经历的时间表 示系统过渡过程的快速程度。 3、稳态误差 稳态误差是在过渡过程结束后，期望的稳态输出量与实际的稳态输出量之差。控制系统 请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！ 的稳态误差越小，说明控制精度越高。因此，稳态误差是衡量控制系统性能好坏的一项重要 指标，控制系统设计的任务之一就是在兼顾其他性能指标的情况下，使稳态误差尽可能小或 者小于某个允许的限制值。 请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！ 第三章 传感器的选择 传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。它主要被用于检测 系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信息。 根据本设计的要求需要对位置检测装置、滑觉传感器、视觉传感器进行选用。位置检测 装置检测机械手动作是否到位，滑觉传感器是判别物料是否被稳定吸住，视觉传感器是为了 完成机械手对物料的识别。 1.位置检测装置 在本设计中，当机械手执行左旋/右旋，前伸/回缩，上升/下降等动作时，应有相应的 位置检测装置检测动作是否到位，常用的位置检测装置是行程开关。行程开关又称限位开关， 是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，用于控制机械设备的行程及限位保护。 本设计中采用直线接触式行程开关检测机械手动作是否到位，当运动到指定位置时，碰到行 程开关，终结上一个动作，准备执行下一个动作。 2.滑觉传感器 机械手吸取物体时按吸力的大小可分为硬吸取和软吸取。硬吸取是吸盘用最大的吸力吸 取物体，以保证可靠性；软吸取方式是吸盘使吸力保持在能稳固吸取物体的最小值，以避免 损伤物件。软吸取时吸力不够时被吸物体会产生滑动，滑觉传感器就是为了检测滑动而设计 的，可以检测垂直于吸物方向物体的位移、由重力引起的变形，以达到修正吸力，防止吸取 物的滑动。 3.视觉传感器 机械手视觉的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能够对不同的物体进行识别，本机械手 采用颜色传感器，根据不同物料有不同的颜色，可以针对一种颜色的物料进行拣出。 目前，用于颜色识别的传感器有两种基本类型：（1）色标传感器，它使用一个白炽灯 光源或单色 LED 光源；（2）RGB（红绿蓝）颜色传感器，它检测物体的对三基色的反射比率， 从而鉴别物体颜色。这类装置许多是温反射型、光束型、光纤型的，封装在各种金属和聚碳 酸脂外壳中。典型的输出有：NPN 和 PNP、继电器和模拟输出。 颜色传感器有光到光电流转换器、光到模拟电压转换器和光到数字电压转换器。 光到数字电压转换器由搭配 RGB 滤波器的光电二极管阵列、模似数字转换器及用于通信 和灵敏度控制的数字核心组成。输出允许直接接口微控制器或其它逻辑控制通路，如 2 线串 行接口，以进一步处理信号，而不需额外的器件。 优点：提供抗噪声干扰能力，简化外围电路设计，改善空间利用率，降低组装成本 。 请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！ 缺点：只通过 2 线串行接口模块提供到微控制器或 PC 的直接接口，响应时间由内置模 拟电路和数字电路预先确定，预先确定模拟数字转换分辨率，光到数字转换器适合要求抗噪 声能力、缩短设计周期、加快产品开发周期及光线条件和空间利用率设计精良的应用。 为了便于 PCL 控制程序的编写，利于公司企业的经济效益，综合其各种情况，在本设计， 选择 RGB 颜色传感器着为识别物料颜色的装置，继电器输出方式，便于 PLC 控制系统的简单 化，控制系统更容易实现。 请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！ 第四章 控制系统 PLC 的选型及控制原理 4.1 PLC 控制系统设计的基本原则 PLC 机型的选择： PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳 的性能价格比。选择时主要考虑以下几点： 1.确定合理的结构型式 PLC 主要有整体式和模块式两种结构型式。 整体式 PLC 的每一个 I/O 点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系 统工艺过程较为固定的小型控制系统中。考虑此系统控制比较简单，应用于小批量的生产线 故