2022年机械手PLC控制 .pdf
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1、毕业设计报告课题:机械手的PLC 控制系部:机电 系专业:电气自动化班级:电气 1332 姓名:王琪学号:2013321026 指导老师:贾君贤2016-6 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 24 页摘 要机械手是工业自动化系统中传统的任务执行机构,是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成;电气方面有交流电机、传感器、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、检测技术等,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 输出三路脉冲,控制机械手横轴和竖轴的精确定
2、位,微动开关将位置信号传给 PLC主机;位置信号由接近开关反馈给PLC主机,通过交流电机的正反转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。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体,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:机械手 PLC 交流电机目录精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 24 页摘要 1引言 2第一章机械手机械结构311 传动机构312 机械手夹持器和机座的结构5第二章机械手PLC 及电机的应用821 PLC 简介 822
3、PLC 内部原理1023 机械手 PLC 选择及参数1224 机械手电机的选用13第三章机械手PLC 控制系统设计1431 机械手的工艺过程1432 PLC 控制系统16致答谢词22参考文献23引言在现代工业中,随着工业现代化的进一步发展, 自动化已经成为现代企精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 24 页业中的重要支柱 , 无人车间、无人生产流水线等等,已经随处可见。同时,现代生产中,存在着各种各样的生产环境,如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等,这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工业机械手是近代自动控制
4、领域中出现的一项新的技术,是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物,并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声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,并取得一定的效果,受到机械工业和铁路工业部门的重视。本课题拟开发物料搬运机械手,采用日本三菱公司的FX2N系列 PLC ,对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等;电气方面由交流电机、操作台等部件组成。我们利用可编程技术,结合相应的硬件装置,控
5、制机械手完成各种动作。由于时间仓促和个人水平限制,我的设计存在着许多还没来得及解决的问题,希望广大老师、同学能够给予批评指正并予以解决。第一章 机械手机械结构11 传动机构1.1.1 螺旋机构精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 24 页螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成,其主要功能是将转动变换为直线运动,并同时传递运动和动力,按螺旋副中的摩擦性质,螺旋机构可以分为滑动螺旋机构和滚动螺旋机构两种类型。按用途可以分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋三种类型。螺旋机构具有结构简单,制造方便,传动平稳,无噪声易于自锁等优点。1.1.2 滑动
6、螺旋机构螺旋副内为滑动摩擦的的螺旋机构,称为滑动螺旋机构。滑动螺旋机构所用的螺纹为传动性能好,效率高的矩形、梯形和锯齿形螺纹。滑动螺旋机构由螺母和螺杆组成。根据机构的组成及运动方式,滑动螺旋机构又分为以下两种。(1)由螺母和螺杆组成的滑动螺旋机构,螺母与机架固联,螺杆转动并移动(如图 1-1b 所示),这种螺旋机构以传递动力为主,故又称传力螺旋机构。一般要求用较小的转矩产生较大的轴向力,多用在工作时间短,速度较低的场合。(2)由螺母、螺杆和机架组成的滑动螺旋机构,如图1-1a 所示,螺杆转动,螺母移动,这种螺旋机构以传递运动为主,故又称为传导螺旋机构。本文所介绍的机械手的竖轴就是用的传导螺旋机
7、构。这种传动形式结构紧凑,刚度较大,传动效率高,精度高。(a)螺杆转动,螺母移动 (b) 螺母固定,螺杆转动并移动图 1-1 1.1.3 滚动螺旋机构精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 24 页螺旋副内为滚动摩擦的螺旋机构,称为滚动螺旋机构或滚珠丝杠。其机构特点是在螺杆和螺母之间设有封闭循环滚道,并在其间放如刚球,当螺杆转动时,刚球沿螺旋滚道滚动并带动螺母作直线运动。按循环方式的不同,分为外循环和内循环两种形式。滚珠始终在循环过程中始终与螺杆保持接触的循环叫内循环。滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环叫外循环(如图1-2 所示)
8、。外循环螺母只需设置一个反向器,当滚珠进入反向器时,就被阻止而转弯,从返回通道回到滚道的另一端,形成一个循环回路。机械手的横向运动采用的便是滚动螺旋传动。滚动螺旋机构摩擦阻力小,动作灵敏度高,传动效率高,可达90% 以上。用调整的方法可消除间隙,传动精度高。图 1-2 12 机械手夹持器和机座的结构1.2.1 机械手夹持器机械手的机械夹持器多为双指手抓式,按其手抓的运动方式可分为平移型和回转型。回转型手抓有可分为单支点和双支点回转型,按夹持方式可以分为外夹式和内撑式。按驱动方式可以电动、液压和气动三种。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第
9、 6 页,共 24 页回转型夹持器结构较简单,但当所夹持的工件直径有变动时,将引起工件轴心的偏移。对平移型夹持器,工件直径的变化不影响其轴心的位置。但其机械机构繁杂,体积大,制造精度要求高。所以当设计机械手夹持器的时候,在满足工件的定位精度要求的条件下,尽可能的采用结构比较简单回转型夹持器。本文设计的机械手采用的是楔槽杠杆式回转型夹持器。如右图所示,装在杆上端的滚子3和楔块之间为滚动接触。当电机带动连杆前进时,通过楔块 4 的斜面和杠杆 1,使两个手抓产生加紧动作和加紧力。当楔块后移时,靠弹簧的拉力使手指松开。这种末端执行器由于楔块和滚子之间为滚动接触,摩擦力小,活动灵活,且机构简单。1.2.
10、2 机座机座是机械手的支撑部件,机座承受机械手的全部重量和工作载荷,所以机座应有足够的强度、刚度和承载能力。另外机座还要求有足够大的安装基面,以保证机械手工作时的稳定行。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 24 页如图 1-3 所示,机械手采用普通轴承作为支撑元件的机座支撑结构。这种结构有制造简单、成本低、安装调整方便等优点。图中电动机3 经减速器4、主动小齿轮 5、中间齿轮 6、大齿轮 7 驱动丝杆 2 旋转,从而驱动升降台上下运动。整个机座安装在基座8 上。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结
11、- - - - - - -第 8 页,共 24 页第二章 机械手 PLC 及电机的应用21 PLC 简介自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC )取代传统继电器控制装置以来,PLC 得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC 的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控的制的首选产品,PLC 在二十世纪八十年
12、代至九十年代得到了迅速发展,世界范围内的PLC年增长率保持为20% 30% 。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大,近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是,在中国等发展中国家PLC 的增长十分迅速。综合相关资料,2004 年全球 PLC的销售收入为 100 亿美元左右,在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC 是由摸仿原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的PLC 只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的
13、工艺要求,并事先存入PLC 的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。PLC 的 CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步(步序号为零)起依次执行到最终步(通常为END指令),然后再返回起始步循环运算。 PLC 每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的 PLC ,循环扫描周期在1 微秒到几十微秒之间。 PLC用梯形图编程,在解算逻辑方面,表现出快速的优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到 1 毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理,16 位(也有32 位的)为一个模拟量。大型PLC使
14、用另外一个 CPU 来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同 I/O 点数的系统,用PLC比用 DCS ,其成本要低一些(大约能省精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 24 页40% 左右)。 PLC没有专用操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本比 DCS要低很多。一个PLC 的控制器,可以接收几千个I/O点(最多可达8000 多个 I/O )。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。PLC 由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。近 10 年来,随着 PLC价
15、格的不断降低和用户需求的不断扩大,越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制, PLC 在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内PLC 在我国仍将保持高速增长势头。通用 PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器,但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器,现在正逐步用通用PLC或定制 PLC取代嵌入式控制器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 24 页22 PLC 内部原理 PLC实质上是一种被专用于
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