三自由度气动机械手搬运系统的设计与开发[机电PLC][西门子]【真空吸盘】【6张CAD图纸】

0机械手装配

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。对气动搬运机械手的整体结构、执行结构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，控制系统中选择西门子S7-200PLC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。
通过以上部分的工作，完成三自由度气动机械手控制系统的设计，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。

关键词:机械手，气动控制，PLC。

Abstract
In the field of advanced manufacturing robot plays a very important role. It can carry cargo, sorting items, replace human heavy labor. Can achieve production mechanization and automation, can operate in hazardous environments to protect the personal safety, it is widely used in machinery manufacturing, metallurgy, electronics, light industry and nuclear sectors.
Throughout this paper, the recent development of the robot based on the combined aspects of robot design, robot technology for the systematic analysis, proposed a pneumatic drive and PLC control design. Pneumatic Manipulator for handling the overall structure of the implementation of structural and control systems analysis and design. In its drive system with pneumatic drive, control system Siemens S7-200PLC selected control unit to complete the system initialization function, the robot moves, fault alarm functions.
Through the above part of the work, the completion of three degrees of freedom pneumatic manipulator control system design, on the other economic type PLC control system design also has certain reference value.

Keywords: robot, pneumatic control, PLC.

目录

摘要i
Abstract ii
第一章引言- 1 -
1.1研究的目的及意义- 1 -
1.2机械手在国内外现状和发展趋势- 1 -
1.3主要研究的内容- 2 -
第二章机械手整体方案的确认- 4 -
2.1执行机构坐标形式的选择- 4 -
2.1.1直角坐标式机械手- 4 -
2.1.2圆柱坐标式机械手- 4 -
2.1.3球坐标式机械手- 5 -
2.1.4关节式机械手- 5 -
2.2执行机构的组成- 6 -
2.3执行机构各部分的分析与选择- 6 -
2.3.1手部的选择- 6 -
2.3.2手臂结构的选择- 7 -
2.3.3机座结构的选择- 9 -
2.4执行机构的工作原理- 9 -
2.5执行机构简图- 10 -
第三章驱动系统的设计- 11 -
3.1驱动系统的分析与选择- 11 -
3.2机械手驱动系统的控制设计- 12 -
3.3气动元件选取及工作原理- 13 -
3.3.1气源装置- 13 -
3.3.2执行元件- 14 -
3.3.3控制元件- 15 -
3.3.4辅助元件- 16 -
3.3.5真空发生器- 17 -
3.3.6吸盘- 17 -
3.4气动回路的工作原理- 17 -
第四章气动机械手PLC控制系统硬件设计- 21 -
4.1 PLC概述及其系统组成- 21 -
4.2控制系统的组成结构- 25 -
4.3传感器的选择- 25 -
4.3.1位置检测装置- 25 -
4.3.2视觉传感器- 26 -
4.4 PLCI/O点数的分配与选型- 26 -
4.4.1点表分配- 26 -
4.5系统电气控制接线图设计- 27 -
第五章气动机械手PLC控制程序的设计- 31 -
5.1机械手控制原理- 31 -
5.2 PLC程序设计- 31 -
5.2.1手动/自动选择程序- 31 -
5.2.2复位程序- 32 -
5.2.3到位显示程序- 32 -
5.2.4手动运行程序- 33 -
第六章总结与展望- 35 -
参考文献- 36 -
致谢- 37 -
附录- 38 -

第一章引言
1.1研究的目的及意义
机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，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，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。
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对气动搬运机械手的控制，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硬件部分与软件部分设计。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。

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电路图3张

气动机械手示意图

气动原理图