基于plc控制物料分拣机械手自动控制系统

基于plc控制物料分拣机械手自动控制系统内容摘要：

的连续式容积加料设备，能均匀连续地将物料喂送到下一设备中，喂料量可以调节，可 喂送粉状、小块状的物料（如煤粉、粘土等），是一般磨机、烘干机的常用配套设备。 只要有吊开式和吊闭式两种。 圆盘给料机广泛适用于冶金、矿山、建材、煤炭、电力等行业的各种非粘性物料的喂送。 圆盘式给料机为容积式计量的给料设备，它能均匀、连续地将物料喂送到下一道工序，并且能够承受较大的仓压。 作为细粒物料给料设备，适用于运送粉状、料状或小块状态的各种非粘性物料，如煤粉、水泥、熟料、石灰石、页岩、煤矸石、粘土等粉状、粒状或小块状物料。 可广泛应用于选金厂，采煤厂与化工，基建及机械化的铸造车间等作连续均匀、定量的给料和配料之 用。 本机构造简单，调整方便，性能优越。 本机适用输送物料粒度不大于 50mm，不适宜输送粘性较大、不易流动的物料和流动性特别好的物料。 圆盘给料机结构特点 圆盘给料机为吊装、密闭式。 主要用于要求减少漏风或扬尘的系统，从而将环境污染减少到最小程度。 圆盘给料机结构主体是绕垂直轴旋转的圆盘。 圆盘中部有一位于接料仓下口而高度可调的下料套筒，物料从下料套筒和圆盘的间隙中漏散出来，并被刮板将物料从圆盘上刮落下来。 喂料量可通过改变下料套筒和圆盘的间隙大小和卸料位置来调整。 设有观察窗口，可随时观测 物料的喂送情况及设备的运行情况。 分拣机械手臂中圆盘的基本结构和功能 在本题中，圆盘起到 连续地将物料喂送到下一道工序 ，为下一道工序提供原料。 基本结构就不述了。 基于 PLC 控制物料分拣机械手自动控制系统 机械手臂部分 机械手简介 mechanical hand 也被称为自动手， auto hand 能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。 它可代替人的繁重劳动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，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部和运动机构组成。 手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。 运动机构，使手 部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。 运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。 为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。 自由度是机 械手设计的关 键参数。 自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。 一般专用机械手有 2～ 3 个自由度。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用 作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。 有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。 近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作 和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如： (1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。 (2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中 它可以用来组装零部件。 毕业设计（论文） 9 (3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。 (4)可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。 (5）宇宙及海洋的开发。 (6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。 机械手简述 :机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。 1． 执行机构 机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。 手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。 手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。 简单的机械手可以没有手腕。 支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。 2．传动系统 执行机构的动作要由传动系统来实现。 常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动 等几种形式。 机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。 机械手的选择 由于机械手是 在 搬运中 的应用 ，所以采用 传送带加旋转的 机械手 类型。 此机械手易于操作，性能可靠。 本题搬运机械手的基本结构 由气动手爪、导杆气缸、旋转气缸、电磁阀等组成， 主要完成下列动作：气动机械手手臂下降，气动手爪夹紧物料，机械手手臂上升，手臂旋转到位，手臂下降，悬臂左移，悬臂右移，手爪松开将物料放入运料小车，机械手手臂上升，机械手返回原位，等待下一个物料到位，重复上面的动作。 如图 31 所示： 基于 PLC 控制物料分拣机械手自动控制系统 图 31 机械手臂结构原理图 (1)气动手爪：完成工件的抓取动作，由单向电控气动阀控制。 (2)导杆气缸：控制气动手爪的上升和下降、左移和右移，由单向电控气动阀控制。 (3)旋转气缸：控制机械手的旋转，由单向电控气动阀控制。 (4)磁性传感器：用于气缸的位置检测。 当检测到气缸准确到位后将给 PLC 发出一个到位信号。 自动分拣机 系统图的介绍 1． 简介 自动分拣机是自动分拣系统的一个主要设备。 它本身需要建设短则 4050 米，长则150200 米的机械传输线，还有配套的机电一体 化控制系统、计算机网络及通信系统等，这一系统不仅占地面积大，（动辄 20200 平方米以上），而且还要建 34 层楼高的立体仓库和各种自动化的搬运设施（如叉车）与之相匹配，这项巨额的先期投入通常需要花1020 年才能收回。 2. 作业描述 该系统的作业过程可以简单描述如下：物流中心每天接收成百上千家供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种商品，在最短的时间内将这些商品卸下并按商品品种、货主、储位或发送地点进行快速准确的分类，将这些商品运送到指定地点（如指定的货架、加工区域、出货站台等），同时，当供应商或货主通 知物流中心按配送指示发货时，自动分拣系统在最短的时间内从庞大的高层货存架存储系统中准确找到要出库的商品所在位置，并按所需数量出库，将从不同储位上取出的不同数量的商品按配送地点的不同运送到不同的理货区域或配送站台集中，以便装车配送。 3．主要特点 毕业设计（论文） 11 能连续、大批量地分拣货物 由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，因此自动分拣系统的分拣能力是人工分拣系统可以连续运行100 个小时以上，每小时可分拣 7000 件 包装商品，如用人工则每小时只能分拣 150 件左右，同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作 8 小时。 分拣误差率极低 自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在 3%以上，如采用条形码扫描输入，除非条形码的印刷本身有差错，否则不会出错。 因此，目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。 分拣作业基本实无人化 国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率 ，因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。 分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用仅局限于以下工作：（ 1）、送货车辆抵达自动分拣线的进货端时，由人工接货。 （ 2）、由人工控制分拣系统的运行。 （ 3）、分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车。 （ 4）、自动分拣系统的经营、管理与维护。 如美国一公司配送中心面积为 10 万平方米左右，每天可分拣近 40 万件商品，仅使用 400 名左右员工，这其中部分人员都在从事上述（ 1）、（ 3）、（ 4）项工作，自动分拣线作到了无人化作业。 自动分拣系统一般由控制装置 、分类装置、输送装置及分拣道口组成。 控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。 这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。 分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机 或进入分拣道口。 分类装置的种类很多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种，不同的装置对分拣货物的包装材料、包装重量、包装物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。 输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。 分拣道口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，一般由基于 PLC 控制物料分拣机械手自动控制系统 钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口 的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。 以上四部分装置通过计算机网络联结在一起，配合人工控制及相应的人工处理环节构成一个完整的自动分拣系统。 编辑本段适用条件 二次大战以后，自动分拣系统逐渐开始在西方发达国家投入使用，成为发达国家先进和物流中心，配送中心或流通中心所必需的设施条件之一，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，因此，在发达国家，物流中心、配送中心或流通中心不用自动分拣系统的情况也很普遍。 在引进和建设自动分拣系统时一定要考虑以下条件： 一次性投资巨大 对商品外 包装要求高 主要组成与功能 图 32 分拣部分结构原理图 由传送带、货台、 步进 电机、 步进电机驱动器 等组成，主要完成将不同的物料运送到相应的货台上 如图 32 所示。 (1)步进电机以及步进电机驱动器 ：用于控制 传送带 的运行。 通过 频 率 进行精确定位。 (2)推料气缸：将物料推到货台上，由单相电控气动阀控制。 (3)磁性传感器：用于气缸的位置检测。 当检测到气缸准确到位后将给 PLC 发出一个到位信号。 （磁性传感器接线时注意：蓝色接 “ ” ，棕色接 “PLC 输入端 ” ）。 （ 4）物体检测传感器： 用于 物体 的位置检测。 当检测到 物体 准确到位后将给 PLC 发出一个到位信号。 毕业设计（论文） 13 第 四 章 物料分拣机械手系统关键部件的使用。