基于plc的机械手系统控制-电气自动化毕业设计

基于plc的机械手系统控制-电气自动化毕业设计内容摘要：

本设计主要设计 PLC 的控制部分。 液压操作力最大。 控制系统采用西门子 PLC 控制。 本设计运动形式 :前后、上下两个自由度运动，均由液压伺服系统控制，该控制系统的设计是可以给操作臂一个信号的动力反馈系统。 该工作臂类似一个伸缩仪。 在方位、肩部和肘部上的轴直接控制位置，利用主臂控制速度。 在机械手的操作柄有一个按钮来控制工作头（降低、翻转、倾斜和抓住的装置）。 控制系统的特性是可以使操纵器以一定的速度和精确性进行工作。 工业机械手的结构是基于模组块系 统上的，模组块系统适合于提高移动的速度或特殊类型的工作。 在设计上考虑维修的简单性。 维修的人员需要具备一定的资格，应能处理一般的机械设备的问题或通常液压件的安装。 工业机械手传输在末端工具上的力或负载的感觉到操作者的手中 (动力反馈 )“动力反馈”的意思是在机械手臂末端上的力有一小部分反馈到操作柄。 减少比率意味着操作者必须用 2 公斤的力才能将工具额定的负载举起。 对于动力反馈，操作者有机会感觉在方位、肩部和肘部的轴的负载改变的不同情况 (惯性和加速度 )。 通过提供额外的力，操作者可以优先确定使用的力和搬运的路径，目的 是为了获得一个快慢速。 、 基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计 第 10 页 共 30 页 动力臂的机械构造 动力臂由上臂和一个较底臂 (下臂 )连接组成，它建立一个围绕垂直轴旋转的支撑上。 在垂直面的运动是围绕水平轴 (称之为肩轴 )的上臂运动和围绕第二个水平轴 (称之为肘轴 )下臂的旋转运动叠加而获得的。 上臂的运动是通过液压缸直接控制，下臂的运动是由液压缸通过一个可以围绕肩轴旋转并且通过一个传送横梁来控制。 方位角的运动是通过一个安装支撑面上的液压马达进行控制的，马达通过与基础板连接的差动器的侧伞齿轮上的小齿轮来带动。 通过横梁和和肘部零件的连接保持最终配置部件的位置恒定不 便。 这样上臂和下臂的运动各自具有独立的方向。 控制和伺服系统 操纵臂包含通过三个控制电路操控动力臂所有元件。 操纵柄包含所有控制配置装置上工作头的功能操控装置。 位置控制系统 操作臂上的电位计随该臂的移动给出一个控制电压，同时动力臂的移动带动反馈电位计产生一个极性相反与位移成比例的反馈电压，两者同时输入电子控制器进行比较产生偏差电压，经过电子控制器的转换，输出一相应的电流信号给电液伺服阀，从而操控动力臂移动到操控所要求的位置，若偏差信号为“ 0”，于是动力臂将停止在这个位置。 该 系统并装有压力传感器，它将负载信号输送到电子控制器，起到动压反馈的作用，它将改善系统的动态特性（如：稳定性等） 负载反传系统（原名：动力反馈系统） 工业机械手，为了给操作者在操作过程中能有负载变化的感觉，设置了将机械手传输在末端工具上的力或负载成比例地传到操作者手中的装置。 它使操作者必须使用两公斤的力才能将工具额定的负载举起，可以让操作者有机会感觉在方位、肩部和肘部的轴的负载改变的不同情况（惯性和加速度），通过操作力的改变，操作者可以正确的确定使用的力和搬运的路径，目的是为了获得一个快速和最佳的 工作周期。 基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计 第 11 页 共 30 页 3 机械手 PLC 控制的设计 送料机械手的动作示意图如图 31 所示。 他是一个水平 /垂直位移的机械设备，用来将工作由左工作台搬到右工作台。 图31 送料机械手的工作示意图 根据工艺过程分析控制要求 机械手的全部动作有汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀控制。 其中，上升 /下降和左移 /右移分别由双线圈两位电磁阀控制。 例如当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手下降停止。 只有当上升电磁阀通电时，机械手才上基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计 第 12 页 共 30 页 升；当上升电磁阀端电时，机 械手上升停止。 同样，左移 /右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。 机械的放松 /加紧由一个单线圈两位置电磁阀（称为加紧电磁阀）控制。 当该线圈通电时，机械手加紧，该线圈断电时，机械手放松。 当机械手处于原点时（即左限位开关和上限位开关合上），启动以后，机械手移向 A 点，加紧工件，然后回到原位，移向 B 点，放下工件，再回到原位完成一次动作。 当机械手右移到位并准备下降时，为了确保安全，必须在右工作台上无工作时才允许机械手下降。 也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降。 机械手的动作过程如 图 32 所示。 从原点开始，按下启动按钮时，下降电磁阀通电，机械手下降。 下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。 夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。 上升到顶时，碰到上位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。 右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。 若此时右工作台上无工作，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。 下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。 放松后，上升电磁阀通电，机械 手上升。 上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移。 左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。 至此，机械手经过八步动作完成一个周期。 机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。 自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。 手动操作 手动操作：就是用按钮操作对机械手的每一种运动单独进行控制。 例如，当选择上 /下运动时，按下启动按钮，机械上升；按下停止按钮，机械手下降。 当选择左右运动时，按下起动按钮，机械手左移；按下停止按钮，机械手右移。 当选择夹紧 /放松运动时，按下起动按钮，机械手夹紧；按下停止按钮，机械手放松。 基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计 第 13 页 共 30 页 图 32 机械手动作过程 单步操作 单步操作：每按一次起动按钮，机械手完成一步动作后自动停止 单周期操作 单周期操作：机械手从原点开始，按一下起动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止。 在工作中若按一下停止按钮，则机械手停止重 新起动时，需要手动操作方式将机械手移回原点，然后按一下起动按钮，机械手又重新开始单周期操作。 连续操作 连续操作：机械手从原点开始，按一下起动按钮，机械手的动作将自动的、连续不断地周期性循环。 基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计 第 14 页 共 30 页 在工作中若按一下停止按钮，则机械手动作停止。 重新起动时，须用手动操作方式将机械手移回原点，然后按一下起动按钮，机械手又重新开始连续操作。 在工作中若按一下复位按钮，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。 确定所需的用户输入 /输出设备及 I/O 点数 1. 输入设备 用以生产输 入控制信号。 本设计中应包括： 操作方式转换开关：该开关应有手动、单步、单周期、连续等四个位置可供选择。 手动时运动选择开关：该开关应有上 /下，左 /右，夹紧 /放松等三个位置可供选择。 起动、停止及复位按钮。 开关及按钮在操作屏上的布置如图 33 所示。 位置检测元件：机械手的运动是按行进程原则进行控制的。 其上限、下限、左限、右限的位置分别用限位开关来检测。 无工件检测元件：右工作台上无工件用光电开关来检测。 各限位开关及光电开关的配置如图 32 所示。 2. 输出设备 — 由 PLC 的输出信号驱动的执行元件。 本设计中应包括下降电磁阀、上升电磁阀、右移电磁阀、左移电磁阀、夹紧电磁阀。 基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计 第 15 页 共 30 页 图 33 操作屏布置 为了对机械手处于原点进行指示，还可以配置一个原点的指示灯。 各输出设备的配置如图 32 所示。 根据所确定的用户输入设备及输出设备，可画出 PLC 的 I/O 连接图，如图 14所示。 由图可见， PLC 共需要 15 点输入， 6 点输出。 基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计 第 16 页 共 30 页 基于 PLC 的机械手控制系。