毕业设计论文基于PLC的自动化车间物料搬运装置的设计.docx

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1、基于P1C的自动化车间物料搬运装置的设计本文研究的是一个能够完成自动搬运人物的机械手主要包括四部分：执行机构的设计、气压驱动的设计、P1C控制部分的设计以及结果的仿真和分析。执行机构是为实现搬运功能而设计出的具有手指夹紧、水平伸缩、左右摆动和升降运动四个自由度的机械手。驱动系统采用电磁阀控制的气缸驱动，气压驱动取材容易性价比高等特点，得到用户青睐。机械手的控制系统最重要的构件是可编程控制器（P1C）。通过编程控制电磁阀的通断电控制气体的进出实现对机械手运动的驱动，P1C控制系统不仅具有强大的通用性、适用范围大而且具有极强的抵抗干扰的能力和较高的可靠性，却又编程简单、体型较小。自动化装置能够替代

2、工人在恶劣的环境中工作、不仅能够保护工人的健康、降低劳动强度而且当自动化装置运用到一些对精度要求较高的柔性生产线上，能够持续、快速、准确的完成工作，降低单个产品的加工时间，而且几乎不存在主观错误，产品的质量得到保证是现在制造业中不可或缺的一部分。关键词：物料搬运；P1C；自动化ABSTRACTThemaincontentofthisartic1eisthedeviceforautomatica11ytransportingobjectsintheautomatedworkshop.Itconsistsofthreeparts,actuator,drivingmechanismandcontro

3、1system.Theactuatorisamanipu1atordesignedwithfourdegreesoffreedomforc1amping,horizonta1movement,rotating1eftandright,and1iftingmovementsdesignedtorea1izethecarryingfunction.So1enoid-contro11edcy1indersareusedinthedrivesystem.Pneumatichasthecharacteristicsofsimp1estructure,stronganti-po11utionabi1ity

4、and1owcost.Itisvigorous1ydeve1opedathomeandabroad.Theprogrammab1econtro11er(P1C)isregardedasthecoreofthecontro1system.Thecontro1ofthemovementofthemanipu1atorisachievedbytheprogrammab1econtro11ercontro11ingthepoweroftheso1enoidva1vetochangetheairintakedirectionofthecy1inder.TheP1Ccontro1systemnoton1y

5、hasstrongversati1ity,1argeapp1icationrange,buta1sohasstrongabi1itytoresistinterferenceandhighre1iabi1ity,butitisa1sosimp1etoprogramandsma11insize.Automateddevicescanrep1aceworkersworkinginharshenvironments,noton1ycanprotectworkershea1th,reduce1aborintensity,butwhenautomateddevicesareapp1iedtosomef1e

6、xib1eproduction1inesthatrequirehighaccuracy,theycancomp1etetheworkcontinuous1y,quick1yandaccurate1y,reducetheprocessingtimeofasing1eproduct,andtherearea1mostnosubjectiveerrors.Thequa1ityoftheproductisguaranteedtobeanindispensab1epartofthemanufacturingindustry.Keywords:Materia1hand1ing;P1C;Automation

7、11课题的背景和意义11.2 课题国内外发展现状21.3 本文的主要研究内容32J52.1 执行机构方案设计52.2 机械手各部分结构设计52.2.1 机械手底座的设计52.2.2 轴承的选择62.2.3 上轴承座的选择72.2.4 下轴承座的选择82.2.5 立柱结构设计82.2.6 大臂的结构设计92.2.7 小臂的结构设计92.2.8 气爪的结构设计9第3章驱动机构设计113.1 气动部分设计113.2 手部夹紧气缸设计计算123.3 升降气缸的选择133.4 伸缩气缸的选择153.5 回转气缸的选择17第4章P1C控制部分设计194.1 电磁铁动作顺序194.2 I/O的分配194.3

8、 梯形图21第5章仿真255.1 仿真软件255.2 仿真系统操作255.3 仿真结果分析28第6章总结40参考文献41致谢42第1章绪论1.1 课题的背景和意义第一生产力是科技，每逢科学技术取得新的突破后社会生产力都会迈上一个新台阶。自“智能制造系统IMS”在日本于1900被提出以来，多个国家展开相应的研究计划，随着人类智能科技的不断突破，人工智能技术与工业生产结合的工业生产自动化设备被广泛应用在工业生产过程中的各个环节。工业生产与先进的科学技术相结合诞生了许多伟大的著作，机械手就是其中一个十分重要的角色。工业机械手具有在生产过程中自动控制和调整的功能，它可以在一些危险性较大或者劳动强度较高

9、的工作岗位替代工人进行操作，从而保护工人的健康和降低工人的劳动强度。例如一些存在有毒有害气体的化工生产环节；铸造行业中一些生产环境温度较高的地方；核能发电厂中存在较高放射性物质的地方；大型工件生产过程中的搬运环节等。因为机械手的控制系统采用的是数字顺序控制而且定位精度高，机械手也可以应用在一些加工质量、加工精度有特殊要求的领域，比如手机等电子产品的制造、3D打印、汽车制造等提高产品质量和加工精度。除此之外在一些柔性生产线中机械手可以实现物料的自动加工、搬运、装配等可以极大的提高生产效率，适合现代化的生产趋势。外壳机体、动力系统和控信心处理和指令传输系统共同组成机械手，机械手按动力系统形式的不同

10、可分为四种分别是利用压缩空气驱动、利用液压驱动、电气传动式和机械传动式。气压驱动是以压缩空气为介质推动气压缸中的活塞杆来实现驱动的，主要有气缸、控制进出气的气阀、储气的气罐和压缩空气到指定压力的空压机组成。因为气压驱动的介质是空气，可从空气中直接取用，生产成本低、动作迅速、结构较为简单。在一些环境污染较小、方便维护的场合，气压驱动的机械手是最优的选择。P1C控制系统的诞生是美国一家数字化设备公司在电气控制和计算机技术的基础上研制出来的，研发出来后立刻运用到生产线上，其对生产线生产效率的提高效果引起了世界范围内科学家的高度关注。20世纪70年代科学家尝试将信息处理的能力和接收和发送数据的能力融入

11、到P1C中。此时的P1C拥有比计算机小很多的体型，但却能像一个计算机一样控制。70年代末期，科学家们将计算机技术大量的运用到P1C中，P1C的功能得到了极大的提高。P1C凭借其体积小却具有超快的运算速度和强大的抗干扰能力在现代工业生产控制中占有极其重要的地位。P1C控制的在气动驱动的机械手由于其使用的空气绿色无污染，与电气传动相比，抗干扰能力突出、性价比高对等特点深受用户的喜欢。许多国家和地区都加强对气动机械手的应用和研究。1.2 课题国内外发展现状在1958年以前，工业生产用的机械手最先进的也需要人工通过遥控器来控制，不能脱离人工单独工作。现代工业机械手的初型是在20世纪50年代才被研究出来

12、的，能够自身实现动作的控制机械手才开始逐渐进入人们的视野。现代机械手的技术起源于美国，由美国率先研究并成功，美国科学家经过数年，一点一滴的技术积累，终于在1958年研制出一台具有现代机械手特征的真正意义上的机械手。这台机械手是现代工业机械手的基础。因此是业界工人的世界第一台机械手，但它的结构还较为简单，机身上只安装了一个能够旋转的手臂，手臂的一端安装了一个电磁铁驱动的夹紧机构。采用示教型控制系统。四年之后，美国又一家公司联研制出一台名叫Unimate的机械手，该机械手的执行机构参照的是坦克的炮塔的结构，已经是初步具备四个自由度的机械手，手臂不仅能够实现旋转运动、同时手臂也可以上下范围内实现摆动

13、以及手臂在水平方向一定范围内的伸缩运动运动，而此时的驱动系统发生了更新，去掉了电动机利用液压缸驱动。同年，美国机械制造公司也研制出一台名叫Vewrsatran的机械手，该机械手相对于前者的变化是将上下范围的摆动变成了直线的也升降运动，动力形式与上一款机械手相同。这两款机械手是全世界工业机械手的开山鼻祖。日本自1969年从美国引进了技术后，全国范围内掀起了研究机械手的热潮，七年之后，日本每个大学和国家研究部门将百分之四十有余的科研经费投入到机械手相关的研究中去。到1979年，日本已成为工业机械手发展最快，应用最多的国家，机械手产值超过440亿日元，产量超过14000台。机械手总产量超过世界其它国

14、家总和，每年更以超过50%的速度增长。德国机械手发展紧随其后，当时德国机械的应用首先是在大型机械制造领域，其主要应用的地方还只是大型工件的搬运，还有生产线上的焊接和下料工作。其中比较典型的是KnKa公司生产的点焊机械手，该机械手的机身是十分灵活的关节来组成的，而且该机械手可以用过程序的读入来完成控制。机械手在中国的发展，因为中国国内的技术比较落后加上国外的技术封锁而滞后了很多。但中国在上海生产出第一台机械手后，国内的一些大公司和研究机构开始展开相应的技术研究和应用。尽管中国接触机械手的时间可日本差不多，但由于国内技术与国外差距较大，所以70年代的时候中国主要是技术引进，自身的研究还是十分落后的

15、。在863计划和第七个五年计划中都把机械手技术的研究都提到了十分重要的位置，经过较大的人力、物力、财力的投入，完成了对美国第一代机器人技术及零部件的研究。90年代初期，随着改革开放的不断深入，大量的先进技术涌入国门，本地企业为求生存，全国掀起了技术进步的热潮，机械手的发展向前进了一大步，机械手开始大范围应用在生产中时间到2012年，我国仍然有半数的机械手是从国外进口的，而且应用区域极不平衡，主要在华东、辽宁地区。中国从制造大国向制造强国的转变仍然是困难重重。第二代机械手不在是简单的模仿人类的手部结构，科学家试图给机械手安装各种传感器，使机械手能够像人那样获取信息并反馈给控制系统，通过信息处理下

16、达给执行机构完成相应的动作，甚至像人那样具有听和想象的能力。第三代机械手科学家致力于让机械手获得独立完成任务的装置。1.3 本文的主要研究内容本文主要介绍的是自动化生产线上的自动化搬运装置。为实现该装置的搬运功能，本文拟设计的机械手要能完成四个动作：够沿竖直方向旋转、沿竖直方向升降、水平方向伸缩及手指夹紧放松。可编程控制器(P1C)被用作该自动搬运机械手指挥系统的重要部分。它的工作原理是将程序输入到内部，然后通过输入口的信息获取，并经过CPU的处理，控制输入口的电平输出，通过换向阀改变气缸的进气方向，进而改变气缸中活塞杆的运动状态。该装置拟采用能够适应恶劣工作环境，具有动作迅速、反应快等特点的气动驱动方式，使用一个旋转气缸，实现该装置机械臂的旋转功能；三个直线运动气缸实现机械臂的升降运动、水