自动称重分选设备及控制系统设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键词：机械手，称重，传感器，PLC
自动称重分选设备及控制系统设计
II
ABSTRACT
In the current field of machinery manufacturing, mechanical hand has been widely applied. It can imitate hand and arm movements to some function, according to a fixed program to crawl, moving object. It can replace people arduous labor to realize the production mechanization and automation, can operate under the hostile environment to protect the safety of people. People today can't leave without mechanical hand living environment. While the use of mechanical hand for gripping and handling function, in the weighing and weighing sensor is used in combination with an automatic weighing and sorting to the effect.
4 机械手的控制设计 ............................................ 33
4.1 气动回路的设计 ..................................................... 33 4.2 PLC 控制设计 ....................................................... 33
自动称重分选设备及控制系统设计
I
摘要
在目前的机械制造领域，机械手已经充分得到了广泛应用。它可以模仿人手和臂的 某些动作功能，用来按固定程序抓取、搬运物件。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。人们如今已经无法离开没有机 械手的生活环境。同时利用机械手的抓取和搬运功能，在称重方面和称重传感器结合使 用则达到一个自动称重分选的效果。
1.2 机械手国内外研究历史
随着第二次世界大战后的经济繁荣， 为了把称重技术引入到生产工艺过程 中去， 我们对称重技术提出了新的要求，希望称重过程自动化，为此电子技术渗 入衡器制造 业。在 1954 年使用了带新式打印机的倾斜式秤，其输出信号能控制 商用结算器，并 且用电磁铁机构与人工操作的按键与办公机器联用。在 1960 年 开发出了与衡器相联 的专门称重值打印机。 当时带电子装置的衡器其称量工作是 机械式的，但与称量有关 的显示、记录、远传式控制器等功能是电子方式的。电子称的发展过程与其他事物一样， 也经历了由简单到复杂、又粗糙到精密、由机 械到机电结合再到全电子化、由单一功 能到多功能的过程。特别是近 30 年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以 及产品质量的监测等工作，都离不开 能输出信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅 给出质量或重量信号，而且也能 作为总系统中的一个单元承担着控制和检验功能， 从 而推进工业生产和贸易交往 的自动化和合理化。近年来电子称已愈来愈多地参与到数 据的处理和控制过程中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、预包 装技术、收货 业务及商业销售领域中不可或缺的组成部分。 随着称重传感器各项性能 的不断突 破，为电子称的发展奠定了基础，国外如美国、西欧等一些国家在 20 世纪 60 年代就出现了 0.1%称量准确度的电子称，并在 70 年代中期约对 75%的机械称进 行了 机电结合式改造。 我国的衡器在 20 世纪 40 年代以前还全是机械式的，40 年代开始 发展了机 电结合式的衡器[2]。50 年代开始出现了以称重传感器为主的电子衡器。80 年 代以 来，我国通过自行研究引进消化吸收和技术改造。已由传统的机械式衡器步入集 传感器、微电子技术、计算机技术与一体化的电子衡器发展阶段。目前，由于电 子衡 器具有称量快、读数方便、能在恶劣条件下工作、便于与计算机技术相结合 而实现称
This article through to the manipulator 's composition and classification, and the mechanical hand development present situation understanding, on the issue of overall design. This topic take three degrees of freedom cylindrical coordinate manipulator, stepping motor is used to achieve a rotation, and then through the screw nut pair combination to achieve a mechanical hand to move up and down effect, horizontal expansion and finger gripping is through the cylinder to achieve, weighing is used in double beam type sensor.
1.1 选题背景
机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置， 它是在机械化、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
自动称重分选设备及控制系统设计
2
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。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提 高劳动生产力。机械手得到了越来越多的应用，目前，零部件组装 ，加工工件的搬运、 装卸都广泛使用机械手，特别是在组合机床上、自动化数控机床机械手的用途更加显而 易见。目前，柔性制造单元和柔性制造系统中一个重要组成部分就是机械手，它适应性 很强，而且结构紧凑。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业提高产品 质量，不断更新适销对路的品种，更好地满足市场竞争的需要。而目前我国的工业机器 人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械 手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十 分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的[1]。
Key words: manipulator, weighing, sensor, PLC
自动称重分选设备及控制系统设计
III
目录
1 绪论 ......................................................... 1
1.1 选题背景 ............................................................ 1 1.2 机械手国内外研究历史 ................................................ 2 1.3 机械手的现状和发展趋势 .............................................. 3 1.4 研究方案 ............................................................ 3
本文通过对机械手的组成和分类，以及目前机械手发展现状的了解，对本课题任务 进行了总体的方案设计。本课题采取的是三自由度圆柱坐标型机械手，通过步进电机达 到一个旋转，然后通过丝杠螺母副的组合达到一个机械手上下移动的效果，水平伸缩和 手指的抓取都是通过气缸来实现的，称重方面采用的是双孔横梁式传感器。
本课题运用了 FX 系列可编程序控制器（PLC）对机械手的驱动进行控制，论述了电 气控制系统的硬件方面的设计，控制软件结构方面以及自动控制程序方面的逐一设计。
3 称重传感器部分的设计 ........................................ 28
3.1 传感器的简介 ....................................................... 28 3.2 传感器的原理及选择 ................................................. 29
2 机械手的设计 ................................................. 6
2.1 机械手手部结构设计及计算 ............................................ 6 2.2 手部夹紧气缸的设计 .................................................. 8 2.3 机械手手臂机构的设计 ............................................... 14 2.4 滚珠丝杠的选择 ..................................................... 16 2.5 步进电机的选取 ..................................................... 18
The subject of the use of FX series programmable controller ( PLC ) on the manipulator drive control, expounds the electric control system hardware design, control software structure and automatic control program design of the one by one.
5 结 论 ..............................................wenku.baidu.com....... 37
参考文献 ...................................................... 38
致 谢 ........................................................ 39
附 录 ........................................................ 40
自动称重分选设备及控制系统设计
1
1 绪论
称重技术自古以来就被人们所重视， 作为一种计量手段， 广泛应用于工农业、 科 研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子自动称秤是电子衡器中 的一种，衡器为国家法定计量器具，是国防建设、国计民生、内外贸易、科学研究不可 缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，则会直接影响到各行各业的现代化水平的 提高。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而 且作为工业控制系统和商业管理 系统的一个组成部分， 推进了工业生产的自动化 和管理的现代化。 先进精密的电子 分选称必将缩短作业时间、改善操作条件、 降低能源和材料的消耗、提高产品质量以 及加强企业管理、改善经营管理。称重 装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了 显著的经济效益。电子秤是称重技 术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子 秤与原有的机械秤相比较有体 积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护 方便等特点，可在各种环 境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于 与计算机联网，实现 生产过程自动化，提高劳动生产率。例如标签秤在超市中的应用 已经是耳闻目睹 的了。一张小小的标签包含着：品名、价格、重量等，一一列表在这 小小的电子 标签上。标签机的使用大大加快了销售速度，也方便了顾客。顶尖条码标 签称有着许多卓越的特点，以太网功能使管理更加方便。因此，称重技术的研究和衡器 工业的发展各国都非常重视。50 年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的 发展。 60 年代初期出现机电结合式电子衡器以来，随着时代科技的迅猛发展， 微电子学和计 算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大 的冲击和革命性的影 响。经过 40 多年的不断改进与完善，衡器技术也在不断进 步和提高。从世界水平看， 衡器技术已经经历了四个阶段，从传统的全部由机 械元器件组成的机械称到用电子线 路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子 计价秤。 我国电子衡器从机电结合型发展到如今的全电子型和数字智能型。 现在电子 衡器制造技术和其应用开始了新的发展。然而我设计的这台称重设备又和其他的有所不 同，在别的利用传感器的基础上我还同时加上了机械手的配合，通过 PLC 接收称重信号， 从而来控制机械手的动作，这项设计其优点就是秤和机械手的完美组合，通过 PLC 来传 递信号，达到一个我想要的称重分选的效果。
自动称重分选设备及控制系统设计
II
ABSTRACT
In the current field of machinery manufacturing, mechanical hand has been widely applied. It can imitate hand and arm movements to some function, according to a fixed program to crawl, moving object. It can replace people arduous labor to realize the production mechanization and automation, can operate under the hostile environment to protect the safety of people. People today can't leave without mechanical hand living environment. While the use of mechanical hand for gripping and handling function, in the weighing and weighing sensor is used in combination with an automatic weighing and sorting to the effect.
4 机械手的控制设计 ............................................ 33
4.1 气动回路的设计 ..................................................... 33 4.2 PLC 控制设计 ....................................................... 33
自动称重分选设备及控制系统设计
I
摘要
在目前的机械制造领域，机械手已经充分得到了广泛应用。它可以模仿人手和臂的 某些动作功能，用来按固定程序抓取、搬运物件。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。人们如今已经无法离开没有机 械手的生活环境。同时利用机械手的抓取和搬运功能，在称重方面和称重传感器结合使 用则达到一个自动称重分选的效果。
1.2 机械手国内外研究历史
随着第二次世界大战后的经济繁荣， 为了把称重技术引入到生产工艺过程 中去， 我们对称重技术提出了新的要求，希望称重过程自动化，为此电子技术渗 入衡器制造 业。在 1954 年使用了带新式打印机的倾斜式秤，其输出信号能控制 商用结算器，并 且用电磁铁机构与人工操作的按键与办公机器联用。在 1960 年 开发出了与衡器相联 的专门称重值打印机。 当时带电子装置的衡器其称量工作是 机械式的，但与称量有关 的显示、记录、远传式控制器等功能是电子方式的。电子称的发展过程与其他事物一样， 也经历了由简单到复杂、又粗糙到精密、由机 械到机电结合再到全电子化、由单一功 能到多功能的过程。特别是近 30 年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以 及产品质量的监测等工作，都离不开 能输出信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅 给出质量或重量信号，而且也能 作为总系统中的一个单元承担着控制和检验功能， 从 而推进工业生产和贸易交往 的自动化和合理化。近年来电子称已愈来愈多地参与到数 据的处理和控制过程中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、预包 装技术、收货 业务及商业销售领域中不可或缺的组成部分。 随着称重传感器各项性能 的不断突 破，为电子称的发展奠定了基础，国外如美国、西欧等一些国家在 20 世纪 60 年代就出现了 0.1%称量准确度的电子称，并在 70 年代中期约对 75%的机械称进 行了 机电结合式改造。 我国的衡器在 20 世纪 40 年代以前还全是机械式的，40 年代开始 发展了机 电结合式的衡器[2]。50 年代开始出现了以称重传感器为主的电子衡器。80 年 代以 来，我国通过自行研究引进消化吸收和技术改造。已由传统的机械式衡器步入集 传感器、微电子技术、计算机技术与一体化的电子衡器发展阶段。目前，由于电 子衡 器具有称量快、读数方便、能在恶劣条件下工作、便于与计算机技术相结合 而实现称
This article through to the manipulator 's composition and classification, and the mechanical hand development present situation understanding, on the issue of overall design. This topic take three degrees of freedom cylindrical coordinate manipulator, stepping motor is used to achieve a rotation, and then through the screw nut pair combination to achieve a mechanical hand to move up and down effect, horizontal expansion and finger gripping is through the cylinder to achieve, weighing is used in double beam type sensor.
1.1 选题背景
机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置， 它是在机械化、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
自动称重分选设备及控制系统设计
2
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。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提 高劳动生产力。机械手得到了越来越多的应用，目前，零部件组装 ，加工工件的搬运、 装卸都广泛使用机械手，特别是在组合机床上、自动化数控机床机械手的用途更加显而 易见。目前，柔性制造单元和柔性制造系统中一个重要组成部分就是机械手，它适应性 很强，而且结构紧凑。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业提高产品 质量，不断更新适销对路的品种，更好地满足市场竞争的需要。而目前我国的工业机器 人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械 手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十 分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的[1]。
Key words: manipulator, weighing, sensor, PLC
自动称重分选设备及控制系统设计
III
目录
1 绪论 ......................................................... 1
1.1 选题背景 ............................................................ 1 1.2 机械手国内外研究历史 ................................................ 2 1.3 机械手的现状和发展趋势 .............................................. 3 1.4 研究方案 ............................................................ 3
本文通过对机械手的组成和分类，以及目前机械手发展现状的了解，对本课题任务 进行了总体的方案设计。本课题采取的是三自由度圆柱坐标型机械手，通过步进电机达 到一个旋转，然后通过丝杠螺母副的组合达到一个机械手上下移动的效果，水平伸缩和 手指的抓取都是通过气缸来实现的，称重方面采用的是双孔横梁式传感器。
本课题运用了 FX 系列可编程序控制器（PLC）对机械手的驱动进行控制，论述了电 气控制系统的硬件方面的设计，控制软件结构方面以及自动控制程序方面的逐一设计。
3 称重传感器部分的设计 ........................................ 28
3.1 传感器的简介 ....................................................... 28 3.2 传感器的原理及选择 ................................................. 29
2 机械手的设计 ................................................. 6
2.1 机械手手部结构设计及计算 ............................................ 6 2.2 手部夹紧气缸的设计 .................................................. 8 2.3 机械手手臂机构的设计 ............................................... 14 2.4 滚珠丝杠的选择 ..................................................... 16 2.5 步进电机的选取 ..................................................... 18
The subject of the use of FX series programmable controller ( PLC ) on the manipulator drive control, expounds the electric control system hardware design, control software structure and automatic control program design of the one by one.
5 结 论 ..............................................wenku.baidu.com....... 37
参考文献 ...................................................... 38
致 谢 ........................................................ 39
附 录 ........................................................ 40
自动称重分选设备及控制系统设计
1
1 绪论
称重技术自古以来就被人们所重视， 作为一种计量手段， 广泛应用于工农业、 科 研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子自动称秤是电子衡器中 的一种，衡器为国家法定计量器具，是国防建设、国计民生、内外贸易、科学研究不可 缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，则会直接影响到各行各业的现代化水平的 提高。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而 且作为工业控制系统和商业管理 系统的一个组成部分， 推进了工业生产的自动化 和管理的现代化。 先进精密的电子 分选称必将缩短作业时间、改善操作条件、 降低能源和材料的消耗、提高产品质量以 及加强企业管理、改善经营管理。称重 装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了 显著的经济效益。电子秤是称重技 术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子 秤与原有的机械秤相比较有体 积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护 方便等特点，可在各种环 境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于 与计算机联网，实现 生产过程自动化，提高劳动生产率。例如标签秤在超市中的应用 已经是耳闻目睹 的了。一张小小的标签包含着：品名、价格、重量等，一一列表在这 小小的电子 标签上。标签机的使用大大加快了销售速度，也方便了顾客。顶尖条码标 签称有着许多卓越的特点，以太网功能使管理更加方便。因此，称重技术的研究和衡器 工业的发展各国都非常重视。50 年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的 发展。 60 年代初期出现机电结合式电子衡器以来，随着时代科技的迅猛发展， 微电子学和计 算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大 的冲击和革命性的影 响。经过 40 多年的不断改进与完善，衡器技术也在不断进 步和提高。从世界水平看， 衡器技术已经经历了四个阶段，从传统的全部由机 械元器件组成的机械称到用电子线 路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子 计价秤。 我国电子衡器从机电结合型发展到如今的全电子型和数字智能型。 现在电子 衡器制造技术和其应用开始了新的发展。然而我设计的这台称重设备又和其他的有所不 同，在别的利用传感器的基础上我还同时加上了机械手的配合，通过 PLC 接收称重信号， 从而来控制机械手的动作，这项设计其优点就是秤和机械手的完美组合，通过 PLC 来传 递信号，达到一个我想要的称重分选的效果。