自动装配生产线上机械手PLC控制系统的设计

自动装配生产线上机械手PLC控制系统的设计

第1章绪论

1.1本课题在国内外研究现状

1.1.1 国内研究综述

在我国，汽车工业仍然是工业机械手主要的使用领域。但我国在工业机械手生产企业中，年产销量在100台以上、产值过5000万元的规模企业非常少，国外大型公司年产量都达5000到10000台，销售额为数十亿美元。目前国内机械手的保有量在4000台左右，井将以每年800～1000台左右的速度快速增长。工业机械手应用前景极为广阔。虽然目前国内生产工业机械手的企业并不多，很多产品的生产技术还主要依靠进口，高科技的技术主要还掌握在国际龙头厂商手里。国内机械手厂家主要还是受到控制系统的困扰,没有比较成熟稳定的伺服系统,所以不能生产高端机器。我国本土企业生产的机械手产品还主要流通在中低端市场，因此决定了很多本土生产企业在争夺市场时主要还是采取价格战。随着技术的进步，日臻成熟，会有更多的厂商加入此行业。我国国家“863'’机械手技术主题自成立以来一直重视机械手技术在产业中的推广和应用和推进机械手技术以提升传统产业，利用机械手技术发展高新产业。目前，政府正在使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额，井提供优惠措施鼓励更多企业使用机械手及技术以提升技术水平。国内越来越多的企业在生产中采用了工业机械手，各种机械手生产厂家的销售量都有大幅度的提高。

1.1.2 国外研究综述

目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。现代式工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。采用全自动化机械手进行装配更是目前研究的重点，国外已研究采用摄像机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到镶装的目的。但在

机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，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，广泛应用于柔性自动线。

1.2本课题的研究目的和意义

随着社会的发展和工业技术水平的不断进步，机械手在生产中得到广泛应用，促进了工业生产的自动化。自动生产线是由工件传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统，简称自动线。机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一，其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。PLC（可编程逻辑控制器），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。理论上，本课题是对于大入学里面学到的课程，例如可编程控制器、机械设计基础、控制电器及应用等课程的加强巩固。实践上，本课题将PLC应用于机械手的控制电路中，具有很强的PLC系统设计上意义。

1.3本课题的主要研究内容

本课题的最终目的是利用可编程控制器作为载体设计一套程序驱动机械手进行预订动作，在装配生产线上实现自动抓取、搬运等操作。其中包含了根据调研提出工艺要求。根据装配线机械手的执行结构和驱动部分，构思控制部分的整体方案，提出控制系统的运动方式。根据工艺结构和机械结构设计出控制系统的硬件结构，包括功能的设计、电机和PLC的选型、PLC硬件电路的设计等。设计控制系统的软件部分，包括I/O分配表和梯形图。

第2章机械手的工艺设计及其流程

2.1 工艺设计

此次PLC控制机械手系统从硬件和软件设计两方面进行了设计，主要表现在：

（1）硬件方面

采用液压缸来驱动机械手，其结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳。采用传感器来提高机械手装配成功的概率，提高系统的精度，在自动生产线上有货物时执行动作，而无货物是停止运行。

（2）软件方面

采用PLC有许多优点如可以通过改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能，这样可以更好的适应不同特性的自动生产线，而PLC的电脑软件易学易懂，具有很高的柔性，而且其设备容易操作，便于维护。

（3）系统的工作原理

本此设计主要研究PLC控制机械手执行特定运动环节。物体由传送带送至机械手执行范围内后，传感器接收信号，经数据处理后送至控制单元，PLC开始控制机械手进行抓取等特定运动。其中控制单元由PLC等硬件组成。PLC作为控制系统的核心，完成各种数据的交换和处理。电机运转控制机械手相关速度。

2.2 工艺流程

机械手最终目的是将传送带A上的工件抓起来送到B传送带上，而其中传送带B保持连续传送，但传送带A并不是连续的，而是当其要传送一个工件时，机械手抓取之前是停止运动的，当机械手拿走工件后才会传送下一个工件。机械手要完成一个工作过程要经过上升下降，左旋右旋，抓紧放松，其中抓紧、放松工序会停顿一定的时间。机械手实物图如下所示

其具体运动描述为当开始工作时，机械手对抓手进行整体下降运动，达到下降极限，机械手开始抓物体，此时延时3秒，时间到机械手抓取到工件保持

上升，达到上升极限，机械手开始向左移，达到左极限，机械手开始下降，达到下降极限，机械手开始放物体，延时3秒，时间到机械手放开工件保持上升, 达到上升极限，机械手开始向右移，达到右极限完成一个工作周期，重复运行。若发生紧急事故、停电等情况后，可以在系统启动时可继续完成突然停止时的任务，这样工作可以继续，也可完成单周期，又能手动运行，具体系统工艺流程如下：

根据以上工艺设计和工艺流程的相关内容作出本次课题的系统总体框架图如下