机械手的物料传送设计

1、南通农业职业技术学院 毕业论文（设计）课题名称机械手物料传送设计机械制造与自动化专业及班级机制3111学号1162304133姓名徐高磊指导老师张颖14年 5 月 12 日机械手物料传送设计摘 要随着我国工业自动化的发展和渐渐的普及，工业上机械手物料传送的应用也越来越多，越来越普遍，导致它在先进的制造业中扮演着尤为重要的角色。在生产中，它渐渐可以代替人手的繁重劳动，很大程度上缩减了工人们的劳动负荷度，让他们能得到多余时间来休息，以便下次能很好的工作，改善工人们的生活，也减少他们的劳动时间，提高了工业上生产效率。然而在现代社会中，环境问题在工作生产中也影响了其工作进度和工作效率，从而导致该公司利

2、益得不到提高，人们就发明了像人手一样的东西后被称为“机械手”，它在恶劣的环境中（高温，高压，放射性，有毒性气体），可是如鱼得水呀！ 该文采用PLC和触摸屏相结合控制机械手通过手臂上升，左移，下降，抓紧，手臂上升，右移，下降，放下把物料传送到目的地，详细介绍了PLC和触摸屏，在机械手的物料传送过程中，运用人机界面可以方便，有效的控制，取得了很好的成就。 关键词：PLC，触摸屏，机械手。PLC and material transfer control manipulatorAbstractWith the development of industrial automation and the

3、gradually popularization, application delivery manipulator material industry is also more and more, more and more common, which plays a particularly important role in advanced manufacturing. In the production of heavy labor, it gradually can substitute for manpower, greatly reduced the workload of w

4、orkers, so that they can get more time to rest, so you can work well, improve the workers living, but also to reduce their labor time, improve production efficiency in industry.However, in modern society, environmental problems in the work of production also affected his work schedule and work effic

5、iency, resulting in the interests of the company is not improved, people invented something like a human hand is called the "manipulator", it is in the harsh environment (high temperature, high pressure, radiation, toxic gas), but feel just like a fish in water!This paper uses the control

6、arm manipulator through increased, PLC and touch screen combination shift left, down, up, right arm up, down, down, the materials are delivered to the destination, details of the PLC and touch screen, the material transfer process of manipulator, the man-machine interface can be convenient, effectiv

7、e control, obtained very good achievement.Keywords: PLC, touch screen, manipulator.目 录第一章 绪论11.1选题的背景及意义11.2国内外机械手的现状2第二章 总体方案32.1机械手物料传送系统图32.2工艺过程及其设计要求32.3主电路的分析与设计42.4系统中解决的问题5第三章 控制系统硬件的设计73.1可编程控制器的定义73.2可编程控制器的基本结构框图73.3 PLC的设计83.4 PLC的地址分配及其接线图8第四章 控制系统软件的设计结论104.1 软件设计的分析104.2系统流程图与STEP7 编程

8、过程104.3 HMI（触摸屏）的应用134.4 S7-300与HMI联调15致 谢27参考资料28附录29徐高磊 机械手物料传送设计1 绪论改革开放后，我国工业已基本实现机械化，慢慢向自动化发展是我国改革开放后的目标。然而在生产过程中，自动化基本上问题不大，可是在机械工业方面，如加工，化工物体搬运等生产是很难的。结果就有人想办法生产出一些机床来使加工，装配等方面实现自动化：从而就出现了控制机床，加工中心，数控机床等机械化机器。这些机器的出现一时解决了小批量的生产，但是除了加工外，还是有许多装配，搬运呀，卸料呀很难解决。是生产工作自动化难度有一次加大了。就资料统计呀，外国（德国，国，法国），在

9、生产工业零件中，60%到70%是小批量生产出来的，然而零件的加工时间统计到仅为零件生产时间的5%，这时多么可怕的事呀。从而就可以知道，装配搬运卸料在机械化中是紧迫的，是需要大量时间的呀，这个时候就有人发明了像人手的东西，我们把他称为机械手，它在工业方面为自动化的生产，运输，可是贡献很大的呀！可编程控制器（PLC）目前已经普遍用于工业控制各个方面，它是经继电器控制技术，通信技术及计算机技术发展后而研发出来的。它具有可靠性高，易于编程，配置灵活，维护方便等特点，被称为现代工业自动化技术三大支柱之一。PLC是运用逻辑控制，计数，定时器，循环，比较等指令来编程，是以CPU为中心，议定数字输入量/输出量

10、和模拟输入/输出量，掌管工业上机械设备的生产与运行过程。自从20世纪90年代初，第一个商用监控组态软件Intouch问世以来，不少公司也纷纷参入监控产品的研发，并且还推出了一些自己的产品，从此监控组态软件，它在全国以及国外得到了认可，还得到了蓬勃的发展。然而它的由来是计算机技术，网络通信技术飞速发展和自动化系统推进监控系统的普及和发展，监控系统和监控组态软件，应用软件正逐步从工业自动化各个领域渗透。西门子公司在1996年研究发现了基于Windows编程的监控组态软件SIMATIC WinCC全称Windows Control Center， 在短短几年之内，Wincc 快速发展为全世界最优秀的

11、HMI/SCADA（人机界面/监控与数据采集）软件之一。十多年来，伴随着软件技术，计算机技术，和工业自动化技术的进步，Wincc也在不断更新。1.1选题的背景及意义在当今的社会中，在机械制造业的机械手及其广泛应用，它是伴随着互联网技术和工业自动化的开发和生产。在机械化加工与运输中，有些大批的工件和自动化生产过程人工是没法挪动的。因此就无法满足了生产的要求，这时就要用机械手来代替。然而它的应用范围涉及面也广，它包括机械制造，电子，冶金重工，轻工，原子能等行业。随着时代的前进，工业的发展，机械手可以说是作为工业自动化设备更新时不可缺少的器材，它的加入大大减轻工人的压力，不管在恶劣的环境（高温高压，

12、有毒气体）或在一些复杂的操作进行时，或高重复频率的一些动作，机械手的加入减少工人的危害，保护人身安全，提高了生产效率，节约了生产时间，实现生产的自动化和机械化。省时省力是生产的基本要求，更是生产车间的目标。机械手它的来到，真体现这一价值，让它在市场中有很高的占有率。让一些生产厂家在生产零件和搬运零件时，大量堆积的问题得到很好的解决，从这方面，实现该生产厂家的利益。1.2国内外机械手的现状最早的机械手应该被应用在汽车的领域，它通常用于装卸，搬运，焊接，涂装。随着人们的发现，机械手慢慢体现人性化。它替代人的大脑功能，它能够包办人从事有毒，高温高压等恶劣环境中；它代替人完成了繁重的劳动，节约了劳动成

13、本，减轻劳动的力度，还保证生产产品的质量。可以说是一举双得。目前在工业制造领域的应用，特别是在汽车自制，电器，塑料加工。工业机械手和AGV，自动检测系统，和控制中心组成的柔性制造系统和计算机集成制造系统；实现了工业生产过程自动化。目前，机械手主要的国际公司，是日本和欧洲的两个部分。日本中有松下，川崎，OTC,富士，安川等公司的产品，欧州中有瑞典的ABB，德国的CLOOS,顾家家居。还有奥地利的工GM公司；我国的机械手，改革开放后开始，经过长时间的发展，经历了3个阶段；萌芽时期的改革开放初期，80年代的发展阶段，到90年代的应用阶段。然而在我国，机械手大部分还是被外国的机械手企业占主导地位。我国

14、的制造业正面临着巨大的困难和劳工标准，国际分工，面对困难，政府将投入大量资金，采取一些政策，将带动机械手的发展，推动我国工业自动化程度的提高。慢慢的，随着机械手的发展，它也在各个领域中得到应用了，还获得了不少成绩。从传统的汽车制造领域，扩展到其他领域。如工矿，建筑业，还有水电系统维修维护的机械手等等呀。然而就在这时，医疗卫生，生活服务，食品加工这些领域机械手也没有放过呀。在这之后，它的应用将越来越大。据专家推测，不久的将来，机器人将会出现在医疗，农林技术，教育，抗震救灾，机器维修，保健，海洋开发，交通运输和渔业水产等方面，它的功劳无可限量呀！2 总体方案2.1机械手物料传送系统图机械手物料传送

15、示意图2-12.2工艺过程及其设计要求22.1设计要求：该课题主要选用PLC和Wincc flexible 相结合来控制机械手物料传送。传送带A的物体在远行运用机械手通过上下左右旋将物体搬运到传送B上。按下启动按钮时，传送带B远行，同时手臂上升。上限位开关闭合，机械手手臂左旋。左限位开关闭合，机械手手臂下降。下降限位开关闭合，传送带A开始运行。传送带A远行到，检测开关时，机械手手指抓物体。手指抓物体时，传送带停下来远行。当抓紧限位开关闭合时，机械手手臂再次上升。手臂上升限位开关闭合时，机械手手臂右旋。手臂右旋开关闭合时，机械手手臂下降。机械手下降限位开关闭合，机械手手指放开，物体被搬运到传送带

16、B上，5s延时时间到，A传送带继续远行同时手臂有一次上升，一个循环结束。按下停止按钮，停止运动。 工艺过程1触摸屏控制PLC2通过光电传感器可以控制使传送带A,B自动停止，物体被传感器检测到时，它将这信息传输到PLC,此时PLC就通过变频器来控制传送带的电机实现传送带启动运行与停止。3然而机械手传送物体，手臂移动时也是通过PLC来控制电磁阀，使机械手手臂上升，下降，左移，抓紧，上升，右移，下降，放下。也使用了PLC中定时器的定时功能使其延时，来放下物体，使其在传送带继续运动。工艺过程图2-22.3主电路的分析与设计 机械手物料传送主电路示意图2-3线圈KM1得电 M1电动机正转机械手手臂上升。

17、线圈KM2得电 M1电动机反转机械手手臂下降。线圈KM3得电 M2电动机正转机械手手臂左移。线圈KM4得电 M2电动机反转机械手手臂右移。线圈KM5得电 M3电动机反转机械手手臂抓紧。线圈KM6得电 M3电动机反转机械手手臂放下。线圈KM7得电 M5电动机运转，传送带A远行。线圈KM8得电 M6电动机运转， 传送带B远行。FR1，FR2，FR3，FR4，FR5，分别是过载保护中的热继电器。FU为熔断器作短路保护。2.4系统中解决的问题1解决机械手计划的问题，要求机械手构造要简单具有一定代表性，最重要要低廉点。节约生产成本。2机械手的控制系统，它的控制程序，并且找出有效的办法，来解决物料的传送和

18、控制系统中传送带停与运行的协调问题。3元件的匹配的规则，表达形式与知识的获取。4传感器的选择类型。机械手是以完成各类运动的物体，它的构造类型直接影响到机械手的工作本能。机械手控制系统的设计是该机械手物料传递的设计环节和中心。它在功能上抬高了机械手的实用性，总体可靠性，具备重要的意义，在结构上高明运用，区分，而且降低了生产成本，提高了生产率，削减了开发周期的有用途径，还提出了一些采用PLC的有效控制方法。该传感器是一个频率转换器对象的各种物理变化量检测的电子信号。根据这一内容的设计，我们需要位置检测装置，传感器，和滑动传感器的选用。位置传感器是检测机械手行动是不是已经到位，视觉传感器主要就是看是

19、不是能实现机械手对物料的鉴别能力。滑觉传感器是看物料可稳定控制。滑觉传感器机械手在抓取物体时，可以根据它吸收物体的夹紧程度分为两种，硬吸取和软吸取。硬吸取是吸盘用最大的吸力来吸取物体，来保证它的稳定性；软吸取的方式是运用吸盘用能稳定吸取物体的最小值，防止损伤物体，软吸取时，由于吸力不够时可能会导致被吸物体会产生移动导致误差。这时，滑觉传感器就是为了检测移动而设计的呀，它可以检测物体被吸方向产生的位移，是有重力而引起的变形，以达到修正吸力，来避免吸取物体的移动。滑移传感器检测到大部分的接触面和直接应用相对运动的大小和方向，可确定是否吸多吸对象和应用。位置检测装置位置检测装置是一种基于行程位置的移

20、动部件和开关电器电路，工业是用于控制机械设备的行程及限位保护。在实践生产中，将行程开关安置在一开始设计好的位置中，当装于生产机械运动部件上的模块撞击限位开关时，限位开关的触点闭合，完成电路的切换。视觉传感器机械手的视觉效果就是模仿人类的眼睛，可以对不同的物体进行判别，并且加以辨别。该机械手利用颜色传感器，按照不同物料有分别的色彩，能够针对一种颜色的物料进行检测。3控制系统硬件的设计3.1可编程控制器的定义可编程控制器，简称PLC（Programmable Logic Control ）,是以CPU为核心，综合了计算机技术，通讯技术，以及自动化技术发展起来的一种新型，通用的一种工业装置。3.2可

21、编程控制器的基本结构框图CPU模块，输入/输出模块，编程器装置等主要部件构成了PLC如图3-1 S7-300系列的PLC组成S7-300属于模块式PLC，它有许多模块，比如说CPU模块，功能模块，电源模块等，各个模块都可以安装在导轨上。S7-300中有很多种不同型号的CPU，期中一些CPU模块集成了数字量I/O，还有的一些集成了数字量I/O和模拟量I/0。他们分别适用于不同领域的控制要求。信号模块主要包括了数字量输入模块，数字量输出模块，数字量输入与输出模块，模拟量输入模块，模拟量输出模块，模拟量输入与输出模块。序号 名称 型号 说明数量 1 电源模块6ES7-307-1BAOO-0AA0 P

22、S3071 2 CPU模块6ES7-315-6FF01-OABOCPU315-2DP1 3 数字量输入模块6ES7-321-1FF10-0AA0SM321 DI8*AC120/230V1 4数字量输出模块6ES7-322-1FF00-0AA0SM322 DO8*AC120/230V/1A1 S7-300PLC的特点1处理速度快，循环周期短。2产品设计紧凑，有利于运用空间有限的场合。3模块和I/0模块可供选择。4该PLC的CPU种类繁多。5指令功能强大，可用于复杂的功能。 系统的工作原理当按下S7-300 PLC的SB1(M1.0)或触摸屏的启动按钮，系统开始启动，机械手将传送带A 的物体搬到传

23、送带B上。开始工作时，传送带B远行同时手臂上升，到上限位时，上限位开关闭合，手臂左旋；到左限位时，左限位开关闭合，机械手手臂下降；下降到下降限位时，下降限位开关闭合，传送带A就开始了远行。当检测开关到动作时，传送带A就停止了，机械手开始抓物体。当物体抓紧时，抓紧限位开关闭合，机械手手臂再次上升。到上限位时，上限位闭合，机械手手臂右旋。右旋到位时，右旋限位开关闭合，手臂下降，下降到下限位时。下降限位开关闭合。手指放开，物品被放到传送带B上，5s延时时间到，A传送带继续远行，同时手臂上升，一个循环结束，按下停止按钮SB2(M0.2)或触摸屏停止按钮，停止运动。3.3 PLC的设计PLC控制系统是以

24、程序形式来实现其控制功能的，太多的时间都将用在设计上面。它的程序设计遵循下面五个步骤。1确定被监控对象必须完成的工作及其完成动作的顺序；2画出地址分配表，对输入输出做好分配。3应用编程工具编程。 4对该程序进行模拟仿真，验证其准确性，然后写入报告中。 5运用PLC与WINCC联调。3.4 PLC的地址分配及其接线图 输 入 部 分 I0.0 启动按钮 I0.1 停止按钮 I0.2 上限位开关 I0.3 左限位开关 I0.4 下降限位开关 I0.5 抓紧限位开关 I0.6 右限位开关 I0.7 物件检测开关输 出 部 分 Q0.0 传送带B Q0.1传送带A Q0.2 上升 Q0.3 左移 Q0

25、.4 下降Q0.5 抓紧 Q0.6 右移 Q0.7 放下PLC接线图3-24 控制系统软件的设计结论4.1 软件设计的分析STEP7的概述：梯形图，指令表，功能块图，和语句表进行编程的操作，是SIMATIC S7-300/400建立的站点中的一部分。SETP7功能：硬件组态，参数设置，通信组态。程序编制/调试，程序上传/下载，系统维护等。S7-PLCSIM概述：S7-PLCSIM是运用于可编程控制器（PLC）的模拟仿真软件，它是由西门子企业研发出来的，它也可以在STEP7没有硬件的情况下实现模拟仿真，实现编程的快速性，也能够与触摸屏在与STEP7的环境下实现上位机监控模拟。在学习上过程中它是S

26、7-300是不可缺少的软件，有了它更能验证其程序的有效性。S7-PLCSIM的特性：1,打开PLCSIM软件时。当S7-PLCSIM软件工作时，所有来自STEP7的通讯都会转向模拟PLC。2,模拟仿真PLC时，它能够用于判定任何运用于S7 CPU模块的程序，S7-300和S7-400的CPU都可以运用。3,它能够改变 CPU的操作模式（RUN-P）,真正的像在一个CPU上进行操作。而且，模拟仿真器还拥有了一个暂停的功能，能让你在修改程序时，不受影响，保证了它的稳定性。4,它还可以被模拟终端OB程序。模拟PLC的局限性：1.同一时间只能在一个模拟PLC运行；2.比如CPU中电池故障，EPROM的

27、出错引起的模拟失效呀。然而多数情况下输入/输出和程序应该是能模拟。所以就说，模拟情况下PLC不支持全部编写到诊断缓冲区中的错误信息。4.2系统流程图与STEP7 编程过程系统工作流程图4-1SETP7编程的过程1使用新建项目向导创建项目，首先打开“STEP7向导：新建项目”对话框如图，菜单自动关闭。对话框中的小方框中有“勾号”，说明SIMATIC Manager时显示向导被选中了，后在打开SETP7时，都将自动打开新建项目向导。单击向导“取消”按钮，将会打开上次关闭STEP7时打开的项目。2使用符合定义变量如图S7-300程序中定义变量图4-2 3在OB1中编写程序程序段2中的程序是以梯形图为

28、例的编写出来的，它应该也可以转换成指令表STL的形式。编写程序图4-3按下启动按钮，传送带B远行。4下载与模拟仿真PLC仿真图4-4当按下启动按钮（M1.0），传送带B远行（Q0.0）和机械手上升（Q0.2）。4.3 HMI（触摸屏）的应用 HIM的概念：人机界面（Human Machine Interface）简称为HMI。它可以在恶劣的工作环境中可以长时间连续运行，还是PLC的最佳合作伙伴。然而触摸屏是人机界面发展的方向，用户可以在触摸屏的屏幕上生产和满足自己要求的触摸式按键。触摸屏使用直观方便，易于操作。屏幕上的按钮和指示灯可以通过相应的硬件组件替换，可以降低PLC输入/输出点，降低系统

29、的生产成本。提高设备的性能。HMI的工作原理：1对监控画面组态2编译和下载项目文件3运行阶段在控制系统运行时，人机界面和PLC之间通过通信交换信息，可以实现它的各种功能。只需要对通信参数进行简单的组态，就可以实现人机界面与PLC的通信。为了实现控制系统的运行PLC与人机界面的，他们之间有效的自动数据转换，将触摸屏中的图像与存储器中的地址分配符号表联系起来。HMI的实现方法：1先创建站点2建立两个站点的连接3定义符号和编写程序HMI中的符号变量表图4-5 4打开Wincc flexible的项目5工作区的操作工作区操作图4-66打开连接打开连接图4-7组态按钮1按钮的生成2设置按钮的属性按钮属性图4-83按钮功能的设置按钮功能设置图4-94.4 S7-300与HMI联调用触摸屏控制PLC实现设计的要求如下图5S以后机械手开始再一次上升传送带A开始远行。按下停止按钮，传送带，机械手处于停止状态。全文小结 机械手的出现延伸和扩张了人的手足和大脑功能，它可替人从事危险，有害，有毒，低温和高热等恶劣环境中的工作，代替人完成繁重，单调，重复劳动，提高生产效率，保证产品质量。随着科学技术的发展和PLC在工业生产过程中的广泛应用，机械技术方面的研究不断得到创新，促使成果不断涌现。本课题在完成机械结构设计的基础上，