PLC分揀機(jī)械手設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u8301引言 引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人在先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。機(jī)器人手不僅可以移動一些工件，分揀一些物品等，還可以在一些人為危險區(qū)域工作，例如，可以在高溫區(qū)域工作，可以在有毒環(huán)境中工作，可以在腐蝕環(huán)境中工作，可以實現(xiàn)分揀任務(wù)的生產(chǎn)自動化和機(jī)械化，廣泛應(yīng)用于冶金、電子、機(jī)械制造、原子能和輕工行業(yè)，本文主要對其工作進(jìn)行分析研究設(shè)計。機(jī)器人作為一種尖端產(chǎn)品，取代了一些傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備，現(xiàn)在是社會不可缺少的工具，它可以根據(jù)各種自動化設(shè)備的工作需要或需要，來完成我們想要完成的任務(wù)，所以機(jī)器人手是這一先進(jìn)領(lǐng)域中非常重要的一部分。機(jī)械手是機(jī)器人的重要驅(qū)動部件。機(jī)械手驅(qū)動裝置所提供的安全性、高效性和穩(wěn)定性將直接影響機(jī)器人工作空間的輕量化要求、精度和工作性能，此外，機(jī)構(gòu)的尺寸也是關(guān)鍵之一。機(jī)械手的意義為了滿足行業(yè)的需要，例如，一批中小批量變量生產(chǎn)的自動化生產(chǎn)，單調(diào)重復(fù)某一運動的工作，柔性生產(chǎn)線的靈活性等，本文研究了plc控制的分揀機(jī)械手，使用一些合適的傳感器，使機(jī)器人能夠區(qū)分并且來進(jìn)行物料的分揀工作，一些有色的材料或不同的材料，像人一樣能夠區(qū)分它們，并且能夠像人一樣靈活地在給定的位置區(qū)分一些不同的顏色或材料，機(jī)械手也可以廣泛地應(yīng)用在一些柔性生產(chǎn)線上。有很多時候，當(dāng)一些工作是往復(fù)運動或旋轉(zhuǎn)運動，人們不可避免地會犯錯誤，而機(jī)器人可以很好地替代人的工作。本設(shè)計主要是控制機(jī)械手系統(tǒng)、驅(qū)動機(jī)械手系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計，并完成了機(jī)械手硬件部分和軟件部分的設(shè)計。在這種環(huán)境下，智能機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)快速來進(jìn)行對物料的挑揀工作，智能機(jī)械手不僅能夠?qū)崿F(xiàn)我們要求的一些動作和動作，而且能夠像人一樣靈活地移動，最重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)反饋，即能夠檢測物料環(huán)境的變化來進(jìn)行一系列的變化，自動修改正確的運動參數(shù)和選擇動作規(guī)律。智能分揀機(jī)械手是未來物流機(jī)械手的發(fā)展趨勢。我們希望通過我國科研人員的共同努力，使我國在智能機(jī)械手領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，為工業(yè)化注入新的活力。本文主要論述了物料分揀機(jī)械手:智能機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，系統(tǒng)的分析與選型，以及其驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選型。

控制方案設(shè)計2.1控制方案選擇一般的運動控制系統(tǒng)主要分為以下幾類，基于單片機(jī)運動控制系統(tǒng)，單片機(jī)具有能耗低、通用性強(qiáng)、價格低廉等優(yōu)點。然而，一般的單片機(jī)(mcu)由于其集成簡單而不能很精確，很難達(dá)到日常生活的一些要求，所以在一些大型工業(yè)中很少使用單片機(jī)(cpu)作為控制系統(tǒng)。一個基于plc的運動控制系統(tǒng)，可編程序控制器，也稱為可編程序控制器。機(jī)械手控制系統(tǒng)部件和功能的適當(dāng)分離，不僅降低了成本，而且增加了通用性，使機(jī)械手更適合于某些特定環(huán)境，可編程序控制器不僅可以擴(kuò)展輸入輸出端口，而且具有快速通信的能力，其抗干擾能力肯定比單片機(jī)強(qiáng)得多。因此本章采用了plc控制的方法。2.2控制系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示，該系統(tǒng)使用plc作為主要控制單元，是系統(tǒng)的核心。可編程序控制器的可擴(kuò)展i/o端口模塊可以接收來自各種檢測開關(guān)的信號，并實時監(jiān)控某些開關(guān)和某些傳感器的狀態(tài)。觸摸屏可以為上位機(jī)設(shè)置、修改和記錄整個系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。各部分的傳感器獲取機(jī)械手的內(nèi)部和外部信息。例如，位置傳感器可以檢測機(jī)械手的實時狀態(tài)，檢測某些位置開關(guān)的工作狀態(tài)，即監(jiān)測機(jī)械手的所有動作是否都在正確的位置，如下所示。圖1機(jī)械手分揀控制系統(tǒng)整體架構(gòu)圖圖2分揀系統(tǒng)示意圖其工作流程:觸摸屏“啟動”按鈕，組合關(guān)閉紅燈，組合閃爍綠燈，系統(tǒng)檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否在原點位置，原點位置是否滿足執(zhí)行步驟。傳送帶正在運轉(zhuǎn)，觸摸屏顯示傳送帶的速度。將托盤上的物料推至料倉出口處的物料測試位置。所述材料檢測傳感器檢測是否有材料，是否有材料檢測實施步驟，所述機(jī)械手移動材料。該機(jī)械手的運動順序如下:伸縮機(jī)械手伸向前限，垂直機(jī)械手下降到下限，手指抓取物料，垂直機(jī)械手上升到上限，伸縮機(jī)械手收回到后限，旋轉(zhuǎn)機(jī)械手右轉(zhuǎn)到右限，伸縮機(jī)械手伸向前限，垂直機(jī)械手下降到下限，氣動機(jī)械手釋放物料。執(zhí)行步驟。氣動手指釋放物料后，物料出料口處的物料檢測傳感器檢測是否有物料，機(jī)械手回到原位，等待物料被抓取。返回順序為:垂直機(jī)械手上升到上限，伸縮機(jī)械手回到后限，旋轉(zhuǎn)機(jī)械手左轉(zhuǎn)到左限。如果處理中的物料沒有分類，即使在筒倉出口處檢測到物料，機(jī)械手也不會移動。若落料口檢測傳感器檢測有料，則執(zhí)行步驟；若落料口檢測傳感器檢測無料，機(jī)械手處于原點位置等待，傳送帶停止運行。此時若傳感器檢測有料，則皮帶運行，將物料送入分揀。執(zhí)行步驟E。材料分選。當(dāng)輸送帶運行時，傳感器可以根據(jù)物料的顏色和性質(zhì)來識別物料。Plc控制的電磁閥使氣缸移動分揀物料。如果所述金屬傳感器檢測到所述材料為金屬，則所述1棒圓柱移動以將所述材料推入所述存儲裝置。如果光傳感器檢測到的材料i是一個白色塑料工件，則桿2滾筒移動;如果光傳感器檢測到的材料ii是一個黑色塑料工件，則桿3滾筒移動。觸摸屏顯示工藝品的總數(shù)和每種工藝品的數(shù)量。將不同的工件推入相應(yīng)的材料存儲裝置后，系統(tǒng)回到步驟。2.3機(jī)械手自動分揀系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)啟動時，組合的警告紅燈閃爍，表示系統(tǒng)處于待機(jī)模式。注意:任何時候只有一個組合警示燈亮著。生產(chǎn)線有原點回歸、手動操作和自動操作三種操作模式。觸摸屏操作。故障停機(jī)、緊急停機(jī)或設(shè)備檢查發(fā)生變化時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能不在原狀態(tài)，因此系統(tǒng)電源必須在原來的返回操作后執(zhí)行。“返回原點”工作原理是按觸摸屏上的“返回原點啟動”按鈕，所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)返回到原點:旋轉(zhuǎn)臂左轉(zhuǎn)到極限位置，垂直臂上升到極限位置，伸縮臂回到極限位置，氣動手指打開，推動缸活塞桿回到極限位置，轉(zhuǎn)盤馬達(dá)停止運轉(zhuǎn)，皮帶停止傳動。“手動操作”模式，在觸摸屏上分別對操作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。選擇“自動運行”操作模式。觸摸屏“啟動”按鈕，組合警告紅燈關(guān)閉，組合警告綠燈閃爍，系統(tǒng)檢測各執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否在原點位置，原點位置是否滿意，下一步。傳送帶正在運轉(zhuǎn)，觸摸屏顯示傳送帶的速度。將托盤上的物料推至料倉出口處的物料測試位置。所述材料檢測傳感器檢測是否存在材料，如果存在材料檢測，則執(zhí)行下一步，所述機(jī)械手移動所述材料。機(jī)械手的運動順序如下:機(jī)械手向前延伸，垂直機(jī)械手向下下限下降，手指抓取物料上升到上限，機(jī)械手向右收縮，機(jī)械手向右移動到上限，機(jī)械手向前延伸到上限，機(jī)械手向下限下降，釋放物料。進(jìn)入下一步。氣動手指釋放物料后，物料出料口處的物料檢測傳感器檢測是否有物料，機(jī)械手回到原位，等待物料被抓取。返回順序如下:垂直臂上升到上限——延長臂收縮到后限——旋轉(zhuǎn)臂左轉(zhuǎn)到左限。如果處理中的物料沒有分類，即使在筒倉出口處檢測到物料，機(jī)械手也不會移動。如果在下料口的檢測傳感器中有物料，則進(jìn)行下一步，如果在下料口的檢測傳感器中沒有物料，則機(jī)械手在原位等待，輸送帶停止運行。此時如果傳感器檢測到材料，則皮帶操作，將材料進(jìn)行分揀。進(jìn)入下一步。材料分選。如果光傳感器ii檢測到材料是一個黑色塑料工件，那么c桿缸的行動。觸摸屏顯示工藝品的總數(shù)和每種工藝品的數(shù)量。將不同的工件推入相應(yīng)的材料存儲裝置后，系統(tǒng)回到步驟。注:金屬傳感器只能感應(yīng)金屬材料，光傳感器只能感應(yīng)高亮度材料，光傳感器只能感應(yīng)黑色材料。當(dāng)系統(tǒng)處于“自動運行”模式時，按觸摸屏上的“停止”按鈕。如果機(jī)械手和輸送帶處于輸送狀態(tài)，則必須完成分揀作業(yè)，然后停止。停機(jī)后，無論倉的卸料口和皮帶的卸料口是否有物料，生產(chǎn)線都不會移動。此時組合警告綠燈關(guān)閉，組合警告紅燈閃爍。隨時按操作面板上的“緊急停止”開關(guān)，系統(tǒng)立即停止在當(dāng)前位置，組合警示燈閃爍，同時蜂鳴器報警。釋放“緊急停車”，系統(tǒng)不自動啟動運行，組合警告紅燈閃爍，蜂鳴器停止報警。

系統(tǒng)硬件的選型3.1PLC種類及型號選擇當(dāng)前的市場上PLC類型比較多，如西門子、三菱、歐姆龍、施耐特等等200多家廠家，而PLC型號就有400多種。他們各種型號各有優(yōu)缺點，這里就不一一進(jìn)行闡述。本論文采用的PLC的類型是FX2N系列，它具有32個輸入口和32個輸出口，可以足夠本次的系統(tǒng)要求并留有一定的空出的輸入，輸出點。3.2機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇合適的執(zhí)行器可以大大提高機(jī)械手的性能，所以我們開始選擇合適的機(jī)械手的執(zhí)行器。3.2.1機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)坐標(biāo)形式的選擇按照機(jī)械手的手臂運動形式的不同，現(xiàn)成的機(jī)械手的種類可以區(qū)分成4種:直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、極坐標(biāo)式和多關(guān)節(jié)式。根據(jù)不同的用途還在不斷發(fā)展之中。本論文簡單的分析一下各模式的機(jī)械手對比：1、直角坐標(biāo)式機(jī)械手機(jī)械手的工作地方成行布列或與運輸帶共同運用是適合直角坐標(biāo)式機(jī)械手。2、球坐標(biāo)式機(jī)械手球坐標(biāo)式機(jī)械手是用途較廣，多空間，多角度的控制的機(jī)械手，故球坐標(biāo)式機(jī)械手可實現(xiàn)很多多角度的動作。3、關(guān)節(jié)式機(jī)械手關(guān)節(jié)式機(jī)械手是一種似于人的手臂運作的機(jī)能，故合適于接近機(jī)能運作傳動模型。4、圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手是采用很多的模型，它很合適運用在運輸和丈量的工件。圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手有四個基本動作：（1）伸和縮；（2）上和下；（3）左和右；（4）爪和夾。3.2.2機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)坐標(biāo)形式的分析圓柱坐標(biāo)機(jī)械手能滿足手臂前后、前后旋轉(zhuǎn)、上下旋轉(zhuǎn)等要求。圓柱坐標(biāo)機(jī)械手采用多種型號，它非常適合用于工件的運輸和測量，在本設(shè)計中，手臂前后、前后旋轉(zhuǎn)、上下旋轉(zhuǎn)，以滿足機(jī)械手的動作要求，因此決定采用圓柱坐標(biāo)機(jī)械手作為機(jī)械手的設(shè)計。3.3機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)由手部，臂部，支撐手臂的機(jī)械裝置，機(jī)座等部分組成。手是機(jī)械手的一部分，直接抓取或握住工具或貨物。它的作用是支撐手和手腕，驅(qū)動它們在空間中移動，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、操作方便、不影響機(jī)械手的正常操作的優(yōu)點。根據(jù)機(jī)械手的要求，選擇真空吸盤。3.4機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇所述的機(jī)械手臂設(shè)計成直線運動，通常由驅(qū)動機(jī)構(gòu)中用于拉伸和升降運動的直油(氣)缸驅(qū)動，本質(zhì)上由導(dǎo)向裝置組成。傳動機(jī)構(gòu)的直線運動，通常由齒條、馬達(dá)加斯加圓筒油和齒輪實現(xiàn)，而直線運動則由圓筒或復(fù)合圓筒實現(xiàn)，可分為以下幾類。它是機(jī)械手臂來回運動時經(jīng)常使用的一種手臂結(jié)構(gòu)。原理是在活塞的作用下有啊來回運動。當(dāng)需要很大的距離時，通常我們可以選擇伸縮式雙活塞桿缸，不僅滿足距離的要求，而且缸的尺寸小，美國和中國不足，這次行程有兩個速度。在本文中，機(jī)械手臂不需要一個大的行程，但需要一個來回的直線運動。根據(jù)不同的要求，缸體固定活塞桿運動的雙作用單活塞桿缸體是最合適的，其結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計廉價。

控制系統(tǒng)設(shè)計4.1控制系統(tǒng)流程圖對自動分揀系統(tǒng)的流程設(shè)計如下：A將料盤上的物料推送至料倉出口物料檢測位置。物料檢測傳感器檢測是否有料，若檢測有料執(zhí)行步驟B；B機(jī)械手搬運物料。機(jī)械手動作順序如下：伸縮機(jī)械手臂伸出至前限位一一垂直機(jī)械手臂下降到下限位一一啟動手指抓取物料一一垂直機(jī)械手臂上升到上限位一一伸縮機(jī)械手臂縮回到后限位一一旋轉(zhuǎn)機(jī)械手臂右轉(zhuǎn)到右限位一一伸縮機(jī)械手臂伸出到前限位一一垂直機(jī)械手臂下降至下限位——氣動手指釋放物料。執(zhí)行步驟C。C氣動手指釋放材料，材料檢測傳感器檢測材料，同時機(jī)械手回到原來的位置等待材料。返回順序為:垂直機(jī)械手上升到上限，伸縮機(jī)械手回到后限，旋轉(zhuǎn)機(jī)械手左轉(zhuǎn)到左限。如果處理中的物料沒有分類，即使在筒倉出口處檢測到物料，機(jī)械手也不會移動。如果下料開口檢測傳感器檢測到材料，執(zhí)行步驟D，D在氣動手指釋放材料后，下料開口材料檢測傳感器檢測是否有材料，同時機(jī)械手返回原位并等待抓取材料。返回順序為:垂直機(jī)械手上升到上限，伸縮機(jī)械手回到后限，旋轉(zhuǎn)機(jī)械手左轉(zhuǎn)到左限。如果處理中的物料沒有分類，即使在筒倉出口處檢測到物料，機(jī)械手也不會移動。其流程圖圖3所示：如圖3分揀的流程圖4.2PLC外部接線圖根據(jù)分配輸入/輸出信號與PLC輸入/輸出接口分配情況及所選定的PLC，得到PLC的外部接線圖如圖4：圖4PLC外部接線圖

結(jié)論本文主要是從機(jī)電一體化技術(shù)的角度來進(jìn)行對機(jī)械手的設(shè)計研究，從機(jī)械手的控制方向到，讓機(jī)械手更合適一些特定的環(huán)境當(dāng)中，對比單片機(jī)運動控制方案。機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)的組成，簡介機(jī)械手它的作用是支撐手部和腕部，并驅(qū)動它們在空間運轉(zhuǎn)，對工件無損害等作用的處理。參考文獻(xiàn)：[1]徐艷英.基于PLC的旋轉(zhuǎn)搬運系統(tǒng)設(shè)計[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2020(16):83-84.[2]朱明亮,丁宵月,張中琳,鄭忱.變頻系統(tǒng)對于輥鍛機(jī)機(jī)械手的改造與應(yīng)用[J].鍛壓技術(shù),2020,45(08):155-163.[3]肖國紅,弓清忠,紀(jì)志飛.基于PLC控制的5自由度機(jī)械手實驗平臺開發(fā)[J].機(jī)械工程師,202