基于PLC的搬運機器人系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u26415基于PLC的搬運機器人系統(tǒng)設(shè)計 129645內(nèi)容提要 115412引言 112265一、機器人主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計 226366（一）機器人腰座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 324661（二）機器人手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 322782（三）機器人夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 416292三、系統(tǒng)硬件的設(shè)計 524002（一）PLC的選型 5362（二）其他元器件的選型 632731四、系統(tǒng)軟件的設(shè)計 624058（一）夾具的控制系統(tǒng)的設(shè)計 613877（二）手臂的控制系統(tǒng)設(shè)計 76383（三）報警系統(tǒng)控制設(shè)計 89455結(jié)論 816658參考文獻 9內(nèi)容提要搬運機器人是21世紀(jì)自動化控制領(lǐng)域脫穎而出的高新技術(shù)的產(chǎn)物，搬運機器人不僅可以完成工人的大部分工作，甚至絕大多數(shù)的時候它們是能夠超越工人的工作能力的。搬運機器人的最大優(yōu)點就是它可以實現(xiàn)正常人類無法實現(xiàn)的無休止的高強度工作，而且在人類無法忍受的種種冷熱天氣絕大部分的搬運機器人都可以正常工作。所以搬運機器人是新世紀(jì)的高新技術(shù)產(chǎn)物，是人類越向未來的一大產(chǎn)物，它是人類的功能的延續(xù)發(fā)展的升級，在這個工業(yè)發(fā)達的自動化時代被企業(yè)普遍的使用。關(guān)鍵詞：搬運機器人；PLC；邏輯控制引言機械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動剛健功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手能代替人類完成危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)力。機械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機械行業(yè)中它可用于零部件組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更普遍。目前，機械手已經(jīng)發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)（FMS）和FMC的重要組成部分。機床與機械手結(jié)合，采用柔性制造系統(tǒng)或柔性制造單元。適用于批量生產(chǎn)，節(jié)省工件輸送裝置。結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)性強。當(dāng)工件發(fā)生變化時，靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)容易發(fā)生變化，這有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地滿足市場競爭的要求。然而，目前國內(nèi)外工業(yè)機器人技術(shù)與工程應(yīng)用水平仍存在一定差距。應(yīng)用范圍和生產(chǎn)水平較低，研發(fā)水平不高。它直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高。因此，對其進行研究和設(shè)計具有重要意義。本次畢業(yè)設(shè)計主要完成機器人傳動部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件設(shè)計。它的工作需要靈活的轉(zhuǎn)向和換向要求，打開和關(guān)閉夾具的運動，以及模塊化的動力設(shè)計。本設(shè)計采用可編程控制器（PLC）設(shè)計控制系統(tǒng)，并開發(fā)了控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。根據(jù)其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能，開發(fā)設(shè)計了不同現(xiàn)場工作環(huán)境下的各種可編程控制系統(tǒng)硬件。采用可編程邏輯控制器（PLC）作為控制裝置，可以支持梯形圖或其他基于邏輯編程語言的程序控制，使控制系統(tǒng)的邏輯性更強。直觀方便。一、機器人主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計在大部分的機器人的結(jié)構(gòu)特征里基本上可以歸為四大類型結(jié)構(gòu)。它們可以用四種坐標(biāo)系的形式來表現(xiàn)出來它們的結(jié)構(gòu)。包含了直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)球形坐標(biāo)結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)行坐標(biāo)結(jié)構(gòu)四種。其中關(guān)節(jié)行結(jié)構(gòu)是最為普遍被應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)。這四種結(jié)構(gòu)簡單的分析如下所示機器人的第一個直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)主要位于XYZ的三個軸上，運動方向僅限于這三個方向。這個運動只能做線性運動，不能做弧度運動。所需的工作空間也很大，因此這種類型的組織通常用于大型倉庫等。這種結(jié)構(gòu)具有易于控制和控制精度高的優(yōu)點。第二種是機器人的圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)。笛卡爾坐標(biāo)和圓柱坐標(biāo)最大的區(qū)別在于笛卡爾坐標(biāo)不能實現(xiàn)運動。該機構(gòu)的軌跡是圓柱形的，每個部件都可以改變弧度角，而不是直角機構(gòu)的靜態(tài)線性運動。第三種機器人結(jié)構(gòu)是球面坐標(biāo)系。球坐標(biāo)機構(gòu)是在圓柱坐標(biāo)機構(gòu)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動和直線運動的機構(gòu)。它的運動不是很復(fù)雜，但它的整體運動是兩個旋轉(zhuǎn)和一個線性運動。第四類是機器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)比其他結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。這是一個模仿人類關(guān)節(jié)的機器人結(jié)構(gòu)。它與直線運動的三個直角完全不同。他的三個動作都是旋轉(zhuǎn)動作。因此，它們與人類的關(guān)節(jié)非常相似，所以它們非常靈活、小而緊湊。這種I型結(jié)構(gòu)是目前最先進的機器人結(jié)構(gòu)。因此，它被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。圖1四種機器人坐標(biāo)形式（一）機器人腰座的結(jié)構(gòu)設(shè)計以上的內(nèi)容決定了此次搬運機器人的大體結(jié)構(gòu)樣貌，但是光有這樣是僅僅不行的，機器人最主要的就是內(nèi)部的零件的選擇和控制系統(tǒng)的設(shè)計。所以我們還需要對機器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分析選購。對于搬運機器人而言，通常情況下它是有固定的往復(fù)運動的。經(jīng)過我們查閱資料的考慮思考，我們可以通過簡單的實驗分析它的一些具體方案。首先動力機構(gòu)我們選擇的是齒輪以及電機來實現(xiàn)。如下圖所示，當(dāng)機器人運行時電機會進行轉(zhuǎn)動，從而帶動齒輪轉(zhuǎn)動，一個齒輪轉(zhuǎn)動帶動著其他所有齒輪的轉(zhuǎn)動，而最上面的兩組齒輪是連接著腰部機構(gòu)的翻轉(zhuǎn)的，所以最后可以實現(xiàn)腰部的反轉(zhuǎn)運動。圖2搬運機器人腰部構(gòu)造示意圖（二）機器人手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計機械手的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和夾緊機構(gòu)也需要移動，以實現(xiàn)工件的打開和關(guān)閉夾緊。通過對信息的研究，我們發(fā)現(xiàn)能量主要是氣動的。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中有一個密封的圓筒，可以在不暴露的情況下儲存氣體，并為工作的移動和旋轉(zhuǎn)提供能量。這種機構(gòu)的主要缺點是動力機構(gòu)的握力容易受到限制和不足。結(jié)合工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢和制造業(yè)的一些實例，可以在制造階段確定機器人的精度，從而實現(xiàn)更精確的運動。這樣就可以實現(xiàn)良好的功能。減少不必要的問題。因此，通過簡單的試驗分析和論證結(jié)果，我們可以簡單地分析總體設(shè)計和具體的結(jié)構(gòu)方案。圖3手臂結(jié)構(gòu)示意圖（三）機器人夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計在機器人工廠，機器人主要處理一些工具或工件的堆放。一般機器人主要采用手持式夾緊機構(gòu)。通過查閱和數(shù)據(jù)分析，該機構(gòu)的電源可分為三類電源模塊。這三種動力裝置各有優(yōu)缺點，我們可以簡單地進行比較。氣動傳動，簡稱氣動傳動技術(shù)。該方法的工作原理與夜間壓力傳遞技術(shù)類似，主要區(qū)別在于天然氣利用和液體利用輸氣技術(shù)顧名思義，電動汽車的發(fā)展是一項以電動機為主要動力的節(jié)能工作。現(xiàn)在汽車技術(shù)的使用非常普遍，汽車技術(shù)的發(fā)展也非常成熟和方便。與天線相比，使用電子技術(shù)的最大優(yōu)勢在于它可以提供非常大的功率匹配。缺點也很明顯。由于高功耗和電機運行速度，需要一些減速裝置。液壓傳動和氣動傳動的主要區(qū)別在于載體之間的區(qū)別，但是液壓傳動有很大的優(yōu)勢，可以有很大的功率。傳動機構(gòu)將驅(qū)動力和驅(qū)動力的傳動部分連接到機器的主工作機構(gòu)。由于加工和制造誤差，各種特殊的傳動機構(gòu)部件會導(dǎo)致傳動機構(gòu)的精度和誤差。裝配骨折損傷；高溫變形；外力當(dāng)傳動機構(gòu)發(fā)生重大故障時，會大大降低工作效率，甚至造成不必要的事故。因此，對傳動機構(gòu)的設(shè)計提出了更高的要求。利用仿生學(xué)知識，設(shè)計了一種類似于用手抓取動物的移動機器人夾具。和人類一樣，自由職業(yè)也是通過雙手的握住和放開來實現(xiàn)的。夾子的驅(qū)動力為氣動驅(qū)動力。夾子中裝有一個能夠儲存空氣的氣缸，將夾子壓在空氣上，使其打開、關(guān)閉和移動。工作是可以完成的。圖4夾具的構(gòu)造示意圖三、系統(tǒng)硬件的設(shè)計（一）PLC的選型機器人的控制設(shè)計基于PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計和系統(tǒng)硬件控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開發(fā)。本次設(shè)計采用西門子S7-200-CPU226型PLC，因為西門子公司的產(chǎn)品質(zhì)量較好，使用的壽命比較長，而且這款型號的PLC適用性也比較強。它具有未定可靠、價格透明、應(yīng)用廣泛、學(xué)習(xí)簡單等特性，這種plc本質(zhì)上實際就是一個小型的可編程控制器，他的小巧以至于它能夠適用于很多種企業(yè)的項目種進行控制臨測。它無論是在小項目還是在大工程里獨自的運作都能夠?qū)崿F(xiàn)非常復(fù)雜的控制。所以它具有及其搞的性價比和能力。在大部分的生產(chǎn)行業(yè)都非常的廣泛和成熟。使用其他技術(shù)，不僅優(yōu)點沒有PLC多，技術(shù)得不到保證，且PLC的穩(wěn)定性強，為維修等問題帶來方便。S7-200是經(jīng)過了大量的市場調(diào)研研究所產(chǎn)生的產(chǎn)物，可以說是為大部分的企業(yè)量身定做的一種小型自動化的可編程控制器（PLC）它廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等的生產(chǎn)。圖5plc實況圖但是S7-200的一大致命缺點就是擴展模塊比較而言會稍微偏少一點，對于一些大型的企業(yè)項目來說不一定是適合的選擇，所以s7-200正常情況下只能適用于一些小型的項目，這是一大弊端。（二）其他元器件的選型本次設(shè)計選用的伺服電機使用的型號是三菱HF-KN13J-KH003，伺服電機的驅(qū)動器使用的型號是MR-EJ-10A-KH003，模塊使用的十定位控制塊EM253，限位開關(guān)采用的XCKN2102P20C。圖6硬件組裝圖四、系統(tǒng)軟件的設(shè)計（一）夾具的控制系統(tǒng)的設(shè)計搬運機器人的運作離不開夾具的正向轉(zhuǎn)動和反向轉(zhuǎn)，這種動作是基于電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。它的邏輯控制設(shè)計是當(dāng)按下啟動按鈕I0.0時，夾具正向轉(zhuǎn)動，指示燈Q1.2熄滅。當(dāng)M0.6置1時，夾具反向轉(zhuǎn)動。梯形圖如4-1所示。圖7夾具正反轉(zhuǎn)邏輯控制系統(tǒng)（二）手臂的控制系統(tǒng)設(shè)計手臂的前后移動邏輯控制的設(shè)計是2s后M1.0復(fù)位、M0.0運作，然后夾具停止運動，Q0.7閉合，手臂朝后轉(zhuǎn)動，后轉(zhuǎn)指示燈運行發(fā)亮。當(dāng)M0.3置1時，手臂向前移動，前轉(zhuǎn)指示運行發(fā)燈亮。梯形圖如4-2所示。圖8手臂的前后移動邏輯控制系統(tǒng)手臂的上升下降邏輯控制的設(shè)計是當(dāng)M0.7閉合時，手臂朝上方向進行運作，上升指示燈運行發(fā)亮。當(dāng)M0.4閉合時，手臂朝下方向運作，下降指示燈運行發(fā)亮。梯形圖如圖9所示。圖9手臂上升下降邏輯控制系統(tǒng)手臂的左右移動邏輯控制的設(shè)計當(dāng)M0.2置1時，手臂向右移動，右行指示燈亮。當(dāng)M0.1置1時，手臂向左移動，左行指示燈亮。梯形圖如圖4-4所示圖10手臂左右移動邏輯控制系統(tǒng)（三）報警系統(tǒng)控制設(shè)計在搬運機器人的運行過程中報警信號源I1.1若是有輸出，則報警信號會實現(xiàn)閃爍，閃爍震蕩周期是1s。若是當(dāng)報警信號解除時，報警信號源I1.1停止輸出，則會使報警信號燈停止閃爍。如圖4-5所示。圖11報警邏輯控制系統(tǒng)結(jié)論本文介紹了搬運機器人的設(shè)計和應(yīng)用意義，并且介紹了目前搬運機器人的發(fā)展?fàn)顩r和未來的趨勢走向，以及搬運機器人從一開始到成型的基本構(gòu)件的選擇組成的設(shè)計和軟件硬件的選型設(shè)計編程等。在本文介紹了搬運機器人的構(gòu)建機構(gòu)邏輯系統(tǒng)的設(shè)計，搬運機器人在工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)中使用的非常普遍，在實線產(chǎn)業(yè)全自動化的方向上還要實現(xiàn)節(jié)約成本和提升產(chǎn)業(yè)的效率。機器人的控制設(shè)計技術(shù)是一種綜合了很多知識的一種復(fù)雜總合型技術(shù)。搬運機器人控制系統(tǒng)又是一個復(fù)雜的并且是隨機的系統(tǒng)。本次基于PLC的搬運機器人系統(tǒng)設(shè)計對與輔導(dǎo)助學(xué)一定的意義在本項目設(shè)計中，搬運機器人控制系統(tǒng)使用的是可編程控制器（PLC）來實現(xiàn)此次設(shè)計的機器人的各種功能的系統(tǒng)控制，使得本次設(shè)計中的機器人構(gòu)造大大簡潔明了，并且因為PLC本來自己擁有的性質(zhì)，本次設(shè)計也很大程度上的提高了工業(yè)自動化的靠譜行以及智能程度的升級，在復(fù)雜無法預(yù)測的惡劣環(huán)境下，它能夠自我進行調(diào)整變化，從而減少了原有老套的以勞動力生產(chǎn)的方式和不必要的成本。未來的發(fā)展種機器人的自動化必定是一個前途不可限量的一個產(chǎn)業(yè)。國家的發(fā)展需要工業(yè)技術(shù)的支持，工業(yè)的發(fā)展離不開自動化產(chǎn)業(yè)的使用，所以搬運機器人的應(yīng)用必定是未來大的的必不可少的一個主要的一門技術(shù)。參考文獻[1]郭佳海，張文輝.基于PLC的搬運機器人邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計[J].麗水學(xué)院學(xué)報，2015，37(2):5.[2]趙紅順.基于PLC的氣動搬運機器人控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機床電器，2011，38(4):3.[3]白克.基于PLC和機器視覺的采摘機器人智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)機化研究，2021，43(2):5.[4]王圓星，郭洪月，陳鵬，等.基于PLC的機器人電氣控制系統(tǒng)設(shè)計[J].中國高新科技，2021(5):2.[5]馬偉俊，韓少華.基于PLC的工業(yè)機器人監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].新型工業(yè)化，2021，11(1):2.[6]李卓陽，江小靜，成澤，等.基于PLC的CNC機器人上下料控制系統(tǒng)設(shè)計[J].無線