某搬运工件机械手控制系统设计

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1、某搬运工件机械手控制系统设计作者姓名：xxx专业名称：机械工程及自动化指导教师：xxxx 副教授摘 要 搬运机械手是企业自动化生产线中重要设备之一，其性能的优劣直接影响到产品的产量和质量。因此，设计性能优良的搬运机械手控制系统对于提高产品产量和质量具有十分重要的意义。 论文针对完成曲轴在两条生产线之间搬运任务的搬运机械手控制系统进行设计。采用了电液一体化的设计方案，液压缸实现了机械手对工件的抓放，通过伺服电机来实现机械手在水平、竖直方向快速精确的移动。采用SIEMENS公司的SIMATIC S7-200系列PLC作为核心控制器，外扩定位模块EM253模块对伺服电机进行精确的定位控制，从硬件和软

2、件两个方面进行设计，完成了PLC在搬运机械手中硬件连接，I/O点分配和应用程序的设计，实现了机械手的上电初始化、零点复位、故障报警、手动运行、半自动运行和在无人看守时的自动运行。最终达到设计要求，完成搬运目的。关键词： 搬运机械手 PLC 定位模块EM253 控制系统AbstractCarrying manipulator is one of the important equipment in the enterprise automatic production line,whose performance quality directly affect product quality a

3、nd production. Therefore, the design of excellent properties carrying manipulator control system to improve product quality and production is very important .This paper aimed at designing the carrying manipulator handling mission control system which achieved the crankshaft between two production li

4、nes. Adopting electrical integration design, we use a locking function of the cylinder to realize the manipulator grasp of the workpiece in put and guarantee the expired condition, through state of manipulator keep servo motor move quickly and accurately in level and the vertical direction. Adopt SI

5、EMENS company SIMATIC S7-200 PLC as the core controller, the outside enlarge EM253 performs accurate positioning control in module module of servo motor, designing from two aspects of hardware and software, completed in handling mechanical hand PLC hardware connection, I/O point distribution and app

6、lication of the design, realizing the manipulator on electricity initialization, zero reset, fault alarm, manual operation, semi-automatic operation and the automatic operation when no keeping watch. Finally achived the design requirements and completed handling purpose. KEY WORDS： carrying manipula

7、tor，PLC Position Module EM253， control system目录摘 要IAbstractII目录III前言11系统主要部件选择51.1 液压缸的选择51.2 阀门的选择71.3 行程开关的选择81.4 接近开关的选择81.5 驱动电机的选择92 控制系统的硬件设计102.1 控制系统功能102.2 控制系统硬件组成112.2.1 位控模块112.2.2 控制系统硬件结构122.3 操作面板的设计122.4 PLC系统设计142.5 运动控制系统的实现172.6 控制系统电路设计203 系统软件的设计与实现223.1 系统工作方式223.2 程序设计233.2.1

8、主程序设计233.2.2 初始化子程序设计233.2.3 复位子程序与报警程序设计243.2.4 手动运行子程序设计253.2.5 半自动运行子程序263.2.6 自动子程序设计28总结30致谢32参考文献33附件1 系统配件清单34附件2 液压线路简图35前言 工业机械手在先进制造技术领域中扮演着极其重要的角色，是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支，它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，

9、尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。本次的课题是搬运工件机械手系统设计 初始参数与设计要求: 1、抓重：0100N；2、自由度：3个；3、机械部部运动参数：运动名称符 号行程范围（mm）水 平X0-2000垂 直Z0-2004、手指夹持范围：棒料，60mm120mm，长度100450mm；5、定位方式：定位模块EM253；6、驱动方式：步进电机、液压（中、低压系统）；7、定位精度：±3mm；8、控制

10、方式：自动、半自动、手动 。机械手抓重为100N，按工业机械手的分类，属于中小型，按用途分为专用机械手，其特点是具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样，专用机械手的工作范围小、定位精度高、小巧灵活的特点。本课题的研究主要是将一定尺寸的棒料从一个自动生产线搬运到另一个自动生产线的控制系统。机械手部采用液压缸驱动完成夹取、放松工件，其液压线路图见附录2。机械手臂的上升、下降和机座的水平移动都用步进电机驱动。两生产线的布置和具体位置参数，如图0.1所示。图0.1 机械系统整体布局示意图 机械手主要由手部、腕部、升降部、滑动部、机座和控制箱，以及其它附件组成。其中手部为四指结构，其运动由带有自锁功

11、能的液压缸完成；升降部以导轨为导向装置，其运动由伺服电机驱动丝杠来完成；滑动部也是以导轨为导向装置，其运动由伺服电机驱动齿轮在齿条上滚动来完成。PLC和相关控制器件安装于控制箱内，通过电缆和信号线与机械手进行联接。机械手的定位采用脉冲数来控制，升降运动和滑动都有快慢速调整，调整位置也由脉冲数来控制，而速度由脉冲频率调整。在料架1和料架2上分别安装接近开关，进行生产线上有无工件的检测，满足在料架1有工件时机械手才进行下降和抓取，料架2上无工件时机械手才下降放下工件。机械手还满足在掉电时能够自锁，保持当前的状态。系统上电后机械手开始初始化，初始化完毕后选择工作方式，分别为手动模式，半自动模式，自动