基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计 (2)

基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计

自动化专业2012级2班：陈浩 指导教师：韩竺秦 讲师

1 绪论

在现今的科技的日新月益的进的展下, 在现今的科技日新月益的进展之下,机械手在先进技术领域中承担着重要一部分。机械手不但可以搬运一些工件、分拣一些物品等，而且能够工作在一些人类标记为危险的地区,例如能够在高温区域工作,能在有毒的环境中工作,能在腐蚀的环境中工作，并且可以实现生产的自动化和机械化，因此，被广泛应用于冶金、电子、机械制造、原子能和轻工业等部门。

1.1机械手的简介

机械手作为一个尖端的产物取代一些传统的工业的设备是现在现今社会的必要工具,它可以根据各种自动化设备的工作需求或需要,来完成我们想要完成的任务，所以机械手在这个先进的领域中承担着很重要的一部分。它能够工作在一些人类标记为危险的地区,例如能够在高温区域工作,能在有毒的环境中工作,能在腐蚀的环境中工作，并可以实现生产的自动化和机械化。

机械手是机器人的重要驱动部一件,其机械手的驱动装置所提供的安全性、高效性和平稳性都会直接影响机器人工作空间的轻量化要求、准确性和工作性能等，除此之外，机构尺寸也是关键之一。 1.2课题选题意义及主要研究内容 1.2.1选题意义

为了适应工业需一要，例如一些可变换生产品一种的中小批量自动化生产、单调重复某一种运动的工作、柔性生产线动作灵活多样等等，本论文研究PLC对物料分拣机械手的操控，利用一些合适的传感器，使其机械手能够像人一样区分一些有颜色的物料或不同材质的物料把他们区分开来和像人一样灵活地把一些不同颜色或材料的区分在指定的位置上，机械手也可以普遍使用于一些柔性生产线。有很多时候一些工作是作往复运动或旋转运动，人难免会出错，而机械手可以很好代替人来工作。本次设计主要是控制机械手的系统、驱动机械手的系统、执行机械手的系统的设计和完成机械手的硬件部分与软件部分设计。

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在这种环境下，智能化的机械手获得快速的更新，智能化的机械手不仅能够可以实现一些我们要求的行动和动作，而且可以想人一样灵活地运动，最重要就是能够实现负反馈，也就是能够检测到环境的变化，自动地修改正确的运动参数和行动的规律。

1.2.2本课题的主要研究内容

智能化的机械手是未来机械手的发展趋势，希望在我国科研工作者的共同努力下，我国能在智能机械手领域取得优势地位，为工业化注入新的活力。本论文首要研讨物料分拣机械手：智能化的机械手的控制系统的设计和执行系统的分析与选取，还有其驱动系统的分析与选取。

2 控制方案设计

2.1控制方案选择

一般的运动控制系统主要分为以下几类： 1、基于单一片机的运动控制系统

单片机（MCU）具有耗能低、一般的功能都能实现、价格便宜等优点，但是，一般的单片机（MCU）由于集成简单，功能不能很精密，很难实现日常生活中的一些要求，所以在一些大的工业上很少会用到单片机（CPU）作为他们的控制系统。

2、基于PLC的运动控制系统

可编程序控制器，也被称为可编程逻辑控制器(PLC)。

机械手控制系统在组成和功能上的合适拆分，不但把成本降低了，还会增加其通用性，而且会让机械手更合适一些特定的环境当中，对比单片机运动控制方案，可编程逻辑控制器(PLC)不但可以扩展输入/输出端口（I/O），它的通讯也能快速响应的能力，还有就是他的抗干扰能力比起单片机当然强大很多了。为此本章采取PLC控制的方法。 2.2 控制系统整体架构

如图2.2所示，该系统以PLC为主控部件，是这个系统的核心部分，可编程逻辑控制器(PLC)的可拓展I/O口模块可以接受各种检测开关传送回来的信号，和实时地监控一些开关和一些传感器的工作状态。

触摸屏可为上位机，对整个系统的各个关键的参数进行设置、修正和记录。

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各部分的传感器是获取机械手的内部和外部的信息，如位置传感器可检测机械手的实时状况，检测一些位置开关工作状态也就是说监控机械手的所有动作是否到了该到的位置，其图如下。

图2.1 机械手分拣控制系统整体架构图

触摸屏指示灯皮带电机电感传感器机械手可编程序控制器光电传感器气缸1 光纤传感器气缸2接近开关气缸3

图2.2 分拣系统示意图

其工作流程:

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A按触摸屏“启动”按钮，组合的红灯熄灭，组合的绿灯闪烁，系统检测各个执行机构是否处于原点位置，原点位置满足，执行步骤B。

B传送带正转运行，触摸屏显示皮带运行速度。将料盘上的物料推送至料仓出口物料检测位置。物料检测传感器检测是否有料，若检测有料执行步骤C；

C机械手搬运物料。机械手动作顺序如下：伸缩机械手臂伸出至前限位一一垂直机械手臂下降至下限位一一启动手指抓取物料一一垂直机械手臂上升至上限位一一伸缩机械手臂缩回至后限位一一旋转机械手臂右转至右限位一一伸缩机械手臂伸出至前限位一一垂直机械手臂下降至下限位一一气动手指释放物料。执行步骤D。

D气动的手指释放物料后，落料口物料的检测传感器检测是否有料，同时机械手返回原点位置等待抓料。返回顺序如下：垂直机械手臂上升至上限位一一伸缩机械手臂缩回至后限位一一旋转机械手臂左转至左限位。若正在处理的物料未分拣完，即使检测到料仓出口处有料，机械手亦不动作。

若落料口检测传感器检测有料，则执行步骤E；

若落料口检测传感器检测无料，机械手处于原点位置等待，传送带停止运行。此时若传感器检测有料，则皮带运行，将物料送入分拣。执行步骤E。

E物料分拣。传送带运行，传感器则按照物料的质料 的颜色、性质等特征进行分辨 ，分别由PLC控制的电磁阀使气缸的动作，对物料进行分拣。若金属传感器检测物料为金属材质，则A杆气缸动作，将物料推入储料装置。若光传感器I检测物料为白色塑料工件，则B杆气缸动作；若光传感器II检测到物料为黑色塑料工件，则C杆气缸动作。触摸屏显示工件的总数量以及各类型工件的数量。气缸将不同的工件推入相应的储料装置中后，系统返回步骤B。

2.3机械手自动分拣系统 1、上电

系统上电后，组合警示红灯闪烁，提示的系统处于待机模式。 注：组合警示灯任何时候只有一个灯亮。 2、工作模式

生产线有三种操作模式：原点回归、手动操作、自动运行。使用触摸屏进行操作。

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3、原点回归

故障停机、紧迫停机或设备检验更改后，各个执行机构或许没有在工作原点状态，故系统上电后必须实行原点回归运作。

“原点回归”工作，按触摸屏的“回原启动”按钮，各执行机构返回原点位置：

（1）旋转机械手臂左转至左限位 （2）垂直机械手臂上升至上限位 （3）伸缩机械手臂缩回至后限位 （4）气动手指张开

（5）各推料气缸活塞杆内缩至后限位 （6）转盘电机停止运行 （7）皮带停止传送 4、手动操作

“手动操作”模式，可在触摸屏上分别对各执行机构的运行的控制。 5、自动运行

选择“自动运行”工作模式。

A按触摸屏“启动”按钮，组合警示红灯熄灭，组合警示绿灯闪烁，系统检测各个执行机构是否处于原点位置，原点位置满足，执行步骤B。

B传送带正转运行，触摸屏显示皮带运行速度。将料盘上的物料推送至料仓出口物料检测位置。物料检测传感器检测是否有料，若检测有料执行步骤C；

C机械手搬运物料。机械手动作顺序如下：伸缩机械手臂伸出至前限位——垂直机械手臂下降至下限位——启动手指抓取物料——垂直机械手臂上升至上限位——伸缩机械手臂缩回至后限位——旋转机械手臂右转至右限位——伸缩机械手臂伸出至前限位——垂直机械手臂下降至下限位——气动手指释放物料。执行步骤D。

D气动手指释放物料后，落料口物料检测传感器检测是否有料，同时机械手返回原点位置等待抓料。返回顺序如下：垂直机械手臂上升至上限位——伸缩机械手臂缩回至后限位——旋转机械手臂左转至左限位。若正在处理的物料未分拣完，即使检测到料仓出口处有料，机械手亦不动作。

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