基于PLC的物料搬运机械手设计.pdf

帕一 ， 瑶耀 ／ C AD ／ CA M／ C A E ／ C A P P 圃固四匣团哩 基于P L C的物料搬运机械手设计 张海 英 ， 陈子珍 ， 翟志永 宁波职业技 术学院 ， 浙江 宁波 3 l 5 8 0 0 De s i g n o f M a t e r i a l Ha n d l i ng M a ni pu l a t o r Ba s e d o n PLC ZHANG Ha i - y i n g。 CHEN Zi - z h e n。 ZHAI Zhi - y o n g Ni n g b o P o l y t e c h n i c ， N i n g b o 3 1 5 8 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Un d e r c e r t a i n h i g h - t e mp e r a t u r e ，o v e r - l o a d i n g ， mu l t i - du s t d a n g e r o u s e n v i r o n me n t ，i n d u s t r i a l ma n i p u l a t o r i s b e c o mi n g mo r e i mp o r t a n t ． T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e d e s i g n p r i n c i p l e o f ma t e r i a l h a n d l i n g ma n i p u l a t o r ．S t e p p i n g mo t o r i s c o n t r o l l e d b y PL C ，wh i c h c a n c o n t r o l t h e mo v e me n t ，r o t a t i o n ，c a t c h a n d r e l e a s e a c t i o n o f ma n i p u l a t o r ．I n s t e a d o f ma n p o we r ，t h i s ma n i p u l a t o r c a n n o t o n l y r e d u c e t h e l a b o r i n t e n s i t y o f t h e wo r k e r b u t a l s o i n c r e a s e p r o d u c t i v i t y s i g ni f i c an t l y ． Ke y wor dsma ni p ul a t o r ；PLC；c on t r ol 1引 言 物料搬运机械手在高温 、 重载 、 多粉尘 的危险环境 中 应用普遍 ， 不但减轻 了工人的劳动强度 ， 还大大提高了劳 动生产率 。 本文对物料搬运机械手的机械结构和控制系统 进行阐述 。所设计的机械手可完成机械手旋转 、 手臂垂直 上下 、 手臂水平移动 、 手爪旋转 4个 自由度的控制。 2 总体概况 2 ． J 机械手组成 该物料搬运机械手为坐标式机械手 ，由机械手装 置 和控制系统两大部分组成 ， 用 P L C 作 为主控器 ， 来控制整 个机械手 的运行 ， 控制系统采用标准模块化设计 ， 主要 由 P L C模块 、 电源模块 、 机械手控制模块等组成。 2 ． 2 机械手工作过程 按复位按扭后 ， P L C控制转盘 电机 、 横轴 和竖轴步进 电机使机械手运行到初始位置 。 按启 动按扭 后 ， P L C控制转 盘电机正转 ，通过底 盘 光电传感器记数到 达设定位置后驱动转盘 电机反转 ， 运 行 到设定位 置 1 后 ， P L C控制横 轴和竖轴 步进 电机 ， 横 5结论 由上述分析结果可知 ， 在满足强度 、 刚度条件下 ， 理 论上 l t 固定式 矿车车轴可 以采用整体 空心轴和局部 空 心轴 。 1 与原实心轴相比 ， 在最 大变形相 同的条件下 ， 整 体空心轴最大应力较大 ， 而且受动载荷影 响较大。 2 在同样条件下 ， 局部空心轴 的应力和变形 以及受 动载荷影响程度介于实心轴 和整体空心轴之间。 3 没有考虑整体空心轴和局部空 心轴 的结构 细节 以及实际加工工艺对强度和刚度 的影响 ， 旨在对 l t 固定 式矿车车轴的轻型化途径进行探讨 ，为车轴轻型化实用 设计奠定前期基础。 [ 参考文献 】 [ 1 ] 曲芳 ， 徐 文娟 ， 李广 录． 矿车 自重及其 重心位置对矿 车运行特性 的影响分析 [ J ] ．煤矿机 械 ， 2 0 0 9 ， 3 0 4 8 2 8 5 ． [ 2] 北京有 色冶金设计 院 ， 鞍 山黑色金 属矿 山设计 院． 金 属矿 山采 矿设备设计 [ M] ．北 京 冶金工业出版社 ， 1 9 7 7 ． [ 3] 成大先． 机械设计手册[ M] ． 北京 化学 工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． 编辑 毕胜 作者 简介 徐 文娟 1 9 6 3 一 ， 女 ， 硕士 ， 教授 ， 主要从事教 学管理和机械 设计理论及其应 用方 面的研 究工作 。 收稿 日期 2 01 0 0 7 1 3 机械工程师 2 0 1 0 年第9 期l 8 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 制造业信息化 仿一 ， 毽赣 I C AD I C AMI C A E I CA P P 轴通过 P L C内部脉冲记数 ， 竖轴通过竖轴光电传感器记 数 ，运行到设定位置 2 后 ， P L C控制单 向电控 阀使手爪 抓紧物料 ，手爪 电机正转若干秒之后 ， P L C控制横轴和 竖轴 电机按原路线返 回到设定位置 1 后松开物料 ， P L C 控制手爪 电机 反转若 干秒后 又按原路运行 到位 置 2搬 运第 2 个物料到位置 1 ，结束 以后机械手运行 到初始位 置 0 ， 一个循环结束。 在搬运的过程 中有 4个接近开关实 时检测 障碍物信号 ， 如遇到障碍物 ， 马上改变运行路线 以避开障碍物。 3 硬件设计 1 手 臂伸缩 、 升 降机构 机 械手 横轴 和竖轴 的机 械传动采用滚珠丝杆传动 ，配高精密 的光杆导轨 和直 线轴承 ， 用步进 电机来驱动横轴和竖轴 ， 不仅 能使 机械 手臂非常平 稳地进 行伸缩 和升降 ，而且可 以进行精 确 定位控制 ； 2 旋转机构 机械手的旋转机构 由直流减速 电机来 图 1 物料运送机械手结构 图 1 ． 底 座2 ． 手爪3 ． 手 爪 控 制 电 机 4 ．横 向手臂5 ． 竖 向手臂6 ． 竖 向手 臂 控制电机7 ． 横 向手臂控制 电机 8 底 盘旋 转控制 电机9 ． 底盘 驱动 ， 用光电传感器 来检测反馈信号 ， 可 使旋 转 方 向位置 得 到精确控制 ； 3 手抓 机构 机械 手爪 采用 气 动 式 手爪 ，配有 电磁 阀 ， 能实现快速准确 地抓取和放开动作 ； 整 个机 械 手的结 构 如图 1 所示 。 4 控制系统设计 4 ． J 硬件 设计 在该系统中输人点数为 1 4点， 输出点数为 8 点 ， 考虑 到控制要求 和维修方便 ，采用 了 日本 三菱公司生产 的 F X 2 N - - 4 8 T 型 P L C 来作为主控器。用该 P L C来控制物料搬 表 1 F X 2 N 一 4 8 T型 P L C的输入地 址分配表 表 2 F X 2 N 一 4 8 T型 P L C的输出地址分配表 8 4 l 机 械工 程师 2 0 1 0 年第9 期 运机械手 ， 其 ∞ 接口分配如表 1 、 表 2 所示。 4 ． 2 软件设计 机械手物料搬运是从起始位置 1 搬运到 目 标位置 2 ， 以横向手臂在位置 2向上或向下 的运动为例，横 向手臂 从位置 1 到位置 2 时有 以下几种情况 1 在位 置 2的下方 抓取工 件 1 ； 2 将工件 1 放 到位 置 2 的上方 ； 3 手 臂 复 位 ； 4 将工件 1 放 到 位 置 2 的下方。 横 向手 4 8 0与 D1 0比较 王 巫 室 到 I王 巫 鉴 I I至 巫 墼 至 f l至 茎 f 至 至 至 陌 陌两 r j E I 些 墨 竺 查 I I 查 塑 壁 三 lI 兰 竺 立 图2 横向手臂在位置 2向上或向下的 程序流程图 臂在位置 2向上或向下 的运动程序如图 2 。 部分程序如 图 3 所示 。 5结语 经过实验安装运行 ， 运用该物料搬运机械手可实现 物料搬运的自动化 ， 运行情况 良好 ， 用 P L C控制横臂和竖 臂步进电机， 可对机械手进行垂直和水平移动 、 水平旋转 的精确位置控制 ， 基本达到预期要求。 [ 参考文献] [ 1 ] 蔡自兴． 机器人学的发展趋势和发展战略[ J ] ．机器人技术与应 用 ， 2 0 0 1 4 l 1 一 l 6 ． [ 2 ] 于靖军 ， 刘辛军 ， 等 ． 机器人 机构学 的数学基础 [ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ] 郭艳萍． 基于 P L C的工业机械手控制系统[ J ] ． 仪表技术与传感 器 ， 2 0 0 7 9 3 1 3 2 ． [ 5 ] 李允文． 工业机械手设计[ M] 一E 京 机械工业出版社 ， 1 9 9 6 ． [ 6 ] 日 本三菱公司． 三菱 P L C编程说明书[ z ] ． 编辑 启迪 作者筒介 张海英 1 9 7 8 一 ， 女， 讲师， 硕士， 主要从事机器人、 数控技 术方面的研 究。 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 2 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m