毕业论文范文——基于PLC的四自由度机械手控制系统设计

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1、基于PLC的四自由度机械手控制系统设计摘　　要本文通过研制基于PLC控制的四自由度气动光盘搬运机械手，设计相关的气动回路与PLC控制系统，分析了机械手中PLC控制系统的特点。PLC控制系统由于其简单易于实现，可靠性好，是代替继电器控制系统有效的方法。通过对PLC程序设计的研究，采用顺序功能图设计方法是实现气动机械手动作路线及其他复杂顺序动作系统的有效方法。本文设计了一种基于PLC控制的四自由度的气动机械手，用于抓取与搬运光盘，该机械手结构与控制原理具有通用性与代表性。为便于教学，该气动机械手还具有一定的开放性。气动机械手采用

2、PLC控制电路及气压回路驱动气缸实现要求的运动轨迹，在结构上，与其他类型的机械手相比，气动机械手具有结构简单，控制容易实现，其气动部件已系列化和组立化，便于设计与实现，且维护方便。由于气动机械手这些特点，气动机械手在生产过程自动化中的应用已日益广泛。关键词：机械手；气动系统；PLC；顺序功能图第21页共22页基于PLC的四自由度机械手控制系统设计第1章基于PLC的四自由度机械手控制系统设计1.1基于PLC的四自由度机械手控制系统设计分析机械手是一种模仿人手动作，并按设定程序、轨迹和要求代替人手抓(吸)取、搬运工件或工具进行操

3、作的自动化装置。气动机械手采用PLC控制电路及气压回路驱动气缸实现要求的运动轨迹，在结构上，与其他类型的机械手相比，气动机械手具有结构简单，控制容易实现，其气动部件已系列化和组立化，便于设计与实现，且维护方便。由于气动机械手这些特点，气动机械手在生产过程自动化中的应用已日益广泛。本文设计了一种基于PLC控制的四自由度的气动机械手，用于抓取与搬运光盘，该机械手结构与控制原理具有通用性与代表性。为便于教学，该气动机械手还具有一定的开放性。1.2机械手基本结构与控制任务如(图l)所示，光盘放置于位置l，气动机械手的初始位置处于位置

4、9，要实现将光盘根据要求从位置l搬运至位置2、3、7、8时，对机械手的自由度提出一定的要求。根据任务要求，机械手要实现X方向与Y方向的运动、绕z方向的旋转，同时在抓取过程中要实现手臂的升降(Z)和吸放光盘的过程，该机械手具有四个自由度。机械手硬件如(图2)所示。图1气动机械手任务图第21页共22页基于PLC的四自由度机械手控制系统设计图2机械手硬件结构图1.3机械手气动系统设计气动机械手硬件系统由四个气缸、三个真空吸盘、限位磁性接近开关、5个两位五通电磁气阀和1个两位两通电磁气阀组成的阀岛、控制面板、接线端子、PLC、按钮开

5、关及指示灯等相关电气元件组成。当按钮开关或磁性接近开关发出信号传递到PLC输入端子，经过PLC程序处理，PLC发出动作控制信号驱动相应主控阀电磁线圈的通断，控制压缩空气的运动方向，使气缸产生对应的动作。要实现前述控制任务要求，其控制部分包括气动回路与PLC控制部分。气动机械手的气压控制回路如图3所示。气源产生压缩空气，经三联件处理后，经两位五通阀和单向节流阀分别进入滑台气缸、回转气缸、悬臂气缸、升降气缸。两位五通阀电磁线圈的通断决定了气缸的动作，比如控制滑台气缸的二位五通阀通电时，滑台气缸本体(缸体)第21页共22页基于PL

6、C的四自由度机械手控制系统设计左移；断电时滑台气缸本体(缸体)右移。本机械手选择两位阀，而没有选择具有中位机能的三位阀，主要是为了减少控制信号，减少PLC的输出点数。单向节流阀的作用是调节气缸的运动速度，产生一定的背压缓冲。对真空吸盘吸光盘的过程，当真空发生器通过高压气体时，产生一定的真空度，实现吸光盘，此时，两位五通阀处于通电状态，两位两通阀处于断电状态。对放光盘的过程，要求高压气体先经两位两通阀，通过真空吸盘将吸附的光盘吹落，延迟一段时间后断开真空吸盘的气路，以节约用气量，故要求在两位五通阀通电、两位两通阀断电状态下，两

7、位两通阀先通电，延迟一段时间后，两位五通阀再断电，然后两位两通阀再断电。图3机械手气动回路原理图第21页共22页基于PLC的四自由度机械手控制系统设计第2章基于PLC的四自由度机械手控制系统硬件设计2.1FX-2N系列可编程控制器简介2.1.1可编程控制器的产生20世纪20年代起，人们把各种继电器。定时器。接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位

8、.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差.20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车