基于PLC的自動化車間物料搬運(yùn)裝置的控制設(shè)計(jì)(含CAD圖紙)
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第二章 總體方案確定
第二章 總體方案確定
2.1 總體方案論證
機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。
對氣動機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾一放和搬運(yùn)物件,這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。設(shè)計(jì)氣動機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求,擬定最合理的作業(yè)工序和工藝,并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性,定位精度要求,抓取、搬運(yùn)時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等,從而進(jìn)一步確定對機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)件,簡化設(shè)計(jì)制造過程,兼顧通用性和專用性,并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用氣動機(jī)械手,是一種適合于小批生產(chǎn)的、可以變動作程序的自動搬運(yùn)或操作設(shè)備生產(chǎn)場合。
2.1.1 機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
按照抓取工件的要求,本機(jī)械手的手臂有四個自由度,即手臂的夾緊、左右回轉(zhuǎn)、左右伸縮和升降運(yùn)動。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的,立柱的橫向移動即為手臂的手臂的左右伸縮,手臂的各種運(yùn)動由氣缸來實(shí)現(xiàn)
2.1.2 機(jī)械手驅(qū)動方案設(shè)計(jì)
氣壓傳動的優(yōu)點(diǎn):
1.對于傳動形式而言,氣缸作為線性驅(qū)動器可在空間的任意位置組建它所需的運(yùn)動軌跡,安裝維護(hù)簡單;
2.工作介質(zhì)是取之不盡、用之不竭的空氣,空氣本身不花錢。排氣處理簡單,不污染環(huán)境,成本低。壓力等級低,使用安全;
3.氣缸動作速度一般為50~500mm/s,比液壓和電氣方式的動作速度快,其間,通過單向節(jié)流閥,可使氣缸速度無級調(diào)節(jié);
4.可靠性高,使用壽命長。電器元件的有效動作數(shù)約為數(shù)百萬次,而進(jìn)口的一般電磁閥的壽命大于3000萬次,小型閥超過一億次;
5.利用空氣的可壓縮性,可儲存能量,實(shí)現(xiàn)集中供氣;
6.全氣動控制具有防火、防爆、耐潮的能力。與液壓方式相比,氣動方式可在高溫場合使用;
7.由于空氣損失小,壓縮空氣可集中供應(yīng),遠(yuǎn)距離輸送。
根據(jù)以上優(yōu)點(diǎn)可知道氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速,反應(yīng)靈敏,阻力損失和泄漏較小,成本低廉因此本機(jī)械手采用氣壓傳動方式。
2.1.3 機(jī)械手控制方案設(shè)計(jì)
綜合分析機(jī)械手的動作要求,PLC在機(jī)械手中需要完成的控制功能較多,控制精度較高,運(yùn)算速度較快且具有數(shù)據(jù)處理能力,并考慮整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo),由于PLC的輸出電流較小,需要用功率模塊來控制比例液壓閥,選用西門子公司的S7-200系CPU226型PLC,其I/O功能和指令系統(tǒng)都能滿足對該機(jī)械手的控制要求??刂瓢粹o、各處的行程開關(guān)及壓力繼電器等開關(guān)量信號直接與PLC的輸入端子相連,PLC的開關(guān)量輸出端子直接與各個電磁閥相連,用PLC上所帶的24V電源或外接24V電源驅(qū)動,采用編程軟件(STEP 7-Micro/WIN V4.4版)進(jìn)行編程和運(yùn)行監(jiān)控。
2.1.4 機(jī)械手主要參數(shù)
a.主參數(shù)
機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參數(shù),本設(shè)計(jì)機(jī)械手最大抓重以1kg為數(shù)最多。故該機(jī)械手主參數(shù)定為1kg。
b.基本參數(shù)
運(yùn)動速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機(jī)械手速度提出了要求,設(shè)計(jì)速度過低限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動作快慢的主要因素是手臂回轉(zhuǎn)的速度。
該機(jī)械手最大升降速度設(shè)計(jì)為100mm/s,最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為450°/s。平均升降速度為80m/s,平均回轉(zhuǎn)速度為90°/s。
2.1.5 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表
A.設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):
a)抓重
1公斤(夾持式手部)
b)自由度數(shù)
4個自由度
c)最大工作半徑
279mm
d)手臂最大中心高
684.5mm
B.手臂運(yùn)動參數(shù)
夾緊行程 50mm
夾緊速度 50mn/s
升降行程 100mm
升降速度 100mm/s
回轉(zhuǎn)范圍 0°~180°
回轉(zhuǎn)速度 90°/s
C.手指夾持范圍
塑料:Φ40mm
D.定位方式
行程開關(guān)
E.定位精度
士0.5mm
F.緩沖方式
液壓緩沖器
G.驅(qū)動方式
氣壓傳動
H.控制方式
點(diǎn)位程序控制(采用PLC)
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