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基于PLC的分拣机械手-硬件设计.doc
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基于PLC的分拣机械手-硬件设计.doc
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摘 要
本次设计在研究了近年来机械手发展状况的基础上,针对人类繁重的劳动,以
及工业生产之中人工作业存在的安全隐患等问题提出了将 PLC 控制与气动控制相结合
的机械手设计,运用了机械手技术作为设计基础,设计了整体结构、执行结构、驱动系
统和控制系统,提出基于 PLC 以及气动控制的分拣机械手,进行产品的分拣工作。通
过对实现分拣功能进行深入研究,结合控制系统以及硬件选用的优缺点仔细分析,在实
现分拣功能的基础上进行了部分优化,并设计绘制了相应电路接线图等一系列设计图纸。
设计出了采用气动进行驱动的,PLC 进行控制的简单易操作的,有实际意义的物料分拣
机械手,可以为现代工业生产提供部分数据支持以及技术支撑。
关键词:机械手;气动控制;可编程控制器(PLC);自动化控制;物料分拣
PLC-based control sorting manipulator design-hardware design
Abstract
In this design, based on the study of the development of manipulators in recent years, the
design and application of manipulators combining PLC control and pneumatic control are
proposed for the problems of human heavy labor and the hidden safety hazards of manual
operations in industrial production. Taking the manipulator technology as the design basis, the
overall structure, execution structure, drive system and control system are designed. A sorting
manipulator based on PLC and pneumatic control is proposed to sort the products. Through
in-depth study on the realization of sorting function, careful analysis of the advantages and
disadvantages of the control system and hardware selection, some optimizations were carried
out on the basis of the realization of sorting function, and a series of design drawings such as
the corresponding circuit wiring diagram were drawn. A simple, easy-to-operate and practical
material sorting manipulator driven by pneumatics and controlled by PLC is designed, which
can provide some data support and technical support for modern industrial production.
Keywords: manipulator; pneumatic control; PLC; automatic control; material sorting
目 录
1 气动机械手及控制系统设计.................................................................................................1
1.1 设计背景 .....................................................................................................................1
1.1.1 课题研究的背景和意义..................................................................................2
1.1.2 国内外气动机械手的研究..............................................................................2
1.1.3 气动机械手的应用..........................................................................................3
1.2 机械手的组成和分类..................................................................................................3
1.3 课题的提出及主要任务..............................................................................................4
2 机械手系统设计 ...................................................................................................................5
2.1 气压传动控制 .............................................................................................................5
2.2 结构原理图 .................................................................................................................6
2.3 气动控制系统设计.....................................................................................................6
2.4 方案确定 .....................................................................................................................7
2.5 气动控制系统分工步分析..........................................................................................7
3 气动系统选择 .......................................................................................................................9
3.1 换刀机械手气动系统元件的确定..............................................................................9
3.2 电磁换向阀 ................................................................................................................9
3.3 气动三联件 ...............................................................................................................10
3.4 执行气缸 ...................................................................................................................10
3.5 排气装置 ...................................................................................................................11
4 系统各主要组成部分设计..................................................................................................12
4.1 夹持器结构设计与校核............................................................................................12
4.2 水平方向设计计算...................................................................................................12
4.3 气动机械手的定位及平稳性确定............................................................................13
4.4 气动驱动系统设计 ...................................................................................................16
4.5 手部抓取缸 ...............................................................................................................17
4.6 立柱升降气动回路...................................................................................................18
4.7 手臂伸缩缸气动回路................................................................................................19
4.4 总体系统图 ...............................................................................................................20
5 硬件设计 .............................................................................................................................22
5.1 控制系统电源的设计...............................................................................................22
5.2 硬件选型 ..................................................................................................................22
5.2.1 中间继电器选型............................................................................................23
5.2.2 行程开关 .......................................................................................................24
5.2.3 电动机 ...........................................................................................................25
5.2.4 交流接触器选型............................................................................................26
5.2.5 热继电器选型................................................................................................27
5.2.6 按钮开关选型................................................................................................28
5.2.7 电源指示灯选型............................................................................................29
5.3 电路设计 ..................................................................................................................30
5.3.1 PLCIO 接线图 ................................................................................................30
5.3.2 I/O 地址分配表 ..............................................................................................31
5.3.3 电机一次接线图.............................................................................................31
总结 .........................................................................................................................................32
参考文献 .................................................................................................................................34
致谢 .........................................................................................................................................36
附录 .........................................................................................................................................37
1
1 气动机械手及控制系统设计
1.1 设计背景
气动操纵器由操纵器(机械体)、控制器、驱动系统和感应装置组成,能够完成一些
模拟人类机能的、控制系统智能化、以及自主编执行一些简单程序任务的集多项功能于
一身的一类设备。在任务种类丰富的场景下有极强的适应性,以及对于产出产品的产量
也更加有保障。气动操作器,其自身性能的稳固体现,作用于产出物品的数量及其水平,
产品产出速率、整个工作流程的安全性能以及便利程度和整个工作环境下操纵起来的敏
捷度都有着不可忽视的改善,也是其可用性的一种客观。表现在各个方面,例如生产之
中的气动机械手,也有着对于生产最根本指标产品产出的直接作用,在智能全自动方面
较于普通生产更近了一大截,在此基础上大大增加了生产的便利性,使得本该使用的无
论人力资源还是其他资源,也在原来的基础上有显著的减少,但是基于气动技术以及机
械手技术的科学与高于人力操控的严谨,在人力资源节约的情况下产出的质量并没有因
此而有滑坡。相较于一些高新智能科技来说对于气动机械手的生产以及保障其生产的各
性能,例如稳固性、耐用性、敏捷性、以及安全性并不那么复杂,但这并不意味着降低
了其专业的性能。现代化科技以及机械技术飞速成长,程序的控制以及可以做到及其自
动化以及自主化,在批量生产的工作中进行同样的步骤以及可以自主完成的很好,也出
现了一些通用机械手,以达到在较大领域内能够很好作业的目的。这类普遍适用的机械
手可以在短时间内对于作业的程序内容进行改写,有较为优秀的适应能力,在重复生产
的一些领域中尤其是经常更换产出产品种类的一些地方被大量运用。
1.1.1 课题研究的背景和意义
随着现代化科技以及机械技术的飞速成长,工业已然是我们成产生活的一大重要领
域,在这项重要领域之中,气动机器人的技术也发挥着重要作用。科研人员们对于未来
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