论文(设计)名称

基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计

论文（设计）   来源

生产实际

论文（设计）类型

B

指导教师

学生姓名

学号

班级

机自054班

一、 研究或设计的目的和意义：

目的：本文主要针对生产线上的自动化设计了一个四自由度物料分拣机械手，实现生产的自动化。该机械手选用圆柱坐标型，能实现机械手的伸缩，升降，旋转，加紧和放松等动作；驱动系统采用气压驱动，实现了伸缩、升降、旋转、夹紧和放松等动作。控制系统采用PLC控制，机械手设手动和自动两种工作方式，可以通过转换开关进行工作方式转换。系统设有报警功能，当机械手出现故障时，能及时报警。同时采用了RGB颜色传感器检测物料的颜色，可以对不同颜色的物料进行分拣。

意义：伴随着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了,机械手是机械手系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；广泛的应用机械手，可以逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代，提高生产效率和保证产品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高机床，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存，显著地提高劳动生产率，提高企业竞争力，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。本设计拟开发的上料机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，可抓取重量较大的工件，采用PLC控制，和传统继电器控制相比较，具有稳定性高，接线简单，抗干扰能力强，维修方便等优点。可以简化控制线路，节省成本，进一步提高劳动生产率。

二、研究或设计的国内外现状和发展趋势：

1、国内外PLC发展现状和发展趋势：

PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：TE

施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。

我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：1、顺序控制器（1973～1979）2、以微处理器为主的工业控制器（1979～1985）3、以微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。随着不断的学习与不断开拓的精神，现在，我国自主生产的PLC在国内的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。

PLC的发展趋势：

（1）产品规模向大、小两个方向发展

大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。

小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

（2）PLC在闭环过程控制中应用日益广泛

（3）不断加强通讯功能

（4）新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

（5）编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。

（6）发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

（7）追求软硬件的标准化。

2、国内外机械手的发展现状和发展趋势：

目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奥地利的工GM公司。

我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。

在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。

机械手的发展趋势：

随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多。

在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。

三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路：

主要内容：

（1）执行系统：机械手的结构设计

（2）驱动系统：气压驱动原理图

（3）控制系统：PLC程序的编制

（4）检测系统：传感器的选择与安装位置

关键问题：

（1） 机械手的结构设计

（2） PLC程序的编制

四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：

工作条件及解决办法：

（1）指导老师   XXX老师

（2）资料   老师发放、图书馆和互联网

（3）电脑   计算机机房

（4）设计场所   教室、寝室

（5）时间   合理安排设计时间

五、工作的主要阶段、进度与时间安排：

3月2日----3月5日：查阅、收集相关技术资料，完成开题报告。

3月16日---3月29日：据设计要求，制定总体设计规划，拟定论文提纲。

3月30日---4月12日：执行系统设计。

4月13日---4月26日：驱动系统设计。

4月27日---5月3日：控制要求分析。

5月3号-----5月17日：控制系统设计。

5月18日---5月31日：选择合适的PLC、I/O点数分配。

6月1日---6月14日：PLC程序设计。

6月15日---6月28日：完成论文的修订工作，制作幻灯片。

6月29日---7月3日：准备答辩。

六、阅读的主要参考文献及资料名称：

（1）钟肇新。《可编程序控制器原理及应用》。广州：华南理工大学出版社，2002。

（2）章文浩。《可编程序控制器原理及试验》。北京：国防工业出版社，2003。

（3）陈宇。段鑫。《可编程控制器基础及编程技巧》。广州：华南理工大学出版社，2002。

（4）常晓玲。《电气控制系统与可编程控制器》。北京：机械工业出版社，2004。

（5）李乃夫。《可编程控制器原理、应用、试验》。北京：中国轻工业出版社，2003。

（6）钟肇新。彭侃。《可编程序控制器原理及应用》。广州：华南理工大学出版社，2004。

（7）张建民。《机电一体化系统设计》。北京：高等教育出版社，2001。

（8）张兵。赵斌。施永辉。基于PLC的机械手混合驱动控制。《液压与气动》，2005，3期：37—39页。

（9）贺黛芳。马笑潇。PLC在针灸机械手控制系统中的应用。《基础自动化》，2001，8卷2期：29—32页

（10）蒋少茵。PLC控制得机械手。《测控自动化》，2004，6期：17—18页

（11）史国生。崔洪斌。PLC在机械手步进控制中的应用。《组合机床与自动化加工技术》，2001，8期：25—27页

（12）杨存智。PLC在自动化生产机械手中的应用。《机床电器》，2006，33卷1期：38--40页

（13）彭坚。气动机械手PLC控制系统设计。《电工技术》，2004，6期：23—24页

指导师意见和建议：

指导教师（签字）：　　　　　　          年      月     日