【基于PLC的搬运机器人系统研究7600字（论文）】.docx

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1、基于PLC的搬运机器人系统设计目 录一、结论2（-）工业机器人的概述2（二）搬运机器人在生产中应用和意义3（）本文的主要内容3二、设计方案的的4（-）搬运机器人的总体设计41搬运机器人总体结构的类型42机器人类型方案选择5（二）机器人主要结构的设计51机器人腰座的结构设计52机器人手臂的结构设计63机器人夹具的结构设计7（）搬运机器人传动部件的设计81搬运机器人传动机构需要注意的问题82设计具体采用方案8三、系统硬件的设计9（-）PLC的选型9（二）其他元器件的选型9（三）I/O分配表10（四）PLC电路的设计11四、系统软件的设计11（-）夹具的控制系统的设计11（二）手臂的控制系统设计12

2、（三）报警系统控制设计12结论13参考文献15基于PLC的搬运机器人系统设计一、绪论(-)工业机器人的概述目前，随着工业技术的发展，虽然工业市场发展迅速，软件系统技术发展迅速，但与发 达国家仍有一定差距。早期成长和发展。因此，其他国家的工业发展远远高于最初的水平， 设备、经验和技术也随着时间的推移而发展。然而，这种高端技术在中国发展较晚。起初， 我们的技术还不到位，所以我们只能依靠国外资源，然后根据产品的拆卸进行设计和分析， 制造假冒产品。然后我们在技术开发方面变得更加成熟，可以开始研究我们的产品，从设计 到生产。工业机器人的发展是中国工业自动化技术的一大进步。一些主要的工业发展力量将 受到影

3、响，而传统的运输方式将受到影响。为了使中国成为一个技术强国，我们现在必须依 靠技术的进一步发展。因此，我们应该突破先进工件技术的进口。虽然我们可以实现单独的 制造技术，但我们必须继续发展并使其更好。在国外，应用于制造业的机器人取得了较显著进展，已成为一种标准设备而得到工业界 广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的、知名机器人公司。如德国的KUKA、 瑞典的ABB、日本的安川等。据专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新 的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计， 2002年至2004年，世界机器人市场年增长率平均在10%左右，

4、2005年达到创纪录的30%, 2007年全球机器人实际安装量达到650万台,机器人安装量比2006年增加3%,达到了 114365 台。据统计，近年来全球机器人行业发展迅速，2008年全球机器人行业总销售量比2006年增 长25%。而无论在使用、生产还是出口方面，日本-直是全球领先者，目前日本已经有130余 家专业的机器人制造商。总的来说，中国的机器人产业仍然非常薄弱，还有很长的路要走。中国市场。其中，国 内机器人产业仅占30%,其余来自日本、美国、瑞典、德国、意大利等国家和地区。来自20 个国家。原因在于缺乏自己的品牌。发展自主品牌已成为自动化设备行业的一项紧迫任务。 它将在未来的生产和社

5、会发展中发挥越来越重要的作用。外国专家预测，机器人产业招是汽 车产业的下一步。继计算机之后出现了一种新型的高科技产业。随着我国企业自动化水平和 人民生活水平的不断提高，机器人市场将越来越大，这将为机器人的研发和生产带来巨大的 商机。机器人机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动刚健功能的自动化装置，它是 在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子 计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术, 它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械 手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作

6、，减轻人类的劳动强度，提高劳动生产力。机械手 越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特 别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已经发展成为柔性制造系统（FMS）和FMC的重要组成部分。机床与机械 手结合，采用柔性制造系统或柔性制造单元。适用于批量生产，节省工件输送装置。结构紧 凑，适应性强。当工件发生变化时，灵活的生产系统容易发生变化，这有利于企业不断更新 适销对路的品种，提高产品质量，更好地满足市场竞争的要求。然而，目前国内外工业机器 人技术与工程应用水平仍存在一定差距。应用范围和生产水平较低，研发水平不高。它直接 影响到我国自动化生

7、产水平的提高。因此，对其进行研究和设计具有重要意义。本次毕业设 计主要完成机器人传动部分的结构设计和软件设计。它的工作需要灵活的转向和换向要求， 打开和关闭夹具的运动，以及模块化的动力设计。本设计采用可编程控制器（PLC）设计控 制系统，并开发了控制系统的硬件结构。根据其复杂的结构和功能，开发设计了不同现场工 作环境下的各种可编程控制系统硬件。采用可编程逻辑控制器（PLC）作为控制装置，可以 支持梯形图或其他基于逻辑编程语言的程序控制，使控制系统的逻辑性更强。直观方便。（二）搬运机器人在生产中应用和意义我国现在已经是全球最大制造业国家，有着世界工厂的名称，但是也正因如此在很大程 度上国内的制造

8、业都是依靠中大量的劳动密集型的产业提供出来的。对于我们而言，现在要 想保持制造业强国的国家地位，就必须要开启产业升级的道路，推动工业自动化的发展。目前，一般生产线的劳动力转移主要是完成劳动力。对于一般企业来说，劳动力流失的 体力较大，企业的生产率较低；更重要的是，安全问题是不确定的。因此，我们应该从公司 的生产效率出发，以机械代替人力，开发一种安全系数高的全自动移动机器人。移动机器人 实现了物流、医药、食品、饮料、化工等行业移动机器人的全自动化。实现工业生产的高效 发展，加快运输、包装、运输的重复性工作。随着机器人运输的使用，产品质量得到了极大 的保证，生产率也得到了极大的提高。同时，最重要的

9、是要避免大量工人发生工伤事故，尤 其是在劳动力价格上涨的当今社会有着广阔的市场前景。可编程逻辑控制器（PLC）是专为 工业发展设计的数字计算设备。它是自动化技术、计算机控制技术、通信技术和计算机技术 的结合，具有抗干扰能力强、可靠性高、功能强、适应性强、体积小、功耗低等特点。未来， PLe将成为工业控制系统的主导发展方向。因此，利用PLC实现移动机器人的自动控制具有 重要意义。（三）本文的主要内容本文主要设计了搬运机器人的构造结构以及系统程序的设计。使用气动装置来为夹具作 为主要的动力，齿轮作为传动机构，步进电机作为动力部件。PLC是选用的西门子S7-200-CPU226型号来为搬运机器人作为

10、控制系统。搬运机器人的行动轨迹有夹具、手臂的 朝上朝下朝左朝右的移动和前后的翻转等运动形态，基于V2.0 S7-200 Explorer软件来给西门 子S7-200型PLC进行逻辑控制的编程。二、设计方案的论证(-)搬运机器人的总体设计1搬运机器人总体结构的类型在大部分的机器人的结构特征里基本上可以归为四大类型结构。它们可以用四种坐标系 的形式来表现出来它们的结构。包含了直角坐标结构、圆柱坐标结构球形坐标结构和关节行 坐标结构四种。其中关节行结构是最为普遍被应用的一种结构。这四种结构简单的分析如下 所示机器人的第一个直角坐标结构该结构主要位于XYZ的三个轴上.运动方向仅限于这三个 方向。这个运

11、动只能做线性运动，不能做弧度运动。所需的工作空间也很大，因此这种类型 的组织通常用于大型仓库等。这种结构具有易于控制和控制精度高的优点。第二种是机器人的圆柱坐标结构。笛卡尔坐标和圆柱坐标最大的区别在于笛卡尔坐标不 能实现运动。该机构的轨迹是圆柱形的，每个部件都可以改变弧度角，而不是直角机构的静 态线性运动。第三种机器人结构是球面坐标系。球坐标机构是在圆柱坐标机构的基础上实现旋转运动 和直线运动的机构。它的运动不是很复杂，但它的整体运动是两个旋转和一个线性运动。第四类是机器人的关节结构。这种结构比其他结构更复杂。这是一个模仿人类关节的机 器人结构。它与直线运动的三个直角完全不同。他的三个动作都是

12、旋转动作。因此，它们与 人类的关节非常相似，所以它们非常灵活、小而紧凑。这种I型结构是目前最先进的机器人 结构。因此，它被广泛应用于各个领域。2机器人类型方案选择工件运输托盘机械手工作布局图图2-2机械手工作布局图具体来说，在本次设计中，根据上述结果，结合实验演示和实验结果分析，分析了具体 程序设计的设计过程，由于机器人手柄需要完成旋转，因此可以简单分配，需要选择柱坐标 结构。移动机器人的自由度有三个，分别是左右转动底座、上下移动上臂、上下移动上臂， 最后夹紧离合器。移动机器人需要使夹具具有强大的抓地力。夹具中的动力机构一般采用气 动机构，通过气压使夹具具有往复夹持。因此，离合器可以抓住材料，

13、但可以看出它有很大 的承载能力。因此，本设计中35kg的质量适合使用，释放运动通过弹性装置进行，因此结构 不稳定。工业机器人的工作规划如图22所示。（二）机器人主要结构的设计1机器人腰座的结构设计以上的内容决定了此次搬运机器人的大体结构样貌，但是光有这样是仅仅不行的，机器 人最主要的就是内部的零件的选择和控制系统的设计。所以我们还需要对机器人的内部结构 进行分析选购。对于搬运机器人而言，通常情况下它是有固定的往复运动的。经过我们查阅资料的考虑 思考，我们可以通过简单的实验分析它的一些具体方案。首先动力机构我们选择的是齿轮以 及电机来实现。如下图所示，当机器人运行时电机会进行转动，从而带动齿轮转

14、动，一个齿 轮转动带动着其他所有齿轮的转动，而最上面的两组齿轮是连接着腰部机构的翻转的，所以 最后可以实现腰部的反转运动。腰部大齿轮图2-3搬运机器人腰部构造示意图2机器人手臂的结构设计机械手的旋转机构和夹紧机构也需要移动，以实现工件的打开和关闭夹紧。通过对信息 的研究，我们发现能量主要是气动的。它的内部结构中有一个密封的圆筒，可以在不暴露的 情况下储存气体，并为工作的移动和旋转提供能量。这种机构的主要缺点是动力机构的握力 容易受到限制和不足。结合工业机器人的发展趋势和制造业的一些实例，可以在制造阶段确 定机器人的精度，从而实现更精确的运动。这样就可以实现良好的功能。减少不必要的问题。 因此，

15、通过简单的试验分析和论证结果，我们可以简单地分析总体设计和具体的结构方案。水平液压缸支承板3机器人夹具的结构设计在机器人工厂，机器人主要处理一些工具或工件的堆放。一般机器人主要采用手持式夹 紧机构。通过查阅和数据分析，该机构的电源可分为三类电源模块。这三种动力装置各有优 缺点，我们可以简单地进行比较。气动传动，简称气动传动技术。该方法的工作原理与夜间压力传递技术类似，主要区别 在于天然气利用和液体利用输气技术顾名思义，电动汽车的发展是一项以电动机为主要动力的节能工作。现在汽车技术的使 用非常普遍，汽车技术的发展也非常成熟和方便。与天线相比，使用电子技术的最大优势在 于它可以提供非常大的功率匹配

16、。缺点也很明显。由于高功耗和电机运行速度，需要一些减 速装置液压传动和气动传动的主要区别在于载体之间的区别，但是液压传动有很大的优势，可 以有很大的功率。传动机构将驱动力和驱动力的传动部分连接到机器的主工作机构。由于加 工和制造误差，各种特殊的传动机构部件会导致传动机构的精度和误差。装配骨折损伤；高 温变形；外力当传动机构发生重大故障时，会大大降低工作效率，甚至造成不必要的事故。 因此，对传动机构的设计提出了更高的要求。利用仿生学知识，设计了一种类似于用手抓取动物的移动机器人夹具。和人类一样，自 由职业也是通过双手的握住和放开来实现的。夹子的驱动力为气动3仅动力。夹子中装有一个 能够储存空气的气缸，将夹子压在空气上，使其打开、关闭和移动