自动化生产线机械手及分拣单元设计

自动化生产线机械手及分拣单元设计 I 摘要机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术信号变换技术等多种技术的有机地结合，并运用到实际当中去的技术。本次设计的是基于自动化生产线中的机械手及分拣单元模块，系统在生产线中完成的是工件的工位转移及按需分拣的过程。整个系统采用PLC进行控制，机械手模块将工件搬运到分拣单元指定位置，有升降和左右横移两个自由度。在分拣单元中，利用输送带输送工件，通过使用光电传感器和电感传感器完成对材质、颜色的检测，区分出金属工件以及黑色的非金属工件，在气缸的作用下，利用分拣器达到分拣目的。关键词：自动化，PLC，气动系统设计，传感测试技术自动化生产线机械手及分拣单元设计 II ABSTRACT The integration of machinery technology is the mechanical skill, the electrician electronic technology, the microelectronic technology, the information technology, the sensor technology, the conection technology signal translation technology and many kinds of technologies organically unifies, and apply to the practice of techniques. What this design is based on automatic production line's in manipulator and the sort unit module, what the system completes in the production line is the work piece location shift and on demand sort process. The overall system uses PLC to carry on the control, the manipulator module transports the work piece to the sort unit assigns the position, has the fluctuation and about moves to two degrees­of­freedom horizontally. In the sort unit, transports the work piece using the conveyor belt, completes through the use photoelectric sensor and the inductive transceiver to the material quality, the color examination, differentiates the metal work piece as well as the black nonmetallic work piece, under air cylinder's function, serves the sort purpose using the time sorter. Key words: Automation, PLC, pneumatic system design, sensor testing technology自动化生产线机械手及分拣单元设计 III 目录1绪论.........................................................11.1本论文的背景和意义...........................................11.2机械手国内外研究现状和趋势...................................11.3分拣系统国内外发展现状和趋势.................................21.4设计原则.....................................................42自动化生产线机械手及分拣单元的方案设计....................52.1总体规格与相关参数...........................................52.2驱动方式的分析与选择.........................................52.3自动化生产线机械手及分拣系统的组成...........................62.4总体建模效果.................................................83机械手方案设计...............................................93.1机械手坐标形式的选择.........................................93.2手部的选择...................................................93.3气缸等关键部分的设计........................................124分拣单元结构设计.............................................224.1分拣单元的主要组成部分及各自功能............................224.2输送部分的设计与计算........................................224.3传感检测部分................................................254.4导向部分....................................................294.5滑槽部分....................................错误！未定义书签。5控制系统的设计...............................................355.1方案简述....................................................355.2机械手气动控制系统的设计....................................36自动化生产线机械手及分拣单元设计 IV 5.3分拣系统控制系统的设计......................................436总结...................................................487参考文献...............................错误！未定义书签。致谢...................................错误！未定义书签。自动化生产线机械手及分拣单元设计 1 1 绪论 1.1 本论文的背景和意义自动生产线的最大特点是它的综合性和系统性，综合性主要涉及机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。本系统完成一个生产线的机械手搬运与物料分拣的过程。机械手的功能是将之前配合系统所提供的工件搬运到分拣系统中去，最后根据一系列的传感器完成对颜色、材质的检测，并将之分拣到相应的滑槽中去。本设计综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。因此，进行自动化生产线机械手及分拣单元的研究设计是非常有意义的。 1.2机械手国内外研究现状和趋势从自动机到工业机器人是一个飞跃，从一般工业机器人到积极探索和开发具有智能和功能强大的工业机器人将又是一个飞跃。目前，工业机器人的开发正处在一个蓬勃发展的阶段，在现今的工业发达国家里，工业机器人的开发与制造正在形成一个庞大的产业，全世界每年的工业机器人销售额可达42亿美元。尽管如此，工业机器人产业仍在不断拓展，不断向新的领域进军 [1] 。机器人首先是被工厂使用的。机器人在许多工厂出现后，许多脏活、累活都由机器人取代人工，受到了人们的广泛欢迎。工业机器人取代了工人们进行一部分重体力工作，从而使工人们能从事体力要求较低的工作，经过培训就可以向着技术含量更高的岗位发展。工业机器人的优势是显而易见的，相对于人，它能够更精确而且不知疲倦地工作，可以说，几乎可以用在一切需要大量重复劳动的场合。随着科学技术的不断发展，工业机器人已经成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）的自动化工具。虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。自动化生产线机械手及分拣单元设计 2 而随着工业的机械化和自动化的发展和气动技术本身的一些优点的展现，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。机器人功能部件的标准化与模块化是提高机器人的运动精度、运动速度、降低成本和提高可靠性的重要途径。可以预见，今后整个机器人机械手行业的发展方向都必然是朝着标准化与模块化的方向发展。模块化指的是机械模块、信息监测模块、控制模块等。目前，国外已经研制生产了各种不同的标准模块和组件，国内有关模块化工业机器人的开发工作也有了初步的雏形。除了使用的各种伺服电机、传感器外，手臂、手腕和机身的结构也已经标准化了，这也是机器人发展历史上的一个飞跃。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段 [2] 。 1.3 分拣系统国内外发展现状和趋势自动分拣装置是按照预先设定的计算机指令对物品进行分拣，并将分检出的物品送达指定位置的机械。随着激光扫描、条码及计算机控制技术的发展，自动分拣机在物流中的使用日益普遍。在邮政部门自动信函分拣机及自动包裹分拣机已经使用多年。自动分拣系统目前在国外同行业技术比较成熟，但建设成本和维护成本较高而且维护难度大。而国内同行业对物流配送中心的建设也在摸索过程中，都不够成熟；国内的应用水平，只有在邮政物流系统中应用较好，而其他行业并不理想。因此对其他物流系统的研究及其设备开发，都是有重要意义的。这样不仅节约了企业人力资源，而且在铁路列车的行包处理、食品工业、造纸业、化工业、机械制造、超市配送中心配送、出版业等各行各业中都广泛使用。在物流行业飞速发展的今天，自动分拣设备占有非常重要的地位。长期以来国内分拣技术较为落后，一定程度上影响了我国物流业的发展，急需大量引进一种高速而有效的分拣设备，推块式分拣机正好符合此要求。在高度发达的国家，物流量非常大，其中大量的物品需要经过分拣才能分配到各个用户，因此欧美各国和日本采用了大量的各种类型的分拣系统来完成分拣这一繁琐而又枯燥的工作。特别是第二次世界大战以后分家技术发展很自动化生产线机械手及分拣单元设计 3 快，分拣系统规模越来越大，分拣能力越来越高，应用范围越来越广，已经成为物流系