智能搬运设备控制系统的设计
目录
引言 1
(一)自动化仓库发展现状 1
（二）机械手的研究现状 1
（三）本课题的研究意义 2
一、机械手系统方案设计 2
（一）PLC的选型 2
（二）步进电机的选择 2
（三）步进电机驱动器的选择 3
二、PLC概述 4
（一）PLC的性能指标 5
（二）PLC的分类 5
（三）PLC的特点及应用 6
三、系统组成 7
四、机械手的硬件系统设计 8
（一）PLC接线图 9
（二）端口的配置 9
五、机械手的软件系统配置 14
（一）程序功能图 15
（二）梯形图程序设计 16
六、机械手实物 24
（一）实物 24
（二）工作过程 25
总结与展望 26
参考文献 29
附录梯形图 30
致谢 36
引言
随着现代科技的发展,智能化、自动化逐渐成了热门的话题。在计算机技术的飞速发展下，自动化立体仓库得到了很大的发展，各大企业都引进了先进的自动化技术来管理、运输物品。这种技术不仅有效的替代了传统的人工搬运管理，而且这种自动化仓库是智能的，能沟通物流信息、保证生产的平衡、合理的利用资源、进行科学化的存储，更有效的节省了时间，提高了生产效率，最为重要的是降低了成本，让人们能更好的享受现代化的生活。而智能仓储管理系统就是自动化立体仓库中的核心。整个立体仓库实现“自动化”都是靠这一套系统来完成的。本文所写的机械手系统的开发就是智能仓储管理系统中的搬运部分。机械手就是模仿了人们平时工作时的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
动作，像抓取工件、搬运物体和操作工具等。
(一)自动化仓库发展现状
在现代的物流仓储管理系统中，自动化立体仓库的应用日益广泛。它是一种新型的仓储技术。自动化立体仓库是指：采用智能化的搬运设备和运输设备进行货物的入库和出库作业的仓库。这类仓库主要通过高智能的机械设备在立体空间中进行存取货物，所以称之为立体仓库。目前，立体仓库都能达到四十多米高度，存取的货物也能达数万个货物单位，实现了全自动化的入库和出库的智能控制，并且是无人操控的计算机操作。
其主要的组成部分有智能搬运机械设备、运输机械设备、控制及管理设施。
在我国，五十年代就已经开始研究固定方向运动的机械手（也就是用开关控制机械手运动），六十年代开始研究用计算机控制机械手工作，七十年代在机器人领域有了很大的发展。在国家的鼓励和支持下，经历了很多技术上的难题攻关，并且取得了很多重大的成果，像基本上已经掌握了机器人的外观设计、软件程序的编写以及机器人与人类自动交流等相关的技术。设计出自动喷漆机器人、焊接机械人、装配和搬运等机器人，其中20多家企业的生产线上就是引进了喷漆机器人在工作，焊接机器人己经应用到汽车制造厂的焊装线上，目前已大量投入生产线中,从上可以看出我国越来越注重自动化的机器发展 。
（二）机械手的研究现状
机械手的研究和应用展现出了广阔的发展前景。我国对于机械手的研究和应用主要在以下这些方面：
1.机械手的反复运动以及机械手的理论研究，解决有关快速生产机械手的问题。
2.在一些恶劣的环境下，像在高温的、有毒的、高粉尘的，易燃易爆型的环境下，推广应用和研制多种机械手，让他们代替人们在工作岗位上。
3.提高机械手准确性、灵便型和运行的速度，以满足各大企业的高生产率和高需求性。首先要研究解决机械手的灵活准确性。之后再追求机械手的外观及所占的空间问题，努力把机械手设计制造成现代化、智能化、标准化的设备。
（三）本课题的研究意义
由于现代科学技术的不断进步，原先的手工劳动满足不了现代企业的要求，因此，必须利用先进的生产自动化机械以取代人的劳动，满足各大工厂企业的需求。机械手就得到了发展，它不仅提高了劳动的效率，还能代替人类完成一项项高强度、高危险并且重复枯燥的工作，大大的减轻了人类的劳动强度。并且可以完美的完成任务。在机械的行业中，机械手得到了充分的发挥，它可以用于很多方面，像零部件的组装，加工、搬卸，尤其是在机床控制方面使用更为普遍。目前我国生产线上的机械运用及其工程应用的水平还是比不上国外，应用的规模和产业化水平都非常低，机械手的研究和开发直接关系到我国机械行业未来的发展，关系到以后各大企业生产的效率，因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。
一、机械手系统方案设计
（一）PLC的选型
本课题选用的是日本三菱FX2N-48MR型PLC, FX2N-48MR PLC 是三菱公司推出的一种高性能、高标准的规格化机器,拥有运算起来速度快和功能齐全等基本性能，应用领域非常广泛，适用于各种各样领域的扩展设备，除了有16到25点的输入点用途外，还可以实现多个基本组件间的连接模拟控制，并且可以实现定位控制，是一种多样化的、多功能的PLC。系统配置非常容易并且灵活多变：当在基本元件上连接拓展单元或拓展模块时，这样就可以实现多种点的输入输出组合。可根据电源及输出形式，自由选择高性能程序容量：内置800步RAM可使用的存储盒，最大可扩展到16K步。
（二）步进电机的选择
步进电机是将接受到的电脉冲 信号变为角位移 或线位移 的一种元器件。当不是超载的情况下，步进电机的转速、停止时的位置只受脉冲信号的频率 及脉冲个数的影响，而不受负载变化的影响，步进驱动器收到一个脉冲信号就会驱动步进电机按设定好的方向转动固定的一个角度，这就是“步距角”，步距角的运动是以一定的角度一步步慢慢运行的。通过脉冲的个数和脉冲频率可以分别控制步进电机的位移和速度，从而实现步进电机的位移和调速目的，由于步进电机的工作原理通俗易懂并且使用方便，成本价格低廉、步进电机电机和驱动器耐用，在微电脑和单片机领域应用普遍，因此近年在各大企业的控制设备中获得了越来越广泛的应用。因此下面我们选用了57型步进电机来使机械手工作。
3．用户程序存储量：用来存储用户通过编程器编入的程序，通常用字节来表示。
4．扫描时间：是指PLC读一次用户编写的程序所需的时间，反映了PLC的扫描速度，一般情况下用一个粗略指标来表示。
机械手能模仿人的各种搬运动作，其核心就是在于PLC，向PLC输入一个信号后， PLC就会向步进电机输送步进脉冲与方向电平来使步进电机工作，从而带动机械手的运行，下图就是整个系统工作的框图：
图4系统框图
从图上就更形象的看出PLC是怎么控制机械手运行的。首先PLC向步进电机输送了步进脉冲和方向电平。安装在机械手中的4个步进电机开始了工作，当得到各自指令后开始各自的工作，这样机械手就做出了人搬运时的动作，同时机械手中的限位传感器也受PLC控制，这样PLC让机械手动到哪里它就到哪里，要让机械手准确的搬运工件，一是要靠大量的程序调试。二是步进电机驱动安装的位置，下图就是机械手的实物图：
引言 1
(一)自动化仓库发展现状 1
（二）机械手的研究现状 1
（三）本课题的研究意义 2
一、机械手系统方案设计 2
（一）PLC的选型 2
（二）步进电机的选择 2
（三）步进电机驱动器的选择 3
二、PLC概述 4
（一）PLC的性能指标 5
（二）PLC的分类 5
（三）PLC的特点及应用 6
三、系统组成 7
四、机械手的硬件系统设计 8
（一）PLC接线图 9
（二）端口的配置 9
五、机械手的软件系统配置 14
（一）程序功能图 15
（二）梯形图程序设计 16
六、机械手实物 24
（一）实物 24
（二）工作过程 25
总结与展望 26
参考文献 29
附录梯形图 30
致谢 36
引言
随着现代科技的发展,智能化、自动化逐渐成了热门的话题。在计算机技术的飞速发展下，自动化立体仓库得到了很大的发展，各大企业都引进了先进的自动化技术来管理、运输物品。这种技术不仅有效的替代了传统的人工搬运管理，而且这种自动化仓库是智能的，能沟通物流信息、保证生产的平衡、合理的利用资源、进行科学化的存储，更有效的节省了时间，提高了生产效率，最为重要的是降低了成本，让人们能更好的享受现代化的生活。而智能仓储管理系统就是自动化立体仓库中的核心。整个立体仓库实现“自动化”都是靠这一套系统来完成的。本文所写的机械手系统的开发就是智能仓储管理系统中的搬运部分。机械手就是模仿了人们平时工作时的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
动作，像抓取工件、搬运物体和操作工具等。
(一)自动化仓库发展现状
在现代的物流仓储管理系统中，自动化立体仓库的应用日益广泛。它是一种新型的仓储技术。自动化立体仓库是指：采用智能化的搬运设备和运输设备进行货物的入库和出库作业的仓库。这类仓库主要通过高智能的机械设备在立体空间中进行存取货物，所以称之为立体仓库。目前，立体仓库都能达到四十多米高度，存取的货物也能达数万个货物单位，实现了全自动化的入库和出库的智能控制，并且是无人操控的计算机操作。
其主要的组成部分有智能搬运机械设备、运输机械设备、控制及管理设施。
在我国，五十年代就已经开始研究固定方向运动的机械手（也就是用开关控制机械手运动），六十年代开始研究用计算机控制机械手工作，七十年代在机器人领域有了很大的发展。在国家的鼓励和支持下，经历了很多技术上的难题攻关，并且取得了很多重大的成果，像基本上已经掌握了机器人的外观设计、软件程序的编写以及机器人与人类自动交流等相关的技术。设计出自动喷漆机器人、焊接机械人、装配和搬运等机器人，其中20多家企业的生产线上就是引进了喷漆机器人在工作，焊接机器人己经应用到汽车制造厂的焊装线上，目前已大量投入生产线中,从上可以看出我国越来越注重自动化的机器发展 。
（二）机械手的研究现状
机械手的研究和应用展现出了广阔的发展前景。我国对于机械手的研究和应用主要在以下这些方面：
1.机械手的反复运动以及机械手的理论研究，解决有关快速生产机械手的问题。
2.在一些恶劣的环境下，像在高温的、有毒的、高粉尘的，易燃易爆型的环境下，推广应用和研制多种机械手，让他们代替人们在工作岗位上。
3.提高机械手准确性、灵便型和运行的速度，以满足各大企业的高生产率和高需求性。首先要研究解决机械手的灵活准确性。之后再追求机械手的外观及所占的空间问题，努力把机械手设计制造成现代化、智能化、标准化的设备。
（三）本课题的研究意义
由于现代科学技术的不断进步，原先的手工劳动满足不了现代企业的要求，因此，必须利用先进的生产自动化机械以取代人的劳动，满足各大工厂企业的需求。机械手就得到了发展，它不仅提高了劳动的效率，还能代替人类完成一项项高强度、高危险并且重复枯燥的工作，大大的减轻了人类的劳动强度。并且可以完美的完成任务。在机械的行业中，机械手得到了充分的发挥，它可以用于很多方面，像零部件的组装，加工、搬卸，尤其是在机床控制方面使用更为普遍。目前我国生产线上的机械运用及其工程应用的水平还是比不上国外，应用的规模和产业化水平都非常低，机械手的研究和开发直接关系到我国机械行业未来的发展，关系到以后各大企业生产的效率，因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。
一、机械手系统方案设计
（一）PLC的选型
本课题选用的是日本三菱FX2N-48MR型PLC, FX2N-48MR PLC 是三菱公司推出的一种高性能、高标准的规格化机器,拥有运算起来速度快和功能齐全等基本性能，应用领域非常广泛，适用于各种各样领域的扩展设备，除了有16到25点的输入点用途外，还可以实现多个基本组件间的连接模拟控制，并且可以实现定位控制，是一种多样化的、多功能的PLC。系统配置非常容易并且灵活多变：当在基本元件上连接拓展单元或拓展模块时，这样就可以实现多种点的输入输出组合。可根据电源及输出形式，自由选择高性能程序容量：内置800步RAM可使用的存储盒，最大可扩展到16K步。
（二）步进电机的选择
步进电机
3．用户程序存储量：用来存储用户通过编程器编入的程序，通常用字节来表示。
4．扫描时间：是指PLC读一次用户编写的程序所需的时间，反映了PLC的扫描速度，一般情况下用一个粗略指标来表示。
机械手能模仿人的各种搬运动作，其核心就是在于PLC，向PLC输入一个信号后， PLC就会向步进电机输送步进脉冲与方向电平来使步进电机工作，从而带动机械手的运行，下图就是整个系统工作的框图：
图4系统框图
从图上就更形象的看出PLC是怎么控制机械手运行的。首先PLC向步进电机输送了步进脉冲和方向电平。安装在机械手中的4个步进电机开始了工作，当得到各自指令后开始各自的工作，这样机械手就做出了人搬运时的动作，同时机械手中的限位传感器也受PLC控制，这样PLC让机械手动到哪里它就到哪里，要让机械手准确的搬运工件，一是要靠大量的程序调试。二是步进电机驱动安装的位置，下图就是机械手的实物图：
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