基于PLC的橱柜型立体仓库及其搬运机械手的设计.pdf

7 0 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa nu f a c t u r e 第 1 期 2 0 1 1 年 1月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 o 1 0 0 7 0 0 2 基于 P L C的橱柜型立体仓库及其搬运机械手的设计 术 侯荣国 冯延森李玉胜 山东理工大学 机械工程学院 山东省精密制造与特种加工重点实验室， 淄博 2 5 5 0 4 9 Th e d e s i g n o f t h e a u t o ma t e d wa r e h o u s e a n d i t s ma n i p u l a t o r b a s e d o n PL C HOU Ro n g g uo， FENG Ya n s e n， L I Yu s h e ng S c h o o l o f Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g Ke y L a b o f S h a n d o n g P r e c i s i o n Ma n u f a c t u r i n g a n d No n T r a d i t i o n a l Ma c h i n i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Z i b o 2 5 5 0 4 9 ， C h i n a 【 摘要】 设计了一套小型的自 动化立体仓库， 它采用了P L C控制来精确k E ／Y , 1 各工位上是否有 工件 ， 以确定 工件； 它利用用气动方式控制换向阀使机械手完成各种动作 ， 如伸 出， 收回， 沿左右 方向旋转， 已完成去放工间的动作 ， 即完成收货一存货取货一发货； 它采用电动方式来驱动机械手沿 同步带运动， 以实现机械手在货架每层各工位之间的各种操作 ； 并能使机械手沿两立柱上下运动， 以实 现机械手在各层之间的操作。 关键词 橱柜式立体仓库； 搬运机械手； P L C 【 A b s t r a c t 】 A u t o m a t e d w a r e h o u s e i s a h i g h l e v e l s h e lfs t o r a g e o fg o o d s ， w i t h l ifti n g , h a n d l i n g , t r a n s po r t ma c h i n e r y a nd e qu i pme n t t o c arr y o u t c arg o ware h o u s i n g o 1 9 e r a t i o n s ．An a u t o ma t e d ware ho u s e wh i c h u s e s P L C t o c o n t r o l t h e p r e c i s e i d e n t ific at i o n of a l l w o r k e r s o n w h e t h e r t h e r e i s a w o r k p i e c e t o d e t e r mi ne a d m i s s i o n r e l e a s e t h e w o r k p i e c e ． h u s e p n e u m a t i c c o n t r o l v al v e t o c o m p l e t e a v ari e t y of m e c h ani c a l h and m o v e m e n t s ， s u c h as e x t e n d i n g ， r e c o v e r i n g ， mo v i n g al o n g o f O o u t t h e d i r e c t i o n o f r o t ati o n e t c ． T o c o m p l e t t h e r e c e l p t i n v e n t o r y- p i c k u p s h ip me n t s act i o n ． T h e ma c h i n e r y h a n d mo v e alo n g t h e b e l t i n o r d e r t o ach i e v e mec h a n i c al h a n d i n e v e r y s h e lfb e t w e e n t h e w o r k e r s 0 ， ’ t h e v ari o u s o p e r ati o n s and m a k e mec h a n i c al h a n d c o l u m n f r o m t o p t o b o t t o m al o n g t h e t w o c a m p a i g n s d r i v e d b y e l e c t r i c al， w h i c h w i l l m a k e me c h a n i c al h and mo v i n g b e t we e n t h e l a y e r s o pe r ati o n ． Ke y wo r ds Au t o m a t e d wa r e ho us e； M a n i pu l a t o r； PLC 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 自动化立体仓库及搬运装置是以计算机综合管理系统为基 础， 能自动完成存储和取料的系统。是企业信息 管理系统的重要组 成部分之一， 它的主体是自动化立体仓库。自动化立体仓库是指采 用高从货架存储货物， 用起重、 装卸、 运输机械设备进行货物出入库 作业， 有电子计算机进行管理和控制， 不需人工搬运作业而实现收 发作 I 的仓库。 目前， 自动化立体仓库在发达国家已经相当普遍， 日 本式自动化立体仓库发展的最陕也是建造数量最多的国家。此外， 美国， 德国， 意大利等国家也建造了许多自动化立体仓库。 自动化立 体仓库发展至今， 在设计、 制造、 自动化控制和计算机管理方面的技 术日 益成熟。条形码技术、 扫描技术和数据采集技术越来越多的应 用于物流传输系统。在仓储和产品发送中发挥越来越重要的作用。 随着气动伺服技术的发展， 使气缸在行程内的任意位置上的定位成 为可能。 日 本 S MC公司和德国 F E S T O公司等都开发出了可在任意 位置定位的气缸， 其定位精度可以达到士0 ． 5 ram以内。随着生产的 发展， 气动机械手的功能和性能不断改善和提高 ， 其应用领域 日益 扩大。 气动 司 服系统的出现， 是气动机械手实现了在任意位置的定 位 ， 大大扩展了其在工业自动化领域的应用范围。 目前气动机械手 主要应用于制造业中， 特别是电器制造、 汽车制造、 塑料加工、 通用 机械制造及金属加工等工业。本文设计一套自动化立体仓库采用 P L C控制来精确地识别各工位上是否有工件， 以确定取院i江 件； 采 用气动方式控制换向阀使机械手完成各种动作， 如伸出， 收回， 沿左 右方向旋转， 已完成去放工问的动作， 即完成收货存货取货一 发货； 采用电动方式来驱动机械手沿同步带运动， 以实现机械手在 货架每层各工位之间的各种操作；并能使机械手沿两立柱上下运 动， 以实现机械手在各层之间的操作。 1 橱柜式立体仓库及其搬运机械手 的总 体设计要求 橱柜式立体仓库总体高 2 m， 宽 0 ．5 m， 长 1 ．5 m， 总共有 8个货 架 ， 分四层 ， 每层 2 个工位 ， 且每个货架最大可承受 5 k g 的重量 。搬 运机械手可以完成立体仓库内各个工位间工件的搬运，由库取件， 向库放件， 以及取放件等动作， 该机械手采用气压方式驱动机械手 做夹紧 、 伸缩和旋转等运动 ， 采用 电机驱动机械手做上下运动和左 右运动。 并能实现精确的位置控制。 工件的定位与限位采用由装有 霍尔传感器磁铁带双 v型槽 的方型料盘盛放 ，料盘的后方有对应 位置的霍尔传感器识别。立体仓库采用货架结构， 后侧有配装透明 有机玻璃的双开门； 两侧同样配装透明有机玻璃， 前面敞开， 便于观 察和工作的零件取放； 下部为封闭的控制箱， 后侧设置双开门， 方便 控制元气件的安装、 调整、 维修。总体方案， 如图 1 所示。 ★来稿 日期 2 O 1 o - 0 3 1 4 ★基金项 目 山东省 自然科学基金项 目 Z R 2 0 0 9 F Q 0 2 6 第 1 期 侯荣国等 基于P L C的橱柜型立体仓库及其搬运机械手的设计 7 1 图 1橱柜式立体仓厍及搬运装置总体结构图 2立体仓库及其搬运机械手 的机械部分 的设计 2 ． 1自动化立体仓库的设计 立体仓库也要有足够的刚度来支撑工件以不致被工件压变 形 具体 设 计 ， 如 图 2所示 图 2橱柜式立体仓库结构图 搬运机械手主要包括由夹紧气缸、伸缩气缸和旋转气缸组成的 气动机械手部分和支撑气动机械手做水平和上下移动的水平导轨和 立柱部分组成。通过顺序控由三 卜 气缸的动作以完成立体仓库的收 货、 存货、 取货、 放货等动作， 并承载工件的重量， 所以要求机械手的结 构有足够的强度与刚度。搬运机械手的没计具体没计， 如图3 所示。 图 3搬运机械手结构图 三维移动装置安装在立体库敞开的前面一侧， 有 z向 垂直 直线移动单元 ， 通过交流伺服电机 。方型蜗轮蜗杆减速器驱动直 线单元内部的齿型带轮机构， 由直线导轨精确导向， 通过固装在 齿型带上的滑板上下移动 ， 由于交流伺服 电机该单元可 以实现上 下动作的精确位移，实现对上下 8 层库位取放零件的高度匹配。 x向 横 向 左右两工位 的移动是通过直 流电机 ， 减速器驱动齿型 带轮 ， 由直线导轨精确导向， 通过固装在齿型带上的滑板装置左 右移动， 有分装在左右两工位对应位置的位置传感器 ， 实现取放 左右两工位工件的精确定位。 Y向 前后 的动作是通过伸缩滑台 气缸、 1 8 0 。 回转气缸、 H型平行手抓气缸按即定的动作顺序完成 工件从库中向传输线或者由传输线向库中输送和取放工件。 2 ． 2气缸部分的结构设计 夹紧气缸的基本原理与伸缩气缸相似，只是夹紧气缸的动 力要通过传动杠杆传给卡爪来完成 ， 最终将压缩空气的能量通过 活塞杆与传动杠杆传给气爪来实现对料盘的夹持。 旋转气缸中采用单叶片式 。 单叶片输 出轴摆动角度大 ， 小于 3 6 0 。 ， 它是由叶片轴输出转子、 定子、 缸体和前后端盖等组成。定 子和缸体固定在一起， 叶片和转子连在一起。叶片轴密封圈整体 硫化在叶片轴上。 在定子上有两条气路， 单叶片左路进气时， 右路 排气 ， 压缩空气推动叶片带动转子顺时针旋 转 ， 反之 ， 做逆时针旋 转 。气缸的结构设计 ， 如图 4 、 图 5 所示 。 图 4夹紧气缸结构图 1 ．卡爪 2 ．螺钉 3 ．连接块 4 、 5 ． 螺钉 6 ．进气口 7 ． 出气口夹紧气缸的结构 旋转气缸的结构设计 ， 如图 5 所示。 图 5旋转气缸结构图 l 键 2 轴 3 ．分度装置 4 垫 片 5 密 封圈 6 ．螺钉 7 销 8 挡 块 9 缸体 1 O 轴 承 3 立体仓库及其搬运机械手的运动控制 立体仓库及其搬运机械手的运动控制采用西门子 P L C ， 可 以顺序控制气缸换向阀以及伺服电机的运动方向， 实现机械手的 取货一 放货一 倒货等动作， 控制电机的选择 电动机的选择是要根据转矩和转动惯量来选择的，其依据 是由实践经验推荐伺服电动机转子转动惯量 机械进给装置 折算到电动机轴上的转动惯量 相匹配的合理关系为 ≤ 乏 和 } 寺s 电动机转动惯量的计算 五 5 1 0 4 k g ． I I l 2 1 式中 产_ 各零件的转动惯量 ； p 各零件对转动轴的半径。 由 L一 1 3 ～ 61 0 一 所以电动机型号选为 F A N U C 5 - 0型 交流伺服电动机 ， 重 量 m 0 ．5 k g ， z ． 8 N m， p -- 0 ． 2 k w， 最高转速 n 3 0 0 0 r ／ mi n 如图 6 所示 ， 为西门子 P L C接线 图及各端子定义。 72 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i ne r y De s i g nMa n u f a c t ur e 第 1 期 2 0 1 1 年 1月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 O l 一 0 0 7 2 0 3 基于 R B F与粒子群优化算法的电子油门踏板 电压 调节参数的优化设计 冰 杨 顺蔡安 江 西安建筑科技大学 机电工程学院， 西安 7 1 0 0 5 5 T h e o p t i mi z a t i o n d e s i g n f o r a c c e l e r a t o r p e d a l mo d u l e’ S v o l t a g e p ar a me t e r b a s e d o n RBF N an d PSO Y A N G S h u n ， C A I A n - j i a n g S c h o o l o f Me c h ． E l e c ， E n g ． X i ’ a n U n i v ． o f A r c h ． T e c h ， X i ’ a n 7 1 0 0 5 5 ， C h i n a M ” ”N ” N 、 I ” “ ”N“ N “ 十 N ” “ “N ” “ N 、” ； 【 摘 要】 针对汽车电子油门 踏板在装配过程中电 压调节参数值不准确，而影响产品 使用 性能的 { }问题， 提出采用R B F 神经网络建立怠速点电压、 机械止点电压及K i c k d o w n 初始受力电压参数网络数 { l学模型， 运用粒子群优化算法对怠速点电压或机械止点电压的取值进行优化， 寻求电压调节的最优值。{ }通过该方法， 改善了产品电压位移的特性， 提高了产品使用性能， 为汽车智能化控制提供了支持。 { l 关键词 电子油门 踏板； R B F 神经网 络； 粒子群优化算法； 电 压参数优化 { } 【 A b s t r a c t 】 A i m e d a t t h e u n c e r t a i n t y of v o l t a g e p a r a m e t e r a d j u s t i n g i n t h e A P M a s s e m b l i n g p r o c e s s{ l an d p rod uc tio n ’s f u nc tio n p rob le m ，it p u t f orth ap p ly in g th e R B F N to c o ns tru c t th e p aram e te r m a th e m a tic l } m o d e l an d utiliz in g 舭h P a rtic le S w ar m op t 。 op t e id le an d ln e ca l stop p 肌 ’跏 0 f卜 l ；age p ar a m e t e r - v a l u e ．I t c a n i m p r o v e t h e p r o d u c t i o n v o l t a g e - w a y r e l at io n a n d p r o d uct i o n f u n c t io n ， o ff e r b as i s； } f o r the o 2i,to m o iv in te llig e n c o n ￡ro 1． 1 } K e y w o r d s A c c e l e r a t o r p e d a l m o d u l e ； R B F N ； O P S ； P a r a m e t e r o p t i m i z a t i o n 1 _ - 1 n 1 ， ● ， _ d P - 。 1、 h P - p 1 - 1 h m 1 _ 1 h ● ． 1 h - 1 h ‘ i r ． 1 - t t 、 1 - ， ● P 1 - 1 h t t ， t t t ， ， P 1 h - ， t _ r _ 1 、 ‘ 中图分类号 T H1 6 ， U 4 6 8 ． 4 文献标识码 A 1弓I 言 电子油门踏板作为电 子油门系统中重要的组成部件， 其性能的好 为了提高汽车行驶的动力性、 平稳性、 经济性和减少排放污 坏直接影响到整个发动机系统控制的效果。 染， 世界各大汽车制造商推出了各种控制特性良 好的电子油门及 目 前， 在生产装配电子油门 踏板的过程中， 由于只确定了位置 相应的电子控制系统， 通过电子油门系统灵活地管理发动机进气 传感器电压调节参数的范围， 并未有确定的参数值， 导致装配过程 量， 使发动机获得令人满意的动力性、 良 好的油耗和排放性能Ⅲ 。 中 经常出现电 压参数值调节不合适而使得产品性能检 测不合格， 严 -k来稿 日期 2 0 1 0 - 0 3 1 0 -k “ 基金项 目 西安市科技计划项 目 C X Y 0 8 0 1 5 1 图 6立体仓库及其搬运机械手 P L C接线图 4结论 橱柜-式立体仓库及其；搬运耄 兀 蒯} 手 是可以实现立体仓库的自动存 储与取料的系统， 采用 P L C控制来精确地识别各工位 匕 是否有工件， 以确定取 ．工件； 采用气动方式控制换向阀使机械手完成各种动作 ， 如伸出， 收回， } 舷 右方向旋转， 已完成去放工间的动作， 即完成收 货希 卜诹 货一发货；采用电动方式来驱动机械手沿同步带运动， 以实现机械手在货架每层各工位之间的各种操作； 并能使机械手沿两 立柱 匕 下运动， 以实现机械手在各层之间的操作。它不仅可以减轻劳 动力的工作强度， 还可以与原料和产品的信息共享， 减少库存等， 可以 使企业的经济效益提高， 最终在市场 E 占有一席之地。 参考文献 1 陈劫， 孙小明泊动化立体仓库的优化设计[ J ] ． 中国质量， 2 0 o 8 7 2姚晓明． 自动化立体仓库在我 国的现状和发展 [ J ] ． 物流技术 ， 1 9 9 5 6 3栾娥．P L c在 自动化立体仓库系统堆垛机上的应用 [ J ] _ 物流技术与应用 ， 2 0 0 5 1 4 易芸芸， 杨公源． 基于P L C的立体仓库控制系统设计[ J ] ．仪器仪表用户， 2 0 0 8 5 5 杨继志， 郭敬． 自 动化立体仓库的关键技术[ J ] ． 起重运输机械， 2 0 0 7 1 6天津探索智能机器有限责任公 司． 柔性制造系统使用说 明书， 2 0 0 5 1 2 7姜培刚， 盖玉先主编．机电一体化系统设计．北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 3 8成大先主编． 机械设计手册 气压传动 ．北京 化学工业出版社， 2 0 0 4