摘 要

气动搬运机械手示教实验台作为新型示教台，可以为学员提供综合自动化项目的实训环境，并以锻炼学员的动手能力为主要目的，由元件组装到系统的编程调试，由浅入深，培养学员的自动化项目实践能力，全面提升机电一体化专业的知识水平。在全球工业化日益加深的背景下，研制一套自动化与智能化程度都较高的气动搬运机械手示教实验台系统对我国工业行业具有重大作用。

本文根据气动搬运机械手示教实验台控制需求，设计并开发基于三菱可编程控制器和LabVIEW的气动搬运机械手示教实验台控制系统，综合运用三菱FX系列PLC控制器、LabVIEW软件等，实现对气动搬运机械手示教实验台的整体控制。

本系统通过实验台上位机对实验台进行信号采集及动作控制；通过控制提升气缸和下降气缸实现机械手的上升与下降；通过控制气爪机构和真空发生器实现物料的夹取与放下；通过控制滑台气缸实现输送台和机械手的直线运动。以上工作实现了实验台在示教过程中自动化与智能化的要求，同时保证了控制系统的安全性、协调性和可维护性，有利于使用人员更好地理解和掌握本气动搬运机械手示教实验台。

关键词：气动搬运机械手；示教实验台；可编程控制器

Abstract

Pneumatic carrying manipulator experimental teaching platform as a new teaching platform,can provide comprehensive automation project training environment for students,and to exercise the student's manipulative ability as the main purpose, from components assembled to the programming and debugging of the system,and training students' ability of automation project practice,improve the mechanical and electrical integration professional knowledge level.In the context of deepening global industrialization,the development of a set of high degree of automation and intelligence of pneumatic carrying manipulator teaching experimental table system has a significant role in China's industrial industry.

In this paper, based on the control requirements of the pneumatic carrying manipulator teaching platform,the design and development of the pneumatic carrying manipulator teaching experimental bench control system based on mitsubishi PLC and LabVIEW,the integrated use of mitsubishi FX series PLC controller,LabVIEW software, etc., to achieve the overall control of the pneumatic handling manipulator teaching experimental bench.

This system carries on the signal acquisition and the movement control to the experiment platform through the experiment platform platform machine.Through the control of the lifting cylinder and the falling cylinder to achieve the manipulator up and down.The clamping and lowering of materials are realized by controlling the air claw mechanism and vacuum generator.The linear motion of conveyor table and manipulator is realized by controlling the cylinder of slide table.The above work has realized the requirements of automation and intelligence of the experimental bench in the teaching process,and at the same time ensured the safety,coordination and maintainability of the control system,which is conducive to the user to better understand and master the pneumatic carrying manipulator teaching bench.

Key Words:Pneumatic carrying manipulator;Teaching bench;Programmable logic controller

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 3

1.1 论文的研究背景 3

1.2 论文研究的目的和意义 5

1.3 论文的主要研究内容 5

第2章 气动搬运机械手示教实验台介绍 7

2.1 实验台整体机械结构 7

2.2 实验台关键机械机构 7

第3章 气动搬运机械手示教实验台控制系统总体设计 10

3.1 气动搬运机械手示教实验台控制系统的需求分析 10

3.2 控制系统设计路线 10

3.3 控制系统总体结构设计 11

3.4 气动搬运机械手示教实验台控制系统的核心技术 13

第4章 气动搬运机械手示教实验台的硬件选型与电路设计 16

4.1 气动搬运机械手示教实验台主要硬件选型 16

4.1.1 PLC的选择 16

4.1.2 气源处理模块的选择 17

4.2 控制系统电路图 18

第5章 气动搬运机械手示教实验台控制系统的软件开发 20

5.1 气动搬运机械手示教实验台控制系统软件总体介绍 20

5.2 气动搬运机械手示教实验台控制系统程序设计 20

5.2.1 气动搬运机械手示教实验台控制系统程序流程设计 20

5.2.2 气动搬运机械手示教实验台程序结构设计 21

5.3 控制系统梯形图编制 22

5.4 实验台上位机LabVIEW程序设计 27

5.4.1 实验台上位机LabVIEW前面板设计 27

5.4.2 LabVIEW程序框图设计 27

5.4.3 PLC与LabVIEW的通讯 31

第6章 总结 33

6.1 联机调试结果 33

6.2 论文总结 34

6.3 工作小结 35

参考文献 37

附 录 38

致 谢 41

第1章 绪 论

随着当代社会科技水平的不断提高，我国在工业领域所需的高素质人才与日俱增，而工业示教实验台可以在短时间内培养出某一个或多个方向的应用型人才。机械手是在制造业逐渐向自动化生产发展中形成的一种新型装置，而本文中选择的是气动搬运机械手，其由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置四个部分构成，是一种能够仿人操作，可实现自动控制、可重复编程等复杂工作的机电一体化自动化设备。近年来，气动搬运机械手在示教实验台中的应用越来越广泛，示教实验台的系统设计也在不断更新，而我国的示教实验台也多依赖于机械手的控制。因此，如何设计一个更加高效智能的气动搬运机械手示教实验台控制系统正是现今研究的重点，这也正是本文的研究目标。

1.1 论文的研究背景

在当代经济社会不断发展的时代背景下，工业机器人在全球各大领域都有着举足轻重的重要地位和颇为广阔的应用前景，根据国际机器人联合会（IFR）2016年2月发布的报告称，未来工业机器人需求仍将加速增长。2015年全球工业机器人市场销量进一步增长，比2014年至少增长15%，2015-2017年年平均增长率将达12%。而报告中指出，亚太地区是迄今为止最大的工业机器人市场，工业机器人在中国的销量约占全球总销售量的四分之一，是全球机器人需求量最大的国家，其次是日本、美国、韩国、德国^[1]。自步入新时代后，我国在经济飞速发展的同时，也大量购买了国外的工业机器人，在我国国产机器人研发水平跟不上工业生产的情况下，只能依靠大量进口来保持工业生产的持续增长和国内经济的稳步提高。与此同时，随着大量新型机器人进入国内一线生产企业，我国所需的高新技术人才越来越多，如何培养更多能够熟练掌握使用新型机器人的技术人才成为了国内企业的当务之急，而自动化示教实验台则是其解决方案之一。

由于气压传动系统的使用非常安全可靠，可以在高温、易燃、易爆等多种恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳等众多优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、食品和药品的包装、精密仪器和军事等领域上^[2]。气动搬运机械手的自动化程度高，能在各种环境下灵活使用，无论是重型机械还是精密仪器，都有它的用武之地。