機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文---數(shù)控機(jī)床自動(dòng)裝卸工件機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、<p>　　2010年05月20日</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書</p><p><b>　　主要任務(wù)：</b></p><p>　　1、通過(guò)PLC編程控制使機(jī)械手能夠模仿人手臂的某些動(dòng)作和功能，用于抓取，搬運(yùn)或操作工具等</p><p>　　2、按照指定命令系統(tǒng)自動(dòng)完成各步驟工作，并能循環(huán)指令動(dòng)

2、作</p><p><b>　　需要提交的文檔：</b></p><p><b>　　開(kāi)題報(bào)告</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機(jī)械手是近幾十年

3、發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。通過(guò)編程來(lái)完成各種動(dòng)作，它的準(zhǔn)確性和多自由度，保證了機(jī)械手能在各種不同的環(huán)境中工作。機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多，機(jī)械手的使用能夠顯著的提高生產(chǎn)效率，減少人為因素造成的廢次品率。機(jī)械手可以完成很多工作，它在自動(dòng)化車間中用來(lái)運(yùn)送物料，從事多種工藝操作。它的特點(diǎn)是通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器人的部分優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機(jī)器人的精確到位。</p><p

4、>　　機(jī)械手是在機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)中逐步發(fā)展出的一種新型裝置?，F(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)械手被廣泛的應(yīng)用到自動(dòng)生產(chǎn)線中。機(jī)械手目前雖然不如人手的靈活多變，但它具有重復(fù)性，無(wú)疲勞，不懼危險(xiǎn)，有大的抓舉力量，因此越來(lái)越多的被廣泛運(yùn)用。</p><p>　　機(jī)械手技術(shù)涉及機(jī)械學(xué)、力學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、電氣液壓技術(shù)，計(jì)算機(jī)可編程技術(shù)等，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。</p><p>　　本課題在執(zhí)行機(jī)構(gòu)由

5、電動(dòng)和液壓組成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將PLC應(yīng)用于其自動(dòng)控制系統(tǒng)，完成機(jī)械手系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控；自動(dòng)裝卸；機(jī)械手；PLC</p><p>　　Abstract（英文摘要）</p><p>　　Manipulator is developed in recent decades as a high-tech automated produc

6、tion equipment. Programmed to complete a variety of actions, its accuracy and multiple degrees of freedom to ensure the robot can work in different environments. Robots are used mostly in industrial production, the use o

7、f mechanical hand can significantly improve production efficiency and reduce waste caused by human factors defective rate. Robots can do a lot of work, it is used in the automated plant in the transportatio</p>&l

8、t;p>　　Robot automation in the mechanical gradually developed a new type of device. Manipulator modern production process has been widely applied to automatic production line. Although the robot as flexible staffing, b

9、ut it has a repetitive, no fatigue, fear danger, there is great power snatch, so more and more widely used. </p><p>　　Robot technology involves mechanics, mechanics, automatic control technology, sensor tech

10、nology, electrical hydraulic technology, computer programmable technology, is a cross-disciplinary technology. </p><p>　　The subject of the executive body composed by the electrical and hydraulic structure w

11、ill be PLC based control system used in its complete manipulator system hardware and software design. </p><p>　　Key Words：NC; automatic loading and unloading; mechanical hand; PLC</p><p><b&g

12、t;　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><p>　　Abstract（英文摘要）IV</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1課題背景1</b></p>

13、;<p>　　1.2機(jī)械手的發(fā)展2</p><p>　　1.3 PLC的發(fā)展概況2</p><p>　　1.4 可編程控制器的產(chǎn)生3</p><p>　　1.5 PLC的定義3</p><p>　　1.6 PLC的特點(diǎn)4</p><p>　　1.7課題設(shè)計(jì)的目的和意義4</p>

14、<p>　　第2章 機(jī)械手的概述6</p><p>　　2.1.1機(jī)械手的組成6</p><p>　　2.1.2機(jī)械手的主要參數(shù)7</p><p>　　2.1.3應(yīng)用機(jī)械手的意義7</p><p>　　2.2機(jī)械手采用PLC控制的優(yōu)點(diǎn)8</p><p>　　第3章 機(jī)械手的控制系統(tǒng)9</p&

15、gt;<p>　　3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟9</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)的要求10</p><p>　　3.3 系統(tǒng)及原理13</p><p>　　3.3.1 系統(tǒng)原理13</p><p>　　3.3.2 操作系統(tǒng)13</p><p>　　3.3.3回零程序14</p&

16、gt;<p>　　3.3.4 手動(dòng)操作程序14</p><p>　　3.3.5 自動(dòng)操作程序15</p><p>　　3.3.6 傳送梯形圖16</p><p><b>　　結(jié) 論18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p>&l

17、t;p>　　附錄 指令一覽表20</p><p><b>　　致 謝21</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活水平日益提高，

18、隨著工業(yè)自 動(dòng)化的普及和發(fā)展,控制器的需求量逐年增大。為了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài),緩解日趨緊 張的供求關(guān)系,我們就得研究開(kāi)發(fā)機(jī)械手。 新中國(guó)成立特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)取得了舉世矚目的偉大成就。同時(shí)，必須清醒地看到，我國(guó)正處于并將長(zhǎng)期處于社會(huì)主義初級(jí)階段。全面建設(shè)小康社會(huì)，既面臨難得的歷史機(jī)遇，又面臨一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)過(guò)度依賴能源資源消耗，環(huán)境污染嚴(yán)重；經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后；

19、自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益有待提高。在擴(kuò)大勞動(dòng)就業(yè)、理順?lè)峙潢P(guān)系、提供健康保障和確保國(guó)家安全等方面，有諸多困難和問(wèn)題亟待解決。從國(guó)際上看，我國(guó)也將長(zhǎng)期面臨發(fā)達(dá)國(guó)家在經(jīng)濟(jì)、科技等方面占有優(yōu)勢(shì)的巨大壓力。為了抓住機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要進(jìn)行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加強(qiáng)社會(huì)管理等。與此同時(shí)，我們比以往任何時(shí)候都更加需要緊緊依靠科技進(jìn)步和創(chuàng)新，帶動(dòng)生產(chǎn)力質(zhì)的飛躍，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面、協(xié)調(diào)、

20、可持續(xù)發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中大國(guó)，加快科學(xué)技術(shù)</p><p><b>　　1.2機(jī)械手的發(fā)展</b></p><p>　　機(jī)械手一般為三類：一是不需要人工控制的通用型機(jī)械手。它是不屬于其他主機(jī)的獨(dú)立裝置。可以根據(jù)任務(wù)需要編制獨(dú)立程序完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它的特點(diǎn)是具備不同裝置的性能之外還具備通用機(jī)械及記憶功能的三元型機(jī)械。二是需要人工操作的，起源于原子，

21、軍事工業(yè)。先是通過(guò)操作完成特定工序，后來(lái)逐步發(fā)展到無(wú)線遙控操作。第三類是專用機(jī)械手，通常依附于自動(dòng)生產(chǎn)線上，用于機(jī)床的上下料和裝卸工件。這種機(jī)械手國(guó)外叫做“Mechanical Hand”。它由主機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)服務(wù)，工作程序固定，一半是專用的。</p><p>　　機(jī)械手首先是在美國(guó)開(kāi)始研制。第一臺(tái)機(jī)械手是在1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研究制作出來(lái)的。結(jié)構(gòu)是：主機(jī)安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，長(zhǎng)臂頂端有電磁 抓放機(jī)構(gòu)。</p&

22、gt;<p>　　日本在工業(yè)上應(yīng)用機(jī)械手最多，發(fā)展最快的國(guó)家，自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后開(kāi)始大力研發(fā)機(jī)械手。</p><p>　　前蘇聯(lián)自六十年代開(kāi)始發(fā)展和應(yīng)用，自1977年，前蘇聯(lián)使用的機(jī)械手一半來(lái)自國(guó)產(chǎn)一半來(lái)自進(jìn)口。</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)中，自動(dòng)化在生產(chǎn)過(guò)程中已日趨突出，機(jī)械手就是在機(jī)械工業(yè)中為實(shí)現(xiàn)加工、裝配、搬運(yùn)等工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)

23、展，機(jī)械手的出現(xiàn)大大減輕了人類的勞動(dòng)，提高了生產(chǎn)效率。采用機(jī)械手已為目前研究的熱重點(diǎn)。</p><p>　　目前機(jī)械手在工業(yè)上主要用于機(jī)床加工、鑄造，熱處理等方面，但是還不能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。</p><p>　　1.3 PLC的發(fā)展概況</p><p>　　可編程控制器是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā) 起來(lái)的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制

24、的各個(gè)領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的程 序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái) 控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。</p><p>　　1.4 可編程控制器的產(chǎn)生</p><p>　　PLC 是在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中產(chǎn)生的，20 世紀(jì)60 年代末，美國(guó)汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激 烈。為適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，美國(guó)通用汽車公司（GM）對(duì)控制系統(tǒng)提出要 求為：（1）能替代各

25、種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其主令電器等按一定的邏輯關(guān)系 用導(dǎo)線連接起來(lái)的控制系統(tǒng)，既傳統(tǒng)的繼電－接觸器控制，它簡(jiǎn)單易懂，價(jià)格低廉， 能夠滿足生產(chǎn)工藝改動(dòng)頻繁的需要；（2）編程簡(jiǎn)單；（3）模塊式結(jié)構(gòu)；輸入、輸出 電壓是交流115V（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)），輸出能直接驅(qū)動(dòng)繼電器和電磁閥；（4）抗電磁干擾強(qiáng)；（5）具有數(shù)據(jù)通信功能。就是把繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能齊全、靈 活性、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，用計(jì)算機(jī)的編程軟件邏輯易于修改來(lái)代替繼電－ 接觸

26、器控制的硬接線邏輯不易修改。美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）在 1969 年根據(jù)上述 要求，研制出世界上首臺(tái)可編程控制器，并在美國(guó)通用汽車公司的汽車裝配線上應(yīng) 用成功，實(shí)現(xiàn)裝配線的自動(dòng)控制。</p><p>　　1.5 PLC的定義</p><p>　　PLC問(wèn)世以來(lái)，盡管時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國(guó) 電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA（National Electrical Man

27、ufactory Association）經(jīng)過(guò)四年 的調(diào)查工作，于1984 年首先將其正式命名為PC（Programmable Controller），并給 PC 作了如下定義： </p><p>　　“PC 是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲(chǔ)存指令。用來(lái)執(zhí) 行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊， 以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行PC

28、之功能被視為PC，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器?！?</p><p>　　以后國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)又先后頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿,并在 1987 年2 月通過(guò)了對(duì)它的定義：</p><p>　　“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì) 的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制， 定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面

29、向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種 類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系 5 統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算 機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品 并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置， 其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 <

30、;/p><p>　　1.6 PLC的特點(diǎn)</p><p><b>　?、?高可靠性</b></p><p>　　1）所有的I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC 內(nèi)部電路 之間電氣上隔離。 </p><p>　　2）各輸入端均采用R-C 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10～20ms。 </p>

31、<p>　　3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。</p><p>　　4）采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。</p><p>　　5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 </p><p>　　6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采用 有效措施，以防止故障擴(kuò)大。</p><p>　　7）大型PLC 還可以采用

32、由雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可 靠性更進(jìn)一步提高。 </p><p>　?、?豐富的I/O 接口模塊 </p><p>　　PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流； 脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按 鈕；行程開(kāi)關(guān)；接近開(kāi)關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。 </p&

33、gt;<p>　?、?采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采 用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU，電源，I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī) 架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 </p><p>　?、?編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需 要具備計(jì)

34、算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 </p><p>　?、?安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的 各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障 指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。</p><p>　　1.7課題設(shè)計(jì)的目的和意義</p><p

35、>　　自改革開(kāi)放，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，機(jī)械手早期應(yīng)用在汽車制造業(yè)。當(dāng)面臨人工無(wú)法實(shí)現(xiàn)的工作時(shí)，機(jī)械手成為了替代人工的替代品。機(jī)械手的使用能夠顯著的提高生產(chǎn)效率，減少人為因素造成的廢次品率。機(jī)械手可以完成很多工作，它在自動(dòng)化車間中用來(lái)運(yùn)送物料，從事多種工藝操作。它的特點(diǎn)是通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器人的部分優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機(jī)器人的精確到位。</p><p>　　隨著科學(xué)

36、技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械手的安全性，可靠性，準(zhǔn)確性有了充分的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)其要求也越來(lái)越高?？删幊炭刂破鲬{其穩(wěn)定性，簡(jiǎn)單性，強(qiáng)大性成為了目前應(yīng)用最廣的工業(yè)自動(dòng)化支柱之一。</p><p>　　本課題在執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)和液壓組成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將PLC應(yīng)用于其自動(dòng)控制系統(tǒng)，完成機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第2章 機(jī)械手的概述</p><p><b>　　2

37、.1機(jī)械手的概述</b></p><p>　　2.1.1機(jī)械手的組成</p><p>　　機(jī)械手的形式是多樣的，但是其基本的組成都是相似的。一般機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。</p><p>　?。▓D2.1.1 機(jī)械手的組成及相互關(guān)系）</p><p><b>　　·執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b&

38、gt;</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手、關(guān)節(jié)、手臂和支柱組成，與人體手臂相似。手為抓取機(jī)構(gòu)，用于抓取工件。關(guān)節(jié)是連接手與手臂的關(guān)鍵性原件，具有多方位旋轉(zhuǎn)特性。支柱用來(lái)支撐手臂，可做活動(dòng)支柱方便機(jī)械手多方位移動(dòng)。</p><p><b>　　·傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。常用的有機(jī)械傳動(dòng)、液壓

39、傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)，電力傳動(dòng)等形式。</p><p><b>　　·控制系統(tǒng)</b></p><p>　　機(jī)械手按照制定的程序，步驟，參數(shù)進(jìn)行動(dòng)作完成該指定工作要依靠控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)易機(jī)械手通常情況下不使用專用的控制系統(tǒng)，只有動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手采用可編程控制器，微型計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行動(dòng)作。</p><p><b>　　·輔

40、助裝置</b></p><p>　　輔助裝置主要是連接機(jī)械手各部分元件的裝置。</p><p>　　機(jī)械手按用途分類為：專用機(jī)械手、通用機(jī)械手。</p><p>　　按照傳動(dòng)方式分類為：液壓式機(jī)械手、氣動(dòng)式機(jī)械手、機(jī)械式機(jī)械手和電動(dòng)機(jī)械手。</p><p>　　2.1.2機(jī)械手的主要參數(shù)</p><p>&

41、lt;b>　　·傳動(dòng)方式</b></p><p><b>　　·反應(yīng)速度</b></p><p><b>　　·尺寸和重量</b></p><p><b>　　·負(fù)荷能力</b></p><p><b>　　&

42、#183;控制方式</b></p><p><b>　　·操控范圍</b></p><p><b>　　·反應(yīng)速度</b></p><p><b>　　·定位</b></p><p><b>　　·自由度</b

43、></p><p><b>　　·安全性</b></p><p><b>　　·實(shí)用性</b></p><p>　　2.1.3應(yīng)用機(jī)械手的意義</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，機(jī)械手應(yīng)用的越來(lái)越多。在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手應(yīng)用的意義概括如下：</p><

44、p>　　·提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度，增強(qiáng)生產(chǎn)效率。</p><p>　　機(jī)械手方便與材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換等自動(dòng)化過(guò)程，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)投入，從而降低生產(chǎn)成本。</p><p><b>　　·改善勞動(dòng)條件</b></p><p>　　在車間的勞動(dòng)環(huán)境下，高溫、高壓、噪音、灰塵等污染會(huì)嚴(yán)重影響人的身

45、體健康，人在車間工作不可避免的會(huì)接觸到危險(xiǎn)，而應(yīng)用機(jī)械手可以替代人安全的完成作業(yè)，從而改善勞動(dòng)條件。</p><p>　　在一些簡(jiǎn)單，重復(fù)的工作中以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作可以避免因疲勞和疏忽造成的事故。</p><p>　　·減少人力資源，便于節(jié)奏生產(chǎn)。</p><p>　　機(jī)械手的應(yīng)用增強(qiáng)了自動(dòng)化生產(chǎn)，會(huì)減少人力的使用。機(jī)械手可以長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)性連續(xù)完成工作，

46、這是人工無(wú)法實(shí)現(xiàn)并完成的。生產(chǎn)線增加使用機(jī)械手以減少人力和精準(zhǔn)的生產(chǎn)節(jié)拍，有利于節(jié)奏性的工作生產(chǎn)。</p><p>　　綜上所述，機(jī)械手的合理利用是機(jī)械行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。</p><p>　　2.2機(jī)械手采用PLC控制的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　機(jī)械手不止有一種控制系統(tǒng)，一些控制系統(tǒng)或多或少會(huì)存在一些缺點(diǎn)，而這些缺點(diǎn)在自動(dòng)化生產(chǎn)中會(huì)造成不可避免的損失。而PLC控制

47、的機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用上表現(xiàn)最為突出，我們從幾方面論述一下PLC控制機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　·控制方式：電氣控制屬于硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能非常困難；而PLC控制是軟接線，改變控制程序即可實(shí)現(xiàn)邏輯的改變或增加功能。</p><p>　　·工作方式：電氣控制是并行工作，而PLC是串行工作，不受制約。</p><p>　　&

48、#183;控制速度：電氣控制速度慢，觸電易動(dòng)；PLC通過(guò)半導(dǎo)體控制，速度快，無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)抖動(dòng)。</p><p>　　·可靠性能：電氣控制觸點(diǎn)多，會(huì)產(chǎn)生磨損和電弧燒傷，接線多，可靠性差；PLC無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，具有自診功能，執(zhí)行程序監(jiān)控，調(diào)試和維護(hù)方便。</p><p>　　第3章 機(jī)械手的控制系統(tǒng)</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟</p

49、><p>　　機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的主要步驟，如下圖3.1所示：</p><p>　　（圖3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟圖）</p><p>　　在機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中需考慮以下幾點(diǎn)：</p><p>　　了解分析機(jī)械手工藝設(shè)計(jì)和控制要求。</p><p>　　確定I/O設(shè)備。根據(jù)機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能要求確定所需的用戶輸入輸出

50、設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有行程開(kāi)關(guān)、按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、傳感器等，輸出設(shè)備有繼電器、指示燈、接觸器等。</p><p>　　選擇適合I/O點(diǎn)數(shù)的PLC。</p><p>　　分配PLC的I/O點(diǎn)，編制輸入輸出分配表接線圖。</p><p>　　設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)梯形圖，根據(jù)需要設(shè)計(jì)完整的梯形圖程序。</p><p>　　測(cè)試PLC程序，查找錯(cuò)誤。&l

51、t;/p><p>　　調(diào)試機(jī)械手，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，查找問(wèn)題。</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)的要求</p><p>　　機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程：自原點(diǎn)起，按下啟動(dòng)按鈕，下降電磁閥通電，機(jī)械手開(kāi)始下降。當(dāng)機(jī)械手下降碰到限位開(kāi)關(guān)時(shí)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手停止下降；同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊，上升電磁閥通電，機(jī)械手開(kāi)始上升，直至碰到上限開(kāi)關(guān)，上升電磁閥斷電停止上升。使用伺服電

52、機(jī)控制機(jī)械手開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，180°后機(jī)械手停止旋轉(zhuǎn)。接通右移電磁閥使機(jī)械手向右移動(dòng)直至碰到右限位開(kāi)關(guān)，右移電磁閥斷電，機(jī)械手停止右移。左工作臺(tái)無(wú)物料時(shí)光電開(kāi)關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。直至碰到下限位開(kāi)關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手停止下降，同時(shí)夾緊電磁閥斷電機(jī)械手放松，完成物料搬送。機(jī)械手放松后上升電磁閥通電使機(jī)械手開(kāi)始上升，碰到上限位開(kāi)關(guān)上升電磁閥斷電，上升停止；接通左移電磁閥，機(jī)械手左移，碰到左限位開(kāi)關(guān)，機(jī)械手停止左移，機(jī)

53、械手底座旋轉(zhuǎn)180°回到原點(diǎn)，完成一周期動(dòng)作。</p><p>　　(圖3.2.1 機(jī)械手動(dòng)作簡(jiǎn)圖)</p><p>　?。▓D3.2.2 機(jī)械手功能圖示）</p><p>　?。▓D3.2.3 機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)及控制面板示意圖）</p><p>　?。▓D3.2.4 機(jī)械手傳送系統(tǒng)I/O點(diǎn) 分配表）</p><p>

54、;　?。▓D3.3.3 控制系統(tǒng)原理接線圖）</p><p><b>　　3.3 系統(tǒng)及原理</b></p><p>　　3.3.1 系統(tǒng)原理</p><p>　?。▓D3.3.1 系統(tǒng)原理圖）</p><p>　　3.3.2 操作系統(tǒng)</p><p>　　操作系統(tǒng)包括回復(fù)原點(diǎn)程序，手動(dòng)單步操作程序及

55、自動(dòng)連續(xù)操作系統(tǒng)。如圖所示：</p><p>　?。▓D3.3.2 機(jī)械手操作系統(tǒng)程序）</p><p><b>　　原理：</b></p><p>　　把旋鈕重置于原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動(dòng)返回原點(diǎn)，Y5驅(qū)動(dòng)指示燈顯示。把旋鈕置于手動(dòng)，X6接通，常閉觸頭打開(kāi)，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為跳轉(zhuǎn)指令，CJ驅(qū)動(dòng)跳至指針P所指P0處）開(kāi)始執(zhí)行手動(dòng)程序。之后執(zhí)CJ

56、指令時(shí)由于行X7常閉觸點(diǎn)將跳至P1所指的結(jié)束位置。旋鈕置于自動(dòng)，即X6閉合X7打開(kāi)，程序執(zhí)行時(shí)將跳過(guò)手動(dòng)程序執(zhí)行自動(dòng)程序。</p><p>　　3.3.3回零程序</p><p>　　回零 程序如圖3.3.3所示。S10~S12作為回零 操作原件。當(dāng)使用S10~S19作為回零 操作在最后狀態(tài)復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。</p><p>　?。▓D3.3.3

57、回零狀態(tài)示意圖）</p><p>　　3.3.4 手動(dòng)操作程序</p><p>　　如圖所示。圖中 上升/下降，左移/右移有連鎖和限位保護(hù)。</p><p>　?。▓D3.3.4 手動(dòng)單步操作系統(tǒng)圖）</p><p>　　3.3.5 自動(dòng)操作程序</p><p>　　如圖所示，當(dāng)機(jī)械手處于原位按下啟動(dòng)按鈕X0，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到

58、S20，驅(qū)動(dòng)下降Y0，到達(dá)下 限位行程開(kāi)關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移S21，S20自動(dòng)復(fù)位。S21驅(qū)動(dòng)Y1延遲一秒以便使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動(dòng)Y2上升，當(dāng)上升達(dá)到上 限位X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23，驅(qū)動(dòng)Y3右移。達(dá)到右限位X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降，當(dāng)達(dá)到下 限位X1接通，電磁鐵放松，并延遲一秒。后T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移S26上升，達(dá)到上 限位X2接通，S27左移，達(dá)到左限位X4接通，返回初始狀態(tài)。一次循環(huán)完成

59、。</p><p>　　（圖 3.3.5 自動(dòng)操作流程圖圖）</p><p>　　3.3.6 傳送梯形圖</p><p>　　如圖所示，第0行到第27行為復(fù)位狀態(tài)。第28行到第66行為手動(dòng)單步操作程序。第67行到129行為自動(dòng)操作程序。這三部分模塊是圖3.3.2的操作系統(tǒng)運(yùn)行的。</p><p>　　回零 程序和自動(dòng)操作系統(tǒng)是用步進(jìn)順控方式編

60、程?；亓?程序不能自動(dòng)返回初始狀態(tài)S1，自動(dòng)操作程序可以自動(dòng)返回初始狀態(tài)S2。</p><p>　?。▓D3.3.6 機(jī)械手傳送梯形圖）</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的操作過(guò)程是由電動(dòng)機(jī)和氣缸組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)采用可編程控制器控制，運(yùn)用步進(jìn)順序控制編程，程序簡(jiǎn)單且便于調(diào)試。 通

61、過(guò)PLC 本身通信接口與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、修改、調(diào)整，使系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。利用 PLC 控制機(jī)械手相對(duì)于其它控制方式，具有很高的可靠性，較好的性價(jià)比，較強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性。就本課題設(shè)計(jì)的目的，實(shí)際應(yīng)用運(yùn)行良好，大大方便了工作和生活。</p><p>　　通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)工作的細(xì)心得 到了提高，認(rèn)識(shí)到自己在這方面的不足。并且，對(duì)本設(shè)計(jì)的內(nèi)容有了更

62、好的了解，比如加深了解了有關(guān)可編程控制器的功能，還有機(jī)械手的工作原理等等。通過(guò)做這個(gè)設(shè)計(jì)，對(duì)以前不足的知識(shí)進(jìn)行彌補(bǔ)，在指導(dǎo)老師那里學(xué)到了很多寶貴的東西，這些都是對(duì)我很有幫助的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李國(guó)平編著，《基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手實(shí)驗(yàn)裝置的研制[J]》，液壓與氣動(dòng)，2003</p><p

63、>　　[2] 常曉玲編著，《電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器》，北京；機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[3] 范建東編著，《可編程控制器原理及應(yīng)用》，廣州；華南理工大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[4] 李乃夫編著，《可編程控制器原理、應(yīng)用》，北京；中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[5] 郝海青編著，《串聯(lián)關(guān)節(jié)式機(jī)械手的控制系

64、統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)》，萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)碩博士論文，2002</p><p><b>　　附錄 指令一覽表</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究工作是在我的指導(dǎo)老師張老師的精心指導(dǎo)和同學(xué)的幫助 下完成的。在這里，首先要向本次設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師表示最誠(chéng)摯的謝意。老師在自己緊張的工作中

65、，仍然會(huì)抽出時(shí)間對(duì)我進(jìn)行指導(dǎo)，時(shí)刻關(guān)心我的設(shè)計(jì)的進(jìn)展?fàn)顩r。老師給予的幫助對(duì)我的設(shè)計(jì)是非常重要的，從借閱參考資料到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作，他都給予了指導(dǎo)，不僅讓我掌握了書本中的知識(shí)，更學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)操作方法，如何合理安排時(shí)間和論文的編寫，對(duì)我提出的問(wèn)題認(rèn)真講解，這讓我更容易懂得那些比較難的問(wèn)題。其次，還要向給予此次畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助的同學(xué)們以誠(chéng)摯的謝意，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，他們也給我很多幫助，更重要的是為我們提供不少技術(shù)方面的資料，在此感謝他們，沒(méi)有這些資料