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文檔簡介
1、<p> 江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院</p><p><b> 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p> 題目:基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p> 姓 名 鮑文 </p><p> 學(xué) 院 信息工程分院 <
2、;/p><p> 專 業(yè) 電氣自動化 </p><p> 班 級 09電氣自動化班 </p><p> 指導(dǎo) 老師 李瑩 </p><p> 提交 時(shí)間 年 月 日 </p><p>
3、;<b> -</b></p><p> 論文題目:基于PLC的機(jī)械手系統(tǒng)控制</p><p><b> 姓 名:鮑文</b></p><p> 班 級:09電氣自動化班</p><p><b> 指導(dǎo)教師:李瑩</b></p><p&
4、gt; 摘要:機(jī)械手 能模仿人手和臂的某些動作功能,用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化,能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全,因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。</p><p> 機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件(或工具)的部件,根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式,如夾
5、持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu),使手部完成各種轉(zhuǎn)動(擺動)、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作,改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式,稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體,需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多,機(jī)械手的靈活性越大,通用性越廣,其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2~3個(gè)自由度。 機(jī)械
6、手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置,如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件,在加工中心中更換刀具等,一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱,如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手</p><p> 關(guān)鍵詞:點(diǎn)控制機(jī)械手 連續(xù)控制機(jī)械手 可編程控制技術(shù)</p><p><b> 目 錄</b></p><p&
7、gt;<b> 摘要2</b></p><p><b> 引言4</b></p><p> 1 PLC的發(fā)展歷程和構(gòu)成5</p><p> 1.1 PLC的發(fā)展史5</p><p> 1.2 PLC的構(gòu)成6</p><p> 1.3 CPU的構(gòu)成7
8、</p><p> 1.4 I.O模塊7</p><p> 1.5 電源模塊8</p><p> 1.6 底版和機(jī)架8</p><p> 1.7 PLC系統(tǒng)的其他設(shè)備8</p><p> 2 機(jī)械手的組成9</p><p> 2.1 機(jī)械手的發(fā)展9</p>
9、<p> 2.2 動力臂的機(jī)械構(gòu)造10</p><p> 2.3 控制和動力臂的機(jī)械構(gòu)造10</p><p> 2.4 位置控制系統(tǒng)10</p><p> 2.5 負(fù)載反傳系統(tǒng)10</p><p> 3 機(jī)械手PLC控制的設(shè)計(jì)11</p><p> 3.1 根據(jù)工藝過程分析控制要求1
10、1</p><p> 3.2 確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備及I/O點(diǎn)數(shù)14</p><p> 3.3 PLC的選擇17</p><p> 3.4 分配PLCI/O點(diǎn)的編號(定義號)17</p><p> 3.5 PLC程序設(shè)計(jì)17</p><p><b> 個(gè)人小結(jié)29</b>
11、</p><p><b> 參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b> 引言</b></p><p> 機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動作,按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求,實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動化裝置;</p><p> 本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)。各動作由液壓驅(qū)動,并
12、由電磁閥控制。動作順序及各動作時(shí)間的間隔采用按時(shí)間原則。</p><p> 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)主要由手指,手腕,小臂和大臂等幾部分組成。料架為旋轉(zhuǎn)式,由料盤和棘輪機(jī)構(gòu)組成。每次轉(zhuǎn)動一定角度(由工件數(shù)決定)以保證待加工零件對準(zhǔn)機(jī)械手。</p><p> 而可編程控制器(PLC)由于其具有的高可靠性、編程方便、易于使用和修改,易于擴(kuò)展和維護(hù),環(huán)境要求低、體積小巧,安裝調(diào)試方便,在工業(yè)控制中有著廣
13、泛的應(yīng)用。PLC控制系統(tǒng)采用三菱F1系列超小型PLC對機(jī)械手進(jìn)行動作控制。各動作由油泵電機(jī)(采用Y100L2-4.3KM)液壓驅(qū)動,并由電磁閥控制。其中油泵電機(jī)及各電磁閥運(yùn)行狀態(tài)均有指示燈顯示根據(jù)我們所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的驅(qū)動部件為步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn),應(yīng)用PLC移位寄存SFT指令可以很方便、靈活地對機(jī)械手進(jìn)行控制。</p><p> 1 PLC的發(fā)展歷程和構(gòu)成</p><p> 1.1 PLC的
14、發(fā)展歷</p><p> 可編程序控制器的英文為Programmable Controller,在二十實(shí)際七十至八十年代一直簡稱為PC。由于到90年代,個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來,也簡稱為PC;加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大,所以美國AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器(PLC,Programmable Logic Controller),為了方便,仍簡稱PLC為可編程序控制器。有人把可編程序控制器
15、組成的系統(tǒng)稱為PCS可編程序控制系統(tǒng),強(qiáng)調(diào)可編程序控制器生產(chǎn)廠商向人們提供的已是完整的系統(tǒng)了。 </p><p> 1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求,第二年美國數(shù)字公司研制出了第一土改可編程序控制器,滿足了GM公司裝配線的要求。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在已有第五代PLC產(chǎn)品了。</p><p> 在八十年代至九十年代中期,是PLC發(fā)展最快的時(shí)
16、期,年增長率一直保持為30~40%。由于PLC人機(jī)聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進(jìn)步,擠占了一部分DCS的市場(過程控制)并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè),但是由于工業(yè)PC(IPC)的出現(xiàn),特別是近年來現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展,IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場,所以近年來PLC增長速度總的說是漸緩。目前全世界有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品,主要應(yīng)用在汽車(23%)、糧食加工(16.4%)、化學(xué)/制藥(14.6%)、金屬/礦山(11
17、.5%)、紙漿/造紙(11.3%)等行業(yè)。</p><p> 國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠約三十家,但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品,還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn),因此可以說PLC在我國未形成制造產(chǎn)業(yè)。作為原理、技術(shù)和工藝均無尖端技術(shù)難度的產(chǎn)品,只要努力,是能形成制造產(chǎn)業(yè)的。</p><p> PLC的市場的潛力是巨大的,不僅在我國,即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的日本也有調(diào)查表明,PLC
18、配套的機(jī)電一體化產(chǎn)品的比例占42%,采用繼電器、接觸器控制尚有24%。所以說,需要應(yīng)用PLC的場合還很多,在我國就更是如此了。</p><p> PLC具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn),這是它能持久的占有市場的根本原因,我們下面重點(diǎn)闡述幾個(gè)問題,并研究其發(fā)展趨勢。 </p><p> PLC控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構(gòu),各廠家產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大同小異。以日本
19、歐姆龍C200HE為例,為總線模板框式結(jié)構(gòu),基本框架(CPU母板)上裝有CPU模板,其它槽位裝有I/O模板;如果I/O模板多時(shí),可由CPU母板經(jīng)I/O擴(kuò)展電纜連接I/O擴(kuò)展母板,在其上裝I/O模板;另一種方法是配備遠(yuǎn)程I/O從站等。這些都說明了PLC廠家將硬件各部件均向用戶開發(fā),便于用戶選用,配置成規(guī)模不等的PLC,而且這種硬件配置的開放性,為制造商、分銷商(代理商)、系統(tǒng)集成商、最終用戶帶來很多方便,為營銷供應(yīng)鏈帶來很大便利,這是一大
20、成功經(jīng)驗(yàn)。</p><p> PLC內(nèi)的I/O模板,除一般的DI/DO、AD/DA模板外,還發(fā)展了一系列特殊功能的I/O模板,這為PLC用于各行各業(yè)打開了出路,如用于條形碼識別的ASCII/BASIC模板,用于反饋控制的PID模板,用于運(yùn)行控制、機(jī)械加工的高速計(jì)數(shù)模板、單軸位置控制模板、雙軸位置控制模板、凸輪定位器模板、射頻識別接口模板等,這在以后還會有很大發(fā)展。另外在輸入、輸出的相關(guān)元件、強(qiáng)干擾場合的輸入、輸
21、出電隔離、地隔離等方面也會更加完善。</p><p> PLC中的CPU與存儲器配合,完成控制功能。它與DCS系統(tǒng)處理溫度、壓力、流量等參數(shù)的系統(tǒng)不同,采用快速的巡回掃描周期,一般為0.1~0.2秒,更快的則選用50毫秒或更小的消滅周期。它是一個(gè)數(shù)字采樣控制系統(tǒng)。</p><p> 由于各PLC廠家產(chǎn)品在指令系統(tǒng)上的差異及編程方法上用戶要求不同,近年來IEC制訂了基于Windows的編
22、程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3(注:1993年IEC頒布可編程序控制器的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC1131),它規(guī)定了指令表(IL)、梯形圖(LD)、順序功能圖(SFC)、功能塊圖(FBD)、結(jié)構(gòu)化文本(ST)五種編程語言。這包括了文本化編程(IL、ST)和圖形編程(LD、FBD)兩個(gè)方面,而SFC則在兩類編程語言中均可使用。IEC技術(shù)委員會(TC65)進(jìn)來開展了IEC61499項(xiàng)目,將IEC61131-3進(jìn)行了擴(kuò)展,它是針對通過通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的模塊
23、化分布系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn),將對IEC61131-3有所改善。這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件,是PLC發(fā)展的一大趨勢。 </p><p> 一個(gè)或若干PLC與PC機(jī)聯(lián)出系統(tǒng),PC機(jī)起到原編程器及人機(jī)界面操作站的作用,這20世紀(jì)90年代的新潮流,這樣為系統(tǒng)集成帶來了商機(jī),同時(shí)編程軟件和人機(jī)界面軟件(監(jiān)控軟件或稱組態(tài)軟件)及軟件接口(或稱驅(qū)動軟件)也得到了發(fā)展。</
24、p><p> 1.2 PLC的構(gòu)成</p><p> 從結(jié)構(gòu)上分,PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等,這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。</p><p> 1.3 CPU的構(gòu)成</p>
25、<p> CPU是PLC的核心,起神經(jīng)中樞的作用,每套PLC至少有一個(gè)CPU,它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù),用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并存入規(guī)定的寄存器中,同時(shí),診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運(yùn)行后,從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號,去指揮有關(guān)的控制電路。</p><p>
26、 CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成,CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù),是PLC不可缺少的組成單元。</p><p> CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù),它們決定著PLC的工作速度,IO數(shù)量及軟件容量等,因此限制著控制規(guī)模。</p><p><b> 1.4 I/O模塊</b>
27、;</p><p> PLC與電氣回路的接口,是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài),輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入(DI),開關(guān)量輸出(DO),模擬量輸入(AI),模擬量輸出(AO)等模塊。開關(guān)量是指只有開和關(guān)(或1和0)兩種狀態(tài)的信號,模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O
28、分類如下:</p><p> 開關(guān)量:按電壓水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。</p><p> 模擬量:按信號類型分,有電流型(4-20mA,0-20mA)、電壓型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。</p><p> 除了上述通用IO外,還有特
29、殊IO模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。</p><p> 按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量,I/O模塊可多可少,但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。</p><p><b> 1.5 電源模塊</b></p><p> PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí),有的還為輸入電路提供2
30、4V的工作電源。電源輸入類型有:交流電源(220VAC或110VAC),直流電源(常用的為24VAC)。</p><p><b> 1.6 底板或機(jī)架</b></p><p> 大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架,其作用是:電氣上,實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系,使CPU能訪問底板上的所有模塊,機(jī)械上,實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接,使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。</p><p
31、> 1.7、PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備</p><p> 1、編程設(shè)備:編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件,用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況,但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器,目前一般由計(jì)算機(jī)(運(yùn)行編程軟件)充當(dāng)編程器。</p><p> 2、人機(jī)界面:最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕,目前液晶屏(或
32、觸摸屏)式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛,由計(jì)算機(jī)(運(yùn)行組態(tài)軟件)充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。</p><p> 3、輸入輸出設(shè)備:用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù),如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器,輸入模擬量的電位器,打印機(jī)等。</p><p><b> 2機(jī)械手的組成</b></p><p> 2.1 機(jī)械手的發(fā)展</p>
33、<p> 機(jī)械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機(jī)器,它有多個(gè)自由度,可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。</p><p><b> 機(jī)械手由以下結(jié)構(gòu):</b></p><p> 執(zhí)行機(jī)構(gòu)——驅(qū)動-傳動機(jī)構(gòu)——控制系統(tǒng)——智能系統(tǒng)——遠(yuǎn)程診斷監(jiān)控系統(tǒng),五部分組成。</p><p> 機(jī)械手的設(shè)計(jì)構(gòu)想
34、是以人的手為基礎(chǔ),以機(jī)械拉來實(shí)現(xiàn)人的動作,它的動作由以下四部分來實(shí)現(xiàn):</p><p> 1、自由度的旋轉(zhuǎn) 2、肩的前后動作 3、肘的上下動作 4、腕(手)的動作</p><p> 驅(qū)動-傳動機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)是相輔相成的,在驅(qū)動系統(tǒng)中可以分:機(jī)械式、電氣式、液壓式和復(fù)合式,其中制,本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)PLC的控制部分。</p><p><b> 液壓操作力最
35、大。</b></p><p> 控制系統(tǒng)采用西門子PLC控制。本設(shè)計(jì)運(yùn)動形式:前后、上下兩個(gè)自由度運(yùn)動,均由液壓伺服系統(tǒng)控制,該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是可以給操作臂一個(gè)信號的動力反饋系統(tǒng)。該工作臂類似一個(gè)伸縮儀。在方位、肩部和肘部上的軸直接控制位置,利用主臂控制速度。在機(jī)械手的操作柄有一個(gè)按鈕來控制工作頭(降低、翻轉(zhuǎn)、傾斜和抓住的裝置)??刂葡到y(tǒng)的特性是可以使操縱器以一定的速度和精確性進(jìn)行工作。</p
36、><p> 工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)是基于模組塊系統(tǒng)上的,模組塊系統(tǒng)適合于提高移動的速度或特殊類型的工作。在設(shè)計(jì)上考慮維修的簡單性。維修的人員需要具備一定的資格,應(yīng)能處理一般的機(jī)械設(shè)備的問題或通常液壓件的安裝。</p><p> 工業(yè)機(jī)械手傳輸在末端工具上的力或負(fù)載的感覺到操作者的手中(動力反饋)“動力反饋”的意思是在機(jī)械手臂末端上的力有一小部分反饋到操作柄。減少比率意味著操作者必須用2公斤的力才
37、能將工具額定的負(fù)載舉起。對于動力反饋,操作者有機(jī)會感覺在方位、肩部和肘部的軸的負(fù)載改變的不同情況(慣性和加速度)。通過提供額外的力,操作者可以優(yōu)先確定使用的力和搬運(yùn)的路徑,目的是為了獲得一個(gè)快慢速。、</p><p> 2.2 動力臂的機(jī)械構(gòu)造</p><p> 動力臂由上臂和一個(gè)較底臂(下臂)連接組成,它建立一個(gè)圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的支撐上。在垂直面的運(yùn)動是圍繞水平軸(稱之為肩軸)的上臂運(yùn)
38、動和圍繞第二個(gè)水平軸(稱之為肘軸)下臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動疊加而獲得的。上臂的運(yùn)動是通過液壓缸直接控制,下臂的運(yùn)動是由液壓缸通過一個(gè)可以圍繞肩軸旋轉(zhuǎn)并且通過一個(gè)傳送橫梁來控制。方位角的運(yùn)動是通過一個(gè)安裝支撐面上的液壓馬達(dá)進(jìn)行控制的,馬達(dá)通過與基礎(chǔ)板連接的差動器的側(cè)傘齒輪上的小齒輪來帶動。通過橫梁和和肘部零件的連接保持最終配置部件的位置恒定不便。這樣上臂和下臂的運(yùn)動各自具有獨(dú)立的方向。</p><p> 2.3 控制和伺服
39、系統(tǒng)</p><p> 操縱臂包含通過三個(gè)控制電路操控動力臂所有元件。操縱柄包含所有控制配置裝置上工作頭的功能操控裝置。</p><p> 2.4 位置控制系統(tǒng)</p><p> 操作臂上的電位計(jì)隨該臂的移動給出一個(gè)控制電壓,同時(shí)動力臂的移動帶動反饋電位計(jì)產(chǎn)生一個(gè)極性相反與位移成比例的反饋電壓,兩者同時(shí)輸入電子控制器進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差電壓,經(jīng)過電子控制器的轉(zhuǎn)換,
40、輸出一相應(yīng)的電流信號給電液伺服閥,從而操控動力臂移動到操控所要求的位置,若偏差信號為“0”,于是動力臂將停止在這個(gè)位置。</p><p> 該系統(tǒng)并裝有壓力傳感器,它將負(fù)載信號輸送到電子控制器,起到動壓反饋的作用,它將改善系統(tǒng)的動態(tài)特性(如:穩(wěn)定性等)</p><p> 2.5 負(fù)載反傳系統(tǒng)(原名:動力反饋系統(tǒng))</p><p> 工業(yè)機(jī)械手,為了給操作者在操
41、作過程中能有負(fù)載變化的感覺,設(shè)置了將機(jī)械手傳輸在末端工具上的力或負(fù)載成比例地傳到操作者手中的裝置。它使操作者必須使用兩公斤的力才能將工具額定的負(fù)載舉起,可以讓操作者有機(jī)會感覺在方位、肩部和肘部的軸的負(fù)載改變的不同情況(慣性和加速度),通過操作力的改變,操作者可以正確的確定使用的力和搬運(yùn)的路徑,目的是為了獲得一個(gè)快速和最佳的工作周期。</p><p> 3機(jī)械手PLC控制的設(shè)計(jì)</p><p&
42、gt; 送料機(jī)械手的動作示意圖如圖3-1 所示。他是一個(gè)水平/垂直位移的機(jī)械設(shè)備,用來將工作由左工作臺搬到右工作臺。</p><p> 圖3-1送料機(jī)械手的工作示意圖</p><p> 3.1 根據(jù)工藝過程分析控制要求</p><p> 機(jī)械手的全部動作有汽缸驅(qū)動,而汽缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。其中,上升/下降和左移/右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制。
43、例如當(dāng)下降電磁閥通電時(shí),機(jī)械手下降;當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí),機(jī)械手下降停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí),機(jī)械手才上升;當(dāng)上升電磁閥端電時(shí),機(jī)械手上升停止。同樣,左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械的放松/加緊由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥(稱為加緊電磁閥)控制。當(dāng)該線圈通電時(shí),機(jī)械手加緊,該線圈斷電時(shí),機(jī)械手放松。</p><p> 當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時(shí)(即左限位開關(guān)和上限位開關(guān)合上),啟動以后,機(jī)械手移向A點(diǎn),加
44、緊工件,然后回到原位,移向B點(diǎn),放下工件,再回到原位完成一次動作。</p><p> 當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時(shí),為了確保安全,必須在右工作臺上無工作時(shí)才允許機(jī)械手下降。也就是說,若上一次搬運(yùn)到右工作臺上的工件尚未搬走時(shí),機(jī)械手應(yīng)自動停止下降。</p><p> 機(jī)械手的動作過程如圖3-2所示。從原點(diǎn)開始,按下啟動按鈕時(shí),下降電磁閥通電,機(jī)械手下降。下降到底時(shí),碰到下限位開關(guān),下降電
45、磁閥斷電,下降停止;同時(shí)接通夾緊電磁閥,機(jī)械手夾緊。夾緊后,上升電磁閥通電,機(jī)械手上升。上升到頂時(shí),碰到上位開關(guān),上升電磁閥斷電,上升停止;同時(shí)接通右移電磁閥,機(jī)械手右移。右移到位時(shí),碰到右限位開關(guān),右移電磁閥斷電,右移停止。若此時(shí)右工作臺上無工作,則光電開關(guān)接通,下降電磁閥通電,機(jī)械手下降。下降到底時(shí),碰到下限位開關(guān),下降電磁閥斷電,下降停止;同時(shí)夾緊電磁閥斷電,機(jī)械手放松。放松后,上升電磁閥通電,機(jī)械手上升。上升到頂時(shí),碰到上限位開
46、關(guān),上升電磁閥斷電,上升停止;同時(shí)接通左移電磁閥,機(jī)械手左移。左移到原點(diǎn)時(shí),碰到左限位開關(guān),左移電磁閥斷電,左移停止。至此,機(jī)械手經(jīng)過八步動作完成一個(gè)周期。</p><p> 機(jī)械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。</p><p><b> 手動操作</b></p><p> 手動操
47、作:就是用按鈕操作對機(jī)械手的每一種運(yùn)動單獨(dú)進(jìn)行控制。例如,當(dāng)選擇上/下運(yùn)動時(shí),按下啟動按鈕,機(jī)械上升;按下停止按鈕,機(jī)械手下降。當(dāng)選擇左右運(yùn)動時(shí),按下起動按鈕,機(jī)械手左移;按下停止按鈕,機(jī)械手右移。當(dāng)選擇夾緊/放松運(yùn)動時(shí),按下起動按鈕,機(jī)械手夾緊;按下停止按鈕,機(jī)械手放松。</p><p> 圖3-2機(jī)械手動作過程</p><p><b> 單步操作</b><
48、;/p><p> 單步操作:每按一次起動按鈕,機(jī)械手完成一步動作后自動停止</p><p><b> 單周期操作</b></p><p> 單周期操作:機(jī)械手從原點(diǎn)開始,按一下起動按鈕,機(jī)械手自動完成一個(gè)周期的動作后停止。在工作中若按一下停止按鈕,則機(jī)械手停止重新起動時(shí),需要手動操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn),然后按一下起動按鈕,機(jī)械手又重新開始單
49、周期操作。</p><p><b> 連續(xù)操作</b></p><p> 連續(xù)操作:機(jī)械手從原點(diǎn)開始,按一下起動按鈕,機(jī)械手的動作將自動的、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。</p><p> 在工作中若按一下停止按鈕,則機(jī)械手動作停止。重新起動時(shí),須用手動操作方式將機(jī)械手移回原點(diǎn),然后按一下起動按鈕,機(jī)械手又重新開始連續(xù)操作。</p>
50、<p> 在工作中若按一下復(fù)位按鈕,則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動作后,回到原點(diǎn)自動停止。</p><p> 3.2 確定所需的用戶輸入/輸出設(shè)備及I/O點(diǎn)數(shù)</p><p> 1. 輸入設(shè)備--------用以生產(chǎn)輸入控制信號。</p><p><b> 本設(shè)計(jì)中應(yīng)包括:<
51、;/b></p><p> 操作方式轉(zhuǎn)換開關(guān):該開關(guān)應(yīng)有手動、單步、單周期、連續(xù)等四個(gè)位置可供選擇。</p><p> 手動時(shí)運(yùn)動選擇開關(guān):該開關(guān)應(yīng)有上/下,左/右,夾緊/放松等三個(gè)位置可供選擇。</p><p> 起動、停止及復(fù)位按鈕。</p><p> 開關(guān)及按鈕在操作屏上的布置如圖3-3所示。</p><
52、;p> 位置檢測元件:機(jī)械手的運(yùn)動是按行進(jìn)程原則進(jìn)行控制的。其上限、下限、左限、右限的位置分別用限位開關(guān)來檢測。</p><p> 無工件檢測元件:右工作臺上無工件用光電開關(guān)來檢測。</p><p> 各限位開關(guān)及光電開關(guān)的配置如圖3-2所示。</p><p> 2. 輸出設(shè)備—由PLC的輸出信號驅(qū)動的執(zhí)行元件。&l
53、t;/p><p> 本設(shè)計(jì)中應(yīng)包括下降電磁閥、上升電磁閥、右移電磁閥、左移電磁閥、夾緊電磁閥。</p><p><b> 圖3-3操作屏布置</b></p><p> 為了對機(jī)械手處于原點(diǎn)進(jìn)行指示,還可以配置一個(gè)原點(diǎn)的指示燈。</p><p> 各輸出設(shè)備的配置如圖3-2所示。</p><p>
54、; 根據(jù)所確定的用戶輸入設(shè)備及輸出設(shè)備,可畫出PLC的I/O連接圖,如圖1-4所示。由圖可見,PLC共需要15點(diǎn)輸入,6點(diǎn)輸出。</p><p> 圖3-4 I/O連接圖</p><p> 3.3 PLC的選擇</p><p> 該機(jī)械手的控制為純開關(guān)量控制,且所要的I/O點(diǎn)數(shù)不多,因此選擇一般小型抵擋機(jī)即可。</p><p>
55、 該控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是步進(jìn)控制,可以用一般PLC所具有的移位寄存器和移位指令來編程,但若選擇具有步進(jìn)指令功能或鼓型控制器功能的PLC,則實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制就更加方便了。</p><p> 由于所要的I/O點(diǎn)數(shù)為15/6點(diǎn),考慮到機(jī)械手操作的工藝固定,PLC的I/O點(diǎn)基本上可不留裕量。根據(jù)資料的機(jī)型,可選擇:</p><p> 1)ACMY-S256可選用32點(diǎn)主機(jī)(I/O點(diǎn)數(shù)為16/16)或
56、40點(diǎn)主機(jī)(I/O點(diǎn)數(shù)為24/16)。</p><p> 2)GE-I/J(SR-10)其主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為15/9。或選用GE-I(SR-20),采用5槽主機(jī)框架,一塊16點(diǎn)輸入模塊,一塊8點(diǎn)輸出模塊(或兩塊8點(diǎn)輸入模塊,一塊8點(diǎn)輸出模塊)。</p><p> 3)F1-40M其主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為24/16點(diǎn)。</p><p> 4)具體選擇何種機(jī)型,還需要比較
57、價(jià)格,同時(shí)考慮使用維修方便等因素,使之更加經(jīng)濟(jì)合理。</p><p> 故選擇F1-40M機(jī)型。</p><p> 3.4 分配PLC I/O點(diǎn)的編號(定義號)</p><p> 由于不同記性的PLC,其I/O點(diǎn)的編號不同,因此應(yīng)根據(jù)所選擇的機(jī)型,對PLC的I/O點(diǎn)分配編號。如圖1-4 所示的編號。 </p><p> 3.5
58、PLC程序設(shè)計(jì)</p><p> 為了便于編程,先繪制出整個(gè)控制程序的結(jié)構(gòu)框圖,如圖3-5所示。</p><p> 圖3-5總結(jié)構(gòu)程序框圖</p><p> 在該結(jié)構(gòu)框圖中,當(dāng)操作方式選擇開關(guān)置于“手動”時(shí),輸入點(diǎn)X407接通,其輸入繼電器常閉接點(diǎn)斷開,執(zhí)行手動操作程序。</p><p> 當(dāng)操作選擇開關(guān)置于“單步”、“單周期”、“連
59、續(xù)”時(shí),其對應(yīng)的輸入點(diǎn)X410、X411、X412接通,其輸入繼電器常閉接點(diǎn)斷開,執(zhí)行自動操作程序。</p><p> 在執(zhí)行自動操作時(shí),如選擇開關(guān)置于“連續(xù)”時(shí),起動后輔助繼電器M200接通,程序自動循環(huán)。操作選擇開關(guān)置于“單步”時(shí),M200同樣接通,程序也可以循環(huán),但必須是每按一次起動按鈕執(zhí)行一步。如果操作選擇開關(guān)置于“單周期”或運(yùn)行過程中按下復(fù)位按鈕時(shí),則輔助繼電器N200復(fù)位,程序執(zhí)行完一個(gè)周期(即機(jī)械
60、手回到原點(diǎn))時(shí)自動停止。</p><p> 由于手動程序和自動程序采用了跳轉(zhuǎn)指令,因此在著兩個(gè)程序段可以采用同樣的一套輸出繼電器。</p><p> 下面是各程序的設(shè)計(jì)。</p><p> ?。ㄒ唬?手動操作程序</p><p> 在手動操作方式下,各種動作都是用按鈕操作來實(shí)現(xiàn),其控制程序可以獨(dú)立于自動操作程序而另行設(shè)計(jì)。手動操作控制很
61、簡單,可以很方便地按一般繼電器控制線路來設(shè)計(jì),其梯形圖如圖3-6所示。</p><p> 為了安全,機(jī)械手的左/右移動只有當(dāng)機(jī)械手處于上限位置時(shí)才能進(jìn)行,因此需要在左/右移動的電路中設(shè)置上限聯(lián)鎖保護(hù)。</p><p> 另外,由于左/右,上/下運(yùn)動采用雙線圈兩位電磁閥控制,兩個(gè)線圈不能同時(shí)通電,因此在左/右,上/下移動的電路中了互鎖環(huán)節(jié)。</p><p> 當(dāng)
62、運(yùn)動選擇開關(guān)置于“左/右”時(shí),如機(jī)械手處于上限位置,則按起動按鈕機(jī)械手右移,按停止按鈕機(jī)械手左移。</p><p> 當(dāng)運(yùn)動選擇開關(guān)置于“夾/松”時(shí),按起動按鈕時(shí)夾緊,按停止按鈕時(shí)放松。</p><p> 當(dāng)運(yùn)動選擇開關(guān)置于“上/下”時(shí),按起動按鈕時(shí)下降,按停止按鈕時(shí)上升。</p><p><b> 圖3-6自動梯形圖</b></p
63、><p> (二) 自動操作程序</p><p> 本設(shè)計(jì)是一個(gè)按順序動作的典型步進(jìn)控制。</p><p> 步進(jìn)控制可以用一般PLC都具有的位移寄存器來實(shí)現(xiàn),但更方便的是用步進(jìn)指令和鼓形控制來實(shí)現(xiàn)。F1-40M具有位移寄存器和步進(jìn)指令的功能,本設(shè)計(jì)用位移寄存器編程。</p><p><b> 用移位器編程:</b>
64、</p><p> 由于自動操作的控制比較,不容易直接設(shè)計(jì)出梯形圖,因此可以先畫出自動的操作流程圖,用以表明動作的順序和條件,如圖3-7所示。</p><p> 圖3-7自動操作流程圖</p><p> 圖中,矩形方框代表完成某一動作的控制程序,方框之間的箭頭線用以表示程序的轉(zhuǎn)換,箭頭線上的小橫線用以表示轉(zhuǎn)換的條件。</p><p>
65、 當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時(shí),壓下上限位開關(guān)和左限開關(guān),輸入點(diǎn)X402和X404接通,產(chǎn)生原點(diǎn)指示輸出。</p><p> 機(jī)械手的動作從按下起動按鈕開始,執(zhí)行第一程序,產(chǎn)生下降輸出,機(jī)械手下降。當(dāng)機(jī)械手下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí), 輸入點(diǎn)X401接通,轉(zhuǎn)入第二程序,產(chǎn)生夾緊輸出并開始計(jì)時(shí),機(jī)械手夾緊,經(jīng)3S延時(shí)后。計(jì)時(shí)器T450動作,轉(zhuǎn)入第三程序,產(chǎn)生上升輸出,機(jī)械手上升。當(dāng)機(jī)械手上升。當(dāng)機(jī)械手上升到頂碰到上限位開關(guān)時(shí)
66、,輸入點(diǎn)X402接通,轉(zhuǎn)入第四程序,產(chǎn)生右移輸出,機(jī)械手右移。當(dāng)機(jī)械手右移到位碰到右限位開關(guān)時(shí),輸入點(diǎn)X403接通,轉(zhuǎn)入第五程序,當(dāng)右工作臺無工件時(shí),光電開關(guān)發(fā)出信號使輸入點(diǎn)X405接通,產(chǎn)生下降輸出,機(jī)械手下降。當(dāng)機(jī)械手下降到底碰到下限位開關(guān)X401時(shí),轉(zhuǎn)入第六成程序,產(chǎn)生放松輸出并開始計(jì)時(shí),機(jī)械手放松,經(jīng)過2s延時(shí)后,計(jì)時(shí)器T451動作,轉(zhuǎn)入第七程序,產(chǎn)生上升輸出,機(jī)械手上升到頂碰到上限位開關(guān)X402時(shí),轉(zhuǎn)入第八程序,產(chǎn)生左移輸出,
67、機(jī)械手左移。當(dāng)機(jī)械手左移到原點(diǎn)位碰到左限位開關(guān)X404時(shí),又產(chǎn)生原點(diǎn)指示輸出,完成了一個(gè)周期的動作。這時(shí),如果是單周期操作,則輔助繼電器M200斷開,機(jī)械手停止在原位,不在循環(huán)執(zhí)行程序。如果是連續(xù)操作,則輔助繼電器M200接通,又開始從第一程序往下執(zhí)行,然后不斷</p><p> 根據(jù)自動操作的流程圖,就可以設(shè)計(jì)自動操作的梯形圖如圖3-8所示。</p><p> 圖3-8自動操作梯形圖
68、 </p><p><b> 梯形圖的控制原理:</b></p><p> ?。?)連續(xù)及單周期操作</p><p> 在連續(xù)及單周期操作方式下,單步輸入點(diǎn)X410斷開,輸入繼電器X410常閉接點(diǎn)閉合,將位移寄存器的位移輸入直接接入輸入端。</p><p> 當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時(shí),壓下上限位開關(guān)和左限位開關(guān),輸入點(diǎn)
69、X402和X404接通,Y435接通,原點(diǎn)指示燈亮。</p><p> ?、?#160; 按下起動按鈕,M120接通并自保,移位器數(shù)據(jù)輸入端接通,M100置“1”,Y430接通,下降電磁閥得電,機(jī)械手下降。</p><p> ?、?#160; 下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí),輸入繼電器X401接通,Y430斷開,下降停止,同時(shí)產(chǎn)生移位信號,將M10
70、0的“1”態(tài)移到M101。M101的常開接點(diǎn)將Y431接通,夾緊電磁閥的電,機(jī)械手夾緊工件,T450開始計(jì)時(shí)。同時(shí),M101的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開,使M100置“0”。</p><p> ?、?#160; T450延3s后,其常開接點(diǎn)閉合,產(chǎn)生移位信號,將M102置“1”,M101置“0”。M102的常開接點(diǎn)將Y432接通,上升電磁閥得電,機(jī)械手上升。同時(shí),M10
71、2的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。</p><p> ?、?#160; 上升到頂碰到上限位開關(guān)時(shí),輸入繼電器X402接通,Y432斷開,上升停止,同時(shí)產(chǎn)生移位信號,將M103置“1”,M102置“0”,M103的常開接點(diǎn)將Y433接通,右移電磁閥得電,機(jī)械手右移。同時(shí),M103的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。</p><p> ?、?#160
72、; 右移到位碰到右限位開關(guān)時(shí),輸入繼電器X402接通,Y432斷開,右移停止,同時(shí)產(chǎn)生移位信號,將M104置“1”,M103置“0”。M104的常開接點(diǎn)閉合,若此時(shí)右工作臺無工件,則光電開關(guān)因露光而導(dǎo)通,其常開接點(diǎn)使輸入繼電器X405接通,Y430再次接通,機(jī)械手下降。同時(shí),M104的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。若右工作臺有工件,則光電開關(guān)因遮光面斷開,X405斷開,Y430不能接通,機(jī)械手暫
73、停等待。</p><p> ?、?#160; 下降到底碰到下限位開關(guān)X401時(shí),輸入繼電器X401接通,產(chǎn)生移位信號,將M105置“1”,M104置“0”。M105的常開接點(diǎn)使Y431復(fù)位,從而使夾緊電磁閥失電,機(jī)械手放松工件,T451開始計(jì)時(shí)。同時(shí),M105的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。</p><p> ?、?#160;
74、; T451延時(shí)2s秒后,其常開接點(diǎn)閉合,產(chǎn)生移位信號,將M106置“1”,M105置“0”。M106的常開接點(diǎn)將Y432接通,機(jī)械手上升。同時(shí),M106的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。</p><p> ?、?#160; 上升到頂碰到上限位開關(guān)時(shí),輸入繼電器X402接通,Y432斷開,上升停止,同時(shí)產(chǎn)生移位信號,將M107置“1”,M106置“0”。M107
75、的常開接點(diǎn)將Y434接通,左移電磁閥得電,機(jī)械手左移。同時(shí),M107的常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端斷開。</p><p> 左移回到原點(diǎn)又碰到左限位開關(guān)時(shí),輸入繼電器X404接通,Y434斷開,左移停止,同時(shí)產(chǎn)生移位信號,將M110置“1”,M107置“0”。</p><p> 如果是單周期操作,則M200斷開,移位寄存器不復(fù)位,M110仍保持“1”態(tài),、其常閉接點(diǎn)將移位寄存器數(shù)據(jù)輸
76、入端斷開,M100不能置“1”,因此不再循環(huán)動作。</p><p> 如果是連續(xù)操作 ,則M200接通,其常開接點(diǎn)將移位寄存器復(fù)位,數(shù)據(jù)輸入端又接通,M100重新置“1”,機(jī)械 手又開始第二個(gè)周期的循環(huán)動作。</p><p> 自動操作程序中,若按復(fù)位按鈕,則X502接通,M200復(fù)位,但機(jī)械手的動作仍繼續(xù)進(jìn)行,直到完成一個(gè)周期的動作后,回到原點(diǎn)自動停止。</p><
77、;p> 若按停止按鈕,則X406接通,移位寄存器復(fù)位,機(jī)械手停止動作。重新起動時(shí),必須用手動操作將機(jī)械手移回原點(diǎn),然后才能重新起動自動操作。</p><p> 在圖3-8 (P33) 的梯形圖中,移位寄存器移位輸入端的每一并聯(lián)支路中都順序串聯(lián)有移位寄存器的常開接點(diǎn),目的是保證移位寄存器能按照機(jī)械手的動作順序正確移位,從而保證機(jī)械手的餓動作正確地按順序進(jìn)下行。如果不串聯(lián)這些接點(diǎn),則當(dāng)限位開關(guān)發(fā)生誤動作時(shí),
78、會使機(jī)械手在未完成某一動作的情況下就轉(zhuǎn)入下一步動作,這樣會導(dǎo)致操作的危險(xiǎn)。</p><p><b> ?。?)單步操作</b></p><p> 在單步操作方式下,單步輸入點(diǎn)X410接通,輸入繼電器X410的常閉接點(diǎn)斷開,移位寄存器的移位輸入經(jīng)X400常開接點(diǎn)接入移位輸入端。這樣,只有按下起動按鈕,X400接通時(shí),才能將移位信號送入移位輸入端,移位寄存器才能移位。每
79、按一次起動按鈕,移位寄存器的狀態(tài)移一位,機(jī)械手的動作完成一步后自動停止。</p><p> 根據(jù)圖3-8 (P33) 的梯形圖,就可以編制出自動操作的程序清單如下:</p><p><b> 小結(jié)</b></p><p> 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們對所學(xué)的專業(yè)知識有了完整的了解,較系統(tǒng)的理解和掌握,系統(tǒng)的分析與設(shè)
80、計(jì)過程也是對學(xué)習(xí)的總結(jié)過程,更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的過程。在這個(gè)過程中我對可編控制器的工作原理有了進(jìn)一步的掌握,對控制的分析與設(shè)計(jì)有了切身的認(rèn)識和體會,并在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中增長知識,豐富了經(jīng)驗(yàn)。查閱資料后,對元器件的選擇,對方案的確定有了進(jìn)一步的認(rèn)識,總之,這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們學(xué)會了怎樣把以前所學(xué)的知識理解貫穿同時(shí)有從設(shè)計(jì)的角度學(xué)會了不少新的知識掌握了不少經(jīng)驗(yàn),為以后畢業(yè)后的設(shè)計(jì)工作打下了一定的基礎(chǔ)。</p><p>
81、; 在設(shè)計(jì)中,體會到理論必須和實(shí)際相結(jié)合。要邊學(xué)習(xí),邊實(shí)踐,遇到新的問題就要不段的探索和努力即可獲得問題的解決。</p><p> 當(dāng)然,這一切的成果都是與我們的知道老師蔣金周老師后的嚴(yán)格教導(dǎo),以及同組成員的熱忱幫助分不開的,在次我要表示深深的感謝。</p><p> 最后因?yàn)楸救说谝淮胃阍O(shè)計(jì),在此設(shè)計(jì)中必然存在或多或少的不足之處,還望老師和同學(xué)們給予批評指正。</p>
82、<p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> 楊長能 張興毅編著 . 《可編程序控制器(PLC)基礎(chǔ)及應(yīng)用》 重慶大學(xué)出版社 1993</p><p> 2、尹宏業(yè)主編 . 《PLC可編程序控制器教程 》 航空工業(yè)出版社 199
83、7</p><p> 3、朱紹祥 張宏生 殷錫章編譯 《可編程序控制器(PC)原理及應(yīng)用》 上海交通大學(xué)出版社 1988</p><p> 3、孔凡才主編 . 《自動控制原理與系統(tǒng)》 北京理工大學(xué)出版社,1992</p><p> 4、周定頤主編 .
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