《【电气工程及其自动化】基于PLC的四自由度机械手控制系统的仿真设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【电气工程及其自动化】基于PLC的四自由度机械手控制系统的仿真设计.doc（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 A 基础理论 B 应用研究 C 调查报告 D 其他本科生毕业论文（设计）基于PLC的四自由度机械手控制系统的仿真设计二级学院：信息科学与技术学院专 业：电气工程及其自动化完成日期：2015年5月24日目录1 绪论11.1 设计背景11.2 设计的目的和意义21.2.1 可以提高生产过程的自动化程度31.2.2 可以改善劳动条件、避免人身事故31.3 研究现状及发展趋势31.3.1 机械手的研究现状及发展趋势31.3.2 PLC控制系统的研究现状及发展趋势41.4 机械手的整体设计思路51.5 设计目标和研究内容52 硬件设计52.1设计思路52.2基于PLC控制器机械手方案的确定62.2.1
2、整体硬件设计概图62.2.2各模块功能的简单介绍62.3 整体机构机械图72.3.1机械手的整体模型72.3.2机械手工作流程72.3.3 控制要求82.4 硬件介绍及选型82.4.1步进电机及其驱动82.4.2 PLC控制器选型92.4.3触摸屏92.4.4其他硬件选型102.5 系统电气原理图113系统的软件设计113.1 整体设计113.2总流程设计123.2.1 手动功能设计133.2.2 单步功能设计143.2.3 循环功能设计153.3程序设计163.4 自动操作程序174 三菱触摸屏的编写与仿真194.1 GX-WORKS2 软件的介绍194.2仿真设计思路194.3 向导设置触
3、摸屏的基础页面204.4 I/O表对应的软元件204.5触摸屏仿真214.5.1 新建工程向导214.5.2触摸屏程序的编写225 调试246 结论与展望27参考文献：28附录29附录A 、梯形图29附录B、指令表37致谢41基于三菱PLC的四自由度机械手仿真设计摘 要: 本文介绍一种基于PLC 的四自由度机械手系统仿真设计。论文中首选介绍了机械手在工控领域的重要性;完成了四自由度机械手极坐标模型的搭建,完成了机械手硬件系统的设计以及硬件的选型;完成了软件系统的设计;实现了触摸屏对系统的模拟仿真,监控。关键词: PLC; 四自由度; 机械手;触摸屏Four dof manipulator co
4、ntrol system design based on PLC Abstract: A This paper introduces a four dof manipulator design simulation system based on PLC.The thesis first introduces the importance of manipulator in the field of industrial control.Completed the construction of the four dof manipulator polar coordinate model,
5、completed the manipulator in the selection of the design of the hardware system and the hardware;Completed the design of the software system;The touch screen on the system simulation, monitoring.Key words: PLC; four degrees of freedom; manipulator; touch screen1 绪论1.1 设计背景1969年美随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来
6、越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。如果机械手发生某些偏离时，会引起零部件甚至机械本身的损坏，但若有了传感反馈自动，机械手就可以根据反馈自行调整。应
7、用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐1。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素7。借助PLC强大的工业处理能力，很容易实现工业生产的自动化。基于此思路设计的机械手，在实现各种要求的工序前提下，大大提高了工业过程的质量，而且大大解放了生产力，改善了工作环境，减轻了劳动强度，节约了成本
8、，提高了生产效率，具有十分重要的意义1。美国数字设备公司（DEC）研制出世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国（GM）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC（Programmable Logic Controller）。70年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（Programmable Controller）。但由于PC易于个人计算机（programmable computer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程器的缩写。
9、1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。PLC是集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位，可编程控制
10、器，简称PLC。它在集成电路，计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有1.可靠性高、抗干扰能力强 2.设计、安装容易，维护工作量少 3.功能强、通讯性好 4.开发周期短、成功率高 5.体积小、重量轻、功耗低等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据
11、等。因此，进行机械手的PLC控制系统的设计，可以推动机械手行业的扩展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 设计的目的和意义机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的
12、劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故2。 在机械工业中在机械工业中，机械手的应用具有以下意义：1.2.1 可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 1.2.2 可以改善劳动条件、避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危
13、险或根本 不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地 改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。1.3 研究现状及发展趋势1.3.1 机械手的研究现状及发展趋势机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度
14、机器人。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感器技术、人工智能、仿生学等多种学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。而且机器人应用情况是反映一个国家工业自动化水平的重要标志。目前，工业机器人技术在制造业的应用范围越来越广泛，已经从传统制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿、建筑、农业、灾难救援等各种非制造行业。但汽车工业认识工业机器人的主要应用领域。据了解，美国60%的工业机器人用于汽车生产；全世界用于汽车工业的工业机器人已经达到总用量的37%，用于汽车零部件的工业机器人约占24%。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重
15、劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机器手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动化控制技术、传感技术和计算机技术的科学领域，是一门跨学科综合性技术。目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。在国内主要是逐步扩大应用范围，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元3。国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作
