毕业设计-机械手控制系统设计

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1、、毕 业 设 计（论文）题目_机械手的设计 姓 名 学 号 系（院） 班 级指导教师_ 职 称_ _2012 年 05 月 30 日山东淄博职业学院毕业设计2装订线第一章 机械手介绍1.1 机械手的意义机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越

2、来越广泛地得到了应用，例如：(1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。(2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。(3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。(4)可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。(5)宇宙及海洋的开发。(6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。自上世纪六十年代，机械手被实现为一种产品后，对它的开发应用也在不断发展，最典型的发展是生产者将此产品大量应用于卫生行业（全自动生化分析仪） ，从而实现了卫生检验中急需短时间、大量样品数据的要求，但在卫

3、生领域的机械手因采用样品加单一酶试剂显色法，且采用滤光片结构设计，造成试剂价格昂贵，限制了产品市场的发展。随着技术的进步，机械手的设计已经实破了单一试剂、加热及滤光片的束缚。比如美国 OI 公司的产品，可针对单一项目，次序加 4 种试剂，加热温度也提高到 50 ，检测器则采用二极管陈列技术，这些进步为新领域的应用提供了强大支持。有专家估计未来 10 年，全自动流动分析仪的市场份额中，将有 50 被全自动化学分析机械手取代。 图 1-1 二指机械手机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动山东淄

4、博职业学院毕业设计3装订线并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。图 1-2 搬运机械手 1.2 项目概述机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，已完成各项规定操作。它的特点是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记

5、忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand” ，它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。本项目要求控制的机械手模型可归为第一类，即通用机械手。在现代生产企业中，自动化程度较高，大量应用到了机械手。通过本次设计，可以增强对工业机械手的认识，同时熟悉并掌握 PLC 技术、位置控制

6、技术、气动技术等工业控制中常用的技术。机械手控制的要素包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度和加减速度等。机械手的控制分为点位控制和连续轨迹控制两种，目前以点位控制为主，占 90%以上。山东淄博职业学院毕业设计4装订线控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制，它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。对动作复杂的机械手则采用数字控制系统、小型计算机或微处理机控制的系统。本设计的控制系统采用小型可编程控制器实现，具有编程简单、维修容易、可靠性高等优点。第二章 PLC 概述2.1 可编程控制器的分类PLC 的种类繁多，其规格和性能也各不相同，对 PLC 的分类，

7、通常根据其形式的不同、功能的差异和 I/O 点数的多少等进行大致分类1根据 PLC 的结构形式可将 PLC 分为整体式和模块式两类（1）整体式 PLC 整体式 PLC 是将电源、CPU、I/O 接口等各件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型 PLC 一般采用这种整体式机构。整体 PLC 由不同 PLC 点数的基本单元和扩展单元组成，基本单元内有 CPU、I/O接口，与 I/O 扩展单元相连的扩展口、以及编程器或 EPROM 写入器相连的接口等。扩展单元内只有 I/O 和电等，没有 CPU，基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式 PLC 一般还可配备特殊功能单

8、元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。(2)模块式 PLC 模块式 PLC 是将 PLC 各组成部分分别作成若干个单独的模块，如 CPU 模块、I/O模块、电源模块（有的含在 CPU 模块中）以及其他模块。模块式 PLC 由框架或基板和各种模块组成，模块装在框架或基板的插座上。这种模块式 PLC 的特点是配置灵活、可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型 PLC 一般采用这种模块式结构。还有一些 PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式 PLC。叠装式PLC 其 CPU、电源、 I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间是非电缆进行联接

9、，并且各模块可以应地叠装。这样不但系统可以灵活配置，还可以做的体积小巧。2根据 PLC 所具有的功能不同，可将 PLC 分为低，中，高档次山东淄博职业学院毕业设计5装订线（1）低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断监控等基本功能还可以少量模拟量输入/输出，算术运算，数据传送和比较等功能，主要用于逻辑控制，顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档 PLC 除具有低档 PLC 的功能外，还具有模拟量输入/输出，算术运算，数据传送和比较；数据转换，远程 I/O，子程序，通信联网等功能，有些还可增设中断控制，PID 控制等功能，适应于复杂控制系统。（3）高档 PLC 除具有中

10、档 PLC 的功能外，还增加了符号算术运算，矩阵运算，位逻辑运算，平方根运算及其他特殊功能函数的运算，制表及表格传递功能等。高档PLC 具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。3按 I/O 点数分类，根据 PLC 的 I/O 点数的多少，可将 PLC 分为小型、中型和大型三类。（1）小.型 PLCI/O 点数2048 点，多 CPU，16 位、32 位处理器，用户存储器容量 8-16K，如：S7-400 德国西门子公司GE-IV GE 公司2.2 国内 PLC 发展概况 PLC 在问世以来，经过近 40 年的发展，在美、德国等工业发达国家已成为重要

11、的产业之一，世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有 200 多个厂家生产 PLC。较多的有美国：AB 通用电气、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、欧姆龙等；德国：西门子公司；法国：TE 施耐德公司。韩国：三星、LG 公司等。我国的 PLC 产品的研制和生产经历了三个阶段：顺序控制（1937-1979）一位处理器为主的工业控制器（1979-1985）8 位微处理器为主的可编程控制器（1985年以后）对外开放政策推动下，国外 PLC 产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口，如：宝钢，一、二期工程就引进了 500 多套。如咸阳显

12、像管厂，秦皇岛煤码头，山东淄博职业学院毕业设计6装订线汽车厂等。现在在国内外的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高可编程控制器在工业控制领域的应用越来越宽广，既有单机做为继电器逻辑电路的替代品，又有作为设备控制的核心部件的。随着自动化程度的提高，可编程控制器既可做为现场控制的部件，又可作为更高一级的管理控制部件；并且随着网络技术的发展，它又衍生出了网络功能。所有这一切，不仅要求可编程控制器具有相应的硬件功能，而且要求它的软件技术也要获得相应的发展。第三章 PLC 程序设计方法3.1 可编程控制器的控制系统设计 1. 系统设计的基本原则在进行 PLC 控制系统的设计时，一般应遵循以下几个

13、原则：（1）完全满足被控对象的工艺要求。（2）在满足控制要求和技术指标的前提下，尽量使控制系统简单、经济。（3）控制系统要安全可靠。（4）在设计时要给控制系统得容量和功能预留一定的预度，便于以后的调整和扩充。2系统设计的主要内容 （1）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据； （2）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构； （3）选定 PLC 的型号； （4）编制 PLC 的输入 / 输出分配表或绘制输入 / 输出端子接线图； （5）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计； （6）了解并遵循用户认

14、知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系； （7）设计操作台、电气柜及非标准电器元部件； （8）编写设计说明书和使用说明书；根据具体任务，上述内容可适当调整。3系统设计的基本步骤（1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求山东淄博职业学院毕业设计7装订线被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程，控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。（2）确定 I/O 设备 根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。

15、常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。（3）选择合适的 PLC 类型根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。（4）分配 I/O 点 分配 PLC 的输入 /输出点，编制出输入 /输出分配表或者画出输入/输出端子的接线图。接着就可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。 （5）设计应用系统梯形图程序 根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。 （6）将程序输入 PLC 使用简易编程器将程序输入 PLC 时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入；当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到 PLC 中去。 （7）进行软件测试 在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方，因此在将 PLC 连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误。同时，软件测试也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。 （8）应用系统整体调试 在 PLC 软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就