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1、嘉兴职业技术学院毕业论文（设计）嘉兴职业技术学院毕 业 设 计 （论 文）题目名称： 机械手的控制系统 姓 名： 所在分院： 机电与汽车分院 专业班级： 指导教师： 2014 年 6 月 1 日 嘉兴职业技术学院毕业论文（设计）摘 要机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。通过编程来完成各种动作，它的准确性和多自由度，保证了机械手能在各种不同的环境中工作。机械手在工业生产中应用较多，机械手的使用能够显著的提高生产效率，减少人为因素造成的废次品率。机械手可以完成很多工作，它在自动化车间中用来运送物料，从事多种工艺操作。它的特点是通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器
2、人的部分优点，尤其体现了人的灵活协调和机器人的精确到位。机械手是在机械自动化生产中逐步发展出的一种新型装置。现代生产过程中机械手被广泛的应用到自动生产线中。机械手目前虽然不如人手的灵活多变，但它具有重复性，无疲劳，不惧危险，有大的抓举力量，因此越来越多的被广泛运用。机械手技术涉及机械学、力学、自动控制技术、传感技术、电气液压技术，计算机可编程技术等，是一门跨学科综合技术。本课题在执行机构由电动和液压组成的结构基础上将 PLC 应用于其自动控制系统，完成机械手系统的硬件及软件设计。关 键 词数控；自动装卸；机械手；PLC嘉兴职业技术学院毕业论文（设计）目录1 引言 .11.1 课题背景 .11.
3、2 机械手的发展 .11.3 机械手的组成 .21.4 应用机械手的意义 .42 可编程器 PLC .52.1 可编程控制器的产生 .52.2 PLC 的特点 .52.3 PLC 的定义 .62.4 机械手采用 PLC 控制的优点 .73 机械手的控制系统 .83.1 系统原理 .83.2 控制系统设计的基本步骤 .83.3 控制系统的要求 .103.4 系统及原理 .13参考文献 .21嘉兴职业技术学院毕业论文（设计）11 引言 1.1 课题背景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不论是传统产业还是新兴产业都离不开各种各样的机械装备。机械工业所提供装备
4、的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响，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。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务。在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性，机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。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，在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产
5、线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术。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力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。1.2 机械手的发展机械手一般为三类：一是不需要人工控制的通用型机械手。它是不属于其他主机的独立装置。可以根据任务需要编制独立程序完成各项规定操作。它的特点是具备不同装置的性能之外还具备通用机械及记忆功能的三元型机械。二是需要人工操作的，起源于原子，军事工业。先是通过操作完成
6、特定工序，后来逐步发展到无线遥控操作。第三类是专用机械手，通常依附于自动生产线上，用于机床的上下料和装卸工件。这种机械手国外叫做“Mechanical Hand”。它由主机驱动嘉兴职业技术学院毕业论文（设计）2来服务，工作程序固定，一半是专用的。机械手首先是在美国开始研制。第一台机械手是在 1958 年美国联合控制公司研究制作出来的。结构是：主机安装一个回转长臂，长臂顶端有电磁 抓放机构。日本在工业上应用机械手最多，发展最快的国家，自 1969 年从美国引进两种机械手后开始大力研发机械手。前苏联自六十年代开始发展和应用，自 1977 年，前苏联使用的机械手一半来自国产一半来自进口。现代工业中，
7、自动化在生产过程中已日趋突出，机械手就是在机械工业中为实现加工、装配、搬运等工序的自动化而产生的。随着工业自动化的发展，机械手的出现大大减轻了人类的劳动，提高了生产效率。采用机械手已为目前研究的热重点。目前机械手在工业上主要用于机床加工、铸造，热处理等方面，但是还不能够满足现代工业发展的需求。1.3 机械手的组成机械手的形式是多样的，但是其基本的组成都是相似的。一般机械手由执行机构、传动机构，控制系统和辅助装置组成。嘉兴职业技术学院毕业论文（设计）3图 1-1 机械手的组成及相互关系（1）执行机构执行机构由手、关节、手臂和支柱组成，与人体手臂相似。手为抓取机构，用于抓取工件。关节是连接手与手臂
8、的关键性原件，具有多方位旋转特性。支柱用来支撑手臂，可做活动支柱方便机械手多方位移动。（2）传动机构传动机构用于实现执行机构的动作。常用的有机械传动、液压传动、气压传动，电力传动等形式。1、控制系统机械手按照制定的程序，步骤，参数进行动作完成该指定工作要依靠控制系统来实现。简易机械手通常情况下不使用专用的控制系统，只有动作复杂的机械手采用可编程控制器，微型计算机控制进行动作。2、辅助装置辅助装置主要是连接机械手各部分元件的装置。机械手按用途分类为：专用机械手、通用机械手。嘉兴职业技术学院毕业论文（设计）4按照传动方式分类为：液压式机械手、气动式机械手、机械式机械手和电动机械手。1.4 应用机械
9、手的意义随着科技的发展，机械手应用的越来越多。在机械工业中，机械手应用的意义概括如下：1、提高生产过程自动化程度，增强生产效率。机械手方便与材料的传送、工件的装卸、刀具的更换等自动化过程，从而提高劳动生产率和降低劳动投入，从而降低生产成本。2、改善劳动条件在车间的劳动环境下，高温、高压、噪音、灰尘等污染会严重影响人的身体健康，人在车间工作不可避免的会接触到危险，而应用机械手可以替代人安全的完成作业，从而改善劳动条件。在一些简单，重复的工作中以机械手代替人进行工作可以避免因疲劳和疏忽造成的事故。3、减少人力资源，便于节奏生产。机械手的应用增强了自动化生产，会减少人力的使用。机械手可以长时间重复性
10、连续完成工作，这是人工无法实现并完成的。生产线增加使用机械手以减少人力和精准的生产节拍，有利于节奏性的工作生产。综上所述，机械手的合理利用是机械行业发展的必然趋势。嘉兴职业技术学院毕业论文（设计）52 可编程控制器 PLC2.1 可编程控制器的产生PLC 是在激烈的市场竞争中产生的，20 世纪 60 年代末，美国汽车制造业竞争激 烈。为适应生产工艺不断更新的需要，美国通用汽车公司（GM）对控制系统提出要 求为：（1）能替代各种继电器、定时器、接触器及其主令电器等按一定的逻辑关系 用导线连接起来的控制系统，既传统的继电接触器控制，它简单易懂，价格低廉， 能够满足生产工艺改动频繁的需要；（2）编程
11、简单；（3）模块式结构；输入、输出 电压是交流 115V（美国标准） ，输出能直接驱动继电器和电磁阀；（4）抗电磁干扰强；（5）具有数据通信功能。就是把继电器控制的优点与计算机的功能齐全、灵 活性、通用性强的特点结合起来，用计算机的编程软件逻辑易于修改来代替继电 接触器控制的硬接线逻辑不易修改。美国数字设备公司（DEC）在 1969 年根据上述 要求，研制出世界上首台可编程控制器，并在美国通用汽车公司的汽车装配线上应 用成功，实现装配线的自动控制。2.2 PLC 的特点（1）高可靠性所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路 之间电气上隔离。 各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤
