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1、青岛农业大学 毕 业 论 文（设计） 题 目： 基于QD75四自由度搬运机械手的设计 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 指导教师： 2015年 06 月 16 日毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期：
2、年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日目 录摘要IAbstractII1 绪 论11.1 设计的目的和意义11.2 设计项目发展状况21
3、.3 研究内容及目标31.4 本章小结32 硬件部分设计及选型42.1机械手的设计42.2威纶触摸屏52.3可编程控制器（PLC）62.4 QD75定位模块102.5 Q00JCPU模块122.6 伺服控制系统152.7 本章小结183 下位机程序的设计193.1 PLC的I/O分配193.2 PLC的外部接线213.3程序的编辑223.4参数的设置及监视253.5本章小结294人机界面的设计304.1人机界面304.2人机界面的创建314.3操作面板的设计324.3本章小结335 总结34参考文献35致谢36附录37附录一 PLC外部伺服系统接线图37附录二 程序梯形图38附录三 元器件清单
4、46基于QD75四自由度搬运机械手的设计摘要近年来，随着科技的快速发展，PLC运动控制的产品得到了快速的发展。在一些高危险的领域中，为了减少工人劳动量，避免事故的发生，机械手得到了广泛的应用。用PLC控制的机械手具有操作简单、价格便宜等一些特点，因此，由PLC控制的机械手也就应运而生了。本设计描述了机械手的国内外现状、发展趋势和研究的意义等。同时本次设计做了硬件部分的选型，包括威纶触摸屏、三菱QD75定位模块、Q00JCPU及其输入输出的选择和伺服控制系统等一些内容。通过对三菱Q系列语言的学习，用GX Developer实现了语言的编程，并且用GX Configurator-QP进行参数设置、
5、监视和测试。另外，为了能够更加直观的对机械手进行监视与调整，在本次设计中完成了对人机界面的设计。关键词：机械手；QD75；伺服系统；人机界面IThe Design of Four DOF Handling Robot Based on QD75 Abstract In recent years, with the rapid development of science and technology, the products of motion control used in PLC have been rapidly developed. In some high-risk areas,
6、in order to reduce the amount of labor and avoid accidents, robots have been widely used. The robots controlled by PLC have some advantages, such as simple operation , cheap price and so on .Therefore, the robots controlled by PLC appeared successfully. The design described the current situation of
7、domestic and foreign and the trend of development and the significant of research, etc. Meanwhile, the design selected hardware part, including Weinview, Mitsubishi QD75 and Q00JCPU and its options of input and output as well as the servo system .Through the learn of language of the series of Mitsub
8、ishi Q, I achieved the program with GX Developer and I also set the parameter of GX Configurator-QP and achieved real-time monitoring. In addition, in order to monitor and adjust the robots more intuitive , the task designed a man-machine interface .Key words: Robot; QD75; servo system; human-machin
9、e interfaceII青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）1 绪 论1.1 设计的目的和意义机械手在现代工业领域中是一种重要的控制对象，它能够按照一定的程序、轨迹，模拟人手的动作，完成一系列的抓取、搬运或者对工具进行操作等动作。另外，机械手在搬运、切割、喷漆等各方面都得到了广泛的应用，使人们的生产和生活得到了很大的提高。特别是在高危险、有毒、有放射性等恶劣的条件下，避免了大量的事故的发生，机械手在此方面具有明显的优势1。总之，机械手能够更好的提高生产生活效率，改善人们的生活，释放出大量的劳动生产力，减轻人们的工作量，便于有节奏的生产，机械手易于维护，便于安装和使用。这些优势使其在国
10、内外都受到了大量的关注。随着在当今社会中科技的发展，各种生产对于精度的要求也随之提高，在很大程度上，使机械手在精度方面无法更好的满足工业生产发展的现状。另一方面，为了更好的节省劳动生产力，提高生产效率，自动化的要求也随着社会的发展有了更高的要求。可编程控制器（PLC）在现代中是一种专业的工业控制装置，在当代工业中PLC得到了广泛的应用。随着现代化的发展，各种科技都得到了高速的发展，可编程控制器自然也不例外，它在各个方面都取得了很大的发展与进步，这使得可编程控制器不断的向各个领域发展，在各个中小型企业中它逐渐成为了自动化的标志。在当代工业中，PLC控制系统向着简易化、可靠性好以及简单的操作等方面
11、前进，逐渐成为了现代化工业发展的重点。另外，在现代化的工业环境下，PLC为实现现代化的制作生产做出了巨大的贡献，特别是在硬件配置和软件编程以及与网络实现交流互换信息等方面具有不可磨灭的贡献2。近些年来，我国工业水平得到了很大的提高，社会竞争也变得更加激烈。在我国的各种中小型企业中，为了更好的节约成本，提高自己的竞争力，获得更好的收益，各种自动化也成为了发展的主要方向。在此方面，三菱系列的PLC利用本身的优势取得了很大的市场，通过对CPU的组合，实现了对各种特定应用的需求。三菱Q系列PLC能够对各种CPU进行组合，能够更加自由的连接，这使其在现代化生产中占据着不可替代的地位。1.2 设计项目发展
12、状况国内方面：目前在一些机种方面，像搬运机械手、装配安装等各方面机械手，已经基本掌握了现代化的技术，能够很好的进行各种设计和专业的制造。另外对于各种特殊的机械手来说，它们要在一些特殊的地方进行工作，像水中、管道和各种高危险高辐射的环境等，我国已经基本解决了机械手在驱动系统方面的有关问题，能够更好的对机械手的内部系统进行系统的配置。而且我国的机械手在软件方面也有了突破性的进展，掌握了软件设置的关键性技术（设计和编程方面的技术）3。另外，在我国机械手还更好的与现代化技术进行了结合，能够实现设备之间的自动通信，也能够实现各个系统之间的协调与配合。我国在各种基础元件方面也有了突破性的进展，能够更好的服
13、务于我国的各行各业。我国对于机械手的发展主要是以下几点：不断提高机械手的运动速度、抓取物品的精确度和机械手的可靠性。机械手能够进行精确的组合与重装，形成了一个个的模块。在现代化的机械手更加趋向于网络化、标准化：多个器件集合成为一个或几个小的个体。在机械手方面，我国也将传感器广泛的应用于各行各业中，使得传感器成为了机械手工业的一个发展重点。虚拟现实技术用于过程控制。国外方面：在60年代末期美国已经开始出现PLC控制系统，经过了几十年的发展，其技术已经相当成熟，并且在各行各业的领域中得到了广泛的应用，机械手更是已经趋向于智能化4。在这些智能化的机械手中，获得了一定的传感能力，通过对外界各种条件的不
14、断变化，不断的根据其做出相应的变化，重点是不断研究提高机械手的视觉功能和触觉功能，能够更好的感应外界条件的变化并作出动作。随着科技的发展，机械手不断的向着小型化和微型化发展，突破传统的机械领域，向着各种高端产业发起了挑战。另外，国外的机械手已经研究采用将摄像头和各种传感装置与计算机进行连接，组成各种机床，达到了更高的目的要求。总之，我国的PLC在机械手方面的设计明显趋于比较落后的地位，这就使我国自主开发的PLC不能在我国得到更好的发展与应用。作为一名大学生，我们应该更好的掌握PLC，学习更多的知识，适应现代社会高速发展的要求。1.3 研究内容及目标用三菱Q系列语言实现编程，用QD75作为控制系统，实现对四自由度机械手的设计。对各个输入输出接口进行合理的分配以及整体的流程有一个清晰的布局，另外，掌握它们的结构等。主要是实现以下几个目标：（1）机械手的定位。（2）机械手的动作，其中包括旋转、抓取等。（3）机械手的复位功能。另外，为了实现对机械手的控制系统的远程监控，还要利用威纶触摸屏设计一个完
