机械手控制系统设计毕业论文

机械手控制系统设计毕业论文

目录

1绪论 (1)

1.1选题背景及意义 (1)

1.1.1机械手简介 (1)

1.1.2机械手发展概况及研究现状 (2)

1.2 PLC的控制系统 (4)

1.2.1 PLC的概述 (4)

1.2.2 PLC的优点 (5)

1.2.3 PLC的应用领域 (6)

1.3毕业设计（论文）内容 (7)

2机械手的系统组成 (8)

2.1工艺过程及控制要求 (8)

2.1.1工艺过程 (8)

2.1.2控制要求 (9)

2.2机械手组成 (10)

2.3本章小结 (11)

3方案论证和选择 (12)

3.1机械手控制方式 (12)

3.1.1利用单片机实现对机械手的控制 (12)

3.1.2利用传统继电器实现对机械手的控制 (12)

3.1.3利用PLC实现对机械手的控制 (13)

3.2可编程控制器的主要特点 (13)

3.3驱动系统方案的选择 (14)

3.4本章小结 (16)

4系统的硬件设计 (17)

4.1系统硬件介绍 (17)

4.1.1限位开关 (17)

4.1.2电磁阀 (19)

4.2 CPU选型及I/O分配 (21)

4.2.1 PLC主机选型 (21)

4.2.2液压系统 (22)

4.2.3机械手搬运系统输入和输出点分配表 (23)

4.3电气接线图 (24)

4.4其它地址分配 (26)

4.5本章小结 (26)

5系统的软件设计 (27)

5.1系统工作过程 (27)

5.2主程序（组织块） (29)

5.3子程序（逻辑功能块） (30)

5.4本章小结 (34)

6总结 (35)

谢辞 (36)

结束语 (37)

参考文献 (38)

附录 (1)

1绪论

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。工业机械手是工业机器人的一个重要分支，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。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性和适应性,机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域中有着广阔的发展前景。用机械手可以代替人从事单调﹑重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化,也可代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，从而保证人身安全。

1.1选题背景及意义

1.1.1机械手简介

所谓搬运机械手，就是将机械手安装在移动平台之上。这种结构使机械手拥有几乎很大的操作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，这使它优于传统的机械手，因此在危险作业、制造业、服务业等行业具有广阔的应用前景。但由于结构复杂、强耦合、非线性、非完整性等问题的存在，都使得对搬运机械手的研究具有相当的挑战性。近年来，对搬运机械手的控制策略、运动规划等方面的研究已越来越受到国内外的重视，并已经取得了一些很有价值的研究成果。我国在这方面起步较晚，研究多集中在理论方面。因此，设计制造一个实际的搬运机械手平台，无论在理论上还是实践上都是非常有意义的[1]。

机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作,代替人完成繁重、单调重复的劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )，实现生产自动化[2]。

在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，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，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。将机

械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以根据不同的作业要求选择不同类型的加紧机构，即可组成不同用途的机械手,既便于设计制造，又便于更换工件，扩大应用范围，同时也可提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用[3]。

在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作[4]。此外，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手,使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作出相应的变更。如位置发生稍许偏差时，则能自行检测并进行改正。现在重点是研究视觉功能和触觉功能，目前已经取得一定成绩。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机，工作过程是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作[5]。

在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：

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[6]。

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险或根本不可能实现的，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。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[7]。3）可以减少人力，便于有节奏地生产，应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产[8]。

1.1.2机械手发展概况及研究现状

a.发展概况：

专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制,智能机器人涉及的知