【正文】 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 200*屆） ************************ ************************ ************************ ************************ ************************ ************************ 摘要 機械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置，在生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用。 在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。 機械手能代替人類完成危險、重復(fù)、枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產(chǎn)力，因此機械手得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器， 它有多個自由度，可在 各個不同環(huán)境中 用來搬運物體 。 本課題要完成的主要內(nèi)容。設(shè)計工業(yè)通用機械手模型，是一個水平 /垂直運動的機械設(shè)備，用來將工件從左工作臺搬到右工作臺。機 械手能完成左右移動、上下升降和手部的放松夾緊，可在空間按固定動作夾放單個物體。 關(guān)鍵詞 ： 可編程控制器 。機械手 。自動化 目錄 1 問題的提出 ........................................................ 1 課題背景及研究意義 .............................................. 1 國內(nèi)外現(xiàn)狀 ...................................................... 1 課題設(shè)計的目的 .................................................. 2 課題的主要 內(nèi)容 .................................................. 2 2 機械手 ............................................................ 3 機械手介紹 ...................................................... 3 機械手的分類 .............................................. 3 機械手的構(gòu)成 .............................................. 3 機械手控制方式的選擇 ............................................ 4 控制方式的分類 ............................................ 4 PLC 與工業(yè)控制計算機 和集散控制系統(tǒng)的比較及選型 ............ 5 3 可編程序控制器 .................................................... 7 PLC 簡介 ........................................................ 7 PLC 的基本結(jié)構(gòu) ............................................ 7 PLC 的工作原理 ........................................... 10 PLC 機型的選擇 ........................................... 13 4 機械手控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) ........................................... 15 氣動機械手的控制要求 ........................................... 15 硬件結(jié)構(gòu) ....................................................... 16 氣動機械手的工作方式 ........................................... 16 根據(jù)設(shè)計要求、分析 I/O 情況、畫出分配表 ......................... 17 CPU 選擇 ....................................................... 17 主程序機構(gòu)圖 ................................................... 19 設(shè)計程序 ....................................................... 20 公用程序 ................................................. 20 手動程序 ................................................. 20 自動程序 ................................................. 20 自動回原點程序 ........................................... 24 6 軟件仿真調(diào)試情況 ................................................. 25 環(huán)境要求 ....................................................... 25 調(diào)試情況 ....................................................... 25 致 謝 .............................................................. 28 參考文獻 ........................................................... 29 附錄 A I/O 分配表 .................................................. 30 附錄 B 梯形圖 ..................................................... 31 附錄 C 程序指令表 ................................................. 39 畢業(yè)設(shè)計 1 1 問題的提出 課題背景及研究意義 機械手是工業(yè)自動化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業(yè)自動化的發(fā)展機械手逐漸成為一門新興學科，并得到了較快的發(fā)展。機械 手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機加、噴漆、熱處理等各個行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機械手由于其顯著的優(yōu)點而受到特別重視?？傊瑱C械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段。國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。 可編程序控制器 (PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的實時工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機通信技術(shù)的飛速發(fā)展， PLC 在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進 步，已經(jīng)成為工廠自動化的標準配置之一。 由于自動化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而 PLC 也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程方法簡單易學，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用 PLC。機械手在美國、加拿大等國家應(yīng)用較多，如用果實采摘機械手來摘果實、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機器人等。我國自動化水平本身比較低，因此用 PLC 來控制的機械手還比較少。本次課題設(shè)計的機械手就是通過 PLC來實現(xiàn)自動化控制的。通過此次設(shè)計可以更進一步學習 PLC的相關(guān)知識，了解世界先進水平，盡可能多的應(yīng)用于實踐。 國內(nèi)外現(xiàn)狀 機械手自二十世紀六十年代初問世以來，經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動化中重要的機電設(shè)備。目前，正式投入使用的絕大部分機械手屬于第一代機械手，即程序控制機械手。這代機械手基本上采用點位控制系統(tǒng)，沒有感覺外界環(huán)境信息的感覺器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。第二代機械手具有感覺器官，仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對控制程序進行校正。這代機械手通常采用接觸傳感器一類的簡單傳感裝置和相應(yīng)的適應(yīng)性算法?，F(xiàn)在，第三代機械手正在第一、第二代機械手的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來，它畢業(yè)設(shè)計 2 是 能感知外界環(huán)境與對象物，并具有對復(fù)雜信息進行準確處理，對自己行為做出自主決策能力的智能化機械手。它能識別景物，具有觸覺、視覺、力覺、聽覺、味覺等多種感覺，能實現(xiàn)搜索、追蹤、辨色識圖等多種仿生動作，具有專家知識、語音功能和自學能力等人工智能。 目前機械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機械手、微型機械手和微操作系統(tǒng)（如細小工業(yè)管道機械手移動探測系統(tǒng)、微型飛行器等）、機械手化機器、智能機械手。機械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機械手也將越來越多地裝備部隊。 國外，近幾年國外工業(yè)機械 手領(lǐng)域有如下幾個發(fā)展趨勢。機械手性能不斷提高，而單機價格不斷下降；機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制。 國內(nèi)，目前在一些機種方面，如噴涂機械手、弧焊機械手、點焊機械手、搬運機械手、裝配機械手、特種機械手（水下、爬壁、遙控等機械手）基本掌握了機械手操作機的設(shè)計制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和配置，軟件的設(shè)計和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動化噴漆線、弧焊自動線及其周邊配套設(shè)備的全套自動通信 、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機械手焊接電源、焊縫自動跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來說，我國已經(jīng)具備了獨立自主發(fā)展中國機械手技術(shù)的基礎(chǔ)。 課題設(shè)計的目的 本課題主要研究的是基于 PLC 的機械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括硬件的設(shè)計和軟件的設(shè)計。通過設(shè)計編制 PLC 程序?qū)崿F(xiàn)機械手模型控制系統(tǒng)的自動控制。 課題的主要內(nèi)容 1. 正確選用機械手和 PLC 類型。 2. 繪制 I/O 分配表，畫出 PLC 的外部接線圖。 3. 設(shè)計梯形圖。 4. 指令表。 5. 軟件仿真。 畢業(yè)設(shè)計 3 2 機械手 機械手介紹 Mechanical hand 也被稱為自動手， Auto hand 能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門 。 機械手的分類 機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等 。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手