【正文】 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 200*屆） ************************ ************************ ************************ ************************ ************************ ************************ 摘要 機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置，在生產(chǎn)過(guò)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(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。 機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)、枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力，因此機(jī)械手得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器， 它有多個(gè)自由度，可在 各個(gè)不同環(huán)境中 用來(lái)搬運(yùn)物體 。 本課題要完成的主要內(nèi)容。設(shè)計(jì)工業(yè)通用機(jī)械手模型，是一個(gè)水平 /垂直運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，用來(lái)將工件從左工作臺(tái)搬到右工作臺(tái)。機(jī) 械手能完成左右移動(dòng)、上下升降和手部的放松夾緊，可在空間按固定動(dòng)作夾放單個(gè)物體。 關(guān)鍵詞 ： 可編程控制器 。機(jī)械手 。自動(dòng)化 目錄 1 問(wèn)題的提出 ........................................................ 1 課題背景及研究意義 .............................................. 1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 ...................................................... 1 課題設(shè)計(jì)的目的 .................................................. 2 課題的主要 內(nèi)容 .................................................. 2 2 機(jī)械手 ............................................................ 3 機(jī)械手介紹 ...................................................... 3 機(jī)械手的分類 .............................................. 3 機(jī)械手的構(gòu)成 .............................................. 3 機(jī)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(jì)算機(jī) 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(jiǎn)介 ........................................................ 7 PLC 的基本結(jié)構(gòu) ............................................ 7 PLC 的工作原理 ........................................... 10 PLC 機(jī)型的選擇 ........................................... 13 4 機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) ........................................... 15 氣動(dòng)機(jī)械手的控制要求 ........................................... 15 硬件結(jié)構(gòu) ....................................................... 16 氣動(dòng)機(jī)械手的工作方式 ........................................... 16 根據(jù)設(shè)計(jì)要求、分析 I/O 情況、畫出分配表 ......................... 17 CPU 選擇 ....................................................... 17 主程序機(jī)構(gòu)圖 ................................................... 19 設(shè)計(jì)程序 ....................................................... 20 公用程序 ................................................. 20 手動(dòng)程序 ................................................. 20 自動(dòng)程序 ................................................. 20 自動(dòng)回原點(diǎn)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(xiàn) ........................................................... 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(jì) 1 1 問(wèn)題的提出 課題背景及研究意義 機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。近年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械 手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視?？傊瑱C(jī)械手是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段。國(guó)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(jì)的實(shí)時(shí)工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(zhǎng)足的進(jìn) 步，已經(jīng)成為工廠自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。 由于自動(dòng)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(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用 PLC。機(jī)械手在美國(guó)、加拿大等國(guó)家應(yīng)用較多，如用果實(shí)采摘機(jī)械手來(lái)摘果實(shí)、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機(jī)器人等。我國(guó)自動(dòng)化水平本身比較低，因此用 PLC 來(lái)控制的機(jī)械手還比較少。本次課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手就是通過(guò) PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的。通過(guò)此次設(shè)計(jì)可以更進(jìn)一步學(xué)習(xí) PLC的相關(guān)知識(shí)，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 機(jī)械手自二十世紀(jì)六十年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò) 40 多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中重要的機(jī)電設(shè)備。目前，正式投入使用的絕大部分機(jī)械手屬于第一代機(jī)械手，即程序控制機(jī)械手。這代機(jī)械手基本上采用點(diǎn)位控制系統(tǒng)，沒(méi)有感覺(jué)外界環(huán)境信息的感覺(jué)器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。第二代機(jī)械手具有感覺(jué)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(duì)控制程序進(jìn)行校正。這代機(jī)械手通常采用接觸傳感器一類的簡(jiǎn)單傳感裝置和相應(yīng)的適應(yīng)性算法?，F(xiàn)在，第三代機(jī)械手正在第一、第二代機(jī)械手的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來(lái)，它畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 是 能感知外界環(huán)境與對(duì)象物，并具有對(duì)復(fù)雜信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，對(duì)自己行為做出自主決策能力的智能化機(jī)械手。它能識(shí)別景物，具有觸覺(jué)、視覺(jué)、力覺(jué)、聽覺(jué)、味覺(jué)等多種感覺(jué)，能實(shí)現(xiàn)搜索、追蹤、辨色識(shí)圖等多種仿生動(dòng)作，具有專家知識(shí)、語(yǔ)音功能和自學(xué)能力等人工智能。 目前機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手。機(jī)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(kuò)展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機(jī)械手也將越來(lái)越多地裝備部隊(duì)。 國(guó)外，近幾年國(guó)外工業(yè)機(jī)械 手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械手性能不斷提高，而單機(jī)價(jià)格不斷下降；機(jī)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(jī)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(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制。 國(guó)內(nèi)，目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)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(jī)械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，我國(guó)已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國(guó)機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)。 課題設(shè)計(jì)的目的 本課題主要研究的是基于 PLC 的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)編制 PLC 程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 課題的主要內(nèi)容 1. 正確選用機(jī)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(jì)梯形圖。 4. 指令表。 5. 軟件仿真。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 機(jī)械手 機(jī)械手介紹 Mechanical hand 也被稱為自動(dòng)手， Auto hand 能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門 。 機(jī)械手的分類 機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手