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正文內(nèi)容

基于s7-300plc的機械手臂控制系統(tǒng)設計-文庫吧資料

2024-12-14 01:19本頁面
  

【正文】 時間縮短 。 3) 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應各種工業(yè)控制需要,除了單元式的小型 PLC 以外,絕大多數(shù) PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu) 。 2) 變成簡單,使用方便 PLC 采用面向控制過程,面向問題的“自然語言”編程,容易掌握 。 圖 PLC 的組成部分 電 源微 處 理 器控 制 器運 算 器輸入單元輸出單元外設I / O接口外設I / O接口存 儲 器E P R O M( 系 統(tǒng) 程 序 )R A M( 系 統(tǒng) 程 序 )I / O擴展機編 程 器主 機盒 式 磁 帶 機打 印 機E P R O M寫 入 器圖 形 監(jiān) 控系 統(tǒng)P C 或上 位 機用戶輸入設備用戶輸入設備中國礦業(yè)大 學 2021 屆本科生畢業(yè)設計(論文) 第 9 頁 的特點 1) 可靠性高,抗干擾能力強 由于采用大規(guī)模集成電路及微處理器,使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少,并且在硬件設計和制作的 過程中采用了一系列屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施,使 PLC 能適應惡劣的工作環(huán)境,具有很高的可靠性 。 小編程器 PLC 一般有手持型編程器,目前一般由計算機(運行編程軟件)充當 編程器 。 底座或機架 : 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機架,其作用是: 電氣 上,實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系,使 CPU能訪問底板上的所有模塊,機械上,實現(xiàn)各模塊間的連接,使各模塊構(gòu)成一個整體 。 除了上述通 用 IO 外,還有特殊 IO 模塊,如熱電阻 、 熱電偶 、脈沖等模塊 。 常見的 I/O 分配如下: 開關量 量:按電壓水平分,有 220VAC、 110VAC、 24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離 。 1.現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和 微機的輸入接口電路,作用是 PLC 與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道 。 輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入 PLC 系統(tǒng),輸出模塊相反 。 輸入輸出部分: PLC 與電氣回路的接口,是通過輸入輸出部分( I/O)完成的 。 存儲器: 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器 。 這樣,即使某個 CPU 出現(xiàn)故障,整個系統(tǒng)仍能正常運行 。 等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置,如此循環(huán)運行,直到停止運行 。 它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù);檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài),并能診斷用戶程序中的語法錯誤 。 電源輸入類型有:交流電源( 220VAC 或 110VAC) ,直流電源 (常用的為 24VDC) 。 一般交流電壓波動在 +10%(+15%)范圍內(nèi),可以不采取其 它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去 。 PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機,其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同,基本構(gòu)成為: 電源 : PLC 的電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源,在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用 。 固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O板、 顯示面板、內(nèi)存塊、電源等,這些元素組合成一個不可拆卸的整體 。 采用絲杠、螺母結(jié)構(gòu)傳動的特點是易于自鎖,位置精度較高,傳動效率較高 。 手臂采用直流電動機帶動絲杠、螺母來實現(xiàn)伸縮和升降運動 。 手臂是機械手的主要部分,它是支撐手爪、工件并使它們運動的機構(gòu) 。 底盤采用一個步進電動機驅(qū)動,根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)的角度和每步的角度計算出所需要的步數(shù) 。 軀干 軀干由底盤和手臂兩大部分組成 。 由可編程控制器控制電磁閥動作,從而控制手爪的張閉 。 如按手指運動的方式和模仿人手的動作,可分為回轉(zhuǎn)型、直進型;按夾持方式可分為內(nèi)撐式、 外撐式和自鎖式;按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式;按動力來源可分為彈簧式、氣動式、液壓式等 。 本設計采用機械式的夾緊機構(gòu) 。 夾緊機構(gòu)形式多樣,有機械式、吸盤式和電磁式等 。 為防止突然停電被抓物體落下,還可以有自鎖結(jié)構(gòu) 。 同時考慮有足夠的開口尺寸,以適應被抓物體的尺寸變化,為擴大機械手的應用范圍,還需備 有多種抓取機構(gòu),以根據(jù)需要來更換手爪 。 設計制造夾緊機構(gòu) —— 手爪時,首先要從機械手的坐標形式、運行速度和加速度的情況來考慮 。 夾緊機構(gòu) 機械手手爪使用來抓取工件的部件 。 即:手臂伸縮、手臂上下擺動 、手臂左右擺動、手腕回轉(zhuǎn)、手指抓握 。 而通用機械手一般取四到五個自由度 。 因此,不應盲目模仿人手的動作,增加過渡的自由度,而應根據(jù)實際需要的動作,設計出最少的自由度就能完成作業(yè)所要求的動作 。 退一步,如果機械手要求具有完全通用的程度,那么它的整機、本體、手臂和手指都得有三個直線運動和三個旋轉(zhuǎn)運動,總共就要有 24 個自由度 。 就目前的技術狀況而言,上述功能還很難辦到 。 據(jù)資中國礦業(yè)大 學 2021 屆本科生畢業(yè)設計(論文) 第 6 頁 料介紹,如果采用的機械手,其機能要接近人的上肢,則需要具有 27 個自由度,而每一個自由度至少要有一根“人造肌肉” 。 圖 關節(jié)型設計 (注:本設計采用常見的圓柱形坐標系 ) 機械手的技能和特性 根據(jù)古典力學觀點,物體在三維空間的靜止位置是由三個坐標和繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度來決定的 。 關節(jié)型機器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運動坐標 。 圖 直角坐標系 圓柱坐標系 臂部是由一個轉(zhuǎn)動副和兩個移動副組成,相對來說所占空間較小,工作范圍較大應用較廣泛 。 結(jié)構(gòu)簡單,運動位置精度高 。 中國礦業(yè)大 學 2021 屆本科生畢業(yè)設計(論文) 第 3 頁 開 始了 解 工 藝 過 程確 定 I / O 設 備選 擇 P L C分 配 I / O 點 設 計 聯(lián) 系 圖分 析 控 制 要 求繪 制 流 程 圖軟 件 設 計軟 件 調(diào) 試修 改 程 序設 計 安 裝 控 制 柜 臺現(xiàn) 場 施 工 布 線聯(lián) 機 調(diào) 試編 制 及 技 術 文 檔交 付 使 用調(diào) 試 正 常滿 足 要 求YYNN 圖 PLC 應用系統(tǒng)設計的主要步驟 中國礦業(yè)大 學 2021 屆本科生畢業(yè)設計(論文) 第 4 頁 2 機械手臂 工作原理 機械臂的運動形式 直角坐標系 臂部由三個相互正交的移動副組成 。 控制程序是保證系統(tǒng)正常、安全、可靠工作的關鍵 。 ⑥ 設計操作臺、電器柜及非標準電路元器件 。 選擇 PLC 主要包括機型選擇、容量選擇、 I/O 選擇模塊、電源模塊選擇等 。 ④ PLC 型號的選擇 。 在進行應用系統(tǒng)設計時要確定系統(tǒng)的控制形式 。 ② 確定系統(tǒng)運行方式及其控制方式 。 因此, 機械手臂 控制系統(tǒng)設 計應包括以下基本內(nèi)容: ① 擬定控制系統(tǒng)設計的技術條件 。 從 94年美國開發(fā)出 “ 虛擬軸機床 ” 以來,這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一,紛紛探索開拓其實際應用的領域 。 (5)當代 機械手臂 系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng),而是致力于操作者與機器 手臂 的人機交互控制 。 (4)機械臂 中的傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外,裝配、焊接機器人還應用了視 覺、力覺等傳感器,而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制 。 (3)工業(yè) 機械手臂 控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展,便于標準化、網(wǎng)絡化 。 例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化 :由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機 。 國 內(nèi) 外 機械手臂 領域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢 : (1)工業(yè) 機械臂 性能不斷提高 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修 ),而單機價格不斷下降,平均單機價格從 91年的 97年的 65萬美元 。 其中最為突出的是水下機器人, 6000m 水下無纜機器人的成果居世界領先水平,還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種 :在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發(fā)應用上開展了不少工作,有了一定的發(fā)展基礎 。 因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術,對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃,搞好系列化、通用化、模塊化設計,積極推進產(chǎn)業(yè)化進程 。在應用規(guī)模上,我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器 手 約 200臺,約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四 。其中有 130多臺套噴漆 機械臂 在二十余家企業(yè)的近 30條自動噴漆生產(chǎn)線 (站 )上獲得規(guī)模應用,弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上 。 本文主要做的工作 問題提出 PLC 控制的機械手 最主要是應用于自動化 生產(chǎn) 中,如何綜合地運用前面學過知識點,根據(jù)實際工程要求合理組合成控制系統(tǒng), 能夠?qū)崿F(xiàn)機械手臂的自動和手動操作,滿足控制系統(tǒng)的要求 。 尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合, 應用得更為廣泛 。 而且研發(fā)周期非常短,相對于其它工業(yè)控制器而言 。 它可以無條件的服從指令所給予的任務,每一次執(zhí)行的過程,在同等條件下幾乎沒有任何的偏差,而且具有很高的可靠性能 。 在全世界工業(yè)自動化,及其人口老齡化日益嚴重的中國,招工荒將會日益顯現(xiàn),接下來的就是人力 成本將會顯著上升,那些危險性較高的工作,及其單位利潤較低的行業(yè)將不得不思考企業(yè)轉(zhuǎn)型的良方,機械手臂無疑是首要選擇 。 configuration software。s reliable, safe and economic operation directly related to production safety and economic interests of the factory. Mechanical arm can start working in some highrisk, high pollution and can achieve the degree of standardization of products which reduce the defect rate and reduce the number of factory workers, and good value for money. it is very important to study it and have a high value and practical significance. In this paper, the main control system design is based on the S7300 robot. It is based on cylindrical coordinate system and controlled by the PLC Configuration software to monitor the work of screw bination and handling. Robot into the automation of manual and detection of three works, you can easily switch and make up. Artificial on the screw, low efficiency, low degree of standardization are factory automation and standardization. Key words: mechanical arm。 解決了人工上螺絲效率低,標準化程度低等問題,提高了工廠的自動化和標準化水平 。 它是以圓柱形坐標系為基礎,用 PLC 進行控制,用組態(tài)王軟件進行監(jiān)控,實現(xiàn)螺絲組合和搬運的工作 。 機械手臂可以在一些高危險,高污染的地方展開工作;可以實現(xiàn)產(chǎn)品的標準化程度,減少次品率;減少工廠的工人數(shù)量,帶來良好的經(jīng)濟效益;所以對它進行研究和使用具有很高 的價值和現(xiàn)實意義 。 它 涉及到產(chǎn)品生產(chǎn),加工和輸送的全過程 。 中 國 礦 業(yè) 大 學 本科生畢業(yè)設 計 姓 名: XXX 學 號 : 0000000000000 學 院: 信息與電氣工程學院 專 業(yè): 電氣工程與自動化 設計題目: 基于 S7300 PLC 的機械手臂控制系統(tǒng)設計 指導教師: XXX 職 稱: XX 2021 年 6 月 徐州
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