机电一体化专业毕业论文之欧阳治创编.docx

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机电一体化专业毕业论文之欧阳治创编

结业论文

时间2021.03.10

创作：

欧阳治

题目名称：

机械手控制

系部名称：

机电工程系

班级：

机电一体化二班

学号：

0000

学生姓名：

XX

指导教师：

XX

11月

机械手控制

摘要

生产技术和生产力的高速成长，要求现代化企业必须有更高的生产效率，更高的自动化水平及其平安可靠性。

机械手可以实现多工步的自动换装，使用可靠平安，通过法度更换就可以实现功能升级。

机械手在扩年夜生产规模，缩短新产品的试制周期，加速产品的更新换代，降低本钱和减轻工人劳动强度起到重要作用。

由于工业自动化的全面成长和科学技术的不竭提高，对工作效率的提高迫在眉睫。

纯真的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。

其中机械手是其成长过程中的重要产品之一，它不但提高了劳动生产的效率，还能取代人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。

在机械行业中，机械手越来越广泛的获得应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。

目前，机械手已成长成为柔性制造系统FMS和柔性制造单位FMC中一个重要组成部分。

把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单位，可以节省庞年夜的工件输送装置，结构紧凑，并且适应性很强。

但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和财产化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分需要的。

因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。

关键词：

工业自动化;机械化;FMS;FMC;机械手研究开发

机械手控制

一、机械手成长经历及主要构成

机械手是能模仿人手和臂的某些举措功能，用以按固定法度抓取、搬运物件或操纵工具的自动操纵装置。

机械手是最早呈现的工业机器人，也是最早呈现的现代机器人。

（一）成长历史

机械手首先是从美国开始研制的。

1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。

该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行举措示教，机器人能实现举措的记录和再现。

这就是所谓的示教再现机器人。

现有的机器人差未几都采取这种控制方法。

1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。

作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。

这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可取代人的沉重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操纵以呵护人身平安，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部分。

（二）构成部分

机械手主要由手部、运念头构和控制系统三年夜部分组成。

手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、资料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

运念头构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的举措，修改被抓持物件的位置和姿势。

运念头构的升降、伸缩、旋转等自力运动方法，称为机械手的自由度。

为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。

自由度是机械手设计的关键参数。

自由度越多，机械手的灵活性越年夜，通用性越广，其结构也越庞杂。

一般专用机械手有2～3个自由度。

控制系统是通过对机械手每个自由度的机电的控制，来完成特定举措。

同时接收传感器反响的信息，形成稳定的闭环控制。

控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。

（三）机械手分类

机械手的种类，按驱动方法可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用规模可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方法可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

（四）多关节机械手的优势

多关节机械手的优点是:

举措灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作.随着生产的需要，对多关节手臂的灵活性，定位精度及作业空间等提出越来越高的要求。

多关节手臂也突破了传统的概念，其关节数量可以从三个到十几个甚至更多，其外形也不局限于像人的手臂，而根据不合的场合有所变更，多关节手臂的优良性能是单关节机械手所不克不及比较的。

（五）机械手成长年夜事记

1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

（电磁铁工件抓放机构）

1962年，美国联合控制公司试制成一台数控示教再现型机械手。

1978年美国Unimate公司和斯坦福年夜学，麻省理工学院联合研制一种UnimateVicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。

联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采取关节式结构和法度控制。

二、西门子公司及S7200主要参数功能介绍

西门子股份公司（SIEMENSAGFWB：

SIE,NYSE：

SI）是世界最年夜的机电类公司之一，1847年由维尔纳·冯·西门子建立。

如今，它的国际总部位于德国慕尼黑。

西门子股份公司是在法兰克福证券交易所和纽约证券交易所上市的公司。

，西门子全集团在190个国家和地区雇用员工460,800人，全球收入为754.45亿欧元（为702.37亿欧元），税后利润较的36.6亿欧元降至24.2亿欧元。

西门子是一家年夜型国际公司，其业务广泛全球190多个国家，在全世界拥有年夜约600家工厂、研发中心和销售处事处。

公司的业务主要集中于6年夜领域：

信息和通讯、自动化和控制、电力、交通、医疗系统和照明。

西门子的全球业务运营辨别由13个业务集团担任，其中包含西门子财务办事有限公司和西门子房地资产管理集团。

另外，西门子还拥有两家合资企业——博士－西门子家用电器集团和富士通计算机（控股）公司。

S7200是一种小型的可编程控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7200系列的强年夜功能使其无论在自力运行中，或相连成网络皆能实现庞杂控制功能。

因此S7200系列具有极高的性能/价格比。

（一）适用规模

S7200系列在集散自动化系统中充分阐扬其强年夜功能。

使用规模可笼盖从替代继电器的简单控制到更庞杂的自动化控制。

应用领域极为广泛，笼盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包含各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境呵护设备等等。

如：

冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。

S7200系列PLC可提供4个不合的基本型号的8种CPU供您使用。

（二）模拟电位器

CPU221/2221个

CPU224/224XP/2262个

（三）脉冲输出

2路高频率脉冲输出（最年夜20KHz），用于控制步进机电或伺服机电实现定位任务。

（四）电池模块

用于长时间数据后备。

用户数据（如标记位状态，数据块，按时器，计数器）可通过内部的超等电容存贮年夜约5天。

选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。

电池模块插在存储器模块的卡槽中。

（五）各型号的优点

CPU221

本机集成6输入/4输出共10个数字量I/O点。

无I/O扩展能力。

6K字节法度和数据存储空间。

4个自力的30kHz高速计数器，2路自力的20kHz高速脉冲输出。

1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方法通讯能力。

很是适合于小点数控制的微型控制器。

CPU222

本机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。

可连接2个扩展模块。

6K字节法度和数据存储空间。

4个自力的30kHz高速计数器，2路自力的20kHz高速脉冲输出。

1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方法通讯能力。

很是适合于小点数控制的微型控制器。

CPU224

本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最年夜扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

13K字节法度和数据存储空间。

6个自力的30kHz高速计数器，2路自力的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。

1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方法通讯能力。

I/O端子排可很容易地整体装配。

是具有较强控制能力的控制器。

CPU224XP

本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最年夜扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

13K字节法度和数据存储空间。

6个自力的30kHz高速计数器，2路自力的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。

2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方法通讯能力。

I/O端子排可很容易地整体装配。

用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

可完全适应于一些庞杂的中小型控制系统。

三、机械手设计要求及功能

机械手模拟控制窗口如图所示。

图中机械手可抓紧、放送工件，可上下、左右移动，模拟界面的右侧为按控制要求设计的操纵台。

（一）控制要求

机械手设有调整、连续、单周及步进四种工作方法，工作时要首先选择工作方法，然后操纵对应按钮。

（二）机械手运行方法

1.调整工作方法

可按相应按钮实现左移、右移、上移、下移、加紧、抓紧各个举措的单独调整。

2.连续工作方法

按下起动按钮，机械手按下降→加紧→上升→右移→下降→抓紧→上升→左移的顺序周而复始的连续工作；按下停止按钮，机械手将自动结束本周期的工作，回到原位后停止。

按下急停按钮，系统立即停车。

3.单周工作方法

按下起动按钮后，机械手按下降→加紧→上升→右移→下降→抓紧→上升→左移的顺序自开工作一个周期停止。

若要再工作一个周期，可再次按下起动按钮。

按下停止按钮，机械手将自动结束本周期的工作，回到原位后停止。

按下急停按钮，系统立即停车。

4.步进工作方法

每按一次起动按钮，机械手完成一步举措后自动停止。

按下急停按钮，系统立即停车。

（三）法度设计要点

由机械手的工作过程可知，这是一个典范的顺序控制系统。

为此，可从机械手的连续工作方法入手编写法度。

首先应绘出连续工作时的功能表图，然后直接列写逻辑表达式，用触点线圈指令编程，也可使用置位复位指令或顺序控制继电器指令来完成。

为了将每一步的工作状态显示出来，动画模拟软件使用了内部存储器位M51、M52、M53、M54、M55、M56、M57、M40、M41来辨别暗示①～⑧的运行状态。

编程过程中，需要注意特别处理的问题是①、⑤和③、⑦步的举措问题，虽然①、⑤步都是下降操纵，但却具有不合的意义，①步下降是空钩下降，而⑤步下降则是夹着工件下降。

③、⑦步的上升操纵也是这样。

单周期操纵的法度实现可在连续工作法度的基础上通过经验修改实现。

其要点是是设法阻止机械手在一个周期工作结束后自动进入下一周期，一般在下降的启动回路想办法。

单步操纵的实现与单周期工作的实现是相似的。

即设法在每一步工作结束后，不是直接启动下一步的工作，而是等待启动按钮的命令后再工作。

（四）法度结构框图

图3.4.1

四、基于S7200的机械手PLC控制法度

五、阐发该设计优缺点

该设计方法初步满足了设计要求，实验证明能够依照设定的工作方法稳定运行。

以上是在同一个顺序控制法度中完成的连续工作、单周期工作和单步工作的法度编制思路，实际上也可以采取分段跳转的办法来完成这三种操纵。

这种办法编制的法度结构清晰，但法度数量长于前一种办法。

致谢

岁月如梭，如歌。

转眼间，三年的年夜学求学生活即将结束，站在结业的门槛上，回首往昔，斗争和辛劳成为丝丝的记忆，甜美与欢笑也都尘埃落定。

郑州经贸职业学院以其优良的学习风气、严谨的科研空气教我求学，以其广博包涵的情怀胸襟、浪漫充分的校园生活育我成人。

值此结业论文完成之际，我谨向所有关心、爱护、帮忙我的人们暗示最真挚的感谢与最美好的祝愿。

本论文是在讲师XX老师的悉心指导之下完成的。

三年来，老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。

老师不但授我以文，并且教我做人，虽历时三载，却付与我终生受益无穷之道。

本论文从选题到完成，几易其稿，每一步都是在XX老师的指导下完成的，倾注了老师年夜量的心血，在此我向我的老师XX暗示深切的谢意与祝福！

本论文的完成也离不开其他各位老师、同学和朋友的关心与帮忙。

在此也要感谢XX等各位老师在论文开题、初稿、预辩论期间所提出的贵重意见，感谢机电工程系为本论文提供的数据和建议，还要感谢同门的师兄师妹们，在论文创作过程中给我以许多鼓励和帮忙。

回想整个论文的写作过程，虽有不容易，却让我除却急躁，经历了思考和启示，也更加深切地体会了坚持的精髓和意义，因此倍感珍惜。

最后，再次感谢所有关心和支持我的同学们和老师们！

参考资料

[1]林伟.典范机电一体化系统及应用[M]高等教育出版社

[2]陈远玲、黎亚元、富国强机床电气自动控制[M]重庆年夜学出版社

[3]王承义机械手及其应用[M]机械工业出版社

[4]王建明自动线与工业机械手技术[M]天津年夜学出版社

[5]杨后川、高建设西门子S7200PLC应用100例[M]电子工业出版社

[6]肖峰、贺哲荣PLC编程100例[M]中国电力出版社

时间2021.03.10

创作：

欧阳治