码垛机械手PLC控制系统设计文献综述

文献综述题目工业机械手及PLC学生姓名丁金涛专业班级机械工程及自动化4班学号20080460205院（系）机械工程学院指导教师张瑞完成时间2012年03月01日工业机械手及PLC控制一．工业机械手概述用于再现人手功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、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。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的工具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。二．工业机械手的发展史现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm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，定位误差可小于±1毫米。美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(FlexibleManufacturingsystem)和柔性制造单元(FlexibleManufacturingCell)中重要一环。随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。三．工业机械手在生产中的应用机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。四．机械手的控制方法及用PLC控制的优势机器人控制系统硬件结构要围绕着如何更好地实现机器人的控制功能而设计和选择。以控制器的核心计算机的分布方式来看，机器人控制系统硬件控制结构大体可分为集中控制、主从控制、分级控制等三类。在核心控制器的选择上可以有多种方案，目前在机电一体化设计中主要有三种：单片机、工业控制计算机、可编程控制器（PLC）。随着计算机系统的不断发展，也出现了运动控制卡和逻辑控制器等新型控制硬件。单片机控制机械手能够完成简单的逻辑控制或模拟量控制，可按需要自行配置通信功能，软硬件开发工作量很多，输出带负载能力和抗干扰能力差，可靠性差，环境适应能力差，成本较为低廉。PLC控制机械手可按使用要求选购相应的产品完成复杂的逻辑控制，逻辑控制为主，也可以组成模拟量控制系统，软硬件开发工作量较少，输出带负载能力和抗干扰能力强，可靠性好，环境适应能力强，成本较为高。工业控制计算机具备完善的控制功能，软件丰富，执行速度快，软件开发工作量较多，硬件开发工作量较少，执行速度较慢，环境适应力一半，可靠性好，成本较为高。本设计是利用可编程控制器PLC作为载体的一套机械手驱动装置，用来实现文字书写的功能，并可根据需求的变化要求随时更改相关控制参数。综合各个文献的内容可以看到PLC有以下优点，它能适应工业现场的恶劣环境，可靠性高。在工业生产中一般要求控制设备具有很强的抗干扰能力。而PLC在这方面的独到之处有：它在硬件上采用光电隔离装置以防止输出对输入的反馈干扰；采用屏蔽措施以防止空间的电磁干扰；设置滤波环节，以消除外部干扰和各模块之间的干扰影响；采用连锁及互锁控制、自诊断电路和模块式结构等措施，以提高硬件的可靠性及模块的互换性；在软件上采用了故障自检测、自诊断等措施。其他实用方面的优点有1.PLC软件简单易学。2.PLC使用方便；3.PLC体积小，重量轻，便于安装。由于PLC具有上述一系列优点，工业控制中广泛用于以下三种控制：(1)开关量顺序、逻辑控制。即代替继电器控制系统，如冶金行业中的高炉上料系统，轧钢机、连铸机、费剪等控制系统；机械行业各种自动生产线、自动加工机床、机械手、龙门铣床等控制；轻工业中的注塑机、包装机、食品加工机械等。(2)模拟量控制。如温度、压力、流量等；(3)数据采集、分析处理。如控制中的数据采集、算术运算、函数运算、逻辑运算、数据传输、转换、捧序和查表等操作。综上用PLC作为控制系统控制机械手写字的设计是一种方便、实用、可靠的控制系统设计方案。通过收集各种资料和初期的规划我已对将要进行的设计非常了解，相信在老师的指导和我自己的努力下我可以很好的完成设计任务，虽然期间肯定会遇到这样或那样的困难，但是我有信心做好这一切。参考文献[1]蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略[J].机器人技术与应用,2001,76(4):11-16.[2]张波.多功能上下料用机械手液压系统[J].液压与气动,2002,8(2):31-32.[3]李允文.工业机械手设计[M].北京:机械工业出版社,1996.[4]张建民.工业机械人[M].北京:北京理工大学出版社,1992[5]史国生.PLC在机械手步进控制中的应用[J].中国工控信息网,2005.1[6]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.[7]朱春波.PLC控制的气动上下料机械手[J].液压气动与密封,1999,21-24.[8]王勤.计算机控制技术[M]．南京:东南大学出版社,2003.[9]张万忠.可编程控制器入门与应用实例(西门子S7-200系列)[M].北京:中国电力出版社,2005.[10]刘轩,王丽伟.机械手的PLC控制[J].机床电器,2006,34-49.[11]张铁异,何国金,黄振峰.基于PLC控制的混合型气动机械手的设计与实现[J].液压与气动,2008,18(9):6—8.[12]郭艳萍.基于PLC的工业机械手控制系统[J].仪表技术与传感器,2007,9(9):31-32.[13]常晓玲，电气控制系统与可编程控制器机械工业出版社.[14]常健生检测与转换技术机械工业出版社.[15]贾德胜PLC应用开发实用子程序人民邮电出版社.[16]Lozano,R.(Rogelio),．Adaptivecontrolsystems[M]．Fresno:WiterwoofInc.,1999[17]ClavelR.Delta,afastrobotwthparallelgeometry[J].The18thInt.Symposiumonindustrialrobots(ISIR),Sydney,Australia,1988,91-100.[18]JohnJ.Craig,IntroductiontoRoboticsMechanicsandControl[J],SecondEdition,Addison-Wesley,Reading,MA,1989.[19]Durstewitz,M;Kiefner,B,Virtualcollaborationenvironmentforaircraftdesign[J],InformationVisualisation,2002.Proceedings.SixthInternationalConferenceon，10-12July2002,Page:502-507[20]RamazanBayindir,YucelCetinceviz,Awaterpumpingcontrols