本科机械专业毕业论文

毕业设计(论文)论文题目基于PLC机械手设计姓名学号专业机械设计制造及其自动化指导教师2014年3月10日摘要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。关键字工业机械手，电磁阀，可编程控制器（PLC）AbstractIndustrialmanipulatorisakindofhigh-techautomatedproductionequipment,whichisdevelopedinrecentdecades.Industrialmanipulatorisanimportantbranchofindustrialrobots.Itscharacteristicsisthatitcandotheexpectedtaskbyprogramming,andithastherespectiveadvantageofbothmanandmachineonthestructureandperformance,particularlyintheperson'sintelligenceandadaptability.Theaccuracyofthemanipulatoroperationandtheabilitytoworkintheenvironmenthasabroadspacefordevelopmentinthefieldofnationaleconomy.Manipulatorisakindofmultifunctionalmachinewhichcanbeautomaticallycontrolledandcanbechangedbynewprogramming,ithasmultipledegreesoffreedomandcancompletetheworkcarryobjectsindifferentenvironments.Atfirst,thestructureofmanipulatorisrelativelysimple,butinhasastrongspecificity.Withthedevelopmentofindustrialtechnology,Industrialmanipulatorisproducedwiththeprocesscontroltoindependentlyachieverepetitiveoperation,whichiscalleduniversalmanipulatorforprogramcontrolinwidescopeofapplication,whichiscalledshortlyasgeneralmanipulator.Becauseofgeneralmanipulatorcanquicklychangetheworkingprocedurewithstrongadaptability,itwaswidelyquotedbychanginginthemediumandsmallbatchproductionofproducts.KeywordsIndustrialmanipulator,Solenoidvalve,ProgrammableLogicController(PLC)目录摘要……………………………………………………………………………………………1Abstract…………………………………………………………………………………………2目录……………………………………………………………………………………………3前言……………………………………………………………………………………………4第一章机械手简介……………………………………………………………………………51.1机械手的发展史……………………………………………………………………………51.2机械手的分类………………………………………………………………………………51.3功能与构成…………………………………………………………………………………61.3.1执行机构…………………………………………………………………………………71.3.2驱动机构…………………………………………………………………………………71.3.3控制系统…………………………………………………………………………………81.4课题的提出…………………………………………………………………………………81.4.1应用前景…………………………………………………………………………………81.4.2市场需求…………………………………………………………………………………81.4.3应用领域…………………………………………………………………………………9第二章机械手整体设计方案……………………………………………………………………92.1机械手总体设计……………………………………………………………………………92.1.1机械手整体结构的类型…………………………………………………………………92.2机械手工作过程…………………………………………………………………………10第三章机械手控制系统设计…………………………………………………………………123.1可编程序控制器简介……………………………………………………………………123.1.1PLC的结构……………………………………………………………………………123.1.2PLC的特点……………………………………………………………………………133.1.3PLC的主要功能………………………………………………………………………143.2控制系统硬件设计………………………………………………………………………143.2.1PLC选型………………………………………………………………………………143.2.2地址分配………………………………………………………………………………153.3控制系统软件设计………………………………………………………………………163.4PLC程序的调试…………………………………………………………………………213.4.1PLC控制的安装与布线………………………………………………………………21第四章结论…………………………………………………………………………………22参考文献………………………………………………………………………………………23前言用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，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。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。在现今的生活上,科技日新月益的进展之下,机械人手臂与有人类的手臂最大区别就在于灵活度与耐力度。也就是机械手的最大优势可以重复的做同一动作在机械正常情况下永远也不会觉得累！机械手臂的应用也将会越来越广泛,机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，作业的准确性和环境中完成作业的能力。工业机械手是机器人的一个重要分支。机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。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[1]。第一章机械手简介1.1机械手的发展史它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。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，它的结构是；机体上安装一个回转臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。随着计算机和自动控制技术的迅速发展,农业机械将进入高度自动化和智能化时期，机械手机器人的应用可以提高劳动生产率和产品质量,改善劳动条件,解决劳动力不足等问题。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KuKa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。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[2]。1.2机械手的分类机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。1.3功能与构成机械手是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材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。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，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，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。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电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，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。机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组：控制系统驱动系统执行机构被抓取工件位置检测装置1.4.11.3.1执行机构机械手的执行机构分为手部、手臂、躯干；1、手部手部安装在手臂的前端。手臂的