機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)論文

畢業(yè)論文題目名稱：機(jī)械手控制系部名稱：機(jī)電工程系班 級：機(jī)電一體化二班學(xué) 號：0000學(xué)生姓名：XX指導(dǎo)教師：XX2011年 11月 機(jī)械手控制摘 要 生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)力的高速發(fā)展，要求現(xiàn)代化企業(yè)必須有更高的生產(chǎn)效率，更高的自動化程度及其安全可靠性。機(jī)械手可以實現(xiàn)多工步的自動換裝，使用可靠安全，通過程序更換就可以實現(xiàn)功能升級。機(jī)械手在擴(kuò)大生產(chǎn)范圍，縮短新產(chǎn)品的試制周期，加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代，降低成本和減輕工人勞動強(qiáng)度起到重要作用。 由于工業(yè)自動化的全面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業(yè)自動化的要求，因此，必須利用先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)自動化機(jī)械以取代人的勞動，滿足工業(yè)自動化的需求。其中機(jī)械手是其發(fā)展過程中的重要產(chǎn)物之一，它不僅提高了勞動生產(chǎn)的效率，還能代替人類完成高強(qiáng)度、危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強(qiáng)度，可以說是一舉兩得。在機(jī)械行業(yè)中，機(jī)械手越來越廣泛的得到應(yīng)用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更為普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。但目前我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國機(jī)械行業(yè)自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計具有重要意義。關(guān)鍵詞： 工業(yè)自動化; 機(jī)械化; FMS; FMC; 機(jī)械手研究開發(fā)目 錄摘 要I一、 機(jī)械手發(fā)展經(jīng)歷及主要構(gòu)成1（一）發(fā)展歷史1（二）構(gòu)成部分1（三）機(jī)械手分類1（四）多關(guān)節(jié)機(jī)械手的優(yōu)勢2（五）機(jī)械手發(fā)展大事記2二、西門子公司及S7-200主要參數(shù)功能介紹2（一）適用范圍2（二）模擬電位器3（三）脈沖輸出3（四）電池模塊3（五）各型號的優(yōu)點(diǎn)3三、機(jī)械手設(shè)計要求及功能4（一） 控制要求4（二） 機(jī)械手運(yùn)行方式41. 調(diào)整工作方式42. 連續(xù)工作方式43. 單周工作方式44. 步進(jìn)工作方式5（三）程序設(shè)計要點(diǎn)5（四）程序結(jié)構(gòu)框圖5四、基于S7-200的機(jī)械手PLC控制程序6五、分析該設(shè)計優(yōu)缺點(diǎn)6致謝7參考資料8 7 鄭州經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院機(jī)電系畢業(yè)論文機(jī)械手控制 一、 機(jī)械手發(fā)展經(jīng)歷及主要構(gòu)成 機(jī)械手是能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人。（一）發(fā)展歷史機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動作示教，機(jī)器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，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。 (二）構(gòu)成部分 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（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)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機(jī)械手每個自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。（三）機(jī)械手分類機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。（4） 多關(guān)節(jié)機(jī)械手的優(yōu)勢多關(guān)節(jié)機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是:動作靈活、運(yùn)動慣性小、通用性強(qiáng)、能抓取靠近機(jī)座的工件，并能繞過機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作.隨著生產(chǎn)的需要，對多關(guān)節(jié)手臂的靈活性，定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。多關(guān)節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念，其關(guān)節(jié)數(shù)量可以從三個到十幾個甚至更多，其外形也不局限于像人的手臂，而根據(jù)不同的場合有所變化，多關(guān)節(jié)手臂的優(yōu)良性能是單關(guān)節(jié)機(jī)械手所不能比擬的。（5） 機(jī)械手發(fā)展大事記1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手。（電磁鐵工件抓放機(jī)構(gòu)）1962年，美國聯(lián)合控制公司試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。 二、西門子公司及S7-200主要參數(shù)功能介紹 西門子股份公司（SIEMENS AG FWB：SIE, NYSE：SI）是世界最大的機(jī)電類公司之一，1847年由維爾納馮西門子建立。如今，它的國際總部位于德國慕尼黑。西門子股份公司是在法蘭克福證券交易所和紐約證券交易所上市的公司。2005年，西門子全集團(tuán)在190個國家和地區(qū)雇用員工460,800人，全球收入為754.45億歐元（2004年為702.37億歐元），稅后利潤較2004年的36.6億歐元降至24.2億歐元。 西門子是一家大型國際公司，其業(yè)務(wù)遍及全球190多個國家，在全世界擁有大約600家工廠、研發(fā)中心和銷售辦事處。公司的業(yè)務(wù)主要集中于6大領(lǐng)域：信息和通訊、自動化和控制、電力、交通、醫(yī)療系統(tǒng)和照明。西門子的全球業(yè)務(wù)運(yùn)營分別由13個業(yè)務(wù)集團(tuán)負(fù)責(zé)，其中包括西門子財務(wù)服務(wù)有限公司和西門子房地資產(chǎn)管理集團(tuán)。此外，西門子還擁有兩家合資企業(yè)博士西門子家用電器集團(tuán)和富士通計算機(jī)（控股）公司。 S7-200 是一種小型的可編程控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。（一）適用范圍 S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動系統(tǒng)。 S7-200系列PLC可提供4個不同的基本型號的8種CPU供您使用。（2） 模擬電位器 CPU221/222 1個 CPU224/224XP/226 2個（三）脈沖輸出 2路高頻率脈沖輸出（最大20KHz），用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實現(xiàn)定位任務(wù)。（4） 電池模塊 用于長時間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時器，計數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長存貯時間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。 （五）各型號的優(yōu)點(diǎn) CPU221 本機(jī)集成6輸入/4輸出共10個數(shù)字量I/O點(diǎn)。無I/O擴(kuò)展能力。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨(dú)立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。 CPU222 本機(jī)集成8輸入/6輸出共14個數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接2個擴(kuò)展模塊。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨(dú)立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。 CPU224 本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點(diǎn)。可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨(dú)立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。 CPU224XP本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨(dú)立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 三、機(jī)械手設(shè)計要求及功能機(jī)械手模擬控制窗口如圖所示。圖中機(jī)械手可抓緊、放送工件，可上下、左右移動，模擬界面的右側(cè)為按控制要求設(shè)計的操作臺。（1） 控制要求機(jī)械手設(shè)有調(diào)整、連續(xù)、單周及步進(jìn)四種工作方式，工作時要首先選擇工作方式，然后操作對應(yīng)按鈕。（2） 機(jī)械手運(yùn)行方式1. 調(diào)整工作方式可按相應(yīng)按鈕實現(xiàn)左移、右移、上移、下移、加緊、放松各個動作的單獨(dú)調(diào)整。2. 連續(xù)工作方式按下起動按鈕，機(jī)械手按下降加緊上升右移下降放松上升左移的順序周而復(fù)始的連續(xù)工作；按下停止按鈕，機(jī)械手將自動結(jié)束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車。3. 單周工作方式 按下起動按鈕后，機(jī)械手按下降加緊上升右移下降放松上升左移的順序自動工作一個周期停止。若要再工作一個周期，可再次按下起動按鈕。按下停止按鈕，機(jī)械手將自動結(jié)束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車。4. 步進(jìn)工作方式每按一次起動按鈕，機(jī)械手完成一步動作后自動停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車。（3） 程序設(shè)計要點(diǎn)由機(jī)械手的工作過程可知，這是一個典型的順序控制系統(tǒng)。為此，可從機(jī)械手的連續(xù)工作方式入手編寫程序。首先應(yīng)繪出連續(xù)工作時的功能表圖，然后直接列寫邏輯表達(dá)式，用觸點(diǎn)線圈指令編程，也可使用置位復(fù)位指令或順序控制繼電器指令來完成。為了將每一步的工作狀態(tài)顯示出來，動畫模擬軟件使用了內(nèi)部存儲器位M51、M52、M53、M54、M55、M56、M57、M40、M41來分別表示的運(yùn)行狀態(tài)。編程過程中，需要注意特別處理的問題是、和、步的動作問題，雖然、步都是下降操作，但卻具有不同的意義，步下降是空鉤下降，而步下降則是夾著工件下降。、步的上升操作也是這樣。 單周期操作的程序?qū)崿F(xiàn)可在連續(xù)工作程序的基礎(chǔ)上通過經(jīng)驗修改實現(xiàn)。其要點(diǎn)是是設(shè)法阻止機(jī)械手在一個周期工作結(jié)束后自動進(jìn)入下一周期，一般在下降的啟動回路想辦法。 單步操作的實現(xiàn)與單周期工作的實現(xiàn)是相似的。即設(shè)法在每一步工作結(jié)束后，不是直接啟動下一步的工作，而是等待啟動按鈕的命令后再工作。 （四）程序結(jié)構(gòu)框圖 圖3.4.14、 基于S7-200的機(jī)械手PLC控制程序 五、分析該設(shè)計優(yōu)缺點(diǎn) 該設(shè)計方式初步滿足了設(shè)計要求，實驗證明能夠按照設(shè)定的工作方式穩(wěn)定運(yùn)行。以上是在同一個順序控制程序中完成的連續(xù)工作、單周期工作和單步工作的程序編制思路，實際上也可以采用分段跳轉(zhuǎn)的辦法來完成這三種操作。這種方法編制的程序結(jié)構(gòu)清晰，但程序數(shù)量長于前一種方法。致謝 歲月如梭，如歌。轉(zhuǎn)眼間，三年的大學(xué)求學(xué)生活即將結(jié)束，站在畢業(yè)的門檻上，回首往昔，奮斗和辛勞成為絲絲的記憶，甜美與歡笑也都塵埃落定。鄭州經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院以其優(yōu)良的學(xué)習(xí)風(fēng)氣、 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲蟹諊涛仪髮W(xué)，以其博大包容的情懷胸襟、浪漫充實的校園生活育我成人。值此畢業(yè)論文完成之際， 我謹(jǐn)向所有關(guān)心、愛護(hù)、幫助我的人們表示最誠摯的感謝與最美好的祝愿。本論文是在講師XX老師的悉心指導(dǎo)之下完成的。三年來，老師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，樸實 無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠(yuǎn)。老師不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時三載，卻賦予我終生受益無窮之道。本論文從選題到完成，幾易其稿，每一步都是在XX老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了老師大量的心血，在此我向我的老師XX表示深切的謝意與祝福！本論文的完成也離不開其他各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心與幫助。在此也要感謝XX等各位老師在論文開題、初稿、預(yù)答辯期間所提出的寶貴意見，感謝機(jī)電工程系為本論文提供的數(shù)據(jù)和建議，還要感謝同門的師兄師妹們，在論文創(chuàng)作過程中給我以許多鼓勵和幫助?；叵胝麄€論文的寫作過程，雖有不易， 卻讓我除卻浮躁，經(jīng)歷了思考和啟示，也更加深切地體會了堅持的精髓和意義， 因此倍感珍惜。 最后，再次感謝所有關(guān)心和支持我的同學(xué)們和老師們！參考資料1 林偉. 典型機(jī)電一體化系統(tǒng)及應(yīng)用M 高等教育出版社2 陳遠(yuǎn)玲、黎亞元、富國強(qiáng) 機(jī)床電氣自動控制M 重慶大學(xué)出版社3 王承義 機(jī)械手及其應(yīng)用M 機(jī)械工業(yè)出版社4 王建明 自動線與工業(yè)機(jī)械手技術(shù)M 天津大學(xué)出版社5 楊后川、高建設(shè) 西門子S7-200PLC應(yīng)用100例M 電子工業(yè)出版社6 肖峰、賀哲榮 PLC編程100例M 中國電力出版社