畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、開題報(bào)告填寫要求1開題報(bào)告含“文獻(xiàn)綜述作為畢業(yè)設(shè)計(jì)論文辯論委員會(huì)對(duì)學(xué)生辯論資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)論文工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效。2開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按此電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見。3“文獻(xiàn)綜述應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫或打印在本開題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于10篇不包括辭典、手冊(cè)，其中至少應(yīng)包括1篇外文資料；對(duì)于重要的參考文獻(xiàn)應(yīng)附原件復(fù)印件，作為附件裝訂在開題報(bào)告的最后。4統(tǒng)一用A4紙，并裝訂單獨(dú)成冊(cè)，隨?

2、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文說(shuō)明書?等資料裝入文件袋中。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文開 題 報(bào) 告1文獻(xiàn)綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)論文課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2500字以上的文獻(xiàn)綜述，文后應(yīng)列出所查閱的文獻(xiàn)資料。文 獻(xiàn) 綜 述1 機(jī)械手概述用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是模仿著人手的局部動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為工業(yè)機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成局部，這種新技術(shù)開展很快，逐漸成為一門新興的學(xué)科機(jī)械手工程。機(jī)械手涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動(dòng)控制

3、技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年開展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其表達(dá)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的開展空間。機(jī)械手的開展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能局部的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加

4、快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到很多國(guó)家的重視，投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó)近幾年也有較快的開展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。 隨著工業(yè)技術(shù)的開展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的

5、引用7。2 機(jī)械手的開展史現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代初，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化 。機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。他的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 1962年，美國(guó)機(jī)械鑄造公司在上述方案的根底之上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate(即萬(wàn)能自動(dòng))。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰，用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)式通用機(jī)械手就是在這個(gè)根底上開展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司U

6、nimaton,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。1962年美國(guó)機(jī)械鑄造公司也試驗(yàn)成功一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)，臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手開展的根底。1978年美國(guó)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-Vic-arm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差可小于1毫米。美國(guó)還十分注意提高機(jī)械手的可靠性，改良結(jié)構(gòu)，降低本錢。如Unimate公司建立了8年機(jī)械手試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行各種性能的試驗(yàn)。準(zhǔn)備把故障前平均時(shí)間注：故障

7、前平均時(shí)間是指一臺(tái)設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運(yùn)行時(shí)間，由400小時(shí)提高到1500小時(shí)，精度可提高到0.1毫米。德國(guó)機(jī)器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國(guó)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。瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機(jī)械手，采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機(jī)械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。日本是工業(yè)機(jī)械手開展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)二種典型機(jī)械手后，大力研究機(jī)械手的研究。據(jù)報(bào)道，1979年從事機(jī)械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1976年個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門用在機(jī)

8、械手的研究費(fèi)用42%。1979年日本機(jī)械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機(jī)械手產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長(zhǎng)50%。智能機(jī)械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機(jī)械手累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。在數(shù)量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%60%的速度增長(zhǎng)。使用機(jī)械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到1990年將有55萬(wàn)機(jī)器人在工作。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺(jué)到的信息反響，使機(jī)

9、械手具有感覺(jué)機(jī)能。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。第三代機(jī)械手機(jī)械人那么能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步開展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。隨著工業(yè)機(jī)器手機(jī)械人研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活潑，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多9。3 工業(yè)機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程中

10、的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。本文

11、以能夠?qū)崿F(xiàn)這類工作的搬運(yùn)機(jī)械手為研究對(duì)象。下面具體說(shuō)明機(jī)械手在工業(yè)方面的應(yīng)用7。3.1 建造旋轉(zhuǎn)零件轉(zhuǎn)軸、盤類、環(huán)類自動(dòng)線一般都采用機(jī)械手在機(jī)床之間傳遞零件。國(guó)內(nèi)這類生產(chǎn)線很多，如沈陽(yáng)永泵廠的深井泵軸承體加工自動(dòng)線環(huán)類，大連電機(jī)廠的4號(hào)和5號(hào)電動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)線軸類，上海拖拉機(jī)廠的齒坯自動(dòng)線盤類等。加工箱體類零件的組合機(jī)床自動(dòng)線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機(jī)械手的，如上海動(dòng)力機(jī)廠的氣蓋加工自動(dòng)線轉(zhuǎn)位機(jī)械手4。3.2 在實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化方面各類半自動(dòng)車床，有自動(dòng)加緊、進(jìn)刀、切削、退刀和松開的功能，單仍需人工上下料；裝上機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，一人看管多臺(tái)機(jī)床。目前，機(jī)械手在這方面應(yīng)用很多，

12、如上海柴油機(jī)廠的曲拐自動(dòng)車床和座圈自動(dòng)車床機(jī)械手，大連第二車床廠的自動(dòng)循環(huán)液壓仿行車床機(jī)械手，沈陽(yáng)第三機(jī)床廠的Y38滾齒機(jī)械手，青海第二機(jī)床廠的滾銑花鍵機(jī)床機(jī)械手等。由于這方面的使用已有成功的經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)一些機(jī)床廠已在這類產(chǎn)品出廠是就附上機(jī)械手，或?yàn)橛脩舭惭b機(jī)械手提供條件。如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產(chǎn)線機(jī)械手生產(chǎn)線中有兩臺(tái)多工位機(jī)床和天津二注塑機(jī)有加料、合模、成型、分模等自開工作循環(huán)，裝上機(jī)械手的自動(dòng)裝卸工件，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。目前機(jī)械手在沖床上應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是160t以上的沖床用機(jī)械手的較多。如沈陽(yáng)低壓開關(guān)廠200t環(huán)類沖床磁力起重器殼體下料機(jī)械手和天京拖拉機(jī)廠400t沖床的下料機(jī)

13、械手等；其一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進(jìn)輕局技術(shù)研究所制作的120t和40t多工位沖床機(jī)械手等4。4 國(guó)外機(jī)械手的開展?fàn)顩r目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)觸覺(jué)能力，甚至聽想的能力。研究安裝各種傳感器，能把感覺(jué)到的信息反響，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。國(guó)外也出現(xiàn)了第三代機(jī)械手，它能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步開展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)4。5 機(jī)械手的工作原理工作要求機(jī)械手具有三個(gè)運(yùn)動(dòng)：手指的開合，手臂繞軸的上、下擺動(dòng)，手臂在水平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)。機(jī)械手的工作過(guò)

14、程可分為：1電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈輪帶動(dòng)分配軸轉(zhuǎn)動(dòng)。2齒輪通過(guò)盤形凸輪帶動(dòng)擺桿，經(jīng)一系列桿件帶動(dòng)手指張開。由彈簧實(shí)現(xiàn)手指的復(fù)位夾緊。3盤形凸輪通過(guò)擺桿使圓筒上下往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大臂的上下擺動(dòng)。4圓柱凸輪通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的往復(fù)回轉(zhuǎn)。通過(guò)各局部的協(xié)同工作，能使機(jī)械手依次完成手指的張開、手指夾緊、手臂上擺、手臂回轉(zhuǎn)一定角度、手臂下擺、手指張開放料，手臂再次上擺、反轉(zhuǎn)、下擺、復(fù)位等動(dòng)作，從而代替人完成有用的機(jī)械功1。6 工業(yè)機(jī)械手的開展趨勢(shì)(1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的萬(wàn)美元降至97年的6.5萬(wàn)美

15、元。(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化開展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī);國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。(3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向開展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。(4)機(jī)器人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(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人那么采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟

16、應(yīng)用。(5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演開展到用于過(guò)程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。(6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的開展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。(7)機(jī)器人化機(jī)械開始興起。從94年美國(guó)開發(fā)出“虛擬軸機(jī)床以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五、“八五科

17、技攻關(guān)，目前己根本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了局部機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人;其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如:可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品:機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)己安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生

18、產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、本錢也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程.我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”方案的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種:在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等根底技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的開展根底。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)

19、遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)用方面那么剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的根底上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五后期立于世界先進(jìn)行列之中7。參考文獻(xiàn) 李超，氣動(dòng)通用上下料機(jī)械手的研究與開發(fā).陜西科技大學(xué)，2003 張建民.工業(yè)機(jī)械人.北京：北京理工大學(xué)出版社,1992 李明.單臂回轉(zhuǎn)機(jī)械手設(shè)計(jì).制造技術(shù)與機(jī)床，2004.6 王國(guó)強(qiáng). 虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在ADAM S 上的實(shí)踐M . 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 2002. ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry.

20、TheInt.Symposium on in dustrial robots( ISIR),Sydney,Australia,1988,91-100. John J.Craig,Introduction to Robotics Mechanics and Control,Second Edition,Addison-Wesley,Reading,MA,1989. Durstewitz,M ;Kiefner,B ,Virtual collaboration environment for aircraft design,Information Visualisation,2002. Procee

21、dings.Sixth International Conference on，10-12 July 2002,Page(s):502- 507 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文開 題 報(bào) 告開題報(bào)告：一、課題的目的與意義；二、課題開展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要內(nèi)容和要求；四、研究方法、步驟和措施 開 題 報(bào) 告一、課題的目的與意義隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多易燃、易爆等高危及重體力勞動(dòng)場(chǎng)合必將由機(jī)器人所代替。這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。例如，目前在我國(guó)的許多中小型汽車生產(chǎn)以及輕工業(yè)生產(chǎn)中，往往沖壓成型這一工序還需要人工上下料，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又影響效率。為此

22、，我們把上下料機(jī)械手作為我們研究的課題?，F(xiàn)在的機(jī)械手大多采用液壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：1液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄露損失等)；液壓傳動(dòng)易泄漏，不僅污染工作場(chǎng)地，限制其應(yīng)用范圍，可能引起失火事故，而且影響執(zhí)行局部的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及正確性。2工作時(shí)受溫度變化影響較大。油溫變化時(shí)，液體粘度變化，引起運(yùn)動(dòng)特性變化。3因液壓脈動(dòng)和液體中混入空氣，易產(chǎn)生噪聲。4為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價(jià)格較高；且使用維護(hù)需要較高技術(shù)水平。鑒于以上這些缺陷，本機(jī)械手?jǐn)M采用氣壓傳動(dòng)，氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：1介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳開工作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排

23、入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器；介質(zhì)清潔，管道不易堵塞，不存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問(wèn)題。2阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過(guò)程中，阻力損失較小一般僅為油路的千分之一，空氣便于集中供給和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。3動(dòng)作迅速，反響靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。4能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。5工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因

24、溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。6本錢低廉。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，本錢較低。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為：由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有局部被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過(guò)去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。二、課題開展現(xiàn)狀和前景展望對(duì)于搬運(yùn)物體類的機(jī)械手的根本要求是

25、能快速、準(zhǔn)確地拾放并且能搬運(yùn)物件，這就要求具有較高的精度、快速反響、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原那么是：充分分析作業(yè)對(duì)象和環(huán)境，明確工作的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求，盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是通用拾取軸類零件的機(jī)械手，是一種適合于成批或中、小批生產(chǎn)的、可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)或操作設(shè)備，它可以用于操作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大和操作單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。三、課題主

26、要內(nèi)容和要求本課題將要完成的主要任務(wù)如下：(1)選取適宜的曲軸，并確定其特征參數(shù)；(2)選取機(jī)械手的坐標(biāo)型式和自由度；(3)設(shè)計(jì)出機(jī)械手的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括：手部、手腕、手臂等部件的設(shè)計(jì)；(4)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課題將設(shè)計(jì)出機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)元器件的選取，氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)；(5)機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本機(jī)械手采用可編程序控制器PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，本課題將要選取PLC型號(hào)，根據(jù)機(jī)械手的工作流程編制出PLC程序。四、研究方法、步驟和措施1首先參閱有關(guān)曲軸的有關(guān)書籍和資料，明確一般汽車主軸的主要參數(shù)如質(zhì)量，體積等； 2參閱有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)的有關(guān)書籍，掌握一般工業(yè)搬運(yùn)類機(jī)械手應(yīng)該具備的

27、一些部件和動(dòng)力參數(shù)； 3根據(jù)所給課題及任務(wù)設(shè)計(jì)出曲軸搬運(yùn)上線機(jī)械手。 4在老師的指導(dǎo)下，認(rèn)真按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)進(jìn)度任務(wù)。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文開 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見：1對(duì)“文獻(xiàn)綜述的評(píng)語(yǔ)： 2對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)論文結(jié)果的預(yù)測(cè)： 指導(dǎo)老師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和開展，控制器的需求量逐年增大，搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn), 可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和缺乏，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)開

28、展的要求。本機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個(gè)電磁閥控制的液壓鋼來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動(dòng)及夾緊工件的動(dòng)作，兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)分別通過(guò)兩線圈控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；其動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個(gè)不同部位的行程開關(guān)(SQ1SQ9)產(chǎn)生的通斷信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制器，通過(guò)PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部線圈來(lái)控制電動(dòng)機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位；其動(dòng)作過(guò)程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)；來(lái)滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手，可

29、編程控制器PLC，液壓，電磁閥ABSTRACTWith the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of the producti

30、on line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of modern economic development.The manipulator mechanical structure includes t

31、wo solenoid valves controlled by hydraulic manipulator steel to achieve the increased decline in sports and workpiece clamping action, the two different motor speed through the two motor coils positive control in order to achieve car of the fast-forward, slow forward, fast rewind, slow movement back

32、 movement; conversion by setting its action in various different parts of the trip switch (SQ1 SQ9) generated on-off signal transmission to the PLC controller, through the PLC internal different output signal, which drives the external coil to control the motor or solenoid valves have a different ac

33、tion, the robot can achieve precise positioning; their course of action include: decline in clamping increased, slow forward, fast forward, slow progress, the extension of , the drop in, relax, rise, slow back, rewind, slow back; its operation, including: Back in situ, manual, single-step, single cy

34、cle, continuous; to meet the production requirements of the various operations and maintenance.Keywords: handling mechanical hands, Programmable Logic Controller (PLC), hydraulic, solenoid valve目 錄前 言.1第一章機(jī)械手的概況1.1 搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況21.2 機(jī)械手的應(yīng)用意義31.3 機(jī)械手的開展概況3第三章搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作3.2 搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3

35、.3 搬運(yùn)機(jī)械手控制程序設(shè)計(jì)1 操作面板及動(dòng)作說(shuō)明2 I/O分配3 梯形圖的設(shè)計(jì)1 梯形圖的總體設(shè)計(jì)2 各局部梯形圖的設(shè)計(jì)3 繪制搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖結(jié) 論謝 辭參考文獻(xiàn). 附：語(yǔ)句表 梯形圖 I/O接線圖前 言機(jī)械手：mechanical hand，也被稱為自動(dòng)手，auto hand能模仿人手和臂的某些動(dòng)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(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身平安，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。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大局部組成。手部是用來(lái)抓持工件或工具的部件，根據(jù)

36、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(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)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(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)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(gè)自由度。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)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(dòng)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。機(jī)械手

37、通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步開展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。第一章 機(jī)械手概況在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效方法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要方

38、法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5。從這里可看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。國(guó)內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門中機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于以下幾方面：熱加工是高溫、危險(xiǎn)的笨重體力勞動(dòng)，很久以來(lái)就要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了提高工作效率，和確保工人的人身平安，尤其對(duì)于大件、少

39、量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時(shí)的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個(gè)組成局部。最近更在加工生產(chǎn)線、自動(dòng)線上應(yīng)用，成為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動(dòng)較多的部門之一，促進(jìn)了機(jī)械手的開展。目前國(guó)內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門，已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動(dòng)缸、裝卸軸箱、組裝輪對(duì)、去除石棉等，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機(jī)械手，可用以對(duì)客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆，以改善勞動(dòng)條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。

40、近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來(lái)越多的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下：應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)本錢，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。2.可以改善勞動(dòng)條件、防止人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可局部或全部代替人平安地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作

41、業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以防止由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。3.可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是開展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。機(jī)械手的開展概況與開展趨勢(shì)專用機(jī)械手經(jīng)過(guò)幾十年的開展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和開展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液

42、壓、氣動(dòng)等根底知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)開展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)的研究和開展一直比較活潑，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。早在40年代，隨著原子能工業(yè)的開展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。5060年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(Unimate)機(jī)械手即屬于這種類型。6070年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了

43、應(yīng)用階段。80-90年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是日本。90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的開展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、效勞業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速開展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化開展?？傊?，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代：第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為開環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力；改良的方向主要是將低本錢和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反響，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作

44、過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步開展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)開展的需要。因此，國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點(diǎn)開展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地開展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等

45、機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高精度，減少?zèng)_擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能地機(jī)械手，并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)根本單元。在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，開展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反響能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將

46、引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國(guó)外機(jī)械手的開展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反響外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時(shí)，即能更正，并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。視覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀即距離傳感器以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí)，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后傳送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。觸覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)反響控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件，通過(guò)裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通過(guò)裝在手指內(nèi)

47、側(cè)的壓力敏感元件來(lái)控制，到達(dá)自動(dòng)調(diào)整握力的大小。總之，隨著傳感技術(shù)的開展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到1995年，全世界約有50%的汽車由機(jī)械手裝配?，F(xiàn)今機(jī)械手的開展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.5 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用1. 可編程序控制器的應(yīng)用和開展概況可編程序控制器programmable controller，現(xiàn)在一般簡(jiǎn)稱為PLCprogrammable logic controller，它是以微處理器為根底，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技開展起來(lái)的一種通用

48、的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。在可編程序控制器問(wèn)世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí)，原有的接線刻控制盤柜就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò)大，對(duì)于而今的PLC幾乎可以說(shuō)但凡需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來(lái)PLC的性價(jià)比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械

49、、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。按PLC的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。1. 用于邏輯控制這是PLC最根本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等。2. 用于模擬量控制PLC通過(guò)模擬量I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量控制。3. 用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制NC及計(jì)算機(jī)控制CNC緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。4. 用于工業(yè)機(jī)器人控制5. 用于多層分布式控制系統(tǒng)高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O

50、之間、PLC與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。3. PLC的特點(diǎn)1. 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度變化等中可靠地工作，PLC的平均無(wú)故障間隔時(shí)間高，日本三菱公司的F1系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間間隔長(zhǎng)達(dá)30萬(wàn)h，這是一般微機(jī)所不能比較的。2. 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)由于PLC是采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。3. 編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便4. 組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣PLC既可用于開關(guān)量的控制又可用于模擬量的控

51、制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此，PLC應(yīng)用范圍很廣。5. 體積小、重量輕、功耗低PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗約1.2KW。機(jī)械手通常應(yīng)用于動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合來(lái)代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞動(dòng)，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被應(yīng)用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的電氣及流水線控制，而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng);控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng);編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便;組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣; 體積小、重量輕、功耗低等有點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于類似機(jī)械手的控制動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合，本設(shè)計(jì)正是以PLC控制為根底從

52、而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)。第二章 搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案本機(jī)械手用于生產(chǎn)線上工件的自動(dòng)搬運(yùn)，根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過(guò)程及控制要求分析，機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如圖31所示：圖21機(jī)械手的動(dòng)作周期如圖32所示由A、B兩個(gè)液壓缸完成工件的夾緊和提升的動(dòng)作，A缸通過(guò)一個(gè)單電兩位四通電磁換向閥控制工件的夾緊、放松，B缸通過(guò)一雙電兩位四通電磁閥控制機(jī)械手的升降；由小車實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的移動(dòng)。該小車由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一臺(tái)是高速，一臺(tái)是慢速。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)以慢快慢的形式進(jìn)行，返回時(shí)按慢快慢的形式后退。當(dāng)工件從傳送帶傳輸?shù)綑C(jī)械手下方時(shí)，工件碰壓行程開關(guān)SQ1，B缸活塞桿伸出，帶動(dòng)機(jī)械手下降，下降至終點(diǎn)碰壓行程開關(guān)SQ3與機(jī)械手夾鉗相

53、連的A缸活塞桿收進(jìn)，機(jī)械手將工件夾緊；當(dāng)工件夾緊到位時(shí)，行程開關(guān)SQ5動(dòng)作，B缸的活塞桿收進(jìn)，把工件提升；當(dāng)工件提升到最高位置時(shí)碰壓行程開關(guān)SQ4，啟動(dòng)小車慢速右行；當(dāng)小車碰壓行程開關(guān)SQ7時(shí)轉(zhuǎn)為快速行走；接近終點(diǎn)時(shí)小車碰壓行程開關(guān)SQ8，轉(zhuǎn)為慢速行走；行至右端行程開關(guān)SQ9，小車停止前進(jìn)；停留5秒后，B缸活塞桿再次外伸，機(jī)械手下降至終點(diǎn)，A缸活塞桿外伸帶動(dòng)夾鉗松開，將工件放下；然后機(jī)械手上升，小車以慢快慢的形式沿原路返回，恢復(fù)到圖示所示的原點(diǎn)位置。為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：?jiǎn)尾健沃芷?、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。

54、手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如，中選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升/下降按鈕，機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其它動(dòng)作以此類推?；卦唬寒?dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí)，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手即可按最短路徑的原那么返回到原點(diǎn)位置。單步運(yùn)行：供試用，即沒(méi)按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。單周期運(yùn)行：供首次檢驗(yàn)用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)周期后停止在原點(diǎn)位置連續(xù)運(yùn)行：正常使用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)并按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動(dòng)作。該機(jī)械手在自開工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇

55、開關(guān)放在“返回原位，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自開工作方式下。假設(shè)自開工作狀態(tài)解除，那么硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操作位置。第三章搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械局部和電氣控制局部的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如圖32所示圖32：機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖圖中設(shè)置9個(gè)行程開關(guān)SQ1SQ9用于檢測(cè)工件、小車、機(jī)械手的位置及機(jī)械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測(cè)開關(guān)；SQ2為小車原位檢測(cè)開關(guān)；SQ3、SQ4分別為機(jī)械手下降上升是否到位檢測(cè)開關(guān)；SQ5、SQ6分別為機(jī)械手夾緊放松檢測(cè)開關(guān)；SQ7、SQ8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開關(guān)；

56、SQ9為小車運(yùn)動(dòng)停止開關(guān)。包括主電路和控制電路的設(shè)計(jì)。主電路由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，即慢速電機(jī)和快速電機(jī)，分別拖動(dòng)小車慢行和快行，其控制如下：慢速電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1、KM2分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)；快速電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM3和KM4分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)。機(jī)械手的夾緊放松動(dòng)作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個(gè)液壓缸完成的，在通電情況下，機(jī)械手松開，得電時(shí)松開，可以防止在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中突然斷電導(dǎo)致的機(jī)械手松開，工件脫落的情況發(fā)生。根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求，控制操作包括手動(dòng)和自動(dòng)，手動(dòng)又包括手動(dòng)步進(jìn)、回原位操作，自動(dòng)控制包括單步、單周期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個(gè)檔位。手開工作方式下，手動(dòng)動(dòng)

57、作包括上升、下降、放松、快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退和復(fù)位，故設(shè)置六個(gè)動(dòng)作看官按鈕。各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行的同時(shí)均設(shè)有動(dòng)作指示燈。另外設(shè)有啟動(dòng)停止按鈕。其操作面板如圖33所示：圖33機(jī)械手操作面板示意圖3.4 I/O分配I/O設(shè)備即所需的I/O點(diǎn)數(shù)如下表所示：信號(hào)I/O設(shè)備I/O點(diǎn)數(shù)信號(hào)I/O設(shè)備I/O點(diǎn)數(shù)輸 入操作方式選擇旋鈕開關(guān)手動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)選擇按鈕啟動(dòng)停止按鈕行程開關(guān)5829輸 出交流接觸器控制線圈電磁閥動(dòng)作指示原點(diǎn)指示4381根據(jù)I/O點(diǎn)的分配要求及考慮10%到15%的I/O裕量，本設(shè)計(jì)PLC采用F160MR 36/24型，樣圖見圖3-4所示：圖34 F1-40MR樣圖控制電路設(shè)計(jì)主要是PLC輸入、輸出接

58、線的設(shè)計(jì)，其I/O分配如圖35所示。電氣接線圖見附圖圖35 PLC I/O接線控制圖第四章 搬運(yùn)機(jī)械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械手動(dòng)控制屬順序控制，故其手動(dòng)程序采用普通的PLC控制指令控制，自動(dòng)程序采用步進(jìn)梯形指令控制按照機(jī)械手控制和工藝流程的要求，在選擇“手動(dòng)方式時(shí)應(yīng)執(zhí)行手動(dòng)程序；在選擇“回原位時(shí)應(yīng)執(zhí)行回原位程序；在選擇自動(dòng)程序時(shí)應(yīng)執(zhí)行自動(dòng)程序。其中自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕按下時(shí)才執(zhí)行。故梯形圖的總體構(gòu)成如圖36所示。圖36搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制梯形圖總體構(gòu)成通用局部梯形圖分為三局部：1. 狀態(tài)器的初始化。初始化狀態(tài)器S600在手動(dòng)方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇開關(guān)置于“返回原位X514接通時(shí)，按下復(fù)位按

59、鈕X507時(shí)被置位，在“手動(dòng)操作X510接通時(shí)，S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動(dòng)做復(fù)位操作，即在方式選擇開關(guān)位于“手動(dòng)操作或“返回原位時(shí)，中間狀態(tài)器同步復(fù)位。故初始化梯形圖如圖37所示，如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開始繼續(xù)工作，那么不需要M71。圖37 狀態(tài)器初始化梯形圖2. 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。假設(shè)機(jī)械手工作在自開工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后按下啟動(dòng)按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步一步的向下傳遞，即可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)程序 時(shí)，轉(zhuǎn)換啟動(dòng)繼電器M575一直保持到停機(jī)按鈕按下為止。另一面采用M100檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng)M575和M100都接通時(shí)，從初

60、始狀態(tài)器開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，故其梯形圖如圖38所示。圖38狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)梯形圖3. 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖。激活特殊輔助繼電器M574并用步進(jìn)梯形指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時(shí)，狀態(tài)器的轉(zhuǎn)換就被自動(dòng)禁止。在“單周期工作期間，按下停止按鈕時(shí)，M574應(yīng)被鼓勵(lì)并自保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，從現(xiàn)行工步重新開始工作，M574應(yīng)復(fù)位，即重新允許新轉(zhuǎn)換。在“步進(jìn)工作方式時(shí)，M574應(yīng)始終工作，此時(shí)，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但沒(méi)按下一次啟動(dòng)按鈕時(shí)，M574斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次。在“手動(dòng)工作方式時(shí)禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)方式解除之后，按下啟動(dòng)按鈕，那么狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除，M574復(fù)位，。PLC在啟動(dòng)時(shí)，用初始