畢業(yè)論文：機(jī)電一體化畢業(yè)論文

機(jī)電一體化技術(shù)摘要生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)力的高速發(fā)展，規(guī)定當(dāng)代化公司必須有更高的生產(chǎn)效率，更高的自動(dòng)化程度及其安全可靠性。機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)多工步的自動(dòng)換裝，使用可靠安全，通過程序更換就能夠?qū)崿F(xiàn)功效升級。機(jī)械手在擴(kuò)大生產(chǎn)范疇，縮短新產(chǎn)品的試制周期，加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代，減少成本和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度起到重要作用。由于工業(yè)自動(dòng)化的全方面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不停提高，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(dòng)化的規(guī)定，因此，必須運(yùn)用先進(jìn)設(shè)備生產(chǎn)自動(dòng)化機(jī)械以取代人的勞動(dòng)，滿足工業(yè)自動(dòng)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(dòng)生產(chǎn)的效率，還能替代人類完畢高強(qiáng)度、危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠說是一舉兩得。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(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更為普遍。現(xiàn)在，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中一種重要構(gòu)成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一種柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，能夠節(jié)省龐大的工件輸送裝置，構(gòu)造緊湊，并且適應(yīng)性很強(qiáng)。但現(xiàn)在我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比尚有一定的距離，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(dòng)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(jì)含有重要意義。核心詞：工業(yè)自動(dòng)化;機(jī)械化;FMS;FMC;機(jī)械手研究開發(fā)

目錄摘要 一、機(jī)械手發(fā)展經(jīng)歷及重要構(gòu)成 （一）發(fā)展歷史 （二）構(gòu)成部分 （三）機(jī)械手分類 （四）多關(guān)節(jié)機(jī)械手的優(yōu)勢 （五）機(jī)械手發(fā)展大事記 二、西門子公司及S7-200重要參數(shù)功效介紹 （一）合用范疇 （二）模擬電位器 （三）脈沖輸出 （四）電池模塊 （五）各型號的優(yōu)點(diǎn) 三、機(jī)械手設(shè)計(jì)規(guī)定及功效 （一）控制規(guī)定 （二）機(jī)械手運(yùn)行方式 1.調(diào)節(jié)工作方式 2.持續(xù)工作方式 3.單周工作方式 4.步進(jìn)工作方式 （三）程序設(shè)計(jì)要點(diǎn) （四）程序構(gòu)造框圖 四、基于S7-200的機(jī)械手PLC控制程序 五、分析該設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn) 致謝 參考資料 機(jī)械手控制一、機(jī)械手發(fā)展經(jīng)歷及重要構(gòu)成機(jī)械手是能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功效，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。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)的當(dāng)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)，運(yùn)用人手對機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的統(tǒng)計(jì)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(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)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)器人重要由類似人的手和臂構(gòu)成它可替代人的繁重勞動(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)械手重要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分構(gòu)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)規(guī)定而有多個(gè)構(gòu)造形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完畢多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，變化被抓持物件的位置和姿勢。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)的核心參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其構(gòu)造也越復(fù)雜。普通專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完畢特定動(dòng)作。同時(shí)接受傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心普通是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實(shí)現(xiàn)所要功效。（三）機(jī)械手分類機(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；按合用范疇可分為專用機(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)位控制和持續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。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(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)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規(guī)定。多關(guān)節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念，其關(guān)節(jié)數(shù)量能夠從三個(gè)到十幾個(gè)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。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(tái)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(tái)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(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差不大于±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)式構(gòu)造和程序控制。二、西門子公司及S7-200重要參數(shù)功效介紹西門子股份公司（SIEMENSAGFWB：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。，西門子全集團(tuán)在190個(gè)國家和地區(qū)雇用員工460,800人，全球收入為754.45億歐元（為702.37億歐元），稅后利潤較的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(gè)國家，在全世界擁有大概600家工廠、研發(fā)中心和銷售辦事處。公司的業(yè)務(wù)重要集中于6大領(lǐng)域：信息和通訊、自動(dòng)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)行分別由13個(gè)業(yè)務(wù)集團(tuán)負(fù)責(zé)，其中涉及西門子財(cái)務(wù)服務(wù)有限公司和西門子房地資產(chǎn)管理集團(tuán)。另外，西門子還擁有兩家合資公司——博士－西門子家用電器集團(tuán)和富士通計(jì)算機(jī)（控股）公司。S7-200是一種小型的可編程控制器，合用于各行各業(yè)，多個(gè)場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功效使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功效。因此S7-200系列含有極高的性能/價(jià)格比。（一）合用范疇S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充足發(fā)揮其強(qiáng)大功效。使用范疇可覆蓋從替代繼電器的簡樸控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋全部與自動(dòng)檢測，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，涉及多個(gè)機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)保設(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(dòng)系統(tǒng)。S7-200系列PLC可提供4個(gè)不同的基本型號的8種CPU供您使用。模擬電位器CPU221/2221個(gè)CPU224/224XP/2262個(gè)（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(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。電池模塊用于長時(shí)間數(shù)據(jù)后備。顧客數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存貯大概5天。選用電池模塊能延長存貯時(shí)間到200天（壽命）。電池模塊插在存儲(chǔ)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(gè)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(chǔ)空間。4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。1個(gè)RS485通訊/編程口，含有PPI通訊合同、MPI通訊合同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(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接2個(gè)擴(kuò)展模塊。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。1個(gè)RS485通訊/編程口，含有PPI通訊合同、MPI通訊合同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(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)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(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，含有PID控制器。1個(gè)RS485通訊/編程口，含有PPI通訊合同、MPI通訊合同和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是含有較強(qiáng)控制能力的控制器。CPU224XP本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)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(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，含有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，含有PPI通訊合同、MPI通訊合同和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高規(guī)定的控制系統(tǒng)，含有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功效更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功效?？赏耆m應(yīng)于某些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。三、機(jī)械手設(shè)計(jì)規(guī)定及功效機(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(dòng)，模擬界面的右側(cè)為按控制規(guī)定設(shè)計(jì)的操作臺(tái)?？刂埔?guī)定機(jī)械手設(shè)有調(diào)節(jié)、持續(xù)、單周及步進(jìn)四種工作方式，工作時(shí)要首先選擇工作方式，然后操作對應(yīng)按鈕。機(jī)械手運(yùn)行方式調(diào)節(jié)工作方式可按對應(yīng)按鈕實(shí)現(xiàn)左移、右移、上移、下移、加緊、放松各個(gè)動(dòng)作的單獨(dú)調(diào)節(jié)。持續(xù)工作方式按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手按下降→加緊→上升→右移→下降→放松→上升→左移的次序周而復(fù)始的持續(xù)工作；按下停止按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)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)立刻停車。單周工作方式按下起動(dòng)按鈕后，機(jī)械手按下降→加緊→上升→右移→下降→放松→上升→左移的次序自開工作一種周期停止。若要再工作一種周期，可再次按下起動(dòng)按鈕。按下停止按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)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)立刻停車。步進(jìn)工作方式每按一次起動(dòng)按鈕，機(jī)械手完畢一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立刻停車。程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)由機(jī)械手的工作過程可知，這是一種典型的次序控制系統(tǒng)。為此，可從機(jī)械手的持續(xù)工作方式入手編寫程序。首先應(yīng)繪出持續(xù)工作時(shí)的功效表圖，然后直接列寫邏輯體現(xiàn)式，用觸點(diǎn)線圈指令編程，也可使用置位復(fù)位指令或次序控制繼電器指令來完畢。為了將每一步的工作狀態(tài)顯示出來，動(dòng)畫模擬軟件使用了內(nèi)部存儲(chǔ)器位M51、M52、M53、M54、M55、M56、M57、M40、M41來分別表達(dá)①～⑧的運(yùn)行狀態(tài)。編程過程中，需要注意特別解決的問題是①、⑤和③、⑦步的動(dòng)作問題，即使①、⑤步都是下降操作，但卻含有不同的意義，①步下降是空鉤下降，而⑤步下降則是夾著工件下降。③、⑦步的上升操作也是這樣。單周期操作的程序?qū)崿F(xiàn)可在持續(xù)工作程序的基礎(chǔ)上通過經(jīng)驗(yàn)修改實(shí)現(xiàn)。其要點(diǎn)是是設(shè)法制止機(jī)械手在一種周期工作結(jié)束后自動(dòng)進(jìn)入下一周期，普通在下降的啟動(dòng)回路想方法。單步操作的實(shí)現(xiàn)與單周期工作的實(shí)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(dòng)下一步的工作，而是等待啟動(dòng)按鈕的命令后再工作。（四）程序構(gòu)造框圖圖3.4.1四、分析該設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)該設(shè)計(jì)方式初步滿足了設(shè)計(jì)規(guī)定，實(shí)驗(yàn)證明能夠按照設(shè)定的工作方式穩(wěn)定運(yùn)行。以上是在同一種次序控制程序中完畢的持續(xù)工作、單周期工作和單步工作的程序編制思路，事實(shí)上也能夠采用分段跳轉(zhuǎn)的方法來完畢這三種操作。這種辦法編制的程序構(gòu)造清晰，但程序數(shù)量長于前一種辦法。

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，回眸往昔，奮斗和辛苦成為絲絲的記憶，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(shí)的校園生活育我成人。值此畢業(yè)論文完畢之際，我謹(jǐn)向全部關(guān)心、愛惜、協(xié)助我的人們表達(dá)最誠摯的感謝與最美妙的祝愿。本論文是在講師XX老師的悉心指導(dǎo)之下完畢的。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)，誨人不倦的崇高師德，樸實(shí)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，并且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻賦予我終身受益無窮之道。本論文從選題到完畢，幾易其稿，每一步都是在XX老師的指導(dǎo)下完畢的，傾注了老師大量的心血，在此我向我的老師XX表達(dá)深切的謝意與祝愿！本論文的完畢也離不開其它各位老師、同窗和朋友的關(guān)心與協(xié)助。在此也要感謝XX等各位老師在論文開題、初稿、預(yù)答辯期間所提出的貴重意見，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激