機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文

1、Coca-cola standardization office ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18畢業(yè)論文機(jī)械手控制系部名稱(chēng)：機(jī)電工程系班 級(jí)：機(jī)電一體化二班學(xué) 號(hào)：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(dòng)化程度及其安全可靠性。機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)多工步的自動(dòng)換裝，使用可靠 安全，通過(guò)程序更換就可以實(shí)現(xiàn)功能升級(jí)。機(jī)械手在擴(kuò)大生產(chǎn)范圉，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(dòng)強(qiáng)度起到重要作 用。由于工業(yè)自動(dòng)化的全面發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，對(duì)工作

2、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)化的要求，因此，必須利用先進(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(guò)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，還能代替人類(lèi)完成高強(qiáng) 度、危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類(lèi)勞動(dòng)強(qiáng)度，可以說(shuō)是一舉兩得。在機(jī)械行 業(yè)中，機(jī)械手越來(lái)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。日前，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(gè)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(gè)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

3、置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。但U前我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程 應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究 和開(kāi)發(fā)直接影響到我國(guó)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)具有重要意義。關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化；機(jī)械化；FMS; FMC;機(jī)械手研究開(kāi)發(fā)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(dòng)作功能，用以按固泄程序抓取、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)的現(xiàn)代機(jī)器人。（-）發(fā)展歷史機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1954年美國(guó)戴沃爾最早提岀了工業(yè)機(jī)器人的

4、概念，并 申請(qǐng)了專(zhuān)利。該專(zhuān)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(duì)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。：L958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制岀第一臺(tái)機(jī)械手釧接機(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(guó)AMF公司推出的“VERSTRAN”和 UNIMATION公司推岀的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類(lèi)似人的手和臂組成它可代替人 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(mén)。（二）構(gòu)成部分機(jī)械手

5、主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)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(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苣和姿勢(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(chēng)為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位垃和方位的物體，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，英結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專(zhuān)用機(jī)械手有23個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自 由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特泄動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋

6、的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。 控制系統(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(guò)對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。（三）機(jī)械手分類(lèi)機(jī)械手的種類(lèi)，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 羽可分為專(zhuān)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。（四）多關(guān)節(jié)機(jī)械手的優(yōu)勢(shì)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(guò)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(duì)多關(guān)節(jié)手臂的靈活 性，左位精度及作業(yè)空間等提出越來(lái)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(gè)到十幾個(gè)甚至更多，其外形也

7、不局限于像人的手臂，而根據(jù)不同的場(chǎng)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。（五）機(jī)械手發(fā)展大事記1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制岀第一臺(tái)機(jī)械手。（電磁鐵工件抓放機(jī)構(gòu)）1962年，美國(guó)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(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-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)，泄位誤差小于±1亳米。聯(lián)邦徳國(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。二、西門(mén)子公司及S7-200主要參數(shù)功能介紹西門(mén)子股份公司（SIEMENS AG FWB： SIE

8、, NYSE： SI）是世界最大的機(jī)電類(lèi)公司之 一，1847年由維爾納馮四門(mén)子建立。如今，它的國(guó)際總部位于徳國(guó)慕尼黑。西門(mén)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(mén)子全集團(tuán)在190 個(gè)國(guó)家和地區(qū)雇用員工460, 800人，全球收入為億歐元（2004年為億歐元），稅后利潤(rùn)較 2004年的億歐元降至億歐元。四門(mén)子是一家大型國(guó)際公司，其業(yè)務(wù)颯及全球190多個(gè)國(guó)家，在全世界擁有大約 600家工廠、研發(fā)中心和銷(xiāo)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(dòng) 化和控制、電力、交通、醫(yī)療系統(tǒng)和照明。西門(mén)子的全球業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)分別由13個(gè)業(yè)務(wù)集團(tuán)負(fù) 責(zé)，英中包括西門(mén)子財(cái)

9、務(wù)服務(wù)有限公司和西門(mén)子房地資產(chǎn)管理集團(tuán)。此外，四門(mén)子還擁有兩 家合資企業(yè)一一博士一西門(mén)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，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè) 及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)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) 雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。（-）適用范圍S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮苴強(qiáng)大功能。使用范用可覆蓋從替代繼電 器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)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)

10、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(hào)的8種CPU供您使用。（二）模擬電位器CPU221/222 1 個(gè)CPU224/224XP/226 2 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)左位任務(wù)。（四）電池模塊用于長(zhǎng)時(shí)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(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通 過(guò)內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長(zhǎng)存貯時(shí)間到200天（10年壽命）。電 池模塊插在存儲(chǔ)器模塊的卡槽中。（五）各型號(hào)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

11、/O點(diǎn)。無(wú)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，具有PPI通訊協(xié)議、HPI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(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。可連接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高速訃數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸岀。1個(gè) RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、HPI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輸岀共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？?/p>

12、連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展 至168路數(shù)字呈：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,具有PID控制器° 1個(gè)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(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MI/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,具有P

13、ID控制器。2個(gè)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/輸岀點(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?？赏耆m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(jì)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(dòng)，模擬界面的右側(cè)為按控制要求設(shè)汁的操作臺(tái)。（一）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(shí)要首先選擇工作方式，然后 操作對(duì)應(yīng)按鈕。（二）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(shí)現(xiàn)左移、右移、上移、下

14、移、加緊、放松各個(gè)動(dòng)作的單獨(dú)調(diào)整。2. 連續(xù)工作方式按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手按下降一加緊一上升一右移一下降一放松一上升一左移的順序周 而復(fù)始的連續(xù)工作：按下停止按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)結(jié)朿本周期的工作，回到原位后停止。按 下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車(chē)。3. 單周工作方式按下起動(dòng)按鈕后，機(jī)械手按下降一加緊一上升一右移一下降一放松一上升一左移的 順序自動(dòng)工作一個(gè)周期停止。若要再工作一個(gè)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)朿本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車(chē)。4. 步進(jìn)工作方式每按一次起動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車(chē)。（三）程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)由

15、機(jī)械手的工作過(guò)程可知，這是一個(gè)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(xiě)程序。首先應(yīng)繪出連續(xù)工作時(shí)的功能表圖，然后直接列寫(xiě)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(lái)完成。為了將每一 步的工作狀態(tài)顯示出來(lái)，動(dòng)畫(huà)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(lái)分別表示的運(yùn)行狀態(tài)。編程過(guò)程中，需要注意特別處理的問(wèn) 題是、和、步的動(dòng)作問(wèn)題，雖然、步都杲下降操作，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

16、過(guò)經(jīng)驗(yàn)修改實(shí)現(xiàn)。義要點(diǎn)是是設(shè) 法阻止機(jī)械手在一個(gè)周期工作結(jié)束后自動(dòng)進(jìn)入下一周期，一般在下降的啟動(dòng)回路想辦法。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）程序結(jié)構(gòu)框圖四、圖基于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)該設(shè)計(jì)方式初步滿足了設(shè)計(jì)要求，實(shí)驗(yàn)證明能夠按照設(shè)定的工作方式穩(wěn)泄運(yùn)行。以 上是在同一個(gè)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(shí) 際上也可以采用分段跳轉(zhuǎn)的辦法來(lái)完成這三種操作。這種方法編制的程序結(jié)構(gòu)淸晰，但程序 數(shù)量長(zhǎng)于前一種方法。致謝歲月如梭，如歌。轉(zhuǎn)眼

17、間，三年的大學(xué)求學(xué)生活即將結(jié)朿，站在畢業(yè)的門(mén)檻上， 回首往昔，奮斗和辛勞成為絲線的記憶，甜美與歡笑也都?jí)m埃落圧。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)，以英博大包容的情懷胸襟、浪漫充實(shí)的校園 生活療我成人。值此畢業(yè)論文完成之際，我謹(jǐn)向所有關(guān)心、愛(ài)護(hù)、幫助我的人們表示最誠(chéng) 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(lái)，老師 淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師徳，樸實(shí)無(wú) 華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。老師不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載， 卻賦予我終生受益無(wú)窮之逍。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(kāi)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(kāi)題、初稿、預(yù)答辯期間所提出的寶貴意見(jiàn)，感謝機(jī)電工程系為本論文提供的數(shù)據(jù)和 建