湖北黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目 錄摘 要 .1Abstract.21 緒論 .31.1 機(jī)器人概述 .32 機(jī)械手和 PLC 的基本概述 .52.1 機(jī)械手的概述 .52.2 PLC 概述 .73 機(jī)械手電路的設(shè)計(jì) .133.1 機(jī)械手電路的設(shè)計(jì)任務(wù) .133.2 機(jī)械手電路設(shè)計(jì)的要求 .133.3 機(jī)械手集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) .133.4 機(jī)械手電路的方案確定 .143.5 機(jī)械手系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) .153.6 機(jī)械手電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) .173.7 抗干擾的設(shè)計(jì) .213.8 機(jī)械電路系統(tǒng)的調(diào)試 .21結(jié) 論 .22謝辭 .23參考文獻(xiàn) .24附錄 1 .24黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院畢業(yè)論文1機(jī)械手控制電路的設(shè)計(jì)【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運(yùn)和固定式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運(yùn)方式，不但占用空間也不容易更變生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，加上需要人力監(jiān)督操作，更增加生產(chǎn)成本，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問(wèn)題。它集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。本設(shè)計(jì)就 PLC 在機(jī)械手控制上的應(yīng)用作了詳細(xì)闡述?！娟P(guān)鍵詞】 可編程控制器（PLC） 機(jī)械手 自動(dòng)控制黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院畢業(yè)論文2Design of manipulator control circuitAbstract：Along with sciences and technologys changing with each new day, the automaticity request is getting higher and higher, market competition intense, labor cost rise, formerly the manual control the transporting and the stationary conveyor belt tradition thing mode of transport primarily, not only takes the space not to be easy to change the production line structure, in addition needs the manpower monitor operation, increases the production cost, the original production feeds the installment not to be able to satisfy current highly automated by far the need. Reduces the labor intensity, the safeguard production reliability, the security, reduces the production cost, reduces the environmental pollution, to enhance the product the quality and the economic efficiency is the major issue which the enterprise produces must face. It integrates the automatic control technology, the Measurement Technique, the new sensor technology, the computer management technology in a bodys integration of machinery product; Carries on the centralism surveillance, the control supervisor fully using the computer technology to the production process and disperses the control; Has absorbed the dispersion-like control system and the common control systems merit fully, uses the standardization, the modulation, the systematized design, the disposition is nimble, the configuration is convenient. This design on PLC, in the manipulator controlled on to serve as the detailed elaboration.key words: programmable controller manipulator automatic control 黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院畢業(yè)論文31 緒論1.1 機(jī)器人概述在現(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。化工等連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(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)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。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。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。“工業(yè)機(jī)器人 ”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。機(jī)器人按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對(duì)工作空間最大，甚至能繞過(guò)基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機(jī)器人的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 1-1 所示。執(zhí)行 機(jī)構(gòu)機(jī)器人控 制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng) - 傳動(dòng)系統(tǒng)手部腕部臂部腰部基座部（ 固定或移動(dòng)）電 、液或氣 驅(qū) 動(dòng) 裝置單關(guān)節(jié) 伺服控制器關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)及 其它信息交換計(jì) 算機(jī)圖 1-1 機(jī)器人的一般組成對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺(jué)裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院畢業(yè)論文4的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖 1-2 所示。位 形檢測(cè)控 制系統(tǒng) （ 二）驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作對(duì)象智 能系統(tǒng)控 制系統(tǒng)（ 一 ）圖 1-2 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī)(Manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院畢業(yè)論文52 機(jī)械手和 PLC 的基本概述2.1 機(jī)械手的概述2.1.1 機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)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 辦 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 辦 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 ：1.熱 加 工 方 面 的 應(yīng) 用熱 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 安 全 ， 尤 其 對(duì) 于 大 件 、 少 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 。2.冷 加 工 方 面 的 應(yīng) 用冷 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 部 分 。 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 。3.拆 修 裝 方 面拆 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 發(fā) 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) 、 清 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 。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 。2.1.2 機(jī)械手的應(yīng)用意義在 機(jī) 械 工 業(yè) 中 ， 機(jī) 械 手 的 應(yīng) 用 意 義 可 以 概 括 如 下 ：1.可 以 提 高 生 產(chǎn) 過(guò) 程 的 自 動(dòng) 化 程 度應(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) 成 本 ， 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 、 避 免 人 身 事 故 在 高 溫 、 高 壓 、 低 溫 、 低 壓 、 有 灰 塵 、 噪 聲 、黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院畢業(yè)論文6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 部 分 或 全 部 代 替 人 安 全 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 業(yè) 的 操 作 中 ， 以 機(jī) 械 手 代 替 人 手 進(jìn)行 工 作 ， 可 以 避 免 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 發(fā) 展 機(jī) 械 工 業(yè) 的 必 然 趨 勢(shì) 。2.1.3 機(jī)械手的發(fā)展概況專 用 機(jī) 械 手 經(jīng) 過(guò) 幾 十 年 的 發(fā) 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 發(fā) 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 壓 、 氣 動(dòng) 等 基 礎(chǔ) 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) 發(fā) 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 發(fā) 展 一 直比 較 活 躍 ， 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 擴(kuò) 大 。早 在 40 年 代 ， 隨 著 原 子 能 工 業(yè) 的 發(fā) 展 ， 已 出 現(xiàn) 了 模 擬 關(guān) 節(jié) 式 的 第 一 代 機(jī) 械 手 。50 60 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 。60 70 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 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 發(fā) 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 、 服 務(wù) 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 發(fā) 展 ， 機(jī) 械 手 技 術(shù)也 得 到 飛 速 的 多 元 化 發(fā) 展 ?？?之 ， 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(kāi) 環(huán) 式 ， 沒(méi) 有 識(shí) 別 能 力 ； 改 進(jìn) 的方 向 主 要 是 將 低 成 本 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(tīng) 、 想 的 能 力 。 研 究 安 裝 各 種 傳 感 器 ， 把 接 收 到 的 信 息 反 饋 ， 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 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 發(fā) 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) 。2.1.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)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) 發(fā) 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) 發(fā) 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 發(fā) 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 。黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院畢業(yè)論文7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 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 沖 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) 基 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 ， 發(fā) 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 饋 能 力 ， 不 能 應(yīng) 付 外 界 的 變 化 。 如 發(fā) 生 某 些 偏 離 時(shí) ， 就將 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 發(fā) 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 饋 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 饋 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) 側(cè) 的 壓 力 敏 感 元 件 來(lái) 控 制 ， 達(dá) 到 自 動(dòng) 調(diào) 整 握 力 的 大小 。 總 之 ， 隨 著 傳 感 技 術(shù) 的 發(fā) 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 。現(xiàn) 今 機(jī) 械 手 的 發(fā) 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) 。2.2 PLC 概述2.2.1 PLC 簡(jiǎn)介自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)，PLC 得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC 的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC 在開(kāi)關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的 PLC 不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC 在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的 PLC 年增長(zhǎng)率保持為 20%30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和 PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來(lái) PLC 在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家 PLC 的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004 年全球 PLC 的銷售收入為 100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 PLC 是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的 PLC 只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入 PLC 的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC 的 CPU 內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過(guò)程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加 1，程序黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院畢業(yè)論文8從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為 END 指令） ，然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC 每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的 PLC，循環(huán)掃描周期在 1 微秒到幾十微秒之間。PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開(kāi)關(guān)量來(lái)處理，16 位（也有 32 位的）為一個(gè)模擬量。大型 PLC 使用另外一個(gè) CPU 來(lái)完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給 PLC 的控制器。相同 I/O 點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大約能省 40%左右） 。PLC 沒(méi)有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比 DCS 要低很多。一個(gè) PLC 的控制器，可以接收幾千個(gè) I/O 點(diǎn)（最多可達(dá) 8000 多個(gè) I/O） 。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用 PLC 較為合適。PLC 由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近 10 年來(lái)，隨著 PLC 價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)始采用 PLC 進(jìn)行控制， PLC 在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi) PLC 在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 通用 PLC 應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但 PLC 相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用 PLC 或定制 PLC 取代嵌入式控制器。2.2.2 PLC 內(nèi)部原理PLC 實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一致的,如圖 2-1 所示。圖 2-1 PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖1.中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院畢業(yè)論文9并能檢查用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū), 然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任