機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)論文機(jī)械手控制系部名稱：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(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)

2、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，還能代替人類完成高強(qiáng)度、危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，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(dòng)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(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

3、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)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(hào)的優(yōu)點(diǎn)3三、機(jī)械手設(shè)計(jì)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)

4、工作方式5（三）程序設(shè)計(jì)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(jì)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(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。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(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)

5、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)器人主要由類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。 (二）構(gòu)成部分 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

6、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)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變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?？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，來完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，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，通過對其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。（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

7、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。（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(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(tái)機(jī)械手。（電磁鐵工件抓放

8、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

9、證券交易所上市的公司。2005年，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（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(gè)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(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)營分別由13個(gè)業(yè)務(wù)集團(tuán)負(fù)責(zé)，其中包括西門子財(cái)務(wù)服務(wù)有限公司和西門子房地資產(chǎn)管理集團(tuán)。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(jì)算機(jī)（控股）公司。 S7-20

10、0 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(dòng)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(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。（一）適用范圍 S7-200系列在集散自動(dòng)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(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，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(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

11、供您使用。（2） 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)定位任務(wù)。（4） 電池模塊 用于長時(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）可通過內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長存貯時(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/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)RS48

12、5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(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，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(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

13、，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)。可連接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，具有PID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

14、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?？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)計(jì)的操作臺(tái)。（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(shí)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(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)整。2. 連續(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順序周而復(fù)始的連續(xù)工作；按下停止按鈕，機(jī)械手將

15、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)立即停車。3. 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)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(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。（3） 程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)由機(jī)械手的工作過程可知，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

16、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(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(dòng)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(yàn)修改實(shí)現(xiàn)。其要點(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

17、，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 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(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)定運(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?jí)m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

18、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(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，而且教我做人，雖歷時(shí)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