機械手操作控制裝置系統(tǒng)技術畢業(yè)設計

1、<p>　　電氣自動化技術專業(yè)畢業(yè)設計</p><p>　　設計課題：機械手操作控制裝置系統(tǒng)技術</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　工業(yè)機械手是工業(yè)生產的必然產物，它是一種模擬人體上肢的部分功能，按照預定要求輸送工件或握工具進行操作的自動化技術設備，對現(xiàn)實工業(yè)生產自動化，推動工業(yè)生產的進一步發(fā)展起到重要作

2、用。因而具有強大的生命力受到人們的廣泛重視和歡迎。實踐證明，工業(yè)機械手可以替代人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產率和自動化水平。工業(yè)生產中常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁,單調的操作，采用機械手是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其他優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展空間前途。</p><p>　　本課題通過應用PLC技術對其進行程序設

3、計，使其能將基本的運動更具體的展現(xiàn)在人們面前。本文將大致的介紹下機械手的組成部件，然后在選擇合適的傳動部件、驅動部件，同時本文還將闡述該機器人的具體運動步驟。</p><p>　　關鍵字：機械手；PLC；傳動部分；驅動部分</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1諸論1</b></

4、p><p>　　1.1 機器人概述1</p><p>　　1.2 機器人的歷史、現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 機器人發(fā)展趨勢1</p><p>　　2 機器人試驗平臺介紹及機械手的設計2</p><p>　　2.1 機械手的機械傳動概述2</p><p>　　2．1．2機械手的系統(tǒng)控

5、制要求：2</p><p>　　2.2 驅動部分2</p><p>　　2.3 電機的選擇3</p><p>　　2.4電機的校準3</p><p>　　2．5 繼電器的選擇4</p><p>　　3.1 控制部分4</p><p>　　3.1.1 程序步驟5</p>

6、<p>　　3.1.2 I/O分配6</p><p>　　3.1.3 外部接線圖7</p><p><b>　　3.2 程序7</b></p><p><b>　　結論11</b></p><p><b>　　致謝12</b></p>&l

7、t;p><b>　　參考文獻13</b></p><p><b>　　1諸論</b></p><p><b>　　1.1 機器人概述</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題。在化工等連續(xù)形象生產過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等

8、生產是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產自動化的有效辦法：程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。機器人的出現(xiàn)并得到應用，為這些作業(yè)的機械化奠定了良好的基礎。</p><p>　　簡而言之，機器人就是用機器代替人手，把工件由一個地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操控工件進行加工。</

9、p><p>　　1.2 機器人的歷史、現(xiàn)狀</p><p>　　機器人首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機器人。它的結構特點是機體上安裝一回轉長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構，控制系統(tǒng)是示教型的。</p><p>　　日本是工業(yè)機器人發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種典型機器人后，大力從事機器人的研究。</p>

10、<p>　　隨著工業(yè)機器人研究制造和應用領域不斷擴大，國際型學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。國際工業(yè)機器人會議ISIR決定每年召開一次會議，討論和研究機器人的發(fā)展及應用問題。</p><p>　　目前，工業(yè)機器人主要用于裝卸、搬運、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產發(fā)展的需要。使用工業(yè)機器人代替人工操作的，主要在危險作業(yè)（廣義的）、多粉

11、塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適合人工作業(yè)的地方。</p><p>　　我國雖然開始研制工業(yè)機器人僅比日本晚5-6年，但由于種種原因，工業(yè)機器人技術的發(fā)展比較慢。目前我國已開始有計劃地從國外引進工業(yè)機器人技術，通過引進、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機器人將會獲得快速的發(fā)展。</p><p>　　1.3 機器人發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著現(xiàn)代化生產技術的提高，機器人

12、設計生產能力進一步得到加強，尤其當機器人的生產于柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而改變目前機械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產效率。</p><p>　　就目前來看，總的來說現(xiàn)代工業(yè)機器人有以下幾個發(fā)展趨勢：</p><p>　?、偬岣哌\動速度和運動精度，減少重量和占用空間，加速機器人功能部件的標準化和模塊化，將機器人的各個機械模塊、控制模塊、檢測模塊組成結構不同的機器人。</p

13、><p>　?、陂_發(fā)各種新型結構用于不同類型的場合，如開發(fā)微動機構用以保證精度；開發(fā)多關節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機器人，以適應不同的場合。</p><p>　　2 機器人試驗平臺介紹及機械手的設計</p><p>　　該設計的目的是為了設計一臺物料搬運機器人,同時對于該機器人的極限負載能力定為30公斤（并不包括機械手自己本身的重量）。</p>

14、<p>　　2.1 機械手的機械傳動概述</p><p>　　工業(yè)機器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使機器人直接用于抓取和握緊（吸附）專用工具（如噴槍、扳手、焊具、噴頭等）進行操作的部分。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、大小、重量、材質及表面狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機器人末端操作器是多種多樣的，大致科分為：（1）夾鉗式取料手（2）吸附式取料手（3）專用操作器及轉換器

15、（4）仿生多指靈巧手。本文設計的是物料搬運機器人，并不需要復雜的多指人工指。手指是直接與工件接觸的部件。手指松開和夾緊工件是通過手指的張開與閉合來實現(xiàn)的。該設計采用兩個手指，其外形如圖2.1： </p><p>　　圖2.1 機械手手指形狀（中心線對稱）</p><p>　　2．1．2機械手的系統(tǒng)控制要求 </p><p>　　1）在傳輸帶A端有光電開關。當光電開關

16、檢測到物品時為ON狀態(tài)； 2）機械手在原位時，按下啟動按鈕，系統(tǒng)啟動 ，傳送帶A運轉。當光電開關檢測到物品后，傳送帶A停止；</p><p>　　3）傳送帶A停止后，機械手進行一次循環(huán)動作，把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B（連續(xù)運轉）上；</p><p>　　4）按下停止按鈕，應等到整個循環(huán)完成后回到機械手原位，才會停止工作； 2.2 驅動

17、部分</p><p>　　該機器人一共具有左伸右縮、左右移動、上下移動、緊松動作以及兩條輸送帶的運行，故一共需要六個動力源。</p><p>　　機器人常用的驅動方式有液壓驅動、氣壓驅動和電機驅動三種類型。</p><p><b>　?、僖簤候寗樱?lt;/b></p><p>　　a）控制性能：利用液體的不可壓縮性，控制精度

18、較高，輸出功率大，可無級調速，反應靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制； </p><p><b>　?、跉鈩域寗樱?lt;/b></p><p>　　a）控制性能：氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制；</p><p><b>　?、?電機驅動：</b></p><p>

19、;　　a）輸出功率：較大；</p><p>　　b）控制精度高，功率較大，能精確定位，反應靈敏，可實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復雜； </p><p>　　c）響應速度：很高；</p><p>　　機器人驅動系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，通常對機器人的驅動系統(tǒng)要求有：</p><p>　　①驅動系統(tǒng)的質量盡可能要輕，單位質量的輸

20、出功率要高，效率也要高；</p><p>　　②反應速度要快，即要求力矩質量比和力矩轉動慣量比要大，能夠進行頻繁</p><p>　　地起、制動，正、反轉切換；</p><p>　?、垓寗颖M可能的靈活，位移偏差和速度偏差要??；</p><p><b>　?、馨踩煽浚?lt;/b></p><p>&l

21、t;b>　　⑤操作和維修方便；</b></p><p>　　⑥對環(huán)境無污染，噪聲要小；</p><p>　?、呓洕虾侠?，尤其要盡量減少占地面積。</p><p>　　基于上述驅動系統(tǒng)的特點和機器人驅動系統(tǒng)的設計要求，本文選用三相異步電機驅動的方式對機器人進行驅動。</p><p>　　2.3 電機的選擇</p>

22、;<p>　　負載轉矩T2=50N·1M</p><p>　　n1=60f1÷p=60×50÷3=1000r/min </p><p>　　n1:同步轉速 </p><p><b>　　f1:頻率 </b></p><p><b&

23、gt;　　p：極對數(shù)</b></p><p>　　根據(jù) T2=P2÷=P2÷（2×3.14×1000÷60）=50N·1M </p><p>　　T2：輸出轉距 </p><p><b>　　P2；輸出功率 </b></p><p>　

24、　n :定子轉速 </p><p>　　所以，P2=5.2KW</p><p>　　因此，根據(jù)這些條件，選擇Y2-160M-6電機，其額定功率為7.5KW,額定電流為17A,額定電壓為380V，額定轉速為970r/min，功率因數(shù)為0.8。</p><p>　　由于該電機的額定電流比較大，從而導致電機的瞬間啟動電流會很大，導致電動機燒壞；所以在電動機啟動時，應該

25、采用降壓啟動。同時，在實際的運行中，機械手還應該安裝變速器使實際轉速下降，大大降低機械手的移動速度，使其大約在0.6m/s左右。</p><p><b>　　2.4電機的校準</b></p><p>　　⑴ T2=P2÷=7500÷2÷3.1415926÷970×60=73.8350N·M≥50 N

26、3;M</p><p><b>　　能滿足設計要求</b></p><p>　?、?Sn=(n1-Nn）÷n1=（1000-970）÷1000=0.03 </p><p>　　Sn：額定轉差率 </p><p>　　n1： 同步轉速 </p><p>

27、<b>　　Nn：額定轉速</b></p><p><b>　　所以損耗為</b></p><p>　　SnPem=0.03×7500÷（1-0.03）=232.0W</p><p>　　Sn：額定轉差率 </p><p><b>　　Pem：電磁功率 </

28、b></p><p>　　同時，該電機的散熱系數(shù)為3.5。</p><p>　　所以，根據(jù) 溫升公式</p><p>　　C：溫升 </p><p><b>　?。簱p耗 </b></p><p><b>　　A：散熱系數(shù)</b><

29、/p><p>　　電機的溫升為232.0÷3.5=66.3。</p><p>　　溫升是以B級考核的，即允許的溫升為130-40=90≥66.3，故該電機符合實際應用情況。</p><p>　　2．5 繼電器的選擇</p><p>　　由于繼電器的額定的電流應為電動機額定電流的1.1-1.25倍，所以繼電器的額定的電流為18.7-21.

30、25A。同時，PLC 所接的電壓為AC220，因此，選擇TK-E5B-C。</p><p>　　該繼電器參數(shù)為：額定電流為18-26A，且滿足電壓的需求，故該繼電器能滿足設計需求。</p><p><b>　　3.1 控制部分</b></p><p>　　西門子S7-200PLC具有：1）極高的可靠性；2）極豐富的指令集；3）易于掌握； 4）便

31、捷的操作； 5）實時特性； 6）豐富的擴展模塊；7）最主要的是，設計的機械手中I/O有13入/12出。所以，該程序設計中采用了西門子S7-200PLC的CPU型號為226（24入/16出）。同時，選擇的限位開關的型號為M4-4104，額定電流為25A，符合設計要求。</p><p>　　3.1.1 程序步驟</p><p>　　圖3.1.1 機械手運行圖</p><p&

32、gt;　　向左伸長：在I0.4檢測到物體閉合時，由于I0.5處于閉合狀態(tài)(向左伸長的限位開關），故Q0.5得電閉合，使機械手開始往左伸長（網絡6）</p><p><b>　　右移：（網絡7）</b></p><p><b>　　下移：（網絡8）</b></p><p><b>　　夾緊：（網絡9）</b&

33、gt;</p><p><b>　　左移：（網絡10）</b></p><p><b>　　放開：（網絡12）</b></p><p><b>　　上移：（網絡13）</b></p><p>　　向右收縮：（網絡14）</p><p>　　該機械手是自動

34、運行的。當按下啟動按鈕時，機械手就會進行循環(huán)動作。若遇到緊急情況時，可按下停止按鈕。當機械手在原位時，機械手就會直接停止；若機械手正處于工作狀態(tài)，那么按下停止按鈕，機械手也不會馬上停止，只有等機械手回到原位，才會停止；同時，輸送帶B也只有等機械手回到原位時才會停止。</p><p>　　3.1.2 I/O分配</p><p>　　表3.1.2 I/O分配</p><p

35、>　　3.1.3 外部接線圖</p><p>　　圖3.1.3 外接接線圖</p><p><b>　　3.2 程序</b></p><p><b>　　網絡1</b></p><p><b>　　網絡2</b></p><p><b&g

36、t;　　網絡3</b></p><p><b>　　網絡4</b></p><p><b>　　網絡5</b></p><p><b>　　網絡6</b></p><p><b>　　網絡7</b></p><p>&l

37、t;b>　　網絡8</b></p><p><b>　　網絡9</b></p><p><b>　　網絡10</b></p><p><b>　　網絡11</b></p><p><b>　　網絡12</b></p><

38、;p><b>　　網絡13</b></p><p><b>　　網絡14</b></p><p><b>　　結論</b></p><p>　　隨著經濟的快速發(fā)展，科技的日新月異，機械手勢必會成為我們生活上不可或缺的一部分。 本文所設計的機械手不僅包含了PLC程序設計，還囊括了設備選型，電氣原理

39、圖以及CAD圖紙。它是利用電動機執(zhí)行，PLC控制的自動化機械手。采用PLC程序控制不僅具有可靠性高，改變程序靈活的優(yōu)點。無論是實現(xiàn)點動，單循環(huán)還是循環(huán)控制，均可通過更改PLC程序來實現(xiàn)，使該機械手有更大的作用空間。實踐證明：正是因為機械手具有各種人手所不具備的功能，在某些方面，機械手正有逐步取代手工操作的趨勢。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>

40、;　　本論文在**老師及各位教務處老師的的悉心指導和嚴格要求下業(yè)已完成，從課題選擇到具體構思和內容，無不凝聚著老師們的心血和汗水，也始終感受著老師們的精心指導和無私的關懷，我受益匪淺。 </p><p>　　這次做論文的經歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學在以后學習中激勵我繼續(xù)進習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就

41、不叫論文了。希望這次的經歷能讓我進步。不積跬步何以至千里，本設計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向全體老師表示由衷的謝意。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]李益民，《電機與電氣控制技術》，高等教

42、育出版社，2006</p><p>　　[2]許曉峰，《電機與拖動》 （第二版）， 高等教育出版社，2007</p><p>　　[3]張勇，《電機拖動與控制》，機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[4]劉子林，《電機與電氣控制》，電子工業(yè)出版，2003</p><p>　　[5]田效伍，《電氣控制與PLC應用技術》，機械工業(yè)出版社

43、，2008</p><p>　　[6]常文平，《電氣控制與PLC原理及運用》，西安電子科技大學出版社，2006 </p><p>　　[7]孫平，《可編程控制器原理及應用》，高等教育出版社，2003 </p><p>　　[8]常曉玲，《電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器》，機械工業(yè)出版社 ，2004</p><p>　　[9]余雷聲，《電氣控制與P