机电一体化专业毕业论文

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1、结业论文之 迟 辟 智 美 创 作题目名称：机械手控制系部名称：机电工程系班 级：机电一体化二班学 号： 0000学生姓名：XX指导教师： XX2011 年 11 月机械手控制 摘要 生产技术和生产力的高速发展，要求现代化企业必需有更高的生产效率，更高的 自动化水平及其平安可靠性.机械手可以实现多工步的自动换装，使用可靠平安， 通过法式更换就可以实现功能升级.机械手在扩年夜生产范围，缩短新产物的试制 周期，加速产物的更新换代，降低本钱和减轻工人劳动强度起到重要作用. 由于工业自动化的全面发展和科学技术的不竭提高，对工作效率的提高迫在眉睫. 纯真的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必需利

2、用先进设备生产自 动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求.其中机械手是其发展过程中的 重要产物之一，它不单提高了劳动生产的效率，还能取代人类完成高强度、危险 重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得.在机械行业中，机械手 越来越广泛的获得应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别 是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍.目前，机械手已发展成为柔性制 造系统FMS和柔性制造单位FMC中一个重要组成部份.把机床设备和机械手共同 构成一个柔性加工系统或柔性制造单位，可以节省庞年夜的工件输送装置，结构 紧凑，而且适应性很强.但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和

3、国外 比还有一定的距离，应用规模和财富化水平低，机械手的研究和开发直接影响到 我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分需要的.因 此，进行机械手的研究设计具有重要意义.关键词： 工业自动化;机械化; FMS; FMC; 机械手研究开发目录摘要一、 机械手发展经历及主要构成 0（一）发展历史0（二）构成部份0（三）机械手分类0（四）多关节机械手的优势0（五）机械手发展年夜事记1二、西门子公司及 S7-200 主要参数功能介绍 1（一）适用范围1（二）模拟电位器2（三）脉冲输出2（四）电池模块2（五）各型号的优点2 三、机械手设计要求及功能3（一）控制要求 3（二）机械手运行

4、方式 31. 调整工作方式 32. 连续工作方式 33. 单周工作方式 34. 步进工作方式 3（三）法式设计要点4（四）法式结构框图4四、基于S7-200的机械手PLC控制法式5五、分析该设计优缺点 5致谢5参考资料6机械手控制一、 机械手发展经历及主要构成机械手是能模仿人手和臂的某些举措功能，用以按固定法式抓取、搬运物件或把 持工具的自动把持装置机械手是最早呈现的工业机器人，也是最早呈现的现代机 器人.（一）发展历史机械手首先是从美国开始研制的.1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的 概念，并申请了专利.该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手 对机器人进行举措示教，机器人

5、能实现举措的记录和再现.这就是所谓的示教再现 机器人.现有的机器人差未几都采纳这种控制方式.1958 年美国联合控制公司研制 出第一台机械手铆接机器人.作为机器人产物最早的实用机型（示教再现）是1962 年美国 AMF公司推出的“VERSTRAN”和 UNIMATION公司推出的“UNIMATE”. 这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可取代人的繁重劳动以实现生产的 机械化和自动化，能在有害环境下把持以呵护人身平安，因而广泛应用于机械制 造、冶金、电子、轻工和原子能等部份.（二）构成部份 机械手主要由手部、运念头构和控制系统三年夜部份组成.手部是用来抓持工件（或 工具）的部件，根据被抓持物

6、件的形状、尺寸、重量、资料和作业要求而有多种 结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等.运念头构，使手部完成各种转动（摆动）、 移动或复合运动来实现规定的举措，改变被抓持物件的位置和姿势.运念头构的升 降、伸缩、旋转等自力运动方式，称为机械手的自由度.为了抓取空间中任意位置 和方位的物体，需有6个自由度.自由度是机 械手设计的关 键参数.自由 度越多， 机械手的灵活性越年夜，通用性越广，其结构也越复杂一般专用机械手有23个 自由度.控制系统是通过对机械手每个自由度的机电的控制，来完成特定举措.同时 接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制.控制系统的核心通常是由单片机或 dsp 等微控制芯片构成，

7、通过对其编程实现所要功能.（三）机械手分类机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手； 按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点 位控制和连续轨迹控制机械手等.（四）多关节机械手的优势多关节机械手的优点是:举措灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座 的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作.随着生产的需要，对多 关节手臂的灵活性，定位精度及作业空间等提出越来越高的要求.多关节手臂也突 破了传统的概念，其关节数量可以从三个到十几个甚至更多，其外形也不局限于 像人的手臂，而根据分歧的场所有所变动，多关节手臂的优良性能是单关节机械

8、手所不能比力的.（五）机械手发展年夜事记1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手.（电磁铁工件抓放机构）1962 年，美国联合控制公司试制成一台数控示教再现型机械手.1978 年美 国 Unimate 公 司和 斯坦福 年夜 学，麻 省理 工学院联 合研制 一种 Unimate-Vicarm 型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业， 定位误差小于1 毫米.联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采纳关节式结构和法式控制.二、西门子公司及S7-200主要参数功能介绍西门子股份公司（SIEMENS AG FWB： SIE, NYSE： SI）是世界最年夜的机电类公 司之一，

9、1847年由维尔纳冯.西门子建立.如今，它的国际总部位于德国慕尼黑.西 门子股份公司是在法兰克福证券交易所和纽约证券交易所上市的公司.2005年，西 门子全集团在190个国家和地域雇用员工460,800人，全球收入为754.45亿欧元 （2004年为702.37亿欧元），税后利润较2004年的36.6亿欧元降至24.2亿欧元.西门子是一家年夜型国际公司，其业务广泛全球190多个国家，在全世界拥有年 夜约 600家工厂、研发中心和销售处事处.公司的业务主要集中于 6年夜领域：信 息和通讯、自动化和控制、电力、交通、医疗系统和照明.西门子的全球业务运营 分别由 13个业务集团负责，其中包括西门子财

10、政服务有限公司和西门子房地资产 管理集团.另外，西门子还拥有两家合资企业博士西门子家用电器集团和富 士通计算机（控股）公司.S7-200 是一种小型的可编程控制器，适用于各行各业，各种场所中的检测、监测 及控制的自动化.S7-200系列的强年夜功能使其无论在自力运行中，或相连成网络 皆能实现复杂控制功能.因此S7-200系列具有极高的性能/价格比.（一）适用范围S7-200 系列在集散自动化系统中充沛发挥其强年夜功能.使用范围可覆盖从替代继 电器的简单控制到更复杂的自动化控制.应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测， 自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、 环境

11、呵护设备等等.如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调， 电梯控制，运动系统.S7-200 系列 PLC 可提供 4 个分歧的基本型号的 8 种 CPU 供您使用.（二）模拟电位器CPU221/222 1 个CPU224/224XP/226 2 个（三）脉冲输出2 路高频率脉冲输出（最年夜 20KHz ），用于控制步进机电或伺服机电实现定位任 务.（四）电池模块 用于长时间数据后备.用户数据（如标识表记标帜位状态，数据块，按时器，计数 器）可通过内部的超级电容存贮年夜约 5 天.选用电池模块能延长存贮时间到 200 天（10 年寿命）.电池模块插在存储器模块的卡槽中.（五）各型号的

12、优点CPU221本机集成6输入/4输出共10个数字量I/O点.无I/O扩展能力.6K字节法式和数据 存储空间.4 个自力的 30kHz 高速计数器，2 路自力的 20kHz 高速脉冲输出.1 个 RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力.非常 适合于小点数控制的微型控制器.CPU222本机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点.可连接2个扩展模块.6K字节法式和 数据存储空间.4 个自力的 30kHz 高速计数器， 2 路自力的 20kHz 高速脉冲输出.1 个 RS485 通讯/编程口，具有 PPI 通讯协议、 MPI 通讯协议和自由方式通讯能力. 非常

13、适合于小点数控制的微型控制器.CPU224本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点.可连接7个扩展模块，最年夜扩展 至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点.13K字节法式和数据存储空间.6个自 力的30kHz高速计数器，2路自力的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器.1个 RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力.I/O 端子排可很容易地整体装配.是具有较强控制能力的控制器.CPU224XP本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点.可连接7个扩展模块,最年夜 扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点.13K字节法式和数据

14、存储空间.6 个自力的30kHz高速计数器，2路自力的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器.2 个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力.I/O 端子排可很容易地整体装配.用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能.可完全适 应于一些复杂的中小型控制系统.三、机械手设计要求及功能机械手模拟控制窗口如图所示.图中机械手可抓紧、放送工件，可上下、左右 移动，模拟界面的右侧为按控制要求设计的把持台.（一）控制要求 机械手设有调整、连续、单周及步进四种工作方式，工作时要首先选择工作 方式，然后

15、把持对应按钮.（二）机械手运行方式1. 调整工作方式 可按相应按钮实现左移、右移、上移、下移、加紧、放松各个举措的独自调 整.2. 连续工作方式按下起动按钮，机械手按下降f加紧f上升f右移f下降f放松f上升f左 移的顺序周而复始的连续工作；按下停止按钮，机械手将自动结束本周期的工作 回到原位后停止.按下急停按钮，系统立即停车.3. 单周工作方式按下起动按钮后，机械手按下降f加紧f上升f右移f下降f放松f上升f左移 的顺序自开工作一个周期停止.若要再工作一个周期，可再次按下起动按钮.按下停 止按钮，机械手将自动结束本周期的工作，回到原位后停止 .按下急停按钮，系统 立即停车.4. 步进工作方式

16、每按一次起动按钮，机械手完成一步举措后自动停止 .按下急停按钮，系统立 即停车.（三）法式设计要点由机械手的工作过程可知，这是一个典范的顺序控制系统.为此，可从机械手 的连续工作方式入手编写法式.首先应绘出连续工作时的功能表图，然后直接列 写逻辑表达式，用触点线圈指令编程，也可使用置位复位指令或顺序控制继电器 指令来完成.为了将每一步的工作状态显示出来，动画模拟软件使用了内部存储 器位 M51、M52、M53、M54、M55、M56、M57、M40、M41 来分别暗示 的运行状态.编程过程中，需要注意特别处置的问题是、和、步的举 措问题，虽然、步都是下降把持，但却具有分歧的意义，步下降是空钩下

17、 降，而步下降则是夹着工件下降、步的上升把持也是这样.单周期把持的法式实现可在连续工作法式的基础上通过经验修改实现 .其要 点是是设法阻止机械手在一个周期工作结束后自动进入下一周期，一般在下降的 启动回路想法子.单步把持的实现与单周期工作的实现是相似的.即设法在每一步工作结束后， 不是直接启动下一步的工作，而是等候启动按钮的命令后再工作.四）法式结构框图四、基于S7-200的机械手PLC控制法式五、分析该设计优缺点该设计方式初步满足了设计要求，实验证明能够依照设定的工作方式稳定运 行.以上是在同一个顺序控制法式中完成的连续工作、单周期工作和单步工作的法 式编制思路，实际上也可以采纳分段跳转的法

18、子来完成这三种把持.这种方法编制 的法式结构清晰，但法式数量长于前一种方法.致谢岁月如梭，如歌.转眼间，三年的年夜学求学生活即将结束，站在结业的门槛上， 回首往昔，奋斗和辛劳成为丝丝的记忆，甜美与欢笑也都尘埃落定.郑州经贸职业 学院以其优良的学习风气、 严谨的科研氛围教我求学，以其广博包容的情怀胸襟、 浪漫充分的校园生活育我成人.值此结业论文完成之际， 我谨向所有关心、爱惜、 帮手我的人们暗示最真挚的感谢与最美好的祝愿.本论文是在讲师 XX 老师的悉心 指导之下完成的.三年来，老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工 作作风，诲人不倦的高尚师德，朴实 无华、平易近人的人格魅力对我影响深

19、远 . 老师不单授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却赋予我终生受益无穷之道.本 论文从选题到完成，几易其稿，每一步都是在 XX 老师的指导下完成的，倾注了 老师年夜量的心血，在此我向我的老师 XX 暗示深切的谢意与祝福！本论文的完 成也离不开其他各位老师、同学和朋友的关心与帮手.在此也要感谢 XX 等各位老 师在论文开题、初稿、预辩论期间所提出的贵重意见，感谢机电工程系为本论文 提供的数据和建议，还要感谢同门的师兄师妹们，在论文创作过程中给我以许多 鼓励和帮手.回想整个论文的写作过程，虽有不容易， 却让我除却浮躁，经历了思 考和启示，也更加深切地体会了坚持的精髓和意义， 因此倍感珍惜. 最后，再次感谢所有关心和支持我的同学们和老师们！参考资料1林伟.典范机电一体化系统及应用M高等教育出书社2陈远玲、黎亚元、富国强 机床电气自动控制M重庆年夜学出书社王承义 机械手及其应用M机械工业出书社王建明自动线与工业机械手技术M天津年夜学出书社5杨后川、高建设 西门子S7-200PLC应用100例M电子工业出书社6肖峰、贺哲荣PLC编程100例M中国电力出书社