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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 嘉兴职业技术学院毕 业 设 计 （论 文）题目名称： 机械手的掌握系统姓 名：所在分院： 机电与汽车分院专业班级：指导老师：2022 年 6 月 1 日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要机械手是近几十年进展起来的一种高科技自动化生产设备；通过编程来完 成各种动作,它的精确性和多自由度,保证了机械手能在各种不同的环境中工 作；机械手在工业生产中应用较多,机械手的使用能够显著的提高生产效率,削减人为因素造成的废次品率；机械手可以完成很多工作,它在自动化车间中 用来
2、运输物料,从事多种工艺操作；它的特点是通过编程来完成各种预期的作 业,在构造和性能上兼有人和机器人的部分优点,特别表达了人的敏捷和谐和 机器人的精确到位；机械手是在机械自动化生产中逐步进展出的一种新型装置；现代生产过程 中机械手被广泛的应用到自动生产线中；机械手目前虽然不如人手的敏捷多 变,但它具有重复性,无疲惫,不惧危急,有大的抓举力气,因此越来越多的 被广泛运用；机械手技术涉及机械学、力学、自动掌握技术、传感技术、电气液压技 术,运算机可编程技术等,是一门跨学科综合技术；本课题在执行机构由电动和液压组成的结构基础上将 PLC 应用于其自动控 制系统,完成机械手系统的硬件及软件设计；关键词名
3、师归纳总结 数控；自动装卸；机械手；PLC第 2 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 目录1 引言 0 1.1 课题背景 0 1.2 机械手的进展 0 1.3 机械手的组成 1 1.4 应用机械手的意义 3 2 可编程器 PLC3 2.1 可编程掌握器的产生 3 2.2 PLC的特点 4 2.3 PLC的定义 5 2.4 机械手采纳 PLC掌握的优点 6 3 机械手的掌握系统 6 3.1 系统原理 6 3.2 掌握系统设计的基本步骤 7 3.3 掌握系统的要求 8 3.4 系统及原理 11 参考文献 18名师归纳总结 - - - - -
4、- -第 3 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 引言1.1 课题背景机械工业是国民的装备部是为国民经济供应装备, 和为人民生活供应耐用消费品的产业不论是传统产业仍是新兴产业都离不开各种各样的机械装备；机械工 业所供应装备的性能、质量和成本,对国民经济各部门技术进步和经济效益有很 大的和直接的影响,机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术 水平的重要标志；因此,世界各国都把进展机械工业作为进展本国经济的战略重 点之一；工业机械手是近几十年进展起来的一种高科技自动化生产设备,工业机械手 的是工业机器人的一个重要分支；它的特点是可通过编程来完成各种预期
5、的作业 任务；在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,特别表达了人的智能和适应 性,机械手作业的精确性和各种环境中完成作业的才能,在国民经济各领域有着 宽阔的进展前景；机械手是在机械化,自动化生产过程中进展起来的一种新型装置,在现代生 产过程中,机械手被广泛的运用于自动生产线中,机械人的研制和生产已成为高 技术邻域内,快速发殿起来的一门新兴的技术；它更加促进了机械手的进展,使 得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合；机械手虽然目前仍不如人 手那样敏捷,但它具有能不断重复工作和劳动 不知疲惫,不怕危急,抓举重物的力气比人手力大的特点,因此,机械手已 受到很多部门的重视,并越来越广泛地得到了
6、应用；1.2 机械手的进展机械手一般为三类：一是不需要人工掌握的通用型机械手；它是不属于其他 主机的独立装置；可以依据任务需要编制独立程序完成各项规定操作；它的特点 是具备不同装置的性能之外仍具备通用机械及记忆功能的三元型机械；二是需要 人工操作的,起源于原子,军事工业；先是通过操作完成特定工序,后来逐步发 展到无线遥控操作；第三类是专用机械手,通常依附于自动生产线上,用于机床的上下料和装卸工件；这种机械手国外叫做“Mechanical Hand ” ；它由主机驱名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 动来服务,工作程序
7、固定,一半是专用的；机械手第一是在美国开头研制；第一台机械手是在1958 年美国联合掌握公司讨论制作出来的；结构是：主机安装一个回转长臂,长臂顶端有电磁 抓放机构；日本在工业上应用机械手最多,进展最快的国家,自 1969 年从美国引进两种机械手后开头大力研发机械手；前苏联自六十岁月开头进展和应用,自 半来自国产一半来自进口；1977 年,前苏联使用的机械手一现代工业中,自动化在生产过程中已日趋突出,机械手就是在机械工业中 为实现加工、装配、搬运等工序的自动化而产生的；随着工业自动化的进展,机 械手的显现大大减轻了人类的劳动,提高了生产效率；采纳机械手已为目前讨论 的热重点；目前机械手在工业上主
8、要用于机床加工、铸造,热处理等方面,但是仍不能 够满意现代工业进展的需求；1.3 机械手的组成机械手的形式是多样的,但是其基本的组成都是相像的；一般机械手由执行机 构、传动机构,掌握系统和帮助装置组成；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1-1 机械手的组成及相互关系（1）执行机构 执行机构由手、关节、手臂和支柱组成,与人体手臂相像；手为抓取机 构,用于抓取工件；关节是连接手与手臂的关键性原件,具有多方位旋转特性；支柱用来支撑手臂,可做活动支柱便利机械手多方位移动；（2）传动机构 传动机构用于实现执行机构的动作；
9、常用的有机械传动、液压传动、气压 传动,电力传动等形式；1、掌握系统 机械手依据制定的程序,步骤,参数进行动作完成该指定工作要依靠掌握 系统来实现；简易机械手通常情形下不使用专用的掌握系统,只有动作复杂的机 械手采纳可编程掌握器,微型运算机掌握进行动作；2、帮助装置 帮助装置主要是连接机械手各部分元件的装置；机械手按用途分类为：专用机械手、通用机械手；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 依据传动方式分类为：液压式机械手、气动式机械手、机械式机械手和电动 机械手；1.4 应用机械手的意义随着科技的进展,机械手应用的越来
10、越多；在机械工业中,机械手应用的意义概 括如下：1、提高生产过程自动化程度,增强生产效率；机械手便利与材料的传送、工件的装卸、刀具的更换等自动化过程,从而 提高劳动生产率和降低劳动投入,从而降低生产成本；2、改善劳动条件 在车间的劳动环境下,高温、高压、噪音、灰尘等污染会严峻影响人的身 体健康,人在车间工作不行防止的会接触到危急,而应用机械手可以替代人安全 的完成作业,从而改善劳动条件；在一些简洁,重复的工作中以机械手代替人进行工作可以防止因疲惫和疏 忽造成的事故；3、削减人力资源,便于节奏生产；机械手的应用增强了自动化生产,会削减人力的使用；机械手可以长时间 重复性连续完成工作,这是人工无法
11、实现并完成的；生产线增加使用机械手以减 少人力和精准的生产节拍,有利于节奏性的工作生产；综上所述,机械手的合理利用是机械行业进展的必定趋势；2 可编程掌握器 PLC2.1 可编程掌握器的产生PLC 是在猛烈的市场竞争中产生的,20 世纪 60 岁月末,美国汽车制造业竞名师归纳总结 争激 烈；为适应生产工艺不断更新的需要,美国通用汽车公司（GM）对掌握系第 7 页,共 22 页统提出要求为：（ 1）能替代各种继电器、定时器、接触器及其主令电器等按一定的规律关系用导线连接起来的掌握系统,既传统的继电接触器掌握,它简单易懂,价格低廉,能够满意生产工艺改动频繁的需要；（2）编程简洁；- - - - -
12、 - -精选学习资料 - - - - - - - - - （3）模块式结构；输入、输出电压是沟通115V（美国标准）,输出能直接驱动继电器和电磁阀；（ 4）抗电磁干扰强；（ 5）具有数据通信功能；就是把继电器掌握的优点与运算机的功能齐全、灵 机的编程软件规律易于修改来代替继电活性、通用性强的特点结合起来,用运算 接触器掌握的硬接线规律不易修改；美国数字设备公司（ DEC）在 1969 年依据上述 要求,研制出世界上首台可编程掌握器,并在美国通用汽车公司的汽车装配线上应 掌握；2.2PLC的特点（1）高牢靠性用胜利,实现装配线的自动全部的 I/O 接口电路均采纳光电隔离,使工业现场的外电路与 P
13、LC 内部电 路 之间电气上隔离；各输入端均采纳R-C 滤波器,其滤波时间常数一般为1020ms；各模块均采纳屏蔽措施,以防止辐射干扰；采纳性能优良的开关电源；对采纳的器件进行严格的挑选；良好的自诊断功能,一旦电源或其他软,硬件发生反常情形,CPU 立刻采 用 有效措施,以防止故障扩大； 大型 PLC 仍可以采纳由双CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成表决系统 , 使可靠性更进一步提高；（2）丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号,如：沟通或直流；开关量或模拟量；电压或 电流； 脉冲或电位；强电或弱电等；有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设 备,如：按 钮；行程开关；
14、接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；掌握阀等直接连接；（3） 采纳模块化结构为了适应各种工业掌握需要,除了单元式的小型 PLC 以外,绝大多数 PLC 均采 用模块化结构； PLC 的各个部件,包括 CPU,电源,I/O 等均采纳模块化设计,由机 能可依据用户的需要自行组合；架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - （4） 编程简洁易学 PLC 的编程大多采纳类似于继电器掌握线路的梯形图形式,对使用者来说,不需 术人员所懂得和把握；要具备运算机的特地学问,因此很简洁被一般工程技（5）
15、 安装简洁,修理便利 PLC 不需要特地的机房,可以在各种工业环境下直接运行；使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接,即可投入运行；各种模块上均有运行和故障 找故障；2.3 PLC 的定义指示装置,便于用户明白运行情形和查PLC 问世以来,尽管时间不长,但进展快速；为了使其生产和进展标准化,美国 电气制造商协会 NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年 的调查工作,于 1984 年第一将其正式命名为 PC（ Programmable Controller）,并给 PC 作了如下定义：“ PC 是一个数字式
16、的电子装置,它使用了可编程序的记忆体储存指令；用来执 行诸如规律,次序,计时,计数与演算等功能,并通过数字或类似的输入 / 输出模块,以掌握各种机械或工作程序；一部数字电子运算机如是从事执行 PC 之功能被视为 PC,但不包括鼓式或类似的机械式次序掌握器；” 以后国际电工委员会 IEC 又先后颁布了 PLC 标准的草案第一稿,其次稿 , 并在 1987 年 2 月通过了对它的定义：“ 可编程掌握器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计 的；它采纳一类可编程的储备器,用于其内部储备程序,执行规律运算 , 次序掌握, 定时,计数与算术操作等面对用户的指令,并通过数字或模拟式输入 /
17、 输出掌握各种 类型的机械或生产过程；可编程掌握器及其有关外部设备,都按易于与工业掌握系 5 统联成一个整体,易于扩充其功能的原就设计；”总之,可编程掌握器是一台运算机,它是专为工业环境应用而设计制造的运算 机；它具有丰富的输入 / 输出接口,并且具有较强的驱动才能；但可编程掌握器产品 并不针对某一详细工业应用,在实际应用时,其硬件需依据实际需要进行选用配置,其软件需依据掌握要求进行设计编制；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.4 机械手采纳 PLC掌握的优点机械手不止有一种掌握系统,一些掌握系统或多或少会存在一
18、些缺点,而这些缺点在自动化生产中会造成不行防止的缺失；而PLC 掌握的机械手在工业应用上表现最为突出,我们从几方面论述一下 PLC掌握机械手的优点；1、掌握方式：电气掌握属于硬接线,规律一旦确定,要转变规律或增加功能特别困难；而 PLC 掌握是软接线,转变掌握程序即可实现规律的转变或增加功能；2、工作方式：电气掌握是并行工作,而PLC是串行工作,不受制约；3、掌握速度：电气掌握速度慢,触电易动；PLC通过半导体掌握,速度快,无触点,无抖动；4、牢靠性能：电气掌握触点多,会产生磨损和电弧烧伤,接线多,牢靠性差； PLC无触点,寿命长,具有自诊功能,执行程序监控,调试和爱护便利；3 机械手的掌握系
19、统3.1 系统原理图 3-1 系统原理图机械手的原理就是把相关的信息和程序通过电脑（PC）,通过数据线传递到可编程器（ PLC）里面,然后 PLC 把信号和程序通过转换,然后输出对机械手进行相关掌握；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.2 掌握系统设计的基本步骤机械手系统设计和调试的主要步骤,如下图 3-2 所示：图 3-2 系统设计步骤图在机械手掌握系统的设计过程中需考虑以下几点：1、明白分析机械手工艺设计和掌握要求；2、确定 I/O 设备；依据机械手掌握系统的功能要求确定所需的用户输入输出设备；常用的输入设
20、备有行程开关、按钮、挑选开关、传感器等,输出设备有继电器、指示灯、接触器等；3、挑选适合 I/O 点数的 PLC；4、安排 PLC的 I/O 点,编制输入输出安排表接线图；5、设计机械手掌握系统梯形图,依据需要设计完整的梯形图程序；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 6、测试 PLC程序,查找错误；7、调试机械手,进行联机调试,查找问题；3.3 掌握系统的要求机械手动作过程：自原点起,按下启动按钮,下降电磁阀通电,机械手开头 下降；当机械手下降遇到限位开关时,下降电磁阀断电,机械手停止下降；同时 接通夹紧电磁阀,机
21、械手夹紧,上升电磁阀通电,机械手开头上升,直至遇到上 限开关,上升电磁阀断电停止上升；使用伺服电机掌握机械手开头旋转,180后机械手停止旋转；接通右移电磁阀使机械手向右移动直至遇到右限位开关,右 移电磁阀断电,机械手停止右移；左工作台无物料时间电开关接通,下降电磁阀 通电,机械手下降；直至遇到下限位开关,下降电磁阀断电,机械手停止下降,同时夹紧电磁阀断电机械手放松,完成物料搬送；机械手放松后上升电磁阀通电 使机械手开头上升,遇到上限位开关上升电磁阀断电,上升停止；接通左移电磁 阀,机械手左移,遇到左限位开关,机械手停止左移,机械手底座旋转 180 回 到原点,完成一周期动作；图 3-3 机械手
22、动作简图名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-4 机械手功能图示图 3-5 机械手传动系统及掌握面板示意图名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3-1 机械手传送系统 I/O 点 安排表名师归纳总结 名称代输入名称代号输名称代输第 14 页,共 22 页启动号X0 夹紧入号出SB1 SB5 X10 电磁阀下降YV1 Y0 下限行程SQ1 X1 放松SB6 X11 电磁阀夹紧YV2 Y1 上限行程SQ2 X2 单步上升SB7 X12
23、电磁阀上升YV3 Y2 右限行程SQ3 X3 单步下降SB8 X13 电磁阀右行YV4 Y3 左限行程SQ4 X4 单步左移SB9 X14 电磁阀左行YV5 Y4 停止SB2 X5 单步右移SB10 X15 原点指示EL Y5 手动操作SB3 X6 回原点SB11 X16 连续操作SB4 X7 工件检测SQ5 X17 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-7 掌握系统原理接线图3.4 系统及原理3.4.1 操作系统操作系统包括回复原点程序,手动单步操作程序及自动连续操作系统；如图所示：名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 22
24、页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-8 机械手操作系统程序原理：把旋钮重置于原点, X16 接通,系统自动返回原点,旋钮置于手动, X6 接通,常闭触头打开,程序不跳转（Y5 驱动指示灯显示；把 CJ 为跳转指令, CJ 驱动跳至指针 P 所指 P0 处）开头执行手动程序；之后执CJ 指令时由于行X7 常闭触点将跳至 P1 所指的终止位置；旋钮置于自动,即 将跳过手动程序执行自动程序；3.4.2 回零程序X6 闭合 X7 打开,程序执行时名师归纳总结 回零 程序如图 3-9 所示； S10S12作为回零 操作原件；当使用S10S19作第 16 页,共 22 页为回零 操
25、作在最终状态复位前应使特别继电器M8043置 1；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-9 回零状态示意图3.4.3 手动操作程序如图 3-10 所示；图中上升 / 下降,左移 / 右移有连锁和限位爱护；名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-10 手动单步操作系统图3.5.4 自动操作程序如图 3-11 所示,当机械手处于原位按下启动按钮 X0,状态转移到 S20,驱动下降 Y0,到达下 限位行程开关 X1 接通,状态转移 S21,S20 自动复位； S21驱动
26、Y1 推迟一秒以便使电磁力达到最大夹紧力；当 T0 接通,状态转移到 S22,驱动 Y2 上升,当上升达到上 限位 X2 接通,状态转移到 S23,驱动 Y3 右移；达到右限位 X3 接通,状态转移到 S24 下降,当达到下 限位 X1 接通,电磁铁放松,并推迟一秒；后 T1 接通,状态转移 S26上升,达到上 限位 X2接通, S27 左移,达到左限位 X4 接通,返回初始状态；一次循环完成；名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-11 自动操作流程图图3.6.5 手动自动一体化梯形图如下列图,第 0 行到第
27、 27 行为复位状态；第28 行到第 66 行为手动单步操作程序；第 67 行到 129 行为自动操作程序；这三部分模块是图 3-8 的操作系统运行的；回零程序和自动操作系统是用步进顺控方式编程；回零程序不能自动返回初名师归纳总结 始状态 S1,自动操作程序可以自动返回初始状态S2；第 19 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-12 机械手手动自动一体化梯形图总 结名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本课题所设计的机械手的操作过程是由电动机和气缸组成执
28、行机构作为驱动,系统采纳可编程掌握器掌握,运用步进次序掌握编程,程序简洁且便于调试； 通过 PLC 本身通信接口与运算机联网,对现场操作的各项参数进行监测、修改、调整,使系统处于正确工作状态；利用 PLC 掌握机械手相对于其它掌握方式,具有很高的牢靠性,较好的性价比,较强的可操作性和有用性；就本课题设计的目的,实际应用运行良好,大大便利了工作和生活；通过这次的毕业设计,我学到了很多东西,在做设计的过程中对工作的细 心得 到了提高,熟悉到自己在这方面的不足；并且,对本设计的内容有了更 好的明白,比如加深明白了有关可编程掌握器的功能,仍有机械手的工作原理 等等；通过做这个设计,对以前不足的学问进行
29、补偿,在指导老师那里学到了 很多珍贵的东西,这些都是对我很有帮忙的；本次毕业设计的讨论工作是在我的指导老师岳老师的细心指导和同学的帮 助下完成的；在这里,第一要向本次设计的指导老师表示最真诚的谢意；老师 在自己紧急的工作中,仍旧会抽出时间对我进行指导,时刻关怀我的设计的进 展状况；老师赐予的帮忙对我的设计是特别重要的,从借阅参考资料到现场的 实际操作,她都赐予了指导,不仅让我把握了书本中的学问,更学会了学习操 作方法,如何合理支配时间和论文的编写,对我提出的问题仔细讲解,这让我 更简洁懂得那些比较难的问题；其次,仍要向赐予此次毕业设计帮忙的同学们 以真诚的谢意,在整个设计过程中,他们也给我很多
30、帮忙,更重要的是为我们 供应不少技术方面的资料,在此感谢他们,没有这些资料就不是一个完整的论 文；总之,本次设计是在老师的指导下和同学的帮忙下共同完成的,在设计的 这段时间里,我们合作的特别开心,教会了我很多道理,是我人生的一笔财 富,我再次向赐予我帮忙的老师和同学表示感谢；在设计过程中,我通过查阅 大量有关资料,与同学沟通体会和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了 不少学问,也经受了不少艰辛,但收成同样庞大；在整个设计中我懂得了很多 东西,也培育了我独立工作的才能,树立了对自己工作才能的信心,信任会对 今后的学习工作生活有特别重要的影响；而且大大提高了动手的才能,使我充 分体会到了在制造过
31、程中探究的艰巨和胜利时的欢乐；虽然这个设计做的也不名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 太好,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收成和财宝,使我终身受益；参考文献1 李国平 , 编著基于PLC 掌握的气动机械手试验装置的研制J ,2003: 液压与气动2 常晓玲 , 编著电气掌握系统与可编程掌握器,北京 , 机械工业出版社,2004 3 范建东 , 编著可编程掌握器原理及应用,广州 2003 4 李乃夫 , 编著可编程掌握器原理、应用,北京, 华南理工高校出版社, 中国轻工业出版社, 2003 5 郝海
32、青 , 编著串联关节式机械手的掌握系统分析与设计,万方数据库硕 博士论文, 2002 6 南光群 , 胡学芝编著可编程掌握器的挑选J ,机械制造与自动化, 20047 张宏生 , 朱绍祥编著可编程序掌握器PC 原理及其在机床上的应用J ,制造技术与机床 , 19878 赵卫东 , 辛宏 , 王元, 刘和平编著 PLC 在温度掌握系统中的应用 J , 仪器外表学报 , 2001 9 吴中俊,黄永红编著可编程掌握器原理及运用,北京,机械工业出版 社, 2022 10 廖常初编著可编程序掌握器的编程方法与工程应用,重庆,重庆高校 出版社, 2022 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 22 页