搬运机械手控制新版专业系统设计.doc
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1、目录前 言1第一章 绪 论21.1课题背景与现实意义21.2可编程控制器产生特点及发展趋势21.3本文重要工作5第二章 方案论证和选取72.1 题目与规定72.2 方案选取与论证82.2.1运用单片机实现对机械手控制82.2.2运用老式继电器实现对机械手控制82.2.3 实现对机械手控制82.3 系统流程图9第三章 系统硬件设计103.1 功能按钮概述103.2 机械手传送系统输入和输出点分派表103.3 输入和输出点分派表103.4 输入和输出点原理接线图12第四章 系统软件134.1 机械手操作系统程序图及原理134.1.1 操作程序图134.1.2 操作系统原理134.2 原位程序144
2、.3 动单步操作程序144.4 自动操作程序154.4.1 程序原理154.4.2 操作状态转移图154.5 机械手传送系统梯形图164.6 系统调试18第五章 总结与展望205.1 系统总结205.2 展望20参 考 文 献21前 言工业机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人一种重要分支。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。它特点是可通过编程来完毕各种预期作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自长处,特别体现了人智能和适应性。机械手作业精确性和各种环境中完毕作业能力,在国民经济各领
3、域有着辽阔发展前景。用机械手可以代替人从事单调重复或繁重体力劳动实现生產机械化和自动化代替人在有害环境下手工操作改进劳动条件保证人身安全。20世纪40年代后期美国在原子能实验中一方面采用机械手搬运放射性材料人在安全室操纵机械手进行各种操作和实验。50年代后来机械手逐渐推广到工业生產部门用于在高温污染严重地方取放工件和装卸材料也作为机床辅助装置在自动机床自动生产线和加工中心中应用完毕上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手重要由手部机构和运动机构构成。手部机构随使用场合和操作对象而不同常用有夹持托持和吸附等类型。运动机构普通由液压气动电气装置驱动。机械手能模仿人手和臂某些动作功
4、能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具自动操作装置。它可代替人繁重劳动以实现生产机械化保护人身安全,因而广泛应用机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。第一章 绪 论1.1课题背景与现实意义可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中一员,是为工业控制应用而设计制造。初期可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,它重要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术发展,这种装置功能已经大大超过了逻辑控制范畴,因而,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Co
5、mputer)简称混淆,因此将可编程控制器简称PLC。所谓搬运机械手,就是将机械手安装在移动平台之上。这种构造使机械手拥有几乎很大操作空间和高度运动冗余性,并同步具备移动和操作功能,这使它优于老式机械手,因而在危险作业、制造业、服务业等行业具备辽阔应用前景。但由于构造复杂、强耦合、非线性、非完整性等问题存在,都使得对搬运机械手研究具备相称挑战性。近年来,对搬运机械手控制方略、运动规划等方面研究已越来越受到国内外注重,并已经获得了某些很有价值研究成果。国内在这方面起步较晚,研究多集中在理论方面。因而,设计制造一种实际搬运机械手平台,无论在理论上还是实践上都是非常故意义。1.2 可编程控制器产生特
6、点及发展趋势可编程控制器是一种数字运算操作电子系统,专为在工业环境应用而设计。它采用一类可编程存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定期,计数与算术操作等面向顾客指令,并通过数字或模仿式输入/输出控制各种类型机械或生产过程。可编程控制器及其关于外部设备,都按易于与工业控制系统联成一种整体,易于扩充其功能原则设计。”1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出第一台PLC,在美国通用汽车自动装配线上试用,获得了成功。这种新型工业控制装置以其简朴易懂,操作以便,可*性高,通用灵活,体积小,使用寿命长等一系列长处,不久地在美国其她工业领域推广应用。到1971年,已经成功地应用于食品,饮
7、料,冶金,造纸等工业。这一新型工业控制装置浮现,也受到了世界其她国家高度注重。1971日本从美国引进了这项新技术,不久研制出了日本第一台PLC。1973年,西欧国家也研制出它们第一台PLC。国内从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。PLC问世以来,尽管时间不长,但发展迅速。为了使其生产和发展原则化,美国电气制造商协会NEMA(National Electrical Manufactory Association)通过四年调查工作,于1984年一方面将其正式命名为PC(Programmable Controller),并给PC作了如下定义:“PC是一种数字式电子装置,它使用了可编程序记
8、忆体储存指令。用来执行诸如逻辑,顺序,计时,计数与演算等功能,并通过数字或类似输入/输出模块,以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着,亦被视为PC,但不涉及鼓式或类似机械式顺序控制器。”后来国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC原则草案第一稿,第二稿,并在1987年2月通过了对它定义:“可编程控制器是一种数字运算操作电子系统,专为在工业环境应用而设计。它采用一类可编程存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定期,计数与算术操作等面向顾客指令,并通过数字或模仿式输入/输出控制各种类型机械或生产过程。可编程控制器及其关于外部设备,都按易于与工业控制系统
9、联成一种整体,易于扩充其功能原则设计。”总之,可编程控制器是一台计算机,它是专为工业环境应用而设计制造计算机。它具备丰富输入/输出接口,并且具备较强驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一详细工业应用,在实际应用时,其硬件需依照实际需要进行选用配备,其软件需依照控制规定进行设计编制。PLC重要特点:1、高可靠性(1)所有I/O接口电路均采用光电隔离,使工业现场外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。(2)各输入端均采用R-C滤波器,其滤波时间常数普通为1020ms。(3)各模块均采用屏蔽办法,以防止辐射干扰。(4)采用性能优良开关电源。(5)对采用器件进行严格筛选。(6)良好自诊断功能,一旦电源
10、或其她软,硬件发生异常状况,CPU及时采用有效办法,以防止故障扩大。(7)大型PLC还可以采用由双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I/O接口模块PLC针对不同工业现场信号,如:交流或直流;开关量或模仿量;电压或电流;脉冲或电位; 强电或弱电等。有相应I/O模块与工业现场器件或设备,如:按钮;行程开关;接近开关;传感器及变送器;电磁线圈;控制阀等直接连接。3、采用模块化构造为了适应各种工业控制需要,除了单元式小型PLC以外,绝大多数PLC均采用模块化构造。PLC各个部件,涉及CPU,电源,I/O等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统规模和
11、功能可依照顾客需要自行组合 4、编程简朴易学PLC编程大多采用类似于继电器控制线路梯形图形式,对使用者来说,不需要具备计算机专门知识,因而很容易被普通工程技术人员所理解和掌握。5、安装简朴,维修以便PLC不需要专门机房,可以在各种工业环境下直接运营。使用时只需将现场各种设备与PLC相应I/O端相连接,即可投入运营。各种模块上均有运营和故障批示装置,便于顾客理解运营状况和查找故障。由于采用模块化构造,因而一旦某模块发生故障,顾客可以通过更换模块办法,使系统迅速恢复运营。 PLC发展阶段:虽然PLC问世时间不长,但是随着微解决器浮现,大规模,超大规模集成电路技术迅速发展和数据通讯技术不断进步,PL
12、C也迅速发展,其发展过程大体可分三个阶段:1、初期PLC(60年代末70年代中期)初期PLC普通称为可编程逻辑控制器。这时PLC多少有点继电器控制装置代替物含义,其重要功能只是执行原先由继电器完毕顺序控制,定期等。它在硬件上以准计算机形式浮现,在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场规定。装置中器件重要采用分立元件和中小规模集成电路,存储器采用磁芯存储器。此外还采用了某些办法,以提高其抗干扰能力。在软件编程上,采用广大电气工程技术人员所熟悉继电器控制线路方式梯形图。因而,初期PLC性能要优于继电器控制装置,其长处涉及简朴易懂,便于安装,体积小,能耗低,有故障指使,能重复使用等。其中PLC特
13、有编程语言梯形图始终沿用至今。2、中期PLC(70年代中期80年代中,后期)在70年代,微解决器浮现使PLC发生了巨大变化。美国,日本,德国等某些厂家先后开始采用微解决器作为PLC中央解决单元(CPU)。这样,使PLC得功能大大增强。在软件方面,除了保持其原有逻辑运算、计时、计数等功能以外,还增长了算术运算、数据解决和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面,除了保持其原有开关模块以外,还增长了模仿量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器容量,使各种逻辑线圈数量增长,还提供了一定数量数据寄存器,使PLC得应用范畴得以扩大。3、近期PLC(80年代中、后期至今)进入80年代中、后期,
14、由于超大规模集成电路技术迅速发展,微解决器市场价格大幅度下跌,使得各种类型PLC所采用微解决器当次普遍提高。并且,为了进一步提高PLC解决速度,各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑解决芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。1.3 本文重要工作本文重要工作是应用PLC(可编程控制器)实际设计一种工业机械手,能实现工业机械手基本功能。工作内容:(1)阐述机械手在工业应用中作用和意义(2)设计机械手方案选取与实现(3)机械手硬件设计原理,涉及可编程控制器型号选定,PLC电气连线图,I/O地址分派表等(4)机械手软件设计原理,涉及流程图,程序清单。(5)最后是系统调试和参照文献列举第二章 方案
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