三自由度工业用机械手控制新版系统标准设计.docx
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1、宁波理工学院 毕业设计(论文)题 目 三自由度工业用机械手控制系统设计 姓 名 XXX 学 号 3021142XXX 专业班级 10 机械 指导老师 XX 分 院 成人教育学院 完成日期 年4月X日 摘 要机械手是机器人研究热门领域之一,不仅在工业还在其它行业全部发挥着越来越大作用。而且伴随工业生产自动化程度不停提升,工业机械手在生产现场流水线中饰演着越来越关键作用,现在已成为现代化工业生产中不可缺乏关键步骤。本文在了解机械手和PLC控制技术中国外研究现实状况及发展趋势基础上,而选择了三自由度机械手作为控制对象进行研究。本文基于控制和计算机监控相关理论,依据工业机械手控制要求,完成了其运动控制
2、设计和组态监控系统构建,对控制系统总体结构、控制步骤和组成系统各个模块功效和控制方法进行了研究。关键词: 三自由度机械手;PLC;控制系统;工业生产Abstract Robot is one of the hot areas of robot research and is playing an increasingly important role not only in industry but also in other industries. At the same time, with the continuous improvement of industrial producti
3、on automation, industrial robots in the production site of the pipeline plays an increasingly important role, has become an indispensable modern industrial production important link.Based on the research status and development trend of robot and PLC control technology, this paper chooses three-degre
4、e-of-freedom manipulator as the control object.Based on the theory of control and computer monitoring, this paper completes its motion control design and configuration monitoring system construction according to the control requirements of industrial manipulator. The overall structure of the control
5、 system, the control flow and the function and control mode of each module constituting the system Were studied.Keywords: Three degrees of freedom manipulator; PLC; Control System;Industrial production目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV1.引言11.1 研究机械手意义11.2 机械手组成和分类21.2.1机械手组成21.2.2 机械手分类31.3 机械手中国外研究现实状况31.3.1
6、 机械手国外研究现实状况31.3.2 机械手中国研究现实状况32.机械手控制系统总体设计方案52.1工业机械手工艺步骤52.2工业机械手运动参数分析62.3工业机械手总体模块设计62.3工业机械手总体模块概述72.3.1 控制器模块82.3.2驱动模块82.3.3 实施模块82.3.4传感器模块83.机械手硬件系统设计103.1硬件系统结构103.2伺服控制系统设计113.3气动控制系统设计113.4机械部件设计123.5传感器设计124.PLC控制器设计144.1 PLC 控制器特点144.2 PLC 控制器程序设计144.2.1 PLC 回原点程序144.2.1 PLC手动程序操作示意15
7、4.2.2 PLC自动程序操作示意15参考文件17致谢181.引言1.1 研究机械手意义工业机械手(以下简称机械手)是近代自动控制领域中出现一项新技术,已经成为现代制造生产系统中一个关键组成部分。机械手快速发展是因为它含有主动作用正日益为大家所认识:首先,它能部分地替换人工操作;其次,它能根据生产工艺要求,遵照一定程序、时间和位置来完成工件传送和卸载;最终,它能操作必需机具进行辉接和装配。伴伴随现代工业生产快速发展,机械手在世界范围内得以广泛应用。所以对机械手控制要求也越来越高,假如采取传统继电器控制方案进行控制,势必造成系统元件多,接线繁杂、稳定性差、故障率高,给工业生产带来很多不便。针对这
8、些问题假如采取性能价格比高可编程序控制器(PLC)设计其控制系统,可使该系统运行可靠性高、故障率低、维修方便,而且能够取得良好工作效。Programmale Logicalontroller简称为PLC,多年以来PLC逐步以微处理器作为中央处理单元,不仅含有逻辑控制,还有算数模拟等功效。它工作原理图 1-1所表示。图 1-1 PLC工作原理1.2 机械手组成和分类1.2.1机械手组成机械手通常由控制器、驱动模块、实施机构、位置检测传感器等部分组成。在其中控制器是机械手系统关键,它对整个系统运行起控制决议作用,其关键功效是根据程序要求控制多种驱动设备和实施机构,驱动工业机械手根据预定动作要求完成
9、对应动作;驱动模块由动力源和辅助装置组成,作为实施机构驱动源,为工业机械手运动提供动力起源。现在较为普遍驱动方法有电力方法驱动、液压方法驱动、气压方法驱动和机械方法驱动;实施机构完成机械手实施动作,现在机械手较为常见实施机构有手抓、夹钳和吸盘等;位置检测传感器关键用于检测机械手位置,并将位置信息实时反馈给控制器,组成闭环控制系统,能实现较为正确定位。常见机械手控制系统组成原理图图 1-2 所表示。图 1-2 常见机械手控制系统组成原理图1.2.2 机械手分类相关工业机械手分类,在国际上尚无统一标准,在中国临时按驱动方法、手臂坐标、使用范围对工业机械手进行分类。若根据驱动方法进行分类,机械手能够
10、分为液压传动机械手、气压传动机械手、电力传动机械手、机械传动机械手等。1.3 机械手中国外研究现实状况1.3.1 机械手国外研究现实状况美国是机器人诞生地,而且每次机器人更新换代,全部是以美国机器人产品为导向,经过半个世纪发展,现在仍然是世界上机器人技术最优异国家之一,凭借其全方面和优异技术、良好适应性等特征,美国机器人技术一直处于世界领先水平。日本一有机器人王国之称,其机器人数量和密度全部是世界第一,上世纪80年代至90年代,日本机器人进入全盛时期,以后20世纪以来,伴伴随亚洲国家对于机器人巨大需求,日本机器人发展重新焕发生机,将迎来一个新发展阶段。德国、法国和英国是欧洲三个最大机器人市场,
11、现在德国机器人数量仅次于日本,居世界第二位。德、法、英工业机器人发展,政府引导和促进发挥了关键作用。1.3.2 机械手中国研究现实状况中国现有机器人研究机构和相关单位已经超出200余家,其中,从事工业机器人研究及其产业化发展超出80家。现在这些科研机构和单位已经能够基础掌握控制系统硬件结构原理及实现、软件算法设计、运动学和运动轨迹计划等,开发出工业机器人中有90%以上用于生产实际之中,依据发达国家产业发展和升级历程和工业机器人产业化发展趋势估计,到,中国机器人市场容量将达几百万台套。即使中国对于工业机器人数量有刚性需求,不过中国生产工业机器人不管是在产品性能、技术水平和规模产业等方面和国外还存
12、在着较大差距。究其原因,首先是因为中国在发展工业机器人过程中,忽略了和企业相结合,造成极难结合实际进行研发,实用性方面较差;其次是中国相关工业机器人研究方法和研究策略,一直走是引进和学习外国技术,然后在此基础上做开发和研究,这么就造成自主创新技术和创新意识缺乏,很大程度上制约了中国工业机械手产业发展。2.机械手控制系统总体设计方案本章关键说明了机械手控制系统工艺步骤,由此提出了大致设计方案,且对组成系统各个模块作了通常概述。采取组件化思想进行系统构建,发挥各个模块优点,实现高效和集成化程度高系统建立,对工程人员实现较优化控制相关键意义。2.1工业机械手工艺步骤本设计耍求在流水线、空位和导轨之间
13、设置一个机械手,用以完成工件在三个工位之间空间位置转换。依据系统控制要求,机械手能够以手动和自动两种方法完成工件搬移工作。对于手动控制方法,根据点动方法进行,手动控制按钮有手动右移、手动左移、手动前进、手动后退、手动上升、手动下降、手动吸附和手动松开,按下对应按钮,机械手分别实施机械手臂轴右移、轴左移、轴前进、轴后退、轴上升、轴下降、吸盘吸附、吸盘松开动作。其关键功效实现示意图应该图 2-1 所表示:图 2-1 机械手控制系统原理图图 2-2 机械手工作步骤示意图图2-2 所表示对于机械手而言能够让手臂根据 X轴取样品,经过转杠来旋转位置,在Y 轴上平移移走样品,最终控制手臂释放样品。2.2工
14、业机械手运动参数分析据流水线具体资料分析我们能够机械手运动参数分析设计:1、 最大工作半径:1600mm;2、 手臂运动参数,手臂最大中心高度:900mm;伸缩行程:800mm;伸缩速度:小于200mm每秒;升降行程:300mm;升降速度:小于60mm每秒;摆动范围 0180;摆动速度:小于70每秒;3、 定位精度:-3mm +3mm;4、 驱动方法:气压(中、低压方法)5、 手指加持范围:50 100mm;6、 手腕运动参数:回转范围:0 180;回转速度:小于90每秒。2.3工业机械手总体模块设计在本设计中,将系统分成各个不一样组成模块,经过有机组合实现系统功效。系统大致由以下多个部分组成
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