毕业设计--基于PLC的机械手自动操作系统设计

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1、1 1 绪论绪论 1.11.1 课题提出背景课题提出背景 如今，机械自动化已经成为了新时代的主题。其中，机械手是工业生产过程中应 用最多的，而且它的发展也是最快的。工业生产自动化的程度越来越高，而生产环境 变得越来越恶劣，这样对工人提出了更高的要求，比如安全性、健康性、环保性等。 机械手可以有效的解决这个问题，它可以在高温、高压、有毒、放射性等场合应用。 在机械制造行业中，机械手又称工业机器人，它主要被应用于运送加工原料或者给特 定的机床进行刀具的转换和机器的装配等一些自动化流水生产线上。综上所述，机械 手的应用更加有效率，同时还能降低生产成本。 机械手是一门综合性的学科，它包含了机械、电子、

2、材料、自动控制等许多学科 方面的知识。随着计算机和电子技术的飞速发展，机械手也不断的更新换代，朝着精 密化、智能化、复杂化的方向发展。如今的机械手加入了传感器反馈系统，当机械手 发生故障时，它可以自我检测，并且自动修复。 工业的自动化程度的高低离不开 PLC， 它的控制能力越高， 自动化的程度也越高。 所以 PLC 常被用于工业生产中，随着它的地位逐渐增长，它的功能也随之有了很大的 提高。对于 PLC 而言，它的程序编写容易、系统操作灵活，同时对于控制也方便实现， 这样能够提高工业生产的效率和加工的质量。在一些恶劣的环境下，PLC 同样能够取 代人类去完成一些控制，从另一方面而言，成本也相对减

3、轻了许多。基于 PLC 设计的 机械手自动操作系统，更加容易实现生产的连续性。 在本次设计任务中，选用三菱系列的 PLC 对机械手进行控制，完成自动操作系统 的设计。实现对机械手的上下、左右、旋转等控制，要完全实现这些，还需要其它辅 助元器件，比如气缸、传感器、电磁阀、底座和支架等。为了能够更加直观的对机械 手的动作进行展示，在本次设计中加入了组态软件对机械手进行监控。 MCGS 是一种用 于对机械手整体监控的一种组态软件，通过对机械手运动数据的采集，MCGS 以动画形 式表现，对机械手的运动过程进行监控和整个流程的控制。 1.21.2 国内外研究现状国内外研究现状 在 1954 年，美国的著

4、名工程师沃尔德最早提出了人机一体化的构想；到了 1959 年，拥有丰富创造力的两人沃尔德和英格伯一同制造出了世界上第一台机械手；1962 年时，美国政府将机械手的实用性做了相关的叙述，机械手慢慢被大家所认知；1970 年在美国召开了第一届有关机械手相关的会议，主要研究它的价值和实用性；1973 年美国一家公司开始制造出了一台小型的机械手，为工业发展做奠基；直到 1980 年， 机械手在日本很快的发展起来，使得机械手得到了充分的改进，现在机械手正在向智 能化、高速化、精密化的方向发展，机械手的定位精度也是越来越高，能达到现在的 纳米级别，它的运行速度可以达到 3m/s，产出的产品可以达到 6 轴

5、，夹起工件的重量 也是越来越大。 生产过程慢慢的向着机械、自动、智能的方向发展，逐渐地融入了我们生活中。 生产工业的连续性依靠工业的自动化，自动化逐渐成为了新时代的标志。在国外，利 用计算机和镜头采集装置，再加上一些特殊的传感器装置组合在一起，能够有效的定 位，这样更加精确和有效的进行加工。但是在机械加工的过程中，对于零件的加工、 处理和装配这些过程是不连续的，所以在工业生产中加入生产自动化可以有效地解决 这些问题。机械手的灵活多变性可以有效地适用于小批量的自动化生产和柔性的制造 生产线上。 在我国，机械手技术是从 80 年代开始起步，在七五科技攻关的热潮中，生产出了 部分的机械人的零件，慢慢

6、的认识到机械手的实用性。在国家相对政策的扶持下，开 始用机械手对加工零件进行喷漆和焊接的工作，这些都是国内自己开发研制的机器。 其中孤焊机械手已经用于对当时汽车生产的焊接上，虽然技术和人才比较国外来说还 有一定的差距，大部分的产品还是要通过进口才能完成组装。在当时，许多有着高技 术的国家对自己的产品有严格保密性，不对外销售，使得我国落后于国外一些国家， 但是随着时间的推移，技术和人才也飞快的跟上了世界的脚步。我国的企业主要生产 一些中低端的产品，因为没有高端精密的伺服系统和反馈系统，这样很难生产出高端 和有质量的产品。 目前，国家正在对中国未来的机械制造装备也出谋划策，争取让这些企业占取大 量的市场份额。我国的“863”机械手技术主题成立以来，国家对于这些技术的推广 和引进，逐渐使得机械手行业成为了真正高新的产业。国家对于机械手企业提高了优 惠的政策支持，并且扶持这些企业提高技术水平，加大工业生产的进度。 1.31.3 课题研究主要内容课题研究主要内容 该课题主要设计一个基于 PLC 的机械手自动操作系统，这套系统主要用于对机械 手的过程控制。机械手的直线、旋转运动都是通过气缸来完成