基于PLC的气动化机械手设计_开题报告

基于PLC的气动化机械手设计

开题报告

一、文献综述

工业机械手是一种用于再现人手功能的自动控制装置。对其研究源于20世纪40年代末，最早由美国橡树岭国家实验室开始研究搬动核原料的遥控机械手，逐渐发展成为现代自动控制领域的新技术，涉及力学、机械学、电器液压技术、传感器技术和计算机技术等的综合，成为一门新兴学科。

经过美国几年的科研攻关，于1958年联合控制公司研制出了世界第一台机械手，在机体上安装一个回转长臂，并在端部装有电磁铁的工件抓放机构。之后经过四年的发展由美国的机械铸造公司制造了一台数控示教再现型机械手，取名为Unimate（即万能自动），运动系统采用仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰是用液压驱动。后来的许多机械手就是按此模型为基础发展起来的。1962年美国的机械铸造公司制造又成功研制了一款叫Versatran机械手，能实现点位和轨迹控制，实现灵活搬运。这些成果为全世界的工业机械手发展奠定了扎实基础。

正是这样，后来的瑞土RETAB公司生产的一种涂漆机械手，采用的示教方法编程。德国机器制造业从1970年开始研究机械手，其中KnKa公司还生产一种点焊机械手，用关节式结构与程序控制实现操作。主要研究应用于起重运输、焊接、设备上下料等作业。

美国Unimate公司联合斯坦福大学、麻省理工学院联合研制了一些定位精度高、平均无故障时间达1500小时的高可靠性、低成本的机械手，其中一种定位误差可小于士lmm，装有小型电子计算机进行控制的Unimate-Vic-arm的工业机械手。日本于1969年从美国引进两种典型机械手后，大力从事机械手的研究，到1979年时日本从事机械手研究与生产的院校、研究单位达50多家，至1979年时生产机械手数量达56900台，1990年时有55万台机械手，是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，按每年55%的速度增长，并在汽车生产线上使用最多，目前成己为世界上工业机械手（机器人）应用最多的国家之一。

前苏联从60年代以来开始发展机械手并应用于各类生产中，最主要是应用于机械工业，为了减轻劳动强度，自动化水平较低。到70年代中期时使用较为广泛，且超过一半是由国内生产。中国经历了70年代的萌芽期，主要以引进先进技术为主，代替部分人工劳动；80年代的开发期，如上海ABB工程有限公司、沈阳新松机器人自动化股份有限公司等均，90年代的应用期，如柯马（上海）汽车设备有限公司、青岛欧地希机电（青岛）有限公司等均开发适用于用户要求的机械手。就目前来看国内使用的机械手进口所占比例依然较大，2012年各占50%左右，约15000台。在我国从制造大国向制造强国迈进过程中，还面临着国际环境与技术、分工的巨大挑战，发展自动化产业是政府必须主导且己经给予资金和政策扶持的重要产业，相信随着我国综合国力增强，科技不断进步，国产机械手应用于生产及走出国门将会更为广泛。

我国机械手应用主要分布在上海、辽宁等，华东地区占全国56%左右。主要应用于焊接、装配、喷涂、搬运等制造行业机械手；水下机械手、农业机械手、微操作机械手、医疗机械手、军用机械手、娱乐机械手等非制造业机械手。其控制方式主要基于单片机技术和PLC技术为核心，且PLC应用发展趋势更为出众。1972年我国第一台机械手在上海开发成功。随后各大型公司都逐渐开始研制和应用机械手。从1986年到1990年政府的第七年“五年计划”就将工业机械器人列入了优先发展的地位，通过立项投入了较大的人力与物力研究工业机器人应用于工农业生产的活动。并且研究制造了相关的工业机器人成果，如北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人；大连机床研究所设计制造的氢弧焊机器人等等。相关的专用机器人的配套部件如专用轴承、传感器、伺服电动机等也研制出来并广泛使用。其中的关键性部件一一控制器是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机械人研究所共同科研攻关的成果。随着计算机技术、机械制造技术及自动控制理论的发展，我国在许多工业上采用了机器人控制技术，尤其是近年以来，柔性制造技术和工厂的自动化技术不断应用生产实践，代替了许多繁重的体力劳动，改善了工人的劳动条件，也体现了工业机器人应用生产的强大生命力，不断推动科技更新，设备更新。

第二代、第三代机械手增加了许多功能，具有视觉、触觉、听觉等能力，把各种传感器安装于机械手的各部位形成自动化水平相当高的机械手。按照不同的标准我们将机械手分为不同的类型，按照机械手的适用范围，我们把机械手分为专用机械手和通用机械手。按照机械手的运动轨迹控制方式，我们把机械手分为点位控制机械手、连续轨迹控制机械手等等。按照驱动方式的不同，机械手可以分为电动式机械手、液压式机械手、自动化式机械手、机械式机械手等。

机械手的运动机构在不同方向上指挥气缸按不同方向运动就是机械手的自由度，是机械手设计过程中的重要参数，主要运动方式有伸缩、旋转、升降等独立方式。一般的专用机械手，设有2至3个自由度。自由度越大，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构相对也越复杂。

机械手的结构简单，专用性较强。后随着计算机技术发展，能按独立的程序实现重复实现操作，出现了通用机械手。主要用途是在生产中进行自动装卸的下下料、工件传输及数控机床的刀库换刀功能的实现，多为机床等的辅助装置。因其控制方式采用了程序控制，灵活性强。在不同工作条件时，只要更改程序即能实现不同的控制功能。

机械手在机械结构上看由机械结构和运动控制系统组成，其机械结构主要由底座、手臂、手指、气爪及辅助装置构成，用以完成机械手对工件的夹持、吸附、托持等功能，以达到对不同重量、形状、材料和作业空间等工作任务操作；运动控制系统由PLC及部分传感器电路等组成，能使机械手按编写程序规定任务完成移动、旋转或复合运行等运动方式。

二、^范文提纲

1　引言

2  气动化机械手研究的相关技术

2.1机械手的控制要求

2.2机械手的基本结构

2.3相关技术介绍

3  PLC控制系统设计

3.1气动化机械手控制系统的软件设计

3.2 PLC控制系统梯形图程序

3.3PLC控制系统梯形图程序

4系统实现与测试

4.1 Gx-Developer8软件要求与安装

4.2 PLC程序输入与仿真调试

5总结

三、参考文献：

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