码垛机械手PLC控制新版专业系统设计文献综述.doc

文件综述 题 目 工业机械手及PLC 学生姓名 丁金涛 专业班级 机械工程及自动化4班 学 号 0460205 院 （系） 机械工程学院 指导老师 张瑞 完成时间 03月 01日 工业机械手及PLC控制一工业机械手概述 用于再现人手功效技术装置称为机械手。机械手是模拟人手部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作自动机械装置。在工业生产中应用机械手被称为工业机械手。 工业机械手是近代自动控制领域中出现一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中一个关键组成部分，这种新技术发展很快，逐步成为一门新兴学科机械手工程。机械手包含到力学、机械学、电器液压技术、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。 工业机械手是近几十年发展起来一个高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人一个关键分支。她特点是能够经过编程来完成多种预期作业，在结构和性能上兼有些人和机器各自优点，尤其表现在人智能和适应性。机械手作业正确性和环境中完成作业能力，在国民经济领域有着广泛发展空间。 机械手发展是因为它主动作用正日益为大家所认识：其一、它能部分替换人工操作；其二、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装卸；其三、它能操作必需工具进行焊接和装配，从而大大改善了工人劳动条件，显著提升了劳动生产率，加紧实现工业生产机械化和自动化步伐。所以，受到很多国家重视，投入大量人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音和带有放射性和污染场所，应用更为广泛。在中国近几年也有较快发展，而且取得一定效果，受到机械工业重视。 机械手是一个能自动控制并可从新编程以变动多功效机器，她有多个自由度，能够搬运物体以完成在不一样环境中工作。机械手结构形式开始比较简单，专用性较强。 伴随工业技术发展，制成了能够独立按程序控制实现反复操作，适用范围比较广“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。因为通用机械手能很快改变工作程序，适应性较强，所以它在不停变换生产品种中小批量生产中取得广泛引用。二工业机械手发展史 现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方法、能适应产品种类变更，含有多自由度动作功效柔性自动化 。 机械手首先是从美国开始研制。1958年美国联合控制企业研制出第一台机械手。她结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁工件抓放机构，控制系统是示教型。 1962年，美国机械铸造企业在上述方案基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存放装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来。同年该企业和普鲁曼企业合并成立万能自动企业（Unimaton）,专门生产工业机械手。 1962年美国机械铸造企业也试验成功一个叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手中央立柱能够回转，臂能够回转、升降、伸缩、采取液压驱动，控制系统也是示教再现型。即使这两种机械手出现在六十年代初，但全部是国外工业机械手发展基础。 1978年美国Unimate企业和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一个Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于1毫米。 美国还十分注意提升机械手可靠性，改善结构，降低成本。如Unimate企业建立了8年机械手试验台，进行多种性能试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性一个量度。它给出在第一次故障前平均运行时间），由400小时提升到1500小时，精度可提升到0.1毫米。 德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，关键用于起重运输、焊接和设备上下料等作业。德国KnKa企业还生产一个点焊机械手，采取关节式结构和程序控制。 瑞士RETAB企业生产一个涂漆机械手，采取示教方法编制程序。 瑞典安莎企业采取机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。 日本是工业机械手发展最快、应用最多国家。自1969年从美国引进二种经典机械手后，大力研究机械手研究。据报道，1979年从事机械手研究工作大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手研究费用42%。1979年日本机械手产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占二分之一，达222亿日元，是1978年二倍。含有记忆功效机械手产值约为67亿日元，比1978年增加50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每十二个月50%60%速度增加。使用机械手最多是汽车工业，其次是电机、电器。估计到1990年将有55万机器人在工作。 第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，含有视觉、触觉能力，甚至听、想能力。研究安装多种传感器，把感觉到信息反馈，使机械手含有感觉机能。现在国外已经出现了触觉和视觉机械手。 第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中任务。它和电子计算机和电视设备保持联络。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中关键一环。伴随工业机器手（机械人）研究制造和应用扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其它国家学术交流活动开展很多。三 工业机械手在生产中应用 机械手是工业自动控制领域中常常碰到一个控制对象。机械手能够完成很多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用很广泛。 在现代工业中，生产过程中自动化已成为突出专题。各行各业自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提升生产效率，完成工人难以完成或危险工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续。据资料介绍，美国生产全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工时间仅占零件生产时间5%。从这里能够看出，装卸、搬运等工序机械化迫切性，工业机械手就是为实现这些工序自动化而产生。现在在中国机械手常见于完成工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作搬运机械手为研究对象。四 机械手控制方法及用PLC控制优势 机器人控制系统硬件结构要围绕着怎样愈加好地实现机器人控制功效而设计和选择。以控制器关键计算机分布方法来看，机器人控制系统硬件控制结构大致可分为集中控制、主从控制、分级控制等三类。 在关键控制器选择上能够有多个方案，现在在机电一体化设计中关键有三种：单片机、工业控制计算机、可编程控制器（PLC）。伴随计算机系统不停发展，也出现了运动控制卡和逻辑控制器等新型控制硬件。 单片机控制机械手能够完成简单逻辑控制或模拟量控制，可按需要自行配置通信功效，软硬件开发工作量很多，输出带负载能力和抗干扰能力差，可靠性差，环境适应能力差，成本较为低廉。 PLC控制机械手可按使用要求选购对应产品完成复杂逻辑控制，逻辑控制为主，也能够组成模拟量控制系统，软硬件开发工作量较少，输出带负载能力和抗干扰能力强，可靠性好，环境适应能力强，成本较为高。工业控制计算机含有完善控制功效，软件丰富，实施速度快，软件开发工作量较多，硬件开发工作量较少，实施速度较慢，环境适应力二分之一，可靠性好，成本较为高。本设计是利用可编程控制器PLC作为载体一套机械手驱动装置，用来实现文字书写功效，并可依据需求改变要求随时更改相关控制参数。综合各个文件内容能够看到PLC有以下优点，它能适应工业现场恶劣环境，可靠性高。在工业生产中通常要求控制设备含有很强抗干扰能力。而PLC在这方面独到之处有：它在硬件上采取光电隔离装置以预防输出对输入反馈干扰；采取屏蔽方法以预防空间电磁干扰；设置滤波步骤，以消除外部干扰和各模块之间干扰影响；采取连锁及互锁控制、自诊疗电路和模块式结构等方法，以提升硬件可靠性及模块交换性；在软件上采取了故障自检测、自诊疗等方法。其它实用方面优点有1.PLC软件简单易学。2. PLC使用方便；3.PLC体积小，重量轻，便于安装。因为PLC含有上述一系列优点，工业控制中广泛用于以下三种控制：(1)开关量次序、逻辑控制。即替换继电器控制系统，如冶金行业中高炉上料系统，轧钢机、连铸机、费剪等控制系统；机械行业多种自动生产线、自动加工机床、机械手、龙门铣床等控制；轻工业中注塑机、包装机、食品加工机械等。(2)模拟量控制。如温度、压力、流量等；(3)数据采集、分析处理。如控制中数据采集、算术运算、函数运算、逻辑运算、数据传输、转换、捧序和查表等操作。综上用PLC作为控制系统控制机械手写字设计是一个方便、实用、可靠控制系统设计方案。经过搜集多种资料和早期计划我已对将要进行设计很了解，相信在老师指导和我自己努力下我能够很好完成设计任务，即使期间肯定会碰到这么或那样困难，不过我有信心做好这一切。参考文件1 蔡自兴.机器人学发展趋势和发展战略J.机器人技术和应用,76(4):11-16.2 张波.多功效上下料用机械手液压系统J.液压和气动,8(2):31-32.3 李允文.工业机械手设计M.北京:机械工业出版社,1996.4 张建民.工业机械人M.北京:北京理工大学出版社,19925 史国生.PLC在机械手步进控制中应用J.中国工控信息网,.16 王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.北京:北京航空航天大学出版社,.7 朱春波.PLC控制气动上下料机械手J.液压气动和密封,1999,21-24.8 王勤.计算机控制技术M南京:东南大学出版社,.9 张万忠.可编程控制器入门和应用实例(西门子S7-200系列)M.北京:中国电力出 版社,. 10 刘轩,王丽伟.机械手PLC控制J.机床电器,34-49.11 张铁异,何国金,黄振峰.基于PLC控制混合型气动机械手设计和实现J.液 压和气动,18(9):68.12 郭艳萍.基于PLC 工业机械手控制系统J.仪表技术和传感器,9(9):31-32.13常晓玲，电气控制系统和可编程控制器 机械工业出版社.14 常健生 检测和转换技术 机械工业出版社.15 贾德胜 PLC应用开发实用子程序 人民邮电出版社.16 Lozano, R. (Rogelio),Adaptive control systemsMFresno:Witerwoof Inc.,199917 ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometryJ. The18thInt.Symposium on in dustrial robots( ISIR),Sydney,Australia,1988,91-100. 18 John J.Craig,Introduction to Robotics Mechanics and ControlJ,Second Edition, Addison-Wesley,Reading,MA,1989.19 Durstewitz,M ;Kiefner,B ,Virtual collaboration environment for aircraft designJ,Information Visualisation,. Proceedings.Sixth International Conference on，10-12 July ,Page: 502- 50720 Ramazan Bayindir , Yucel Cetinceviz, A water pumping control system with a programmable logic controller (PLC) and industrial wireless modules for industrial plantsAn experimental setup