机电一体化毕业论文

机电一体化毕业论文（删除）•II•引言随着现代工业的发展，机械手在工业自动化中的应用越来越广泛。机械手的出现，不仅提高了生产效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。然而，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。•III•机械手的发展历程机械手的发展历程可以追溯到20世纪60年代。当时，美国人发明了第一代机械手，它是由一个大型计算机和一个大型机械臂组成的。这种机械手的缺点是体积庞大、重量沉重、价格昂贵，只能在大型工厂中使用。随着计算机技术和控制技术的发展，机械手开始逐渐走向小型化、轻量化、智能化。目前，机械手已经成为一种高度智能化的设备，能够完成复杂的操作任务，如装配、搬运、焊接等。在未来，随着人工智能技术的发展，机械手将更加智能化，能够更好地适应不同的生产环境和任务需求。•IV•机械手的应用领域机械手的应用领域非常广泛。在汽车、电子、机械、化工等行业中，机械手已成为不可或缺的设备。在汽车制造业中，机械手可用于汽车零部件的组装、搬运和焊接；在电子行业中，机械手可用于电子元器件的装配和检测；在机械制造业中，机械手可用于机床的自动化加工和零部件的装配；在化工行业中，机械手可用于危险品的搬运和装卸。可以说，机械手已经成为现代工业生产的重要组成部分。•V•机械手的控制技术机械手的控制技术是机械手能够完成复杂操作任务的关键。机械手的控制技术包括机械结构设计、运动控制、传感器技术、视觉识别等方面。其中，运动控制是机械手控制技术的核心，它包括位置控制、速度控制和力控制等方面。传感器技术和视觉识别技术则是机械手实现自主操作的关键，它们能够使机械手感知周围环境，根据环境变化做出相应的操作。因此，机械手的控制技术是机械手能够完成复杂操作任务的关键。•VI•机械手的未来发展趋势随着人工智能技术的不断发展，机械手的未来发展趋势将更加智能化、柔性化和网络化。智能化方面，机械手将更加自主化，能够根据环境变化自主调整操作方式；柔性化方面，机械手将更加适应不同的生产环境和任务需求；网络化方面，机械手将更加互联互通，能够实现机械手之间的协作操作。因此，未来机械手将成为工业自动化的重要组成部分，为人类创造更加美好的生活。摘要本文主要介绍了机械手的发展历史、构成部分、分类、优势以及发展大事记。同时，还介绍了西门子公司及其S7-200主要参数和功能，以及机械手的设计要求和功能。最后，本文还分析了该设计的优缺点。一、机械手发展经历及主要构成（一）发展历史机械手的发展历史可以追溯到20世纪60年代。最初，机械手主要用于汽车工业的装配线上。随着科技的发展，机械手得到了广泛的应用，如电子工业、医疗器械、食品加工等领域。（二）构成部分机械手主要由机械结构、传动装置、控制系统和执行器等部分组成。其中，机械结构是机械手的基础，传动装置负责传递动力，控制系统控制机械手的运动，执行器则负责执行具体的动作。（三）机械手分类根据机械手的结构形式和功能特点，可以将其分为多关节机械手、平面机械手、直线机械手等多种类型。（四）多关节机械手的优势多关节机械手具有灵活性高、精度高、承载能力大等优势，因此在工业生产中得到了广泛的应用。（五）机械手发展大事记机械手的发展历程中，有许多重要的事件和里程碑，如1961年美国通用电气公司开发出第一台机械手，1973年日本富士重工业公司开发出第一台数字控制机械手等。二、西门子公司及S7-200主要参数功能介绍（一）适用围西门子公司的S7-200系列PLC适用于各种工业自动化领域，如制造业、包装业、食品加工业等。（二）模拟电位器S7-200系列PLC具有模拟电位器功能，可以对模拟量进行精确的控制和测量。（三）脉冲输出S7-200系列PLC还具有脉冲输出功能，可以对步进电机等设备进行精确的控制。（四）电池模块S7-200系列PLC还配备有电池模块，可以在断电情况下保存程序和数据，确保系统的可靠性和稳定性。（五）各型号的优点S7-200系列PLC有多种型号，每种型号都有其独特的优点，如S7-224型号具有高速计数器和PWM输出功能，S7-226型号具有更高的处理能力和更多的扩展接口等。三、机械手设计要求及功能（一）控制要求机械手的控制要求包括精度要求、速度要求、稳定性要求等。同时，还需要考虑安全性、可靠性等因素。（二）机械手运行方式机械手的运行方式包括调整工作方式、连续工作方式、单周工作方式和步进工作方式等。1.调整工作方式调整工作方式是指机械手根据不同的工件进行调整和运行。2.连续工作方式连续工作方式是指机械手在一定的时间内连续运行，完成一定的任务。3.单周工作方式单周工作方式是指机械手在一周内完成一定的任务。4.步进工作方式步进工作方式是指机械手按照一定的步进进行运动，完成特定的任务。（三）程序设计要点机械手的程序设计要点包括程序的结构、程序的逻辑、程序的调试等方面。（四）程序结构框图机械手的程序结构框图包括输入模块、输出模块、控制模块和执行模块等部分，通过这些模块实现机械手的控制和运行。四、基于S7-200的机械手PLC控制程序本文提出了一种基于S7-200的机械手PLC控制程序，该程序具有简单、可靠、高效等特点，可以满足机械手的控制要求和运行方式。五、分析该设计优缺点该设计的优点包括程序简单可靠、控制精度高、运行稳定等。缺点则是可能存在一定的局限性，需要根据具体情况进行调整和优化。致本文介绍了机械手的发展历史、构成部分、分类、优势以及发展大事记，同时还介绍了西门子公司的S7-200系列PLC及其主要参数和功能，以及机械手的设计要求和功能。最后，本文还提出了一种基于S7-200的机械手PLC控制程序，并对该设计的优缺点进行了分析。参考资料1.王继华.机械手控制系统设计与实践[M].北京：机械工业出版社，2010.2.陈晓慧.基于PLC的机械手控制系统设计[D].南京：南京理工大学，2015.机械手是一种自动化装置，可以模仿人手和臂的某些动作功能，用于按照固定程序抓取、搬运物件或操作工具。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人。机械手的发展历史可以追溯到1954年，当时美国戴沃尔公司最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。现有的机器人大多采用示教再现的控制方式。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，运动机构则使手部完成各种转动、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。控制系统则通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。机械手按驱动方式可以分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手的自由度是机械手设计的关键参数，自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。多关节机械手具有很多优势。首先，它可以实现更加复杂的动作，可以完成更多种类的任务。其次，多关节机械手的自由度更高，可以抓取空间中任意位置和方位的物体。此外，多关节机械手的操作精度更高，可以实现更加精细的操作。因此，多关节机械手在工业生产中得到了广泛的应用。多关节机械手具有多项优点，如动作灵活、运动惯性小、通用性强等，它还能够抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作。随着生产需求的增加，对多关节手臂的灵活性、定位精度和作业空间等提出了更高的要求。多关节手臂的关节数量可以从三个到十几个甚至更多，外形也不局限于像人的手臂，而是根据不同的场合进行变化。多关节手臂的优良性能是单关节机械手所无法比拟的。1958年，美国联合控制公司研制出第一台机械手，这是一种电磁铁工件抓放机构。1962年，美国联合控制公司试制成一台数控示教再现型机械手。1978年，美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种Unimate-Vicarm型工业机械手，它装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。联邦德国KnKa公司还生产了一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。西门子股份公司是世界上最大的机电类公司之一，成立于1847年，总部位于德国慕尼黑。该公司在全球190多个国家拥有大约600家工厂、研发中心和销售办事处，业务主要集中于信息和通讯、自动化和控制、电力、交通、医疗系统和照明六大领域。S7-200是一种小型可编程控制器，适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列具有极高的性能/价格比，其强大的功能使其无论在独立运行中，还是相连成网络皆能实现复杂控制功能。S7-200系列适用于集散自动化系统中，从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制，应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测、监测及控制相关的领域。本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。此外，CPU224XP还具有更高的抗干扰能力和更大的存储空间，适用于复杂的控制任务。CPU226本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至296路数字量I/O点或59路模拟量I/O点。40K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。支持以太网通讯，可实现远程监控和控制。CPU226适用于大型控制系统，具有高度的可靠性和稳定性。总之，S7-200系列PLC提供了多种型号的CPU，可以满足不同规模和复杂度的控制任务。其具有高速计数器、脉冲输出、通讯协议等多种功能，可应用于各种工业和民用领域。同时，不同型号的CPU还具有各自的优点和特点，用户可以根据实际需求进行选择。本机具有24个数字量输入和16个数字量输出，共40个I/O点。此外，还可连接7个扩展模块，最大扩展至248个数字量I/O点或35个模拟量I/O点。存储空间方面，本机拥有13K字节的程序和数据存储空间。同时，本机还配备了6个独立的30kHz高速计数器和2个独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。此外，本机还配备了2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。本机适用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的部集成特殊功能。因此，它可以完全适应于一些复杂的中小型控制系统。机械手模拟控制窗口如图所示，其具备抓紧、放送工件、上下、左右移动等功能。在模拟界面的右侧，有按照控制要求设计的操作台。机械手设有调整、连续、单周及步进四种工作方式。在工作时，需要首先选择相应的工作方式，然后操作对应的按钮。对于调整工作方式，可以通过按相应的按钮来实现左移、右移、上移、下移、加紧、放松各个动作的单独调整。对于连续工作方式，按下起动按钮后，机械手将按照降→加紧→上升→右移→下降→放松→上升→左移的顺序，周而复始地连续工作。按下停止按钮，机械手将自动结束本周期的工作，回到原位后停止。而当按下急停按钮时，系统将立即停车。对于单周工作方式，按下起动按钮后，机械手将按照降→加紧→上升→右移→下降→放松→上升→左移的顺序自动工作一个周期后停止。若要再工作一个周期，可再次按下起动按钮。按下停止按钮，机械手将自动结束本周期的工作，回到原位后停止。而当按下急停按钮时，系统将立即停车。对于步进工作方式，每按一次起动按钮，机械手将完成一步动作后自动停止。而当按下急停按钮时，系统将立即停车。总之，机械手的设计要求和功能十分丰富，可以满足不同场合的需求。该设计方案是一个典型的顺序控制系统，其工作过程可通过机械手的连续工作方式入手编写程序。首先，需要绘制连续工作时的功能表图，然后直接列写逻辑表达式，用触点线圈指令编程，或使用置位复位指令或顺序控制继电器指令来完成。为了显示每一步的工作状态，动画模拟软件使用了部分存储器位。在编程过程中，需要特别处理①、⑤和③、⑦步的动作问题，因为它们具有不同的意义。单周期操作的程序实现可在连续工作程序的基础上通过经验修改实现。其要点是设法阻止机械手在一个周期工作结束后自动进入下一周期，一般在下降的启动回路想办法。单步操作的实现与单周期工作的实现是相似的，即在每一步工作结束后等待启动按钮的命令后再工作。该设计方案的程序结构框图如图3.4.1所示。该方案初步满足了设计要求，能够稳定运行。除了以上的编程思路，还可以采用分段跳转的方法来完成连续工作、单周期工作和单步工作。这种方法编制的程序结构清晰，但程序数量较多。在大学求学的三年里，我经历了奋斗和辛劳，也有甜