模塊化生產系統(tǒng)軟件設計【開題報告+畢業(yè)論文+外文翻譯】,模塊化,生產系統(tǒng),系統(tǒng)軟件,設計,開題報告,模塊化生產系統(tǒng)軟件,畢業(yè)論文,外文翻譯 可編程控制器（ 序設計論文 題目： 模塊化生產系統(tǒng)軟件設計 學 校： 班 級： 姓 名： 指導老師： 2010 年 6 月 摘要 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進一步發(fā)展 ,自動化已經成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱 ,無人車間、無人生產流水線等等，已經隨處可見。同時，現(xiàn)代生產中，存在著各種各樣的生產環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣 的生產環(huán)境不利于人工進行操作。 工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新的技術，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產自動化實踐相結合的產物，并以成為現(xiàn)代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機械手是提高生產過程自動化、改善勞動條件、提高產品質量和生產效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。 本題采用日本三菱公司的 列 機械手的上下、左右以及抓取運動進行控制。該裝置 機械部分有滾珠絲杠、滑軌、機械抓手等；電氣方面由交流電機、變頻器、操作臺等部件組成。我們利用可編程技術，結合相應的硬件裝置，控制機械手完成各種動作。 關鍵詞： 制；機械手； 第一章可編程控制 ． 1 介 自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（ 代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來， 到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。同時， 功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網絡技術的不斷發(fā)展和用戶需 求的不斷提高， 開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的 再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產品， 二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內的 增長率保持為 20%～ 30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和 場容量基數的不斷擴大，近年來 工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家 增長十分迅速。綜合相關資料， 2004年全球 00億美元左右，在自動化領域占據著 十分重要的位置。 由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的 先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入 用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。 有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數器自動加 1，程序從起始步（步序號為零） 起依次執(zhí)行到最終步（通常為 令），然后再返回起始步循環(huán)運算。 完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的 環(huán)掃描周期在 1微秒到幾十微秒之間。 梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理， 16 位（也有 32 位的）為一個模擬量。大型 用另外一個 完成模擬量的運算。把計算結果送給 控制器。 相同 I/O 點數的系統(tǒng)，用 用 成本要低一些（大約能省 40%左右）。 有專 用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比低很多。一個 控制器，可以接收幾千個 I/O 點（最多可達 8000 多個 I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用 為合適。 設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近 10 年來，隨著 格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用 行控制， 我國的應用增長十分迅速。隨著中國經濟的高速發(fā)展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內 我國仍將保持高速增長勢頭。 通用 用于專用設備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但 對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用 定制 代嵌入式控制器 1． 2 部原理 質上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構和微機是基本一 的。 圖 件的基本結構圖 （ 1）中央處理單元（ 中央處理單元（ 控制中樞。它按照 統(tǒng)程序賦 予的功能，接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據，檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯誤。當 入運行時，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入 I/O 映象區(qū) , 然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術運算等任務。并將邏輯或算術運算等結果送入 I/O 映象區(qū)或數據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行為止。 （ 2）存 儲器 與微型計算機一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構成一臺完整的軟件分為兩部分 : 系統(tǒng)軟件和應用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 儲空間的分配：雖然大、中、小型 最大可尋址存儲空間各不相同，但是根據 工作原理， 其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：系編程器 中 央 處 理 單 元 （ 輸入電路 輸出電路 系 統(tǒng) 程 序 存 儲 區(qū) 用 戶 程 序 存 儲 區(qū) 電源 統(tǒng)程序存儲區(qū)，系統(tǒng) 儲區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等）和用戶程序存儲區(qū)。 A. 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序 、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在 ，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該 各項功能。 B. 系統(tǒng) 儲區(qū) 系統(tǒng) 儲區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設備（例如：邏輯線圈、數據寄存器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器等）存儲區(qū)。 （ A） I/O 映象區(qū) 由于 入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數據，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數據送至相應的外設。因此，它需要有一定數量的存儲單元（ 供存放 I/O 的狀態(tài)和數據，這些存儲單元稱作 I/O 映象區(qū)。一 個開關量 I/O 占用存儲單元中的一個位（ , 一個模擬量 I/O 占用存儲單元中的一個字（ 16 個 因此，整個 I/O 映象區(qū)可看作由開關量的 I/。 （ B） 系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) 除了 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) 儲區(qū)還包括 部各類軟設備（邏輯線圈、數據寄存器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在 電時，由內部的鋰電子供電。使這部分存儲單元內的數據得以保留；后者當 將這部分存儲單元內的數據全部置“零”。 C．用戶程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的 存儲容量各不相同，一般來說，隨著 型增大其存儲容量也相應增大。不過對于新型的存儲容量可根據用戶的需要而改變。 D． 常用的 I/O 分類 常用的 I/O 分類如下： 開關量：按電壓水平分，有 22011024隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模 擬 量 ： 按 信 號 類 型 分 ， 有 電 流 型 （ 4、 電 壓 型（ 010，按精 度分，有 1246。 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O 點數確定模塊規(guī)格及數量， I/O 模塊可多可少，但其最大數受 受最大的底板或機架槽數限制。 （ 3） 源 源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無論是小型的 是中、大型的 電源的性能都是一樣的，均能對 部的所有器件提供一個穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動在正負 10%（ 15%）之間，因此可以直接將 入到交流 電網上去。 可編程序控制器一般使用 220V 交流電源。可編程序控制器內部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測裝置（如接近開關）提供 24V 直流電源。驅動現(xiàn)場執(zhí)行機構的電源一般由用戶提供。 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計算機程序實現(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結構在功能上某些相似之處。 1． 3 工作原理 可編程 序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（ 態(tài)與停止（ 態(tài)。在運行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至可編程序控制器停機 或切換到 作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入 理過程似乎是同時完成的。 在內部處理聯(lián)合階段。可編程序控制器檢查 塊內部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內部工作。 在通信服務階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容。當可編程序控制器處于停止（ 態(tài)時，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢?態(tài)時，還要完成另外 3 個階段的操作。 在可編程序控制器的存儲器中，設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄 存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對應的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通 /斷開（ 態(tài)讀入輸入寄存器。 外接的輸入觸點電路接通時，對應的輸入映像寄存器為“ 1”狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外接的輸入觸點電路斷開，對應的輸入映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會隨之而 變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。 可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉指令時， 第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結束之處。在執(zhí)行指令時，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關編程元件的 0/1 狀態(tài)讀出來，并根據指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算結果寫入到對應的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內容隨著程序的執(zhí)行而變化。 在輸出處理階段， 輸出映像寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應的輸出映像寄存器為“ 1”狀態(tài)。信號經輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。 若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應的輸出映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。某一編程元件對應的映像寄存器為“ 1”狀態(tài)時，稱該編程元件為 像寄存器為“ 0”狀態(tài)時，稱該編程元件為 掃描周期可編程 序控制器在 作狀態(tài)時，執(zhí)行一次掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為 1~100令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和 行指令的速度有很大的關系。當用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當大的比例。不過嚴格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖所示。 圖 掃描運行方式 （ 1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段， 掃描方式依次讀入所有的數據和狀態(tài)它 們存入 I/O 映象區(qū)的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶 程序行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入數據和狀態(tài)發(fā)生變化 I/O 映象區(qū)的相應單元的數據和狀態(tài)也不會改變。所以輸入如果是脈沖信號，它的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （ 2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， 是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對控制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) 儲區(qū)中對應位的狀態(tài)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術運算、數據處理、數據傳達等。 （ 3）輸出刷新階段 第 (掃描周期 輸出刷新 第 (N+1)個掃描周期 輸入采樣 第 N 個掃描周期 輸入采樣 輸出刷新 用戶程序執(zhí)行 在輸出刷新階段， 照 I/O 映象區(qū)內對應的數據和狀態(tài)刷新所有的數據鎖存電路，再經輸出電路驅動響應的外設。這時才是 正的輸出。 (4)輸入 /輸出滯后時間 輸入 /輸出滯后時間又稱系統(tǒng)響應時間，是指可編程序控制器的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產生的滯后時間三部分組成。 輸入模塊的 波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點動作是產生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數決定 了輸入濾波時間的長短，其典型值為 10右。 輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在 10右；雙向可空硅型輸出電路在負載接通時的滯后時間約為 1載由導通到斷開時的最大滯后時間為 10體管型輸出電路的滯后時間約為1掃描工作方式引起的滯后時間最長可達到兩個多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫舆t時間一般只有幾十 于一般的系統(tǒng)是無關緊要的。要求輸入 — 輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。 1． 4 型的選擇 方法 1． 類型 結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按 長分為 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32 位、 64 位等。從應用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。整體型 I/O 點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型 供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 2． 輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應考慮 信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致?？筛鶕靡螅侠磉x用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程 I/ 供電電源，除了引進設備時同時引進 根據產品說明書 要求設計和選用外，一般 供電電源應設計選用 220源，與國內電網電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果 身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。 由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求 存儲器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K 存儲器選擇。需要復雜 控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 a．控制單元的冗余 （ 1）重要的過程單元： 括存儲器）及電源均應 1余。 （ 2）在需要時也可選用 件與熱備軟件構成的熱備冗余系統(tǒng)、 2 重化或 3重化冗余容錯系統(tǒng)等。 b． I/O 接口單元的冗余 （ 1）控制回路的多點 I/O 卡應冗余配置。 （ 2）重要檢測點的多點 I/O 卡可冗余配置。 3）根據需要對重要的 I/O 信號，可選用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口單元。 第二章 機械手概況 運機械手的應用簡況 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產過程的機 械化、自動化已成為突出的主題。在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產自動化的有效辦法，程控機床、數控機床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。 但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。據資料介紹，美國生產的全部工業(yè)零件中，有 75％是小批量生產；金屬加工生產批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的 5％。從這里可看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產 生的。機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。 國內外機械工業(yè)、鐵路部門中機搬運械手主要應用于以下幾方面： 熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作。 冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進而在程序控制、數字控制等機床 上應用，成為設備的一個組成部分。最近更在加工生產線、自動線上應用，成為機床、設備上下工序聯(lián)接的重要于段。 拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進了機械手的發(fā)展。目前國內鐵路工廠、機務段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內噴漆通用機械手，可用以對客車內部進行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質量和效率。 近些年，隨著計算機技術、電子技術以及傳感技術等在機械手中越來越多的應用 ，工業(yè)機械手已經成為工業(yè)生產中提高勞動生產率的重要因素。 械手的應用意義 在機械工業(yè)中，機械手的應用意義可以概括如下： 應用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產率，降低生產成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產機械化和自動化的步伐。 免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應用機械手即可部 分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重復作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 于有節(jié)奏地生產 應用機械手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產線上，目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確地控制生產的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產。 綜上所述，有效地應用機械手是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢 械手的發(fā)展概況 專用機械手經過幾十年的發(fā)展，如今已進入以通用機械手為標志的時代。由于通用機械手的應用和發(fā)展，進而促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識，而且還應用一些電子技術、電視技術、通訊技術、計算技術、無線電控制、仿生學和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術。目前國內外對發(fā)展這一新技術都很重視，幾十年來，這項技術的研究和發(fā)展一直比較活躍，設計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應用領域也在不斷地擴大。 早在 40 年代，隨著原 子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關節(jié)式的第一代機械手。 50～ 60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數控示教再現(xiàn)型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。如尤尼曼特 (械手即屬于這種類型。 60～ 70 年代，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產自動線上，亦即是第二代機械手這一新技術進入了應用階段。 80代，裝配機械手處于鼎盛時期，尤其是日本。 90 年代機械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應用外，農、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務業(yè)、軍事領域上有較大的應 用。 90 年代以后，隨著計算機技術、微電子技術、網絡技術等的快速發(fā)展，機械手技術也得到飛速的多元化發(fā)展。 總之，目前機械手的主要經歷分為三代： 第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設有電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng) 柔性制造單元 重要一環(huán)。 械手的發(fā)展趨勢 目前國內工業(yè)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數量、品種、 性能方面都不能滿足工業(yè)生產發(fā)展的需要。 因此，國內主要是逐步擴大機械手應用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。在應用專用機械手的同時，相應地發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等。 將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升 降、橫移、俯仰等機構，以及適于不同類型的夾緊機構，設計成典型的通用機構，以便根據不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。既便于設計制造，又便于改換工作，擴大了應用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機械手，并考慮于計算機聯(lián)用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照 事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機械手本身的損壞。為此，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。 視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計算機。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位， 并發(fā)出指令控制機械手進行工作。 觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內的壓力敏感元件產生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。 手的抓力大小可通過裝在手指內側的壓力敏感元件來控制，達到自動調整握力的大小?？傊S著傳感技術的發(fā)展，機械手的裝配作業(yè)的能力將進一步提高。到 1995 年，全世界約有 50%的汽車由機械手裝配。 現(xiàn)今機械手的發(fā)展更主要的是將機械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 第三章 機械手控制系 統(tǒng)設計 設計內容 按下啟動， A 連續(xù)運行，機械手下降 —— 到位撞到 止下降 —— 1s 后機械手抓零件，抓緊撞 1s 后上升，到位撞 止上升 —— 1s 后左旋，到位撞 止左旋 —— 1s 后下降，到位撞 止下降 —— 1s 后松開，到位撞 1s 后上升，到位撞 止上升 —— 1 秒后右旋，到位撞 環(huán)結束 出分配 輸入 輸出 右上到位 升 下到位 降 緊到位 緊 開到位 開 上到位 行 下到位 行 統(tǒng)啟動 系統(tǒng)停止 2．示意圖 致謝 本論文是在老師悉心指導下完成的。老師嚴謹的治學態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在老師的指導下完成的，傾注了老師大量的心血。在此，謹向 老 師表示崇高的敬 意和衷心的感謝！ 最后對評閱本論文的各位老師致以誠摯的感謝！ 參考文獻 [1] 王炳實 . 機床電氣控制 北京：機械工業(yè)出版社， 2004 年： [2] 王本軼 . 機床設備控制基礎 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2005 年： [3] 丁樹模 . 液壓傳動 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2007 年 [4] 林平勇 . 高崇 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