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    1. 绪论

    1.1 课题研究背景及现状

    科学技术在进步,自动化程度在提高。工业生产中工人处于高温、腐蚀等环境中,工人劳动加强甚至受到各种危害。由于机械手臂动作比较灵活,能够多角度抓放物件,在多种自动化生产中都有应用[2]。机械手的特殊性决定了它材料的要求,必须耐高温,耐腐蚀,这样他能在各种恶劣的环境中工作,使工人的劳动强度降低,而且提高了工作的效率。PLC是为机械手的重要部分,通过计算机进行编程,将相应的程序下载到PLC中,并且可以通过计算机对其进项在线监控,以及对相关部分做出及时的调整或者修改,结合工控智能软件,更具有操作性,智能性,充分体现系统的优越性[3]。

    1.2 机械手研究意义

    工业机械手是一种新型的自动控制技术。机械手得到迅速发展在于它的优点:一,它能够代替部分人工劳动操作;二,它可以根据生产的要求,完成工件特定的动作[4]。它能改进工人的工作环境,让工人的工作时间变短。机械手在高温、高压环境中身影可见很多。我国机械手成长速度快,并取得了一些的成绩,受到许多部门的器重。

    机械手可以三类。第一类是不需要人为工作的,而且它不用连接规定的特殊设备,这种机械手拥有机械的物理性能;第二类是需要通过人工操作的。这种机械手在现代的生产中十分受用。其三,是专用机械手,在自动化生产中应用很多,用来搬送物料,传送工件等。它的程序是固定的的,由特定的主机驱动。本文设计的机械手模拟装配是第一类。机械手在生产中身影出现频繁,降低了人们平时的工作量,同时生活环境变得好了,智能化的身影会更多走进人们视线。

    1.3 PLC的特点

    PLC在生产中身影出现频繁,是因为它的特点是许多其他同类产品不能比较的,它的特点如下:

    (1)可靠性比较高,能够阻碍外在的一些干扰。PLC能够用程序来完成逻辑顺序和时序,或者代替原来继电器系统中一些器件,使机械接触点和线的连接数量都变得很少。

    (2)灵活性很强,控制系统柔性比较好。目前对生产过程中做部分的改进时,我们只对相应的PLC程序重新编写,另外也可以对外面的线路重新规划,这样就可以完成整个控制系统的变换。

    (3)编程简单使用方便。控制系统易于实现,开发工作量少,周期相对来说比较短,适合工业生产的要求。

    (4)维修方便,PLC有完善的故障诊断功能,可以方便的查明故障来源,同事它的体积小,功耗比较低,可以大量的节省继电器、定时器的数量[5]。

    (5)它的功能良好,能够完成复杂困难的控制系统。从功能和性能等方面来看,PLC比传统的继电器控制系统好处更多。

    2. 系统硬件设计与实现

    2.1 设计方案

    机械手通常有三分部构成,它包括执行机构、驱动机构和控制系统。本设计采用真空吸盘构造。手臂分为有关节和无关节。它能够控制手指精确的抓取工件,送到预设位置。

    通常所用的机械手应用的是步进电机或者伺服电机,这种电气驱动方式所采用的动力源十分的简便,而且出现故障时能够方便维修,我们的驱动控制机构和控制系统的动力是统一的。本设计我们选取步进电机来控制,完成机械手规定动作。

    2.2 机械手结构

    机械手的手臂在整体中占据着十分重要的地位,它起支撑作用,能够支撑许多关节和组件,使他们在空间当中也能任意的动作。机械手臂要具有三个自由度,这样可以保证它可以到达三维上的任意位置。手臂上的手腕样式是非常多的,根据手腕的弯曲和转动的结构,可以将机械手的手腕划分为四中不同的结构形状。

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