基于PLC的机械手控制系统的设计 .pdfVIP

中北大学信息商务学院2012届毕业论文

1.引言

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生

产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的重要组成部分。工业

机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之

一。

机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人

工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的

传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳

动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，

受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、

噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，

并且取得一定的效果，受到机械工业的。

近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为

高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手

能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，

但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特

点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。因此，机械

手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能

够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称

通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换

生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。研究机械手控制的目的是保持以计算机为

基础的机械手的动态响应，以便与一些预先设定的系统性能和理想目标保持一致。一般

情况下，机械手的动态性能直接依赖于控制算法的效率和机械手的动态模型。控制问题

包括获得自然的机械手系统的动态模型，然后指定相应的控制规则或步骤以达到想要的

系统响应和性能。

目前的工业机械臂控制将每一个机械臂的联合看做一个简单的联合伺服。伺服方法

不能充分地模仿不同的动力学机械手，因为它忽略了机械手整体的运动和配置。这些控

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制系统的参数的变化有时是足够重要，以至于使常规的反馈控制方法失效。其结果是减

少了伺服响应的速度和阻尼，限制了精度和最终效应的速度，使系统仅适用于有限精度

的工作。机械手以这种方式控制速度降低而没有不必要的震动。任何在这一领域和其它

领域的机械臂性能增益要求更有效率的动态模型、精密的控制方法、专门的计算机架构

和并行处理技术。

在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体

等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应

的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变

换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，

抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作

效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一

体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与

产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原

材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

综上所述，近年来，机械手在自动化领域的应用越来越广泛，机械手具有结构简单、

造价较低、维护方便、速度快等特点。我们要在本次毕业设计中灵活运用可编程序控制

器原理及其应用课程教学中所学到的相关知识。在组态软件的PLC教学实验系统方案的

提出为强化实践性的教学环节提供了一条新的途径。我们要找到合适自己的方法，用最

好的表现来完成这次的毕业设计。

2.可编程控制器PLC

2.1PLC简介

20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引