基于PLC的机械手控制系统设计 【开题报告】.doc

1、本科毕业设计 (论文 )开题报告 电气工程及自动化 基于 PLC 的机械手控制系统设计 一、课题研究意义及现状 机器人技术的发展带来划时代的变革。机器人学是近 40 年来发展起来的一门交叉性学科，它涉及电子学、计算机科学、控制理论、传感器技术、机械学、仿生学、人工智能等学科领域。目前，工业机器人与其它设备组成的生产线极大地提高了企业的生产率、提高和稳定了产品质量、大大缩短了产品更新换代的周期，机器人的出现和发展已使传统工业生产的面貌发生了根本性变化，使人类的生产方式从手工作业、机械化、自动化、跨入智能化的新时代。机器 人不仅在工业上应用愈来愈广，而且正在社会服务、海洋开发、宇宙空间、地下矿藏、

2、抢险救灾、军事等领域开拓新应用，以代替人在其无法适应的特殊环境下工作，这将极大地扩展人类生产和活动范围，大大提高人类创造性劳动的能力。 目前国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机 械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用

3、，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 自 1954 年美国 G.C. Devol 发表 “ 通用重复型机器人 ” 专利论文和美国 Consolidated 发表 “ 数字控制机器人 ” 论文，揭开机器人的序幕以来，机器人的发展大致经过三代演变。第一代是顺序控制的、示教再现型机器人。它是以 1962 年 AMF 公司和 Unimation 公司的Versatran 与 Unimate 为起 始产品，依靠人们给予程序、能重复进行多种操作的系统。由于不具有传感器的反馈信息，因此不能在作业过程中从外界获取信息，故应用范围和精度受到限制 ;第二代是装有小型计算机和用简单的传感器反馈信息的机器人。

4、它有一些传感器，能对自身位置、方向、速度、力等进行测量，能通过视觉、触觉等传感器对外部环境检测，由这些反馈信息在事先编好的算法和程序的指导下对操作过程进行调整。 目前国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、 热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的

5、机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 二、课题研究的主要内容和预期目标 采用 PLC 控制技术，对运行控制电路 研究和设计，实现 模拟情况下，运行可靠。 了解当前国内外机械手臂的研究与其产品市场；熟悉 PLC 技术等，为将来从事机电设备控制研发、制造及经营等方面工作打下基础。 毕业设计的具体内容 ： （ 1）设计机械手臂的 工作流程 ； （ 2）设计 PLC 的软件控制程序； （ 3）设计完成 PLC 的硬件接线电路； （ 4）设计完成以 HMI 为人机界面， 完成 操作 三、课题研究的方法及措施 由于取工件和堆放工件都有定位精度要求 ， 所以在机械手控制中，

6、除了要对垂直手臂、气爪等普通气缸进行控制外，考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，对这种混合驱动机械手采用 PLC 作为核心控制器，上述各控制对象都必须在 PLC的统一控制下协同工作 。 根据 PLC 具有运行可靠、抗干扰强、维护方便等优点，本课题选用实验室已有三菱 FX2N-32MR 作为系统控制器， FX0N-3A 为数模转换模块，实现设备手动、自动及闭环等控制。对控制程序先在 GX-Developer 软件通过仿真与测试。 利用台达 DOP-A57BSTD 的 HMI 为人机界面，完成 操作简便显示清晰的 友好 界面 。 四、 课题研究进度计划 毕业设计

7、期限：自 2011 年 9 月 8 日至 2012年 4月 17日。 2011年 9月 8日至 2011年 11月 10日 :分析任务，收集资料，系统总体方案设计，完 成文献综述、外文翻译、开题报告； 2011 年 11月 11 日至 2012年 2月 12 日：完成接线等设计，完成控制系统的软件设计，开始 工件补给 送至加工台 等待加工 送至输送带 同时通过实验模拟测试； 2011 年 2月 13 日至 2012年 2月 25 日：撰写设计报告与论文，完善设计作品，修改毕业论文； 2011 年 2月 26 日至 2012年 4月 10 日：做好论文答辩的 PPT 资料，准备答辩，并提交所有电

8、子文档材料； 五、参考文献 1 蒋新松 . 机器人与工业自动化 M. 河北 ： 教育出版社 ， 2003， 30 2 申忠如 .电气工程师手册（第三版） Z.北京 :科学出版社， 2003， 6. 3 廖常初 .FX 系列 PLC 编程及应用 M.北京 :机械工业出版社， 2005， 4. 4 徐德鸿 .电力电子技术 M.北京：科学出版社， 2006， 8. 5 江晓平 . PLC 可编程控制器系统开发实例导航 M . 北京 . 人民邮电出版社 ， 2011， 25. 6 李彭 . 电气控制与 PLC M. 西北 :工业大学出版社 ， 2011， 29. 7 廖常初 .FX 系列 PLC 编程

9、及应用 M.北京 :机械工业出版社， 2005， 4. 8 江晓平 . PLC 可编程控制器系统开发实例导航 M. 北京 . 人民邮电出版社 ， 2011， 25. 9 王建明 .自动线与工业机械手技术 M. 天津 . 天津大学出版社 ， 2009， 15. 10 加藤一郎 .机械手图册 M. 上海 . 上海科学技术出版社 ， 1979， 58. 11 熊放明 . 机械工程识图 M. 北京 . 化学工业出版社， 2009， 60. 12 M.R. Lucas D.M. Tilbury.Methods of measuring the size and complexity of PLC programs in different logic control design methodologies.3 August 2005 Springer-Verlag London Limited 2005