1、本科毕业设计 (论文 )开题报告 电气工程及自动化 六足机器爬虫 PLC 控制系统 设计 一、课题研究意义及现状 随着机器人技术的发展，机器人的行走方式的控制也日趋成熟。比较常见的有履带式，轮式和足式。轮式和履带式移动比较迅速，控制也比较简单，只需直接控制电机转速即可，移动过程中比较平稳，所以在平坦的地面上，选择轮式和履带式的比较好。但足式移动方式有着轮式和履带式没有的优点，它采用类似生物爬行机构进行运动，具有自动化程度高，和具有丰富的动力学特性。它可以较易地跨过比较大的障碍（如沟、坎），并且机器人所具有的大量的自由 度可以使机器人的运动更加的灵活，对不规则的地形的适应能力更强，足式机器人的立
2、足点是离散的，因此跟地面接触面积小，因而可以在可到达的地面上选择最优支撑点，即使在表面极不规则情况下，通过严格选择足的支撑点也能够行走自如。 六足机器爬虫是模仿动物的运动形式，采用腿式结构来完成移动功能的一类特种机器人，参照工业机器人的标准定义，可以把步行机器人理解为“一种由计算机控制的，用足机构推进的地面移动装置用来区别于行走式机械玩具及固定行走模式的机械装置，该类机器人可以在不平的路面上稳定行走可以取代轮式车完成一些复杂环境 中的运输作业，因此多足步行机器人在矿山开采，军事运输、水下建筑、核工业、星球探测、农业及森林采伐、教育、艺术及娱乐等许多行业有着非常广阔的应用前景。 为了适应越来越多
3、非结构环境下的机器人作业，多足机器人称为国内外研究的热门课题。 为了探索多足机器人技术的研究前沿，给我国的多足机器人工程实用化开发提供关键的技术支持，因此开展多足步行机器人相关理论和技术的研究具有十分重要的科学意义和应用价值。 六足机器人具有功能强大，易于控制、结构简单紧凑，拓展功能强等特征，可大幅提升六足机器人的应用范围，为日后研发与大规模推广的 六足运载平台提供了设计参考。 本课题是给予 PLC 和伺服电机来控制六足机器人的爬行，由于 PLC 可靠性好、抗干扰性强编程简单和维护方便等优点，广泛用于工业控制。 二、课题研究的主要内容和预期目标 本课题任务结合六足机器爬虫控制对象，自行设计控制
4、主电路和应用可编程控制器作为控制核心器件的辅助电路。课题内容包括控制对象的系统分析、 PLC 程序编写和系统运行调试等任务，完成本课题的任务需要明确系统中各种可控元件的性能及其运行方式，熟练应用 PLC 编程软件的操作，掌握三菱 PLC 的指令系统，能根据具体任务编写系统程序，并与控 制对象建立通信连接实现在线调试。 本控制对象有 6 足 18 个关节，配有 18 只伺服电机 (航模舵机 )，通过编程进行较复杂的运动控制，通过对外界环境的感知、编程和操作，实现机器爬虫的正常行走。 毕业设计的具体内容 ： 1 研究基于 PLC 综合应用设计的六足机器爬虫控制系统 （ 1）了解和分析六足机器爬虫模
5、型的组成，研究系统的控制策略； （ 2）学习 PLC 控制系统设计的基本方法，分析六足机器爬虫自动控制系统的实现方案。 2 硬件电路及软件设计 （ 1）分析控制对象的电气控制原理，选择合适的 PLC； （ 2） 完成控制对象主控电路和 PLC 辅控电路的设计，安装硬件线路； （ 3）学习相关 PLC 编程软件的操作使用； （ 4）编写 PLC 控制程序，下载程序测试，实现控制系统的正常运行； （ 5）撰写设计报告，完成毕业设计论文。 毕业设计的预期目标 ： 完成上述 六足机器爬虫程序和外部电路接线的 设计与调试，通过实验测试合格，并提供控制详细的技术文件（硬件原理图、接线图、连接图和电器元件详
6、细清单，控制程序的流程框图和详细控制源程序），完成毕业论文撰写，准备毕业设计答辩。 三、 课题研究的方法及措施 通过对 PLC 编程的学习 和查阅有关六足机器人控制的相关资料，了解六足机器人的步态运动，然后 利用 PLC 和 伺服控制 技术控制进行设计， 六足机器爬虫电气伺服控制系统选用闭环控制，通过伺服电机的驱动模块，将 PLC 所发出的一系列脉冲来控制舵机的旋转角度，从而控制腿关节的运动，并经过多次的调试来使机器人能够进行稳定的行走。 根据 PLC 具有运行可靠、抗干扰强、维护方便等优点， 因此 本课题选 为 用 PLC 主控器的控制系统设计，实现 机器爬虫的运动控制，本文所选的机器人是
7、6 足 18 个自由度的机器爬虫，由 18 个伺服电机来控制。系统设计的总体思路为以下框图所示：电 源模块用来对 PLC和舵机的驱动器提供能源，行走速度控制模块是用来控制机器爬虫的爬行速度，行走方向控制模块是用来控制机器爬虫的转向，显示模块用来显示机器爬虫的当前状态，而舵机驱动模块是用来驱动伺服电机的旋转， PLC 输出不同的脉冲来控制舵机的旋转角度从而控制机器爬虫的运动。 六足机器爬虫设计的基本框图 最后配合电气控制系统硬件通过实验柜上模拟运行，以检测系统是否达到控制系统 是否达到预期的要求，是否能正常行走和转向。 四、 课题研究进度计 毕业设计 期限：自 2011 年 7 月 8 至 20
8、12年 4月 20日。 第一阶段（ 4 周）：分析任务，收集资料，系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述、外文翻译。 第二阶段（ 4 周）：设计与写论文，系统模块软件程序设计，撰写设计报告与论文。 第三阶段（ 2 周）：设计作品完善，论文修改，答辩。 五、参考文献 1 何衍庆等 .常用 PLC应用手册 M.北京：电子工业出版社， 2008， 3. 2 孙毅等 .三菱 FX/Q系列 PLC应用技术 M.北京：人民邮电出版社， 2006. 3 肖峰等 .PLC编程 100例 M.北京：中国电力出版 社， 2009， 5. 4 武坤，罗庆生 . 仿生六足机器人控制系统的仿真技术研究 J.机械与电子
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10、anghai: Shanghai University Press, 20007,2. 8 巫莉 .电气控制与 PLC 应用 M.中国电力出版社 ,2008,5(1):344. 9 Gordon McComb、 Myke Predko.机器人设计与实现 M.科学出版社， 2008.1 10 D.E.orin.surpervisory Control of a Multilegged Robot,Int.J.Robotics Research,1982,Vo1.1,No.1,pp.79-91 11 Jon J Craig introduction to Robots Mechanics and ControlM.Stanford University Addison welsey Inc,1986
