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浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 班 級 09 機制 4 班 姓 名 劉俊 課題名稱 基于 PLC 的 機械手控制 開題報告 （包括選題意義、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題、總體研究思路與可行性分析，預(yù)期研究成果、研究工作計劃等內(nèi)容，非藝術(shù)類不少于 3000 字） 目 錄 1 選題的背景與意義 1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.2 工件 加工 機械手 控制系統(tǒng) 的研究意義 2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題 2.1 基本內(nèi)容 2.2 擬解決的主要問題 3 研究 思路 方案、可行性分析及預(yù)期研究成果 3.1 研究思 路方案 3.2 可行性分析 3.3 預(yù)期研究成果 4 研究工作計劃 參考文獻 （開題報告全文附后） 成績： 答 辯 意 見 （從選題、任務(wù)工作量、質(zhì)量預(yù)期、可行性等幾個方面） 答辯組長簽名： 年 月 日 系 主 任 審 核 意 見 簽名： 年 月 日 基于 PLC 的機械手控制 劉俊 (09機制 4班 B09300417) 1 選題的背景與意義 工業(yè)機器手是最近幾十年發(fā)展起來的一種高新技術(shù)自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機器人的一個重要分支。它 的特點是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼顧人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置，廣泛應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線，危險品及有害物品的搬運裝卸等。機械手目前雖然不如人手靈活，但是它能夠不斷的重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險抓舉重物的力量比人手大的特點，因此獲得日益廣泛的應(yīng)用。 機械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算 機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 本課題的主要目的是了解機械手的工作原理，設(shè)計工件加工 機械手的控制系統(tǒng)。 1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 機械手是 能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可 代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 20 世紀(jì) 40 年代后期，美國在原子能實驗中，首先采用機械手搬 運放射性材料，人 在安全間操縱機械手進行各種操作和實驗。 50 年代以后，機械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在高溫、污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機床的輔助裝置在自動機床、自動生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作 國內(nèi)機械 手 于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)主要是逐步擴大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、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(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)的發(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機械手等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 國外機械手在機械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位 置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。 目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到 3M/S，量新產(chǎn)品達到 6 軸，負(fù)載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG。更重要的是將機械 手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展 。 1.2 機械手系統(tǒng)開發(fā) 研究意義 機器人是在新的設(shè)備類型生產(chǎn)的機械化和自動化發(fā)展的過程 產(chǎn)生的 。它可以模仿手臂的一些功能，例如，抓，釋放，處理對象等，按照固定的秩序，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域。機械手的應(yīng)用可以減少工人反復(fù)操作，并取代人類在危險有毒的環(huán)境，從而大大提高了工作效率和準(zhǔn)確性的工作。它還具有的偉大意義 ,保護人身安全，改善的工作環(huán)境，減少了工人的勞動強度。 機械手于人工相比具有以下優(yōu)點： 1） 容易實現(xiàn)生產(chǎn)過程的完全自動化。 2） 對生產(chǎn)設(shè)備的高度適應(yīng)能力。 3）可在危險有毒的環(huán)境下工作。 所以，研究機械 手的控制系統(tǒng)是一個很有意義的項目。 2 研究的基本內(nèi)容 與 擬解決的主要問題 2.1 基本內(nèi)容 1、了解 柔性制造系統(tǒng)中 機械手 的作用 。 分解 機械手 動作 ， 確定完整實驗系統(tǒng)總體方案。 2、相關(guān)測試用傳感器型號選定。 3、 了解 PLC 可編程控制器。 4、軟件使用說明書編制。 2.2 擬解決的主要問題 以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計要求為根本設(shè)計目標(biāo)，充分考慮機械手工作的環(huán)境和工藝流程的具體要求。在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，盡可能的使結(jié)構(gòu)簡練，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用元配件，以降低成本，同時提高可靠性。本著科學(xué)經(jīng)濟和滿足生產(chǎn)要求 的設(shè)計原則，同時也考慮本次設(shè)計是畢業(yè)設(shè)計的特點，將大學(xué)期間所學(xué)的知識，如機械設(shè)計、機械原理、液壓、氣動、電氣傳動及控制、傳感器、可編程控制器、電子技術(shù)、自動控制、機械系統(tǒng)仿真等知識盡可能多的綜合運用到設(shè)計中，使得經(jīng)過本次設(shè)計對大學(xué)階段的知識得到鞏固和強化，同時也考慮個人能力水平和時間的客觀實際，充分發(fā)揮個人能動性，腳踏實地，實事求是的做好本次設(shè)計。 3 研究思路方案、可行性分析及預(yù)期成果 3.1 研究思路方案 機械手的基本原理 機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。本次設(shè)計采用 三 自由度 。 機械手的主要工作歸納為機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，手臂的升降、小臂的升降和夾具的夾緊與松開，其 中機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)有步進電機來驅(qū)動， 其他通過步進電機和滾珠絲杠相連來驅(qū)動 。 滾珠絲杠 是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的產(chǎn)品。 步進電機的運行要有步進電機驅(qū)動器，它是 通過 控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號，放大 電流 以驅(qū)動步進電機。步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比，控制步進脈沖信號的頻率，可以對電機精確調(diào)速；控制步進脈沖的個數(shù)，可以對電機精確定位。 步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)主要有四 部分組成 :PC， PLC 控制器 ， 步進電機驅(qū)動器， 步進電機。 PC 機通過上位機軟件將程序下載到 PLC 控制器中， PLC 通過相應(yīng)程序處理控制 步進電機驅(qū)動器，產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號，就能精確控制步進電機的轉(zhuǎn)速和位置。 在機械手的底座裝上電傳感器作為機械手的 位置 傳感器。 傳感器的信號需要進過放大、濾波等處理，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換才能輸入到 PLC控制器 ， 需要用 A/D 轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。 首先有電渦流傳感器檢測到工件到位后，機械手先前伸， 位置光電 傳感器檢測到位后， 停留 2 秒后， 電機帶動手爪向下 ，下降到傳感器檢測到位后， 停留 2秒后， 手抓抓取工件， 壓力傳感器確定抓緊后， 停留 2 秒后， 然后 電機 帶動 手爪上升，手爪提升到位后， 停留 2 秒后，電機帶動手爪回縮 ， 停留 2 秒后， 步進 電機轉(zhuǎn)動帶動機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到指定位置后停留 2 秒后，手臂前伸，停留 2 秒后，到達目標(biāo)位置時 下降，手臂下降到達目標(biāo)位置時放掉工件。機械手回復(fù)到原來位置。重復(fù)上述操作。 3.2 可行性分析 本課程 所涉及的研究目標(biāo)，在國內(nèi)已經(jīng)有相當(dāng)成熟的理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。通過文獻調(diào)查，大學(xué)中所學(xué)習(xí)的機械原理，機械設(shè)計， 可編程控制器 ，單片機等方面的知識完成好這次畢業(yè)設(shè)計。其他沒學(xué)過的可通過自學(xué)。 指導(dǎo)老師在機械手控制系統(tǒng)研制方面有很多成功經(jīng)驗，本次設(shè)計的研究方法思路經(jīng)過深思熟慮，切實可行，能夠確保畢業(yè)設(shè)計的順利完成并取得預(yù)想的研究結(jié)果 。 3.3 預(yù)期研究成果 完成工件檢測機械手的控制系統(tǒng)，編制控制軟件，使控制軟件與機械手的連線成功，編制軟件使用說明書。 4研究工作計劃 起止時間 內(nèi)容 2012.12.01-2012.12.20 畢業(yè)設(shè)計調(diào)研，完成開題報告、文獻綜述、外文資料閱讀、翻譯 任務(wù) 2012.12.21-2013.01.10 提交開題報告、文獻綜述及外文翻譯初稿，指導(dǎo)教師審閱，提出 修改意見 2013.01.11-2013.01.18 開題報告答辯 。 2013.01.16 開題報告答辯 。 2013.01.202013.02.28 熟悉 歐姆龍 PLC，并學(xué)會初步編程 2013.03.12013.03.20 原理圖繪制和 相應(yīng)線路的連接 2013.03.212013.04.21 各模塊調(diào)通、控制軟件編寫。 2013.04.222013.04.30 中期檢查 2013.05.012013.05.10 完成課題設(shè)計，提交畢業(yè)設(shè)計（論文） 2013.05.112013.05.21 教師對畢業(yè)設(shè)計（論文）的審閱；評議小組分組審閱。 2013.05.222013.05.28 論文答辯 參考文獻 1PLC Controlling System of Transportation Manipulator and Simulation Debugging，2005， 20(3)： 20-22 2程控通用機器人的設(shè)計 3劉文波 , 陳白寧 , 段智敏 . 工業(yè)機器人 M. 沈陽：東北大學(xué) 出版社 , 2007.111 4.工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 孫志杰 , 王善軍 , 張雪鑫 1982:1-3. 5日本機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢 周麗 中國兵工協(xié)會 6.PLC Controlling System of Transportation Manipulator and Simulation Debugging Weina Han, Liwei Liu， 2005， 20(3)： 20-22 7我國機器人發(fā)展歷史 8 Xiao Yan-jun , Zhou Jing , Guan Yu-ming, Qin Yu-xia The Research of Automatic Mold Manipulator Control System on PLC School of Mechanical