PLC机械手控制系统开题报告
XXX大学
毕业论文(设计)开题报告
课题名称：基于PLC的机械手控制系统设计学生姓名：XXX
学号：201*092158学院：机械电气工程学院专业、年级：电气XXXX班指导教师：XXX职称：XXX
毕业论文(设计)起止时间：201*.3.10至201*.6.10
一、本课题来源及研究的目的和意义：本课题来源：指导老师本课题的研究目的和意义：本课题目的主要是利用可编程控制器作为载体设计一套程序驱动机械手进行预订动作实现对笔的抓取并写出预设的文字，并可根据需求变化随时更改写出的文字。理论上，机械手控制电路的设计是对于大入学里面学到的课程，例如电气控制系统与可编程控制器、机械基础、电路理论等课程的进一步巩固。实践方面本课题将PLC应用于机械手的控制电路中，具有很强的PLC系统设计上意义。机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。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，增加了工人门劳动强度，甚至危及生命。机械手就是在这种条件下诞生的，机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中代替人作业。机械手虽然目前还不如然手那样灵活，但它具有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力大的特点，因此获得日益广泛的应用。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。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。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，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。本课题设计的机械手是采用PLC通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单等点，来实现自动化控制的。二、本课题所涉及的问题在国内外研究现状：随着社会进步和科学技术的发展，工业生产的操作方式也发尘着革命性的变化，从手工作坊式的劳动，逐步演变成自动化、智能化的生产方式，人类也逐渐无法完成某些生产过程，所以为了适应生产的需要出现了特殊的生产工具一一机械手。机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和门动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。国外研究现状：机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国工程师德尔沃最早提出机械人的概念；1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。1959年美国德尔沃与英格伯制造了世界上的第一台机械人；1962年美国正式将机械人的使用性提出来，且制造出类似人的手臂；1967年日本成立了人工手研究会，并召开了首届机械手学术会；1970年在美国召开了第一届工业机械人学术会，并的到迅速普及；1973年辛辛那提公司制造出第一台小型计算机控制的的工业机械人，当时是液压驱动，能载重大成就45KG；到1980年在日本得到普及，并定为“机械人元年”此后在日本机械人得到了前所未有的发展与提升。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。现代式工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。采用全自动化机械手进行装配更是目前研究的重点，国外已研究采用摄像机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到镶装的目的。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，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。国内研究现状：在我国，汽车工业仍然是工业机械手主要的使用领域。但我国在工业机械手生产企业中，年产销量在100台以上、产值过5000万元的规模企业非常少，国外大型公司年产量都达5000到10000台，销售额为数十亿美元。目前国内机械手的保有量在4000台左右，井将以每年800～1000台左右的速度快速增长。工业机械手应用前景极为广阔。虽然目前国内生产工业机械手的企业并不多，很多产品的生产技术还主要依靠进口，高科技的技术主要还掌握在国际龙头厂商手里。国内机械手厂家主要还是受到控制系统的困扰,没有比较成熟稳定的伺服系统,所以不能生产高端机器。我国本土企业生产的机械手产品还主要流通在中低端市场，因此决定了很多本土生产企业在争夺市场时主要还是采取价格战。随着技术的进步，日臻成熟，会有更多的厂商加入此行业。我国国家“863"’机械手技术主题自成立以来一直重视机械手技术在产业中的推广和应用和推进机械手技术以提升传统产业，利用机械手技术发展高新产业。目前，政府正在使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额，井提供优惠措施鼓励更多企业使用机械手及技术以提升技术水平。国内越来越多的企业在生产中采用了工业机械手，各种机械手生产厂家的销售量都有大幅度的提高。三、课题的研究内容、目标及可行性分析：课题研究内容：利用可编程控制器作为载体设计一套程序驱动机械手进行预订动作实现物料搬运功能，并可根据工件的变化要求随时更改相关控制参数。需要实现的目标：(1)编写一套PLC的应用程序其功能是实现对机械手的循环控制，使机械手按照预先设想的轨迹运行实现物料搬运的功能。(2)正确设计PLC与机械手的接线方式并进行控制信号线的连接。(3)运行程序使机械手按照预订的动作运动。可行性分析：1）技术可行性本课题所涉及的研究目标，在国内外已经有相当成熟的理论基础和技术基础。通过文献调查，机械手PLC控制系统的设计，绝大部分可以使用电气工程及其自动化专业知识进行构建，其他的部分则可以通过自学，调用已经开发好的一些功能模块完成课题涉及到的技术要求。2）经济可行性本课题通过对既有平台的使用，能够设计出比较完善的机械手控制系统，没有任何经济上的负担，通过本课题可以自主利用我校实验机房的软硬件设备，既节省了学校的经费，又锻炼了学生的自我研发意识和自己动手的能力。3）操作可行性本课题要求对可编程控制技术有比较细致的了解，能够通过对于已有文献的学习和已有技术的研习，利用自己在大学学习的电气工程专业相关的知识，PLC控制程序的设计。从可操作性的角度来讲，完全可行。四、完成本课题的工作方案及进度计划：工作方案：以TVT-99D机械手模型为控制对象，使用三菱公司生产的FX2N系列PLC作为控制器按照正确的方式连接机械手模型与PLC。编写控制命令并输入PLC使机械手完成对放在固定位置的笔的抓取并在预定的位置写出想要的文字。进度计划：进一步熟悉课题内容，收集资料（15篇文章以上）第1周收集资料，制定总体方案，并与指导教师讨论（绘制示意图）第2周绘制系统组成原理框图第3周绘制PLC程序设计流程图第4周绘制控制部件原理图第5周整理有关数据，进行相关部件的调试工作第6周编制PLC主控程序第7-8周调试完善PLC主控程序第8-9周进行联机系统调试试验第10-11周整理试验数据，撰写设计计算说明书（准确，客观）准备答辩第12周五、主要参考文献。1.《电气控制系统与可编程控制器》机械工业出版社.常晓玲主编2.《检测与转换技术》机械工业出版社.常健生3.《PLC应用开发实用子程序》人民邮电出版社.贾德胜4.《三菱FX2N系列PLC应用技术》机械工业出版社.刘建华5.《PLC原理与应用》清华大学出版社.俞国亮指导教师审阅意见：指导教师（签字）：年月日备注：
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毕业论文（设计）开题报告
题目机械手的PLC控制系统设计姓名学号专业年级
指导教师职称
201*年12月12日
1．本课题的研究目的及意义随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展。机械手最早应用在汽车制造工业，长用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人们的手足和大脑功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CTMS），实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。继电器组成的控制系统是最早的一种实现机械手控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛运用，人们对机械手的安全性、可靠性、准确性的要求越来越高，继电器弱点就越来越明显。机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人工操作；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。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我过，近几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。本项目要求设计是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。2．已了解本课题国内外研究现状目前工业机械手主要用于流水线工件传送、焊接、装配、机床加工、铸锻、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面都能满足工业生产发展的需要。在国内主要是发展各方面的机械手，逐步扩大应用范围，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制组合式机械手等。
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，并考虑与计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。工业机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。3．本课题设计时所研究的内容（1）一般专用的机械手通常具有二到三个自由度。而通用机械手则一般取四到五个自由度。本设计的机械手共有五个自由度。即：手臂伸缩、手臂上下摆动、手臂左右摆动、手腕回转、手指抓握。（2）机械手的传动分液压、气压、电气和机械四种，本设计采用综合传动方式，即手臂采用电气传动，而手爪则采用气压传动。（3）PLC硬件设计是PLC外部设备的设计。在硬件设计中要进行输入设备的选择，还有执行元件的选择以及控制台、柜的设计等。它包括PLC输入/输出通道的分配。课题设计的机械手要求运行准确度高，在机械手的检测系统中选用用在工业控自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的光电传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现对PLC对机械手的控制。由于本课题的具体要求在硬件系统的设计过程中主要考虑了机械手的经济适用、稳定的需要。（4）控制系统软件设计主要是编写工艺流程图，即将整个流程分解为若干步，确定每步的控制要求及转换条件，配合定时、计数、分支、循环、跳转及某些特殊功能指令便可完成梯形图的设计。在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计出机械手的控制要求，梯形图的编写运用SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件，此软件支持全部的三菱FX系列的PLC,并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。4．本课题研究的实施方案及进度安排机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统构成。机械手的运动离不开直线移动和转动二种，因此它采用的执行机构主要是直线液压缸、摆动液压缸、电液脉冲马达、伺服液压马达、交流伺服电动机、直流伺服电动机和步进电动机等。驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动，其中以
电气、气动用的最多。控制系统由于动作的要求，设计采用数字顺序控制，它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。对动作复杂的机械手则采用数字控制系统、小型计算机或微处理机控制的系统。因此控制系统才用小型可编程控制器实现，具有编程简单、修改容易、可靠性高等优点。第五学期第16周前：完成开题报告的定稿；第六学期第1-4周：查阅文献、收集资料。确定设计方案；第六学期第5-11周：进行系统的设计计算，撰写设计计算说明书；第六学期第12-13周前：完成毕业设计的定稿并审查；第六学期第14周：整理毕业设计的全部资料，修改不合格的部分，合格后全部资料装订成册；第六学期第15周：审查毕业答辩的资格，准备毕业答辩；第六学期第16周：进行毕业答辩。5．已查阅的主要参考文献一、邓星钟主编《机电传动控制》华中科技大学出版社201*年3月出版二、张万忠孙晋编著《可编程控制器入门与应用实例》中国电力出版社201*年01月出版三、瞿大中主编《可编程控制器应用与实验》华中科技大出版社201*年12月出版四、谢克明夏路易主编《可编程控制器原理及程序设计》电子工业出版社201*年08月出版五、王兆义主编《可编程控制器教程》机械工业出版社201*年02月出版六、王兆义编著《小型可编程器实用技术》机械工业出版社1997年07月出版七、张万忠主编《可编程控制器应用技术》化学工业出版社201*年01月出版八、程宪平主编《可编程控制原理与应用》
化学工业出版社201*年08月出版九、朱绍祥等编译《可编程控制原理与应用》上海交通大学出版社201*年02月出版十、岳庆来、周锋、吴启红等编译《变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术》机械工业出版社201*年01月出版指导教师意见签名：年月日
系或专业审核意见1．通过；2．完善后通过；３．不通过负责人：年月日
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