机械手及控制系统设计开题报告

湘潭大学兴湘学院本科毕业设计（论文）开题报告题 目机械手控制系统设计姓 名王彬学号2010963125 专 业机械设计制造及其自动化班级机械四班指导教师徐志远职称讲师填写时间2014年 03 月 19 日2014年3月说 明1根据湘潭大学毕业设计(论文)工作管理规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见，系主任批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计(论文)开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字。5开题报告检查原则上在第24周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。6. 填写说明：(1) 课题性质：可填写A工程设计；B论文；C. 工程技术研究；E.其它。(2) 课题来源：可填写A自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题；C校级基金课题；D自拟课题。(3) 除自拟课题外，其它课题必须要填写课题的名称。(4) 参考文献不能少于10篇。(5) 填写内容的字体大小为小四，表格所留空不够可增页。本科毕业设计(论文)开题报告学生姓名王彬学 号2010963125专 业机械设计制造及其自动化指导教师徐志远职 称讲师所在系机电系课题来源自拟课题课题性质工程设计课题名称机械手控制系统设计一、选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况选题依据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生着革命性的变化。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-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。研究和使用机械手可以实现现代化和自动化生产，从而减轻劳动强度和避免伤害。课题的意义机械手的应用可以代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，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。研究和使用机械手可以提高生产效率，节约劳动成本，符合现代化生产的要求，同时还可以避免劳动者在生产中受到伤害。国内外基本研究情况目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：A机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。B工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。C机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行决策控制；多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。D关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发；E焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机器人产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。总的来说，大体是两个方向：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。二、研究内容、预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和主要措施研究内容本课题主要研究的是基于PLC的机械手模型控制系统的设计，包括硬件的选择和软件的设计。本课题所研究的是常见的搬运机械手，我们对其动作的自动化实现进行设计，其主要内容包括硬件的选择和软件的设计，硬件的选择主要有电机的选型，传动的实现，传感器的选择等等，而软件的设计其主要内容就是软件的选择，选用哪一种软件来进行自动化系统的设计和编写程序，以及最后的调试等。预计达到目的1. 上升，下降，夹紧等动作的实现手段。2. 电动机正反转的控制。3. 运用PLC控制动作的转换4. 完成基本设计后要达到以下要求：实现原位下降夹紧上升右移下降放松上升左移原位的动作；搬运过程平稳可靠，断电情况下不会出现工件的脱落。关键理论和技术机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下，采用机械传动方式，来实现执行机构的相应部位发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。在这里虽然不对机械手的机械结构进行设计，但仍需对其有一定的了解，这里做简要介绍。(一)执行机构 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。1、手部即与物件接触的部件由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪) 和传力机构所构成。手指是由夹持部件和传力机构共同构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。2、手臂(包括大臂和小臂) 是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势) 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定的位臵。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。 3、机座 机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。 (二)驱动系统 驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的。它由动力装置、调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、 气压传动、机械传动。在这里选择采用电机驱动和机械传动方式。 (三)控制系统 控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。该机械手采用的是PLC程序控制系统，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。 (四)位置检测装置 控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置.技术指标1在传输带A端部，安装了光电开关PS，用以检测物品的到来。当光电开关检测到物品时为ON状态。2.机械手在原位时，按下起动按钮，系统起动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后，传送带A停。3传输带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A上搬到传送带B(连续运转）上。4.机械手返回原位后，自动再起动传送带A运转，进行下一个循环。5按下停止按钮后，应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原位，停止工作。6.机械手的上升下降和左移右移的执行结构均采用双线圈的二位电磁阀驱动液压装置实现，每个线圈完成一个动作。7.抓紧放松由单线圈二位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行抓紧动作，线圈断电时执行放松动作。8.机械手的上升、下降、左移、右移动作均由极限开关控制。9.抓紧动作由压力继电器控制，当抓紧时，压力继电器动合触点闭合。放松动作为时间控制（设为1s）。完成课题的方案和措施研究步骤、方法：（1）了解执行机构：1）多关节机械手；2）多关节机械手的工作原理。 （2）硬件选择：1）PLC选型；2）光电开关；3）传感器；4）各种电磁阀；5）继电器；6）编码盘；7）按钮。（3）软件编程：1）总体流程设计；2）各模块梯形图设计；3）系统调试。三、主要特色及工作进度主要特色机械手主要由执行机构，驱动机构和控制系统三部分组成。手部是用来抓持弓箭（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状，尺寸，重量，材料和作业要求而有多种结构形式，本设计中主要采用夹持型。运动机构使手部能完成实现原位下降夹紧上升右移下降放松上升左移原位的动作，完成搬运过程，计划设计运动机构时有三个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成原位下降夹紧上升右移下降放松上升左移原位的动作。同时接收传感器反馈来的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心是由PLC构成，通过对PLC编程实现所要的功能。工作进度（1）2014年01月23日到2014年03月10日 查阅资料，熟悉设计内容（2）2014年03月11日到2014年03月20日完成开题报告，制定设计方案（3）2014年03月21日到2014年04月20日机械手结构及控制系统设计（4）2014年04月21日到2014年05月10日写出初稿（5）2014年05月11日到2014年05月20日修改，写出第二稿（6）2014年05月21日到2014年05月31日写出正式稿（7）2014年06月答辩四、主要参考文献（按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出）1 王本轶. 机床设备控制基础M. 北京: 机械工业出版社, 2005: 283-288. 2 熊幸明. 一种工业机械手的PLC控制J. 微计算机信息, 2006, 22(11): 120-122. 3 王炳实. 机床电气控制M. 第三版. 北京: 机械工业出版社, 2004: 146-162. 4 蒋少茵. PLC控制的机械手J. 微计算机信息, 2002, 18(2): 20-22.5 刘轩, 王丽伟. 机械手的PLC控制J. 机床电器. 2006, (3): 34-49.6 郭剑晖. 机械手PLC控制系统设计D. 南昌: 南昌大学. 2012. 7 王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.北京