機械手控制系統(tǒng)設(shè)計
機械手控制系統(tǒng)設(shè)計,機械手控制系統(tǒng)設(shè)計,機械手,控制系統(tǒng),設(shè)計
湘潭大學興湘學院
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題 目
機械手控制系統(tǒng)設(shè)計
姓 名
王彬
學號
2010963125
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
班級
機械四班
指導(dǎo)教師
徐志遠
職稱
講師
填寫時間
2014年 03 月 19 日
2014年3月
說 明
1.根據(jù)湘潭大學《畢業(yè)設(shè)計(論文)工作管理規(guī)定》,學生必須撰寫《畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告》,由指導(dǎo)教師簽署意見,系主任批準后實施。
2.開題報告是畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學生應(yīng)當在畢業(yè)設(shè)計(論文)工作前期內(nèi)完成,開題報告不合格者不得參加答辯。
3.畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告各項內(nèi)容要實事求是,逐條認真填寫。其中的文字表達要明確、嚴謹,語言通順,外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞,須注出全稱。
4.本報告中,由學生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述,應(yīng)不少于2000字。
5.開題報告檢查原則上在第2~4周完成,各系完成畢業(yè)設(shè)計開題檢查后,應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報告。
6. 填寫說明:
(1) 課題性質(zhì):可填寫A.工程設(shè)計;B.論文;C. 工程技術(shù)研究;E.其它。
(2) 課題來源:可填寫A.自然科學基金與部、省、市級以上科研課題;B.企、事業(yè)單位委托課題;C.校級基金課題;D.自擬課題。
(3) 除自擬課題外,其它課題必須要填寫課題的名稱。
(4) 參考文獻不能少于10篇。
(5) 填寫內(nèi)容的字體大小為小四,表格所留空不夠可增頁。
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學生姓名
王彬
學 號
2010963125
專 業(yè)
機械設(shè)計制造
及其自動化
指導(dǎo)教師
徐志遠
職 稱
講師
所在系
機電系
課題來源
自擬課題
課題性質(zhì)
工程設(shè)計
課題名稱
機械手控制系統(tǒng)設(shè)計
一、選題的依據(jù)、課題的意義及國內(nèi)外基本研究情況
選題依據(jù)
隨著社會進步和科學技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)的操作方式也發(fā)生著革命性的變化。從手工作坊式的勞動,逐步演變成自動化、智能化的生產(chǎn)方式,人類也逐漸無法完成某些生產(chǎn)過程,所以為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要出現(xiàn)了特殊的生產(chǎn)工具----機械手。 機械手也被稱為自動手,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。研究和使用機械手可以實現(xiàn)現(xiàn)代化和自動化生產(chǎn),從而減輕勞動強度和避免傷害。
課題的意義
機械手的應(yīng)用可以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。研究和使用機械手可以提高生產(chǎn)效率,節(jié)約勞動成本,符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求,同時還可以避免勞動者在生產(chǎn)中受到傷害。?
國內(nèi)外基本研究情況
目前,在國內(nèi)外各種機器人和機械手的研究成為科研的熱點,其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢如下:
A.機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化;由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機。
B.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展,便于標準化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高,控制柜日見小巧,且采用模塊化結(jié)構(gòu);大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。
C.機器人中的傳感器作用日益重要,除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外,裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器,而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機器人的關(guān)鍵技術(shù)。
D.關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機器人產(chǎn)品標準化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計;柔性仿形噴涂機器人開發(fā),柔性仿形復(fù)合機構(gòu)開發(fā),仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究,控制系統(tǒng)開發(fā);
E.焊接、搬運、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機器人產(chǎn)品的標準化、通用化、模塊化、系列化研究;以及離線示教編程和系統(tǒng)動態(tài)仿真。
總的來說,大體是兩個方向:其一是機器人的智能化,多傳感器、多控制器,先進的控制算法,復(fù)雜的機電控制系統(tǒng);其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系,滿足相對具體的任務(wù)的工業(yè)機器人,主要采用性價比高的模塊,在滿足工作要求的基礎(chǔ)上,追求系統(tǒng)的經(jīng)濟、簡潔、可靠,大量采用工業(yè)控制器,市場化、模塊化的元件。
二、研究內(nèi)容、預(yù)計達到的目標、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標、完成課題的方案
和主要措施
研究內(nèi)容
本課題主要研究的是基于PLC的機械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計,包括硬件的選擇和軟件的設(shè)計。本課題所研究的是常見的搬運機械手,我們對其動作的自動化實現(xiàn)進行設(shè)計,其主要內(nèi)容包括硬件的選擇和軟件的設(shè)計,硬件的選擇主要有電機的選型,傳動的實現(xiàn),傳感器的選擇等等,而軟件的設(shè)計其主要內(nèi)容就是軟件的選擇,選用哪一種軟件來進行自動化系統(tǒng)的設(shè)計和編寫程序,以及最后的調(diào)試等。
預(yù)計達到目的
1. 上升,下降,夾緊等動作的實現(xiàn)手段。
2. 電動機正反轉(zhuǎn)的控制。
3. 運用PLC控制動作的轉(zhuǎn)換
4. 完成基本設(shè)計后要達到以下要求:實現(xiàn)原位→下降→夾緊→上升→右移→下降→放松→上升→左移→原位的動作;搬運過程平穩(wěn)可靠,斷電情況下不會出現(xiàn)工件的脫落。
關(guān)鍵理論和技術(shù)
機械手的工作原理:機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下,采用機械傳動方式,來實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的,有順序,有運動軌跡,有一定速度和時間的動作。同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令,必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視,當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。位置檢測裝置隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng),并與設(shè)定的位置進行比較,然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整,從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定位置。在這里雖然不對機械手的機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,但仍需對其有一定的了解,這里做簡要介紹。
(一)執(zhí)行機構(gòu)
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件,有的還增設(shè)行走機構(gòu)。
1、手部即與物件接觸的部件
由于與物件接觸的形式不同,可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪) 和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是由夾持
部件和傳力機構(gòu)共同構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件,常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?;剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少,其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,但平移型手指夾持圓形零件時,工件直徑變化不影響其軸心的位置,因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機構(gòu)型式較多時常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。
2、手臂(包括大臂和小臂)
是連接手部和手臂的部件,并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢) 3、手臂
手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件,并按預(yù)定要求將其搬運到指定的位臵。工業(yè)機械手的手臂通常由驅(qū)動手臂運動的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等)與驅(qū)動源(如液壓、氣壓或電機等)相配合,以實現(xiàn)手臂的各種運動。
3、機座
機座是機械手的基礎(chǔ)部分,機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上,故起支撐和連接的作用。
(二)驅(qū)動系統(tǒng)
驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的。它由動力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動。在這里選擇采用電機驅(qū)動和機械傳動方式。
(三)控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機械手按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成。該機械手采用的是PLC程序控制系統(tǒng),它支配著機械手按規(guī)定的程序運動,并記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間),同時按其控制
系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令,必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視,當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。
(四)位置檢測裝置
控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置,并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng),并與設(shè)定的位置進行比較,然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整,從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定位置.
技術(shù)指標
1.在傳輸帶A端部,安裝了光電開關(guān)PS,用以檢測物品的到來。當光電開關(guān)檢測到物品時為ON狀態(tài)。
2.機械手在原位時,按下起動按鈕,系統(tǒng)起動,傳送帶A運轉(zhuǎn)。當光電開關(guān)檢測到物品后,傳送帶A停。
3.傳輸帶A停止后,機械手進行一次循環(huán)動作,把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B(連續(xù)運轉(zhuǎn))上。
4.機械手返回原位后,自動再起動傳送帶A運轉(zhuǎn),進行下一個循環(huán)。
5.按下停止按鈕后,應(yīng)等到整個循環(huán)完成后,才能使機械手返回原位,停止工作。
6.機械手的上升/下降和左移/右移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)均采用雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動液壓裝置實現(xiàn),每個線圈完成一個動作。
7.抓緊/放松由單線圈二位電磁閥驅(qū)動液壓裝置完成,線圈通電時執(zhí)行抓緊動作,線圈斷電時執(zhí)行放松動作。
8.機械手的上升、下降、左移、右移動作均由極限開關(guān)控制。
9.抓緊動作由壓力繼電器控制,當抓緊時,壓力繼電器動合觸點閉合。放松動作為時間控制(設(shè)為1s)。
完成課題的方案和措施
研究步驟、方法:
(1)了解執(zhí)行機構(gòu):1)多關(guān)節(jié)機械手;2)多關(guān)節(jié)機械手的工作原理。
(2)硬件選擇:1)PLC選型;2)光電開關(guān);3)傳感器;4)各種電磁閥;5)繼電器;6)編碼盤;7)按鈕。
(3)軟件編程:1)總體流程設(shè)計;2)各模塊梯形圖設(shè)計;3)系統(tǒng)調(diào)試。
三、主要特色及工作進度
主要特色
機械手主要由執(zhí)行機構(gòu),驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分組成。手部是用來抓持弓箭(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,本設(shè)計中主要采用夾持型。運動機構(gòu)使手部能完成實現(xiàn)原位→下降→夾緊→上升→右移→下降→放松→上升→左移→原位的動作,完成搬運過程,計劃設(shè)計運動機構(gòu)時有三個自由度??刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制,來完成原位→下降→夾緊→上升→右移→下降→放松→上升→左移→原位的動作。同時接收傳感器反饋來的信息,形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制??刂葡到y(tǒng)的核心是由PLC構(gòu)成,通過對PLC編程實現(xiàn)所要的功能。
工作進度
(1)2014年01月23日到2014年03月10日
查閱資料,熟悉設(shè)計內(nèi)容
(2)2014年03月11日到2014年03月20日
完成開題報告,制定設(shè)計方案
(3)2014年03月21日到2014年04月20日
機械手結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計
(4)2014年04月21日到2014年05月10日
寫出初稿
(5)2014年05月11日到2014年05月20日
修改,寫出第二稿
(6)2014年05月21日到2014年05月31日
寫出正式稿
(7)2014年06月
答辯
四、主要參考文獻(按作者、文章名、刊物名、刊期及頁碼列出)
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[11] http://epub.cnki.net/kns/brief/default_result.aspx
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意 見
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