搬运机械手控制系统设计-开题报告

一、选题的意义及国内(外)的研究概况

课题背景与现实意义

可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

所谓搬运机械手，就是将机械手安装在移动平台之上。这种结构使机械手拥有几乎很大的操作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，这使它优于传统的机械手，因此在危险作业、制造业、服务业等行业具有广阔的应用前景。但由于结构复杂、强耦合、非线性、非完整性等问题的存在，都使得对搬运机械手的研究具有相当的挑战性。近年来，对搬运机械手的控制策略、运动规划等方面的研究已越来越受到国内外的重视，并已经取得了一些很有价值的研究成果。我国在这方面起步较晚，研究多集中在理论方面。因此，设计制造一个实际的搬运机械手平台，无论在理论上还是实践上都是非常有意义的。

可编程控制器的产生特点及发展趋势

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可*性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给PC作了如下定义：“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

二、本课题研究的关键问题及解决的思路

本文主要工作是应用PLC（可编程控制器）实际设计一个工业机械手，能实现工业机械手的基本功能。工作内容:

（1）阐述机械手在工业应用中的作用和意义

（2）设计机械手的方案选择与实现

（3）机械手的硬件设计原理,包括可编程控制器型号的选定，PLC的电气连线图,I/O地址分配表等

（4）机械手的软件设计原理，包括流程图，程序清单。

（5）最后是系统调试和参考文献的列举

采用电气控制的搬运机械手，其任务是把左工位的工件搬运到右工位，机械手的工作方式分为手动和连续两种。   

工作方式如下：

机械手在原位压左限位开关和上限位开关，按启动按钮机械手开始下降，下降到左工位压动下限位开关后自停；接着机械手夹紧工件后开始上升，上升到原位压动上限位开关后自停；接着机械手开始右行直到压动右限位开关后自停；接着机械手开始下降，下降到右工位压动下限位开关（两个工位用一个下限位开关）后自停；接着机械手放松工件后开始上升直到压动上限位开关后自停（两个工位用一个下限位开关）；接着机械手开始左行直到压动左限位开关后自停。至此一个周期的动作结束，开始下一个周期的运行。

在手动方式下按下按钮则机械手开始一个动作，松开按钮则停止该动作。

机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。

三、完成本课题的工作进度计划

第1周：查找资料，进行初步分析，撰写开题报告；

第2周：熟悉机械手的结构；

第3周：总体方案设计；

第4周：plc的工作原理；

第5周：ROBOT的基本操作；

第6周：硬件系统系统设计；

第7周：plc程序设计；

第8-9周：PLC及扩展模块的选择、PLC硬件接口电路设计；

第10-11周:流程图设计、程序编写；

第12-13周:编写范文、绘制图纸；

第14周：整理范文、准备答辩；

四、参考文献

[1]  赵金荣,叶真编.可编程序控制器原理及应用,上海应用技术学院,2003

[2]  董儒胥主编. 电工电子选训教程，上海交通大学出版社，2006

[3]  王兆义主编. 可编程序控制器教程 ，机械工业出版社，2003

[4]  钟肇新， 彭侃编 . 华南理工大学出版社，2001   

[5]  王永华主编. 现代电气及可编程技术，北京航空航天大学出版社

[6]  汤以范主编. 电气与可编程序控制器技术，机械工业出版社，2004

[7]  苗常初编.  PLC编程及应用，机械工业出版社，2003

[8]  廖常初.  PLC编程及应用机械工业出版社 ，1999

[9]  郁汉琪主编.机床电气及可编程序控制器实验、课程设计指导书，

高等教育出版社，2001   

[10] 易传禄主编.可编程序控制器应用指南，电子工业出版社，2005

五、文档设计起止日期

自200年 月 日起，至    年     月     日止。

六、指导教师审阅意见

指导教师(签字)：　　　　　　                年  月  日

七、指导小组意见

            指导小组组长(签字)：　　　　　      　　　　　　系(签章)

                                                        年  月  日