基于PLC控制机械手设计-开题报告

一、选题的意义及国内(外)的研究概况

目前国内外的技术水平现状：

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

我国现有机器人研究开发和应用工程单位200多家 ,其中从事工业机器人研究和应用的有75家 ,共开发生产各类工业机器人约800台 ,90%以上用于生产中 ,引进工业机器人做应用工程的约500台。

计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。在经济全球化的浪潮中，降低人力成本，提高生产率，缩短订单处理时间等已成为生产企业的不断追求。为了达到这一目标，它们越来越依赖于新一代的硬件和软件系统。近年来，由于个人计算机（简称PC）的高速率和对硬件与软件的几乎无限制的开放，使得PC的应用迅猛增长。将PC机CPU的高速处理性能和良好的开放性引入到计算机控制领域，形成了基于PC的控制系统。

随着计算机控制技术在机械手应用中的不断深入，具有独立控制器、程序可变、动作灵活、定位精度高、适用于可变换品种中小批量自动化生产的通用机械手得到迅速发展。各国大企业工业机械化生产过程不同程度实现了工业机械手的计算机控制。

伴随着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显得越来越重要，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，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了,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。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；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；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大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。本设计采用三菱Q系列PLC作为控制机对工业机械手进行控制及监控。

工业机械手的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。它能部分地代替人工操作；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；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大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。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

广泛采用工业机械手，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

二、本课题研究的关键问题及解决的思路

本设计要求通过PLC与机械手的相互通信，实现PLC对机械手的自动控制，从而使机械手完成自动抓取和放置的过程，同时还能实现在紧急情况和故障的情况下机械手能够自动停止动作。通过PLC中的QD75模块对伺服控制器的控制，从而控制电机使传送带转动。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。

整体式（又称箱体式）结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，但灵活性较低。其基本结构框图如图1所示。

图2-1 整体式结构

模块式（又称组合式）结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认，其特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的PLC，但同时价格也较高。基本结构框图如图2所示，设计采用的是模块式结构

图2-2 模块式结构

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]孙树朴，郑征等，《电力电子技术》，徐州中国矿业大学出版社，2000年

[2]刘泉海，陈因等，《电力电子技术》，重庆重庆大学出版社2004

[3]ROBOT控制说明书              大同公司               

[4]三菱PLCQ系列I0模块说明书   三菱公司          

[5]三菱PLCQ系列QD模块说明书   三菱公司

[6]三菱PLCQ系列QO1H CPU说明书 三菱公司             

[7]ROBOT基础教育训练手册       大同公司      

[8]ROBOT手操作盒操作手册       大同公司

[9]伺服控制器说明书            三菱公司 

[10]《PLC应用开发技术与工程实践》，人民邮电出版社，2005年

[11]刘柏生，《PLC编程实用指南》，机械工业出版社，2007年

[12]贾德生，《PLC应用开发实用子程序》，人民邮电出版社，2006年

[13]廖常初，《PLC应用技术问答》，机械工业出版社，2006年

[14]何衍庆、俞金寿编，《可编程序控制器原理及应用技巧》，化学工业出版社，2000年

[15]刘志远主编，《可编程控制器原理及在机械手中的应用》，中国电力出版社，1999年

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