教學(xué)型機(jī)械手PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

教學(xué)型機(jī)械手PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),教學(xué)型機(jī)械手PLC,控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),教學(xué),機(jī)械手,PLC,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào): 20131516 開(kāi)題報(bào)告 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二級(jí)學(xué)院: 機(jī)械工程學(xué)院 教 學(xué) 系： 機(jī)械與包裝工程系 專(zhuān)業(yè)班級(jí): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化1304 學(xué)生姓名: 郭珉 指導(dǎo)教師: 李連進(jìn) 2017年3月  1：背景 1.1機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)的廣泛應(yīng)用 自從20 世紀(jì)60 年代初人類(lèi)創(chuàng)造了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以后，機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其是在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。 目前，汽車(chē)制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有工業(yè)機(jī)器人密度最高的行業(yè)，如，2004 年德國(guó)制造業(yè)中每1萬(wàn)名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量為162 臺(tái)，而在汽車(chē)制造業(yè)中每1 萬(wàn)名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量則為1140 臺(tái)；意大利的這一數(shù)值更能說(shuō)明問(wèn)題，2004 年意大利制造業(yè)中每1 萬(wàn)名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量為123臺(tái)，而在汽車(chē)制造業(yè)中每1萬(wàn)名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量則高達(dá)1600 臺(tái)。隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車(chē)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。2005 年，亞洲地區(qū)電子電氣行業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求僅次于汽車(chē)及汽車(chē)零部件制造業(yè)，其占所有行業(yè)總需求的比例為31%；而在歐洲地區(qū)橡膠及塑料工業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電子電氣行業(yè)而排名第二位；美洲地區(qū)由于汽車(chē)及汽車(chē)零部件制造業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求遙遙領(lǐng)先，所以金屬制品業(yè)(包括機(jī)械)、橡膠及塑料工業(yè)以及電子電氣行業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求比例相當(dāng)，均在7% 左右。另外諸如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機(jī)器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越多，如無(wú)人偵察機(jī)(飛行器)、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用實(shí) 例。機(jī)器人正在為提高人類(lèi)的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。而且，隨著人類(lèi)生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來(lái)各種專(zhuān)業(yè)服務(wù)機(jī)器人和家庭用消費(fèi)機(jī)器人將不斷貼近人類(lèi)生活，其市場(chǎng)的繁榮興旺將指日可待。 1.2工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)? 新的市場(chǎng)和新的需求為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。敏捷制造的基本思想是企業(yè)能迅速將其組織和裝備重組,快速響應(yīng)市場(chǎng)變化,生產(chǎn)出滿足用戶需求的個(gè)性化產(chǎn)品。敏捷制造要求企業(yè)底層的生產(chǎn)設(shè)備具有柔性和可動(dòng)態(tài)重組的能力。機(jī)器人是一種具有高度柔性的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。如果我們站在更高的層次,將機(jī)器人視為一種有“感知、思維和行動(dòng)”的機(jī)器,那么,敏捷生產(chǎn)設(shè)備就應(yīng)當(dāng)是新一代機(jī)器人化的機(jī)器。這將為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展提出更高的要求。這要求著工業(yè)機(jī)器人朝著以下幾種方式發(fā)展。 朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展 提高運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度,減輕重量和減少安裝占用空間,必將導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊組合化(它可以分為機(jī)械模塊、信息檢測(cè)模塊、和控制模塊等) ,降低制造成本和提高可靠性。近年來(lái),世界各國(guó)注意發(fā)展組合式機(jī)器人。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的組合件拼裝而成的。目前,國(guó)外已經(jīng)研制和生產(chǎn)了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組件。除了機(jī)器人用的各種伺服電機(jī)、傳感器外,手臂、手腕和機(jī)身的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了,如臂伸縮軸、臂升降軸、臂俯仰軸、臂擺動(dòng)軸;轉(zhuǎn)軸、擺動(dòng)軸、固定臺(tái)身、機(jī)座、移動(dòng)軸。 研究新型機(jī)器人結(jié)構(gòu)? 隨著工業(yè)機(jī)器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化,應(yīng)開(kāi)發(fā)新型微動(dòng)機(jī)構(gòu)保證動(dòng)作;開(kāi)發(fā)多關(guān)節(jié)、多自由度的手臂和手指,研制新型的行走機(jī)構(gòu)等以適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。 朝著智能化方向發(fā)展 在多品種,小批量生產(chǎn)的柔性制造自動(dòng)化技術(shù)中,特別是機(jī)器人自動(dòng)裝配技術(shù)中,工業(yè)機(jī)器人對(duì)外部環(huán)境和對(duì)象物體有自適應(yīng)能力,即具有一定的“智能”,是指機(jī)器人具有感覺(jué)、知覺(jué)等,即有很強(qiáng)的檢測(cè)功能和判斷功能。為此,必須開(kāi)發(fā)類(lèi)似人類(lèi)感覺(jué)器官的傳感器(如觸覺(jué)傳感器、視覺(jué)傳感器、測(cè)距傳感器等) ,發(fā)展多傳感器的信息融合技術(shù)。通過(guò)各種傳感器得到關(guān)于工作對(duì)象和外部環(huán)境的信息,以及信息庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)、規(guī)劃的資料,以完成模式識(shí)別，用“專(zhuān)家系統(tǒng)”等智能系統(tǒng)進(jìn)行問(wèn)題求解,動(dòng)作規(guī)劃。 研究機(jī)器人協(xié)作控制 先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展對(duì)協(xié)作機(jī)器人學(xué)的研究與發(fā)展起著積極的促進(jìn)作用。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人已從當(dāng)初的柔性上、下料裝置正在成為高度柔性、高效率和可重組的裝配、制造和加工系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。在這樣的生產(chǎn)線上,機(jī)器人是作為一個(gè)群體工作的,不論每個(gè)機(jī)器人在生產(chǎn)線上起什么作用,它總是作為系統(tǒng)中的一員而存的,要從組成敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，來(lái)研究工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。而面向先進(jìn)制造環(huán)境的機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)和機(jī)器人加工系統(tǒng)中,不僅有多機(jī)器人的集成,還有機(jī)器人與生產(chǎn)線、周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及人的集成。因此,以系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)發(fā)展新的機(jī)器人控制系統(tǒng)，有大量的理論與實(shí)踐的工作要做。 主要的研究?jī)?nèi)容 此次主要研究國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)器手的工作原理，熟悉搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)型。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面設(shè)計(jì)（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）和機(jī)器人的控制系統(tǒng) 2 機(jī)器人的控制 2.1、PLC的原理 PLC就相當(dāng)于機(jī)器的大腦，我們編的程序就相當(dāng)于人所撐握的知識(shí)與規(guī)則。機(jī)器就相當(dāng)于人的軀體，用來(lái)執(zhí)行PLC的各種動(dòng)作。電，氣，液等就相當(dāng)于人的肌肉與神經(jīng)，PLC發(fā)出指令，通過(guò)電，氣，液等將能量傳給機(jī)器，機(jī)器就執(zhí)行。傳感器將外界情況反饋給PLC,就相當(dāng)于人的眼，鼻等，將外界事物反饋給大腦。也就是說(shuō)拿一個(gè)人或者動(dòng)物來(lái)打比方，PLC就是大腦，PLC跟機(jī)器的結(jié)合就相當(dāng)于人的大腦跟軀體的結(jié)合，,只是人的大腦里面的程序比PLC要復(fù)雜得多，但是人的大腦的靈敏度及準(zhǔn)確性不及PLC。 可編程控制器( PLC) 自動(dòng)控制裝置,是一種嵌入式的工控機(jī),它以順序控制為主，調(diào)節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)記憶和算術(shù)運(yùn)算等功能。既能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制， 又能進(jìn)行模擬量控制，還具有通信功能。在單臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化、多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化和整個(gè)工廠的生產(chǎn)過(guò)程中，PLC 發(fā)揮著重要作用。 2.2、PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) 3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 5體積小，重量輕，能耗低 3研究方法，手段和步驟 1、研究機(jī)械手的機(jī)構(gòu) 2、機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)方式的選擇 3、控制系統(tǒng)模式的選擇 4、控制系統(tǒng)軟件的選擇和操作 5、編寫(xiě)PLC控制程序，要求仿真演示 5、誤差和性能提升的分析 3