plc機械手畢業設計的開題報告精選

本文是一篇開題報告，開題報告的內容一般包括：題目、立論依據(畢業論文選題的目的與意義、國內外研究現狀)、研究方案(研究目標、研究內容、研究方法、研究過程、擬解決的關鍵問題及創新點)、條件分析(儀器設備、協作單位及分工、人員配置)等。（以上內容來自百度百科）今天為大家推薦一篇開題報告，供大家參考。

 

題目：基于plc的氣動機械手控制系統設計

 

一、論文研究的目的和意義

 

隨著社會與科技的進步，工業生產自動化設備越來越廣泛應用，其中機械手的誕生就是基于生產技術不斷提高，是現代生產與科技應用相結合形成的一個重要技術。工業機械手的應用減輕了勞動強度、可提高產品加工精度、減少危險性生產由人工操作環節，尤其是在一些危險性大的行業生產中應用較為實用，如化工生產有存在有毒物質的；如核電廠等存在放射性物質的地方；如煙花等易燃易暴的生產場合等生產環境非常適合使用機械手進行生產。在機械行業中（鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配等）應用也十分廣泛，如在柔性生產線中用氣動機械手來搬運上下料材；機械零件的裝配生產線中，利用機械手抓零件與另一零件裝配在一起；如啤酒生產中用機械手把蓋壓在瓶子上等等。以上種種應用極大的減輕了勞動強度、促進安全生產、提高產品質量，適合現代化的生產趨勢，具有較強的生命力。

 

機械手的驅動方式有氣壓傳動、液壓傳動、電氣傳動和機械傳動。廣泛使用的氣壓技術以壓縮空氣為介質，具有動作迅速、平穩、可靠、結構簡單、較輕、體積小、節能、工作壽命長的特點，特別是對易于控制、易維護、無環境污染場合，因此氣動技術常作為機械手的驅動系統的首選。氣動機械手與其它控制方式的機械手相比，具有無污染、抗干擾性強、價格低廉、結構簡單、功率體積比高等特點。在機械行業越來越多的自動化設備中采用了機械手，主要是液壓控制和氣壓控制兩種方式。其中氣動機械手以其取之不盡、用之不完的氣源，及較低的生產成本受用戶喜愛，各國對氣動機械手的研究越來越重視，現已發展成為滿足生產需要的一種重要的實用技術。

 

在工業自動化中液壓與氣壓均有較在應用，而氣動技術被稱為工業自動化的“肌肉”,其應用靈活，夾持工件的重量越來越重，在各種機械加工行業和制造行業中，尤其在有毒的環境下作業等其應用程序越來越受重視，并得到相應廣泛使用。隨著科技不斷日新月異發展，自動化控制技術也不斷更新，在微電子技術、計算機技術等技術的迅猛發展形勢下，氣動技術不斷技術創新，以工程實際應用為目標，不斷取得巨大的進步。另外氣動技術作為一種相對來說比較廉價的自動化技術，由于其元器件的制造技術以及使用性能的不斷提高，并且生產成本和流通成本不斷的降低，氣動技術現已被廣泛的應用在現代工業、醫療業、生產以及輸送領域。例如南昌市第一附屬醫院中引入了氣動控制藥品傳輸線，從藥房配藥師輸出到住院部等各部門，每次提高了近 5 分鐘，大大減少人力勞動及工作人員數量。

 

我國在機械手的應用方面，不是世界最發達國家，但已經較為廣泛使用并取得了較成熟的技術。基于 programmable logic controller 為核心技術進行控制的液壓機械手或氣動機械手在工業自動化領域應用較多，非常適合 plc 最基本功能，即邏輯控制。如用來上料下料、裝卸機械零件、搬動物品等重復性的工作過程。我們國家原來的繼電接觸器控制系統大多已改造為基于 plc 為控制器的自動化裝置，通過最近 20 多年的應用實踐表明，在機械制造及自動化領域具有強大生命力。

 

課題研究的基于氣動技術的可編程控制器控制的機械手是現代機電一體化自動生產線中重要輔助裝置，可實現上下、左右、伸縮六個方向的三維空間運動，較適合經常變更批量生產與柔性制造生產的現代加工方法。它能按預定程序和控制要求完成物品、材料、機械零件等進行運送、上下料、搬運等作業，并可以在需要時修改程序實現動作變更。

 

二、國內外發展現狀

 

工業機械手是一種用于再現人手功能的自動控制裝置。對其研究源于 20 世紀40 年代末，最早由美國橡樹嶺國家實驗室開始研究搬動核原料的遙控機械手， 逐漸發展成為現代自動控制領域的新技術，涉及力學、機械學、電器液壓技術、傳感器技術和計算機技術等的綜合，成為一門新興學科。

 

經過美國幾年的科研攻關，于 1958 年聯合控制公司研制出了世界第一臺機械手，在機體上安裝一個回轉長臂，并在端部裝有電磁鐵的工件抓放機構。之后經過四年的發展由美國的機械鑄造公司制造了一臺數控示教再現型機械手，取名為unimate（即萬能自動），運動系統采用仿造坦克炮塔，臂回轉、俯仰是用液壓驅動。

 

后來的許多機械手就是按此模型為基礎發展起來的。1962 年美國的機械鑄造公司制造又成功研制了一款叫 versatran 機械手，能實現點位和軌跡控制，實現靈活搬運。這些成果為全世界的工業機械手發展奠定了扎實基礎。

 

正是這樣，后來的瑞土 retab 公司生產的一種涂漆機械手，采用的示教方法編程。德國機器制造業從 1970 年開始研究機械手，其中 kn ka 公司還生產一種點焊機械手，用關節式結構與程序控制實現操作。主要研究應用于起重運輸、焊接、設備上下料等作業。

 

美國 unimate 公司聯合斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制了一些定位精度高、平均無故障時間達 1500 小時的高可靠性、低成本的機械手，其中一種定位誤差可小于±1mm,裝有小型電子計算機進行控制的 unimate-vic-arm 的工業機械手。日本于1969年從美國引進兩種典型機械手后，大力從事機械手的研究，到1979年時日本從事機械手研究與生產的院校、研究單位達50多家，至1979年時生產機械手數量達56900臺，1990年時有55萬臺機械手，是工業機器人發展最快，應用國家最多的國家，按每年55%的速度增長，并在汽車生產線上使用最多，目前成已為世界上工業機械手（機器人）應用最多的國家之一。

 

三、研究目的

 

在目前廣泛應用的人機工程學科中，工業機器人技術越來越受到重視，工業生產領域中應用的機械手又叫做“工業機械手”,是工業機器人學科的一個分支。

 

在實際的生產過程中，應用機械手系統不但可以提高生產的自動化水平和勞動生產率，還可以減輕勞動強度、保證產品質量、實現安全生產。

 

機械手主要由手部、運動機構和控制系統組成。起固定支撐作用的機架、機械臂和氣爪組成手部控制環節，氣爪的主要工作任務是吸持工件，部分較靈活的機械手上安裝了手指，類似人類手指可較靈活實現物體抓放，目前最先進的機械手中安裝了傳感器，可以感知抓緊的力大小，一般安裝在最前端。機械臂主要實現支撐相應的機械手及輔助部分，實現手臂的伸縮、回轉等控制，保證機械手準確抓住工件。機械手的運動主要有伸縮、回轉、垂直六個方向，各方向運動功能實現依靠氣缸，由 plc 控制的電磁閥的得電、失電來實現。其運動功能實現還有采用液壓控制系統、電氣驅動系統和機械驅動的控制方式，對于要求夾緊力較大的可首選液壓驅動方式，驅動力不要求太大的可采用氣壓傳動實現。

 

機械手的手臂部分采用氣壓方式執行缸來做水平與垂直方向的運動控制，由氣壓缸與馬達等組成，一般由4-6個自由度，較先進的也有更多自由度的機械手。液壓驅動方式主要用于重型工業設備，其特點壓力高、體積小、出力大且平穩。

 

成本較高且需配備壓力源，較繁鎖。故綜合比較我們課題研究的是目前在食品機械、醫藥等具有廣泛使用潛力的氣動機械手控制。

 

電氣驅動時，直線運動可以采用電動機帶動絲桿、螺母機構。我們通用的機械手則考慮到用步進電動機、直流或交流伺服電機和變速箱等電氣驅動，有動力源簡單、維護和使用比較方便。驅動機構采用一種形式的動力，力量比較大。

 

本次設計選用氣動技術為機械手的驅動系統，是基于氣動技術以下優點：以壓縮空氣為介質，在生活中十分方便獲得氣源；氣動系統動作迅速、平穩、可靠、節能、工作壽命長、結構簡單、重量輕特別是對環境沒有污染、易于控制和維護。

機械手的控制要素主要包括工作的順序、能提起多大的重量、運動的時間、到達的位置等。具體還要加上點控和連續控制。

 

四、主要研究內容

 

研究課題以氣壓傳動控制的機械手為研究對象，以原位為右上角為起點分別完成“左旋→水平伸出→下降→抓物→上升→水平縮回→右旋→臂水平伸出→下降→放松→上升→臂收縮→右旋→原位”的控制過程為工藝路線，各環節的轉換采用傳感器來實現檢測到位情況。氣壓傳動機械手的動作操作方式分為手工操作方式和自動操作方式。手工操作方式指的是各氣缸的運動單獨由手動按鈕按各動作依次進行操作的控制方式，如垂直運動上設置兩個按鈕，一個向上運動，另一個向下運行。自動操作是指在plc程序控制下各動作按規定線路自動執行完成。自動操作可以分為單周期操作與連續操作兩種方式。單周期操作是指氣壓傳動機械手從原點開始→按啟動按鈕→機械手自動完成從原位執行完所有一個周期的動作后停止。連續操作是指機械手從原點開始→按啟動按鈕→機械手的動作將自動地、連續不斷地進行周期性循環執行。在工作中如果按停止按鈕，機械手將繼續完成一個周期的動作，然后回到原點自動停止。整個控制過程功能的實現要求基于plc為技術核心，形成“氣動-傳感器-plc”的自動化裝置。經調研及查閱資料表明選用氣動控制實現工作行程300-400mm,運動負載最大質量為10kg,移動速度為3m/min的要求較為實用。

 

五、論文的主要結構

 

課題研究中按照先介紹課題研究目的、內容、關鍵性問題等。

 

其次介紹機械手控制的技術要求、機械結構及相關技術概況。

 

其三研究機械手控制的氣動元件及氣動控制回路，plc的硬件接線系統圖。

 

其四研究機械手控制方案、需求分析及設計控制程序，課題研究中采用了手動控制與自動控制兩種方案，設計了相應的梯形圖程序。

 

最后研究程序算法分析、仿真調試、程序測試、組態軟件應用等。

 

六、提綱

 

摘要

abstract

 

第一章 緒論

 

1.1 論文研究的目的和意義

1.2 國內外發展現狀

1.3 主要研究內容及關鍵問題

1.3.1 研究目的

1.3.2 主要研究內容

1.3.3 論文的主要結構

1.3.4 課題關鍵問題

1.3.5 解決問題思路

 

第二章 氣動機械手研究的相關技術

 

2.1 機械手的控制要求

2.2 機械手的基本結構

2.3 相關技術概況

2.3.1 氣動技術簡介

2.3.2 plc 技術簡介

2.3.3 機械手技術簡介

2.3.4 傳感器技術簡介

2.4 光電效應與光電傳感器

2.5 光電開關工作原理

2.6 本章小結

 

第三章 氣動機械手控制系統的需求分析

 

3.1 機械手控制技術需求分析

3.1.1 業務分析

3.1.2 系統功能需求分析

3.1.3 現代控制技術的需求分析

3.1.4 氣動技術的需求分析

3.2 氣動機械手控制系統的功能模塊

3.2.1 手動操作功能模塊

3.2.2 半自動化操作的功能模塊

3.2.3 全自動化操作功能模塊

3.3 氣動控制元件與執行元件配置

3.3.1 氣動控制元件配置

3.3.2 氣動執行元件配置

3.4 氣壓傳動系統回路

3.4.1 氣動基本回路

3.4.2 氣動系統圖

3.4.3 氣壓系統圖器件清單

3.5 plc 硬件接線

3.5.1 plc 的系統組成

3.5.2 plc 的工作原理

3.5.3 plc 的硬件設計原則

3.5.4 總線控制技術

3.5.5 modbus 通訊協議

3.5.6 i/o 分配和外部接線圖

3.6 本章小結

 

第四章 plc 控制系統設計

 

4.1 plc 程序設計算法分析

4.2 氣動機械手控制系統的軟件設計

4.2.1 順序功能圖

4.2.2 氣動機械手總體 sfc 圖

4.3 plc 控制系統梯形圖程序

4.4 plc 控制系統梯形圖程序

4.4.1 手動梯形圖程序

4.4.2 自動梯形圖程序

4.5 本章小結

 

第五章 系統實現與測試

 

5.1 gx-developer8 軟件要求與安裝

5.1.1 系統配置要求

5.1.2 gx-developer8 軟件

5.2 plc 程序輸入與仿真調試

5.2.1 plc 程序的規則

5.2.2 系統實現

5.2.3 手動操作程序仿真調試

5.2.4 自動操作程序仿真調試

5.3 控制系統測試

5.3.1 測試系統的總體原則

5.3.2 系統測試硬件與程序

5.3.3 手動單元測試分析

5.3.4 自動單元測試分析

5.4 控制系統測試實現

5.4.1 系統開發

5.4.2 程序運行狀態

5.5 系統的 mcgs 組態環境

5.5.1 mcgs 的主要組成

5.5.2 mcgs 的各種工作方式

5.5.3 創建操作界面

5.6 設備測試與仿真系統展示

5.7 本章小結

 

第六章 總結與展望

 

致謝

參考文獻

 

七、解決問題思路

 

課題以介紹相關機械手的國內外研究現狀及氣動技術、plc技術、傳感器等技術，機械結構等開始，引入相關的繼電接觸器控制方式、plc控制方式的介紹，后對課題提出的相關要求：從原位出發把待搬動物體放置于坐標為（300mm、300mm），延時1min后返回，工作行程300-400mm,運動負載質量為10kg,移動速度為3m/min.對此要求做出正確的設計方案，對氣壓控制方式的元器件及基本回路的工作原理進行分析，選擇合適的組合形成氣動控制系統。按照控制系統的要求對其控制方式采用plc為核心進行開發其應用程序，plc選擇三菱或歐姆龍機型。形成先介紹機械結構、設計其氣壓控制回路、基于plc設計其控制程序并調試等研究成果。

 

課題在研究過程中前期參觀某學校的實驗裝置，進行企業參觀考察，了解氣動機械手的結構和控制形式，訪問相關的技術人員使對課題有深入的理解，機械手的機械結構基本要求為結構簡單、經濟、具有一定的代表性。查閱大量資料利用對比研究法與文獻法對氣壓控制的一些典型速度控制回路、壓力控制回路等基本回路，組合成為實現功能的氣壓系統圖，構成系統的單元回路是常用的，如利用節流閥實現速度調節回路等經過實踐檢驗的，具有較高的成功率的常用單元。

 

而基本plc為核心的技術開發，是目前較為先進且實用的設計技術，在現代控制中如伺服控制、數控機床主軸刀庫的控制等，均為主流控制方法，在具有較強的實踐經驗基礎上進行研究，利用學院教學單位的設施可完成相關程序開發，程序開發中也用到文獻法及實驗法不斷優化程序。程序設計上采用邏輯設計法，嚴格按氣動機械手的工作過程編程合理程序。

 

八、進度安排

 

20xx年11月01日-11月07日 論文選題、

20xx年11月08日-11月20日 初步收集畢業論文相關材料，填寫《任務書》

20xx年11月26日-11月30日 進一步熟悉畢業論文資料，撰寫開題報告

20xx年12月10日-12月19日 確定并上交開題報告

20xx年01月04日-02月15日 完成畢業論文初稿，上交指導老師

20xx年02月16日-02月20日 完成論文修改工作

20xx年02月21日-03月20日 定稿、打印、裝訂

20xx年03月21日-04月10日 論文答辯

 

九、參考文獻

 

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[2]王曉暉。自動化立體倉庫堆垛機控制系統設計[j].北京：制造業自動化，2002.

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[5]秦樹人。機械工程測試原理與技術[m].重慶：重慶大學出版社，2005.

[6]趙慶海。測試技術與工程應用[m].北京：化學工業出版社，2005.

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[8]何延慶。常用plc應用手冊[m].北京：電子工業出版社，2002.

[9]王孝華陸鑫盛。氣動元件[m].北京：機械工業出版社，2006.

[10]楊家軍。機械原理（基礎篇）[m].武漢：華中科技大學出版社，2005.