機械工程及自動化開題報告

時間：2024-09-18 11:39:29 開題報告

機械工程及自動化開題報告

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機械工程及自動化開題報告

　　設計(論文)題目： 基于PLC的機械手自動操作系統設計

　　1 本課題的來源及研究的目的和意義

　　本課題目的主要是利用PLC作為載體設計一套程序驅動機械手進行預訂動作,實現對工件抓取，實現自動化。

　　機械手技術涉及的學科相當廣泛，其一，它能夠部分的代替人工操作;其二，它能夠按照生產工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸;其三，它能操作必要的機具進行焊接和裝備，從而改善了公認的勞動條件，顯著提高了勞動生產率，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐，尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音一級帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。

　　機械手是在機械化，自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。隨著電子技術的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產線中，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。

　　2 國內外研究的現狀及發展趨勢

　　2.1 國外研究現狀

　　機械手起源于美國，1954年美國工程師德爾沃最早提出機械人的概念; 1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手[11]。1959年美國德爾沃與英格伯制造了世界上的第一臺機械人; 1962年美國正式將機械人的使用性提出來，且制造出類似人的手臂; 1967年日本成立了人工手研究會，并召開了首屆機械手學術會; 1970年在美國召開了第一屆工業機械人學術會，并的到迅速普及; 1973年辛辛那提公司制造出第一臺小型計算機控制的的工業機械人，當時是液壓驅動，能載重大成就45KG;到1980年在日本得到普及，并定為“機械人元年”此后在日本機械人得到了前所未有的發展與提升。目前世界高端工業機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發展趨勢[12]。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到3M/S，量產產品達到6軸，負載2KG的產品系統總重已突破100KG[1]。

　　現代式工業中，生產過程的機械化，自動化已成為突出的主題[13]�；さ冗B續性生產過程的自動化已基本得到解決。采用全自動化機械手進行裝配更是目前研究的重點，國外已研究采用攝像機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到鑲裝的目的。但在機械工業中，加工、裝配等生產是不連續的。因此，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些工序的自動化而產生的。工業機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，動作靈活多樣，適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。[2]

　　2.2 國內研究現狀

　　我國的工業機械手是從80年代七五科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過七五，八五科技的攻關，目前國內生產了部分機器人關鍵元器件，開發噴漆，孤焊，點焊，裝配，搬運等機器人，其中有130多臺噴漆機器人在二十余家企業的近30條自動噴漆生產線上獲得規模應用，孤焊機器人已經應用在汽車制造廠的焊裝線上。的那總的看來，我國的工業機械手技術及工程應用的水平和國外比還有一定的差距。雖然目前國內生產工業機械手的企業并不多，很多產品的生產技術還主要依靠進口，高科技的技術主要還掌握在國際龍頭廠商手里。國內機械手廠家主要還是受到控制系統的困擾,沒有比較成熟穩定的伺服系統,所以不能生產高端機器。我國本土企業生產的機械手產品還主要流通在中低端市場，因此決定了很多本土生產企業在爭奪市場時主要還是采取價格戰。隨著技術的進步，日臻成熟，會有更多的廠商加入此行業[3]。

　　我國國家“863”機械手技術主題自成立以來一直重視機械手技術在產業中的推廣和應用和推進機械手技術以提升傳統產業，利用機械手技術發展高新產業。目前，政府正在使用各種辦法加大中國裝備制造業在市場中占據的份額，井提供優惠措施鼓勵更多企業使用機械手及技術以提升技術水平。國內越來越多的企業在生產中采用了工業機械手，各種機械手生產廠家的銷售量都有大幅度的提高[4]。

　　3 課題的研究內容、目標及可行性分析

　　3.1 課題研究內容

　　(1) 對機械手動作進行構思，設計出一套工作的整體方案

　　(2) 對機械手整體進行簡單設計

　　(3) 各氣缸選型，PLC和傳感器的選型

　　(4) 系統硬件的設計和機械手控制程序的設計

　　(5) 組態軟件MCGS的設計

　　(6) 通過PLC來控制機械手，完成自動控制并且連接MCGS進行調控

　　3.2 需要實現的目標

　　該設計任務要求設計一個基于PLC控制的氣動機械手系統，用于搬運工件，系統具有自動、手動控制功能[14]。圖1為該機械手工作示意圖，用來將左工作臺上的工件搬到右工作臺上[5]。要求機械手的全部動作由氣缸驅動，氣缸由電磁閥控制。對于順時針轉動/逆時針轉動、上升/下降、左移/右移，其運動由雙線圈兩位電磁閥控制，即上升電磁閥線圈得電時機械手上升，下降電磁閥線圈得電時機械手下降;左移電磁閥線圈得電時機械手左移，右移電磁閥線圈得電時機械手右移。對于夾緊/松開，其運動由單線圈兩位電磁閥控制，線圈得電時機械手夾緊，斷電時機械手松開[6]。

　　要求將機械手的原點(即原始狀態)定在左位、高位、松開狀態。在原始狀態下，先通過控制底部擺轉缸和手部擺轉缸的轉動調整機械手和工作臺的相對位置，使其在同一平面內，繼而檢測到左工作臺上有工件時，機械手下降到低位，夾緊工件，上升到高位，右移到右位[10]。在右工作臺上無工件時，機械手下降到低位，松開工件，然后上升到高位，左移回原位。

　　3.3 可行性分析

　　(1)技術可行性

　　本課題所涉及的研究目標，在國內外已經有相當成熟的理論基礎和技術基礎。通過文獻調查，機械手PLC控制系統的設計，絕大部分可以使用電氣工程及其自動化專業知識進行構建，其他的部分則可以通過自學，調用已經開發好的一些功能模塊完成課題涉及到的技術要求[7]。

　　(2)經濟可行性

　　本課題通過對既有平臺的使用，能夠設計出比較完善的機械手控制系統，沒有任何經濟上的負擔，通過本課題可以自主利用我校實驗機房的軟硬件設備，既節省了學校的經費，又鍛煉了學生的自我研發意識和自己動手的能力[8]。

　　(3)操作可行性

　　本課題要求對可編程控制技術有比較細致的了解，能夠通過對于已有文獻的學

　　已有技術的研習，利用自己在大學學習的電氣工程專業相關的知識，PLC控制程序

　　的設計。從可操作性的角度來講，完全可行[9]。

　　4 小結

　　PLC機械手已經在現代工業中扮演著一個重要的角色。隨著機械手應用的普及，機械手向著專用化，機械結構模塊化，可重構的方向發展，機械手的動作更加靈活多樣，其控制方式也在向著多元化的方向發展，PLC應用技術為現代機械控制發揮了極大作用，大大改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產率，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐[15]。在PLC控制的過程中，還有許多問題需要解決，PLC在機械手開發應用還有很大的空間。

　　參考文獻

　　[1] 蔡自興. 機器人學的發展趨勢和發展戰略[M].機器人技術與應用,2001.

　　[2] 張波. 多功能上下料機械手液壓控制系統[J]. 液壓與氣動,2002,8:31-32.

　　[3] 李允文.工業機械手設計[M].北京:機械工業出版社,1996.

　　[4] 張建民.工業機器人[M].北京:北京理工大學出版社,1992.

　　[5] 史國生.PLC在機械手步進控制中的應用[J].中國工控信網,2005,1:44-46.

　　[6] 常曉玲.電氣控制系統與可編程控制器[J].機械工業出版社2006,7:21-24.

　　[7] 常建生.檢測與轉換技術[M].機械工業出版社，2001.

　　[8] 賈德勝.PLC應用開發實用子程序[M].人民郵電大學出版社,2003.

　　[9] 劉建華.三菱FX2N系列PLC應用技術[M].機械工業出版社，2003.

　　[10] 俞國亮.PLC原理與應用[M].清華大學出版社，2004.

　　[11] 王希敏. 工業機械手發展途徑[M]. 機械工程師,1990,02.