plc機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計的開題報告精選

本文是一篇開題報告，開題報告的內(nèi)容一般包括：題目、立論依據(jù)(畢業(yè)論文選題的目的與意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀)、研究方案(研究目標(biāo)、研究內(nèi)容、研究方法、研究過程、擬解決的關(guān)鍵問題及創(chuàng)新點(diǎn))、條件分析(儀器設(shè)備、協(xié)作單位及分工、人員配置)等。（以上內(nèi)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(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計

 

一、論文研究的目的和意義

 

隨著社會與科技的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)自動化設(shè)備越來越廣泛應(yīng)用，其中機(jī)械手的誕生就是基于生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，是現(xiàn)代生產(chǎn)與科技應(yīng)用相結(jié)合形成的一個重要技術(shù)。工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用減輕了勞動強(qiáng)度、可提高產(chǎn)品加工精度、減少危險性生產(chǎn)由人工操作環(huán)節(jié)，尤其是在一些危險性大的行業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為實(shí)用，如化工生產(chǎn)有存在有毒物質(zhì)的；如核電廠等存在放射性物質(zhì)的地方；如煙花等易燃易暴的生產(chǎn)場合等生產(chǎn)環(huán)境非常適合使用機(jī)械手進(jìn)行生產(chǎn)。在機(jī)械行業(yè)中（鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配等）應(yīng)用也十分廣泛，如在柔性生產(chǎn)線中用氣動機(jī)械手來搬運(yùn)上下料材；機(jī)械零件的裝配生產(chǎn)線中，利用機(jī)械手抓零件與另一零件裝配在一起；如啤酒生產(chǎn)中用機(jī)械手把蓋壓在瓶子上等等。以上種種應(yīng)用極大的減輕了勞動強(qiáng)度、促進(jìn)安全生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量，適合現(xiàn)代化的生產(chǎn)趨勢，具有較強(qiáng)的生命力。

 

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

 

在工業(yè)自動化中液壓與氣壓均有較在應(yīng)用，而氣動技術(shù)被稱為工業(yè)自動化的“肌肉”,其應(yīng)用靈活，夾持工件的重量越來越重，在各種機(jī)械加工行業(yè)和制造行業(yè)中，尤其在有毒的環(huán)境下作業(yè)等其應(yīng)用程序越來越受重視，并得到相應(yīng)廣泛使用。隨著科技不斷日新月異發(fā)展，自動化控制技術(shù)也不斷更新，在微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等技術(shù)的迅猛發(fā)展形勢下，氣動技術(shù)不斷技術(shù)創(chuàng)新，以工程實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，不斷取得巨大的進(jìn)步。另外氣動技術(shù)作為一種相對來說比較廉價的自動化技術(shù)，由于其元器件的制造技術(shù)以及使用性能的不斷提高，并且生產(chǎn)成本和流通成本不斷的降低，氣動技術(shù)現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)、醫(yī)療業(yè)、生產(chǎn)以及輸送領(lǐng)域。例如南昌市第一附屬醫(yī)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(shù)量。

 

我國在機(jī)械手的應(yīng)用方面，不是世界最發(fā)達(dá)國家，但已經(jīng)較為廣泛使用并取得了較成熟的技術(shù)。基于 programmable logic controller 為核心技術(shù)進(jìn)行控制的液壓機(jī)械手或氣動機(jī)械手在工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)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(jī)械零件、搬動物品等重復(fù)性的工作過程。我們國家原來的繼電接觸器控制系統(tǒng)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(yīng)用實(shí)踐表明，在機(jī)械制造及自動化領(lǐng)域具有強(qiáng)大生命力。

 

課題研究的基于氣動技術(shù)的可編程控制器控制的機(jī)械手是現(xiàn)代機(jī)電一體化自動生產(chǎn)線中重要輔助裝置，可實(shí)現(xiàn)上下、左右、伸縮六個方向的三維空間運(yùn)動，較適合經(jīng)常變更批量生產(chǎn)與柔性制造生產(chǎn)的現(xiàn)代加工方法。它能按預(yù)定程序和控制要求完成物品、材料、機(jī)械零件等進(jìn)行運(yùn)送、上下料、搬運(yùn)等作業(yè)，并可以在需要時修改程序?qū)崿F(xiàn)動作變更。

 

二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

 

工業(yè)機(jī)械手是一種用于再現(xiàn)人手功能的自動控制裝置。對其研究源于 20 世紀(jì)40 年代末，最早由美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開始研究搬動核原料的遙控機(jī)械手， 逐漸發(fā)展成為現(xiàn)代自動控制領(lǐng)域的新技術(shù)，涉及力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電器液壓技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等的綜合，成為一門新興學(xué)科。

 

經(jīng)過美國幾年的科研攻關(guān)，于 1958 年聯(lián)合控制公司研制出了世界第一臺機(jī)械手，在機(jī)體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，并在端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)。之后經(jīng)過四年的發(fā)展由美國的機(jī)械鑄造公司制造了一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手，取名為unimate（即萬能自動），運(yùn)動系統(tǒng)采用仿造坦克炮塔，臂回轉(zhuǎn)、俯仰是用液壓驅(qū)動。

 

后來的許多機(jī)械手就是按此模型為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。1962 年美國的機(jī)械鑄造公司制造又成功研制了一款叫 versatran 機(jī)械手，能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位和軌跡控制，實(shí)現(xiàn)靈活搬運(yùn)。這些成果為全世界的工業(yè)機(jī)械手發(fā)展奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

 

正是這樣，后來的瑞土 retab 公司生產(chǎn)的一種涂漆機(jī)械手，采用的示教方法編程。德國機(jī)器制造業(yè)從 1970 年開始研究機(jī)械手，其中 kn ka 公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)與程序控制實(shí)現(xiàn)操作。主要研究應(yīng)用于起重運(yùn)輸、焊接、設(shè)備上下料等作業(yè)。

 

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

 

三、研究目的

 

在目前廣泛應(yīng)用的人機(jī)工程學(xué)科中，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)越來越受到重視，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用的機(jī)械手又叫做“工業(yè)機(jī)械手”,是工業(yè)機(jī)器人學(xué)科的一個分支。

 

在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，應(yīng)用機(jī)械手系統(tǒng)不但可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率，還可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

 

機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成。起固定支撐作用的機(jī)架、機(jī)械臂和氣爪組成手部控制環(huán)節(jié)，氣爪的主要工作任務(wù)是吸持工件，部分較靈活的機(jī)械手上安裝了手指，類似人類手指可較靈活實(shí)現(xiàn)物體抓放，目前最先進(jìn)的機(jī)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(jī)械臂主要實(shí)現(xiàn)支撐相應(yīng)的機(jī)械手及輔助部分，實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮、回轉(zhuǎn)等控制，保證機(jī)械手準(zhǔn)確抓住工件。機(jī)械手的運(yùn)動主要有伸縮、回轉(zhuǎn)、垂直六個方向，各方向運(yùn)動功能實(shí)現(xiàn)依靠氣缸，由 plc 控制的電磁閥的得電、失電來實(shí)現(xiàn)。其運(yùn)動功能實(shí)現(xiàn)還有采用液壓控制系統(tǒng)、電氣驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)械驅(qū)動的控制方式，對于要求夾緊力較大的可首選液壓驅(qū)動方式，驅(qū)動力不要求太大的可采用氣壓傳動實(shí)現(xiàn)。

 

機(jī)械手的手臂部分采用氣壓方式執(zhí)行缸來做水平與垂直方向的運(yùn)動控制，由氣壓缸與馬達(dá)等組成，一般由4-6個自由度，較先進(jìn)的也有更多自由度的機(jī)械手。液壓驅(qū)動方式主要用于重型工業(yè)設(shè)備，其特點(diǎn)壓力高、體積小、出力大且平穩(wěn)。

 

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(jī)械、醫(yī)藥等具有廣泛使用潛力的氣動機(jī)械手控制。

 

電氣驅(qū)動時，直線運(yùn)動可以采用電動機(jī)帶動絲桿、螺母機(jī)構(gòu)。我們通用的機(jī)械手則考慮到用步進(jìn)電動機(jī)、直流或交流伺服電機(jī)和變速箱等電氣驅(qū)動，有動力源簡單、維護(hù)和使用比較方便。驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用一種形式的動力，力量比較大。

 

本次設(shè)計選用氣動技術(shù)為機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)，是基于氣動技術(shù)以下優(yōu)點(diǎn)：以壓縮空氣為介質(zhì)，在生活中十分方便獲得氣源；氣動系統(tǒng)動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能、工作壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕特別是對環(huán)境沒有污染、易于控制和維護(hù)。

機(jī)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(yùn)動的時間、到達(dá)的位置等。具體還要加上點(diǎn)控和連續(xù)控制。

 

四、主要研究內(nèi)容

 

研究課題以氣壓傳動控制的機(jī)械手為研究對象，以原位為右上角為起點(diǎn)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(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換采用傳感器來實(shí)現(xiàn)檢測到位情況。氣壓傳動機(jī)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(yùn)動單獨(dú)由手動按鈕按各動作依次進(jìn)行操作的控制方式，如垂直運(yùn)動上設(shè)置兩個按鈕，一個向上運(yùn)動，另一個向下運(yùn)行。自動操作是指在plc程序控制下各動作按規(guī)定線路自動執(zhí)行完成。自動操作可以分為單周期操作與連續(xù)操作兩種方式。單周期操作是指氣壓傳動機(jī)械手從原點(diǎn)開始→按啟動按鈕→機(jī)械手自動完成從原位執(zhí)行完所有一個周期的動作后停止。連續(xù)操作是指機(jī)械手從原點(diǎn)開始→按啟動按鈕→機(jī)械手的動作將自動地、連續(xù)不斷地進(jìn)行周期性循環(huán)執(zhí)行。在工作中如果按停止按鈕，機(jī)械手將繼續(xù)完成一個周期的動作，然后回到原點(diǎn)自動停止。整個控制過程功能的實(shí)現(xiàn)要求基于plc為技術(shù)核心，形成“氣動-傳感器-plc”的自動化裝置。經(jīng)調(diào)研及查閱資料表明選用氣動控制實(shí)現(xiàn)工作行程300-400mm,運(yùn)動負(fù)載最大質(zhì)量為10kg,移動速度為3m/min的要求較為實(shí)用。

 

五、論文的主要結(jié)構(gòu)

 

課題研究中按照先介紹課題研究目的、內(nèi)容、關(guān)鍵性問題等。

 

其次介紹機(jī)械手控制的技術(shù)要求、機(jī)械結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)概況。

 

其三研究機(jī)械手控制的氣動元件及氣動控制回路，plc的硬件接線系統(tǒng)圖。

 

其四研究機(jī)械手控制方案、需求分析及設(shè)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(shè)計了相應(yīng)的梯形圖程序。

 

最后研究程序算法分析、仿真調(diào)試、程序測試、組態(tài)軟件應(yīng)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(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.3 主要研究內(nèi)容及關(guān)鍵問題

1.3.1 研究目的

1.3.2 主要研究內(nèi)容

1.3.3 論文的主要結(jié)構(gòu)

1.3.4 課題關(guān)鍵問題

1.3.5 解決問題思路

 

第二章 氣動機(jī)械手研究的相關(guān)技術(shù)

 

2.1 機(jī)械手的控制要求

2.2 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)

2.3 相關(guān)技術(shù)概況

2.3.1 氣動技術(shù)簡介

2.3.2 plc 技術(shù)簡介

2.3.3 機(jī)械手技術(shù)簡介

2.3.4 傳感器技術(shù)簡介

2.4 光電效應(yīng)與光電傳感器

2.5 光電開關(guān)工作原理

2.6 本章小結(jié)

 

第三章 氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)的需求分析

 

3.1 機(jī)械手控制技術(shù)需求分析

3.1.1 業(yè)務(wù)分析

3.1.2 系統(tǒng)功能需求分析

3.1.3 現(xiàn)代控制技術(shù)的需求分析

3.1.4 氣動技術(shù)的需求分析

3.2 氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)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(zhí)行元件配置

3.3.1 氣動控制元件配置

3.3.2 氣動執(zhí)行元件配置

3.4 氣壓傳動系統(tǒng)回路

3.4.1 氣動基本回路

3.4.2 氣動系統(tǒng)圖

3.4.3 氣壓系統(tǒng)圖器件清單

3.5 plc 硬件接線

3.5.1 plc 的系統(tǒng)組成

3.5.2 plc 的工作原理

3.5.3 plc 的硬件設(shè)計原則

3.5.4 總線控制技術(shù)

3.5.5 modbus 通訊協(xié)議

3.5.6 i/o 分配和外部接線圖

3.6 本章小結(jié)

 

第四章 plc 控制系統(tǒng)設(shè)計

 

4.1 plc 程序設(shè)計算法分析

4.2 氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

4.2.1 順序功能圖

4.2.2 氣動機(jī)械手總體 sfc 圖

4.3 plc 控制系統(tǒng)梯形圖程序

4.4 plc 控制系統(tǒng)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(jié)

 

第五章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測試

 

5.1 gx-developer8 軟件要求與安裝

5.1.1 系統(tǒng)配置要求

5.1.2 gx-developer8 軟件

5.2 plc 程序輸入與仿真調(diào)試

5.2.1 plc 程序的規(guī)則

5.2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

5.2.3 手動操作程序仿真調(diào)試

5.2.4 自動操作程序仿真調(diào)試

5.3 控制系統(tǒng)測試

5.3.1 測試系統(tǒng)的總體原則

5.3.2 系統(tǒng)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(tǒng)測試實(shí)現(xiàn)

5.4.1 系統(tǒng)開發(fā)

5.4.2 程序運(yùn)行狀態(tài)

5.5 系統(tǒng)的 mcgs 組態(tài)環(huán)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(chuàng)建操作界面

5.6 設(shè)備測試與仿真系統(tǒng)展示

5.7 本章小結(jié)

 

第六章 總結(jié)與展望

 

致謝

參考文獻(xiàn)

 

七、解決問題思路

 

課題以介紹相關(guān)機(jī)械手的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及氣動技術(shù)、plc技術(shù)、傳感器等技術(shù)，機(jī)械結(jié)構(gòu)等開始，引入相關(guān)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(guān)要求：從原位出發(fā)把待搬動物體放置于坐標(biāo)為（300mm、300mm），延時1min后返回，工作行程300-400mm,運(yùn)動負(fù)載質(zhì)量為10kg,移動速度為3m/min.對此要求做出正確的設(shè)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(jìn)行分析，選擇合適的組合形成氣動控制系統(tǒng)。按照控制系統(tǒng)的要求對其控制方式采用plc為核心進(jìn)行開發(fā)其應(yīng)用程序，plc選擇三菱或歐姆龍機(jī)型。形成先介紹機(jī)械結(jié)構(gòu)、設(shè)計其氣壓控制回路、基于plc設(shè)計其控制程序并調(diào)試等研究成果。

 

課題在研究過程中前期參觀某學(xué)校的實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行企業(yè)參觀考察，了解氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制形式，訪問相關(guān)的技術(shù)人員使對課題有深入的理解，機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)基本要求為結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、具有一定的代表性。查閱大量資料利用對比研究法與文獻(xiàn)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(shí)現(xiàn)功能的氣壓系統(tǒng)圖，構(gòu)成系統(tǒng)的單元回路是常用的，如利用節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)回路等經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的，具有較高的成功率的常用單元。

 

而基本plc為核心的技術(shù)開發(fā)，是目前較為先進(jìn)且實(shí)用的設(shè)計技術(shù)，在現(xiàn)代控制中如伺服控制、數(shù)控機(jī)床主軸刀庫的控制等，均為主流控制方法，在具有較強(qiáng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，利用學(xué)院教學(xué)單位的設(shè)施可完成相關(guān)程序開發(fā)，程序開發(fā)中也用到文獻(xiàn)法及實(shí)驗(yàn)法不斷優(yōu)化程序。程序設(shè)計上采用邏輯設(shè)計法，嚴(yán)格按氣動機(jī)械手的工作過程編程合理程序。

 

八、進(jìn)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(yè)論文相關(guān)材料，填寫《任務(wù)書》

20xx年11月26日-11月30日 進(jìn)一步熟悉畢業(yè)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(yè)論文初稿，上交指導(dǎo)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(xiàn)

 

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