机械工程及自动化开题报告

时间：2020-10-07 18:09:15 开题报告我要投稿

机械工程及自动化开题报告

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机械工程及自动化开题报告

　　设计(论文)题目： 基于PLC的机械手自动操作系统设计

　　1 本课题的来源及研究的目的和意义

　　本课题目的主要是利用PLC作为载体设计一套程序驱动机械手进行预订动作,实现对工件抓取，实现自动化。

　　机械手技术涉及的学科相当广泛，其一，它能够部分的代替人工操作;其二，它能够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;其三，它能操作必要的机具进行焊接和装备，从而改善了公认的劳动条件，显著提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，尤其在高温、高压、粉尘、噪音一级带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。

　　机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。随着电子技术的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

　　2 国内外研究的现状及发展趋势

　　2.1 国外研究现状

　　机械手起源于美国，1954年美国工程师德尔沃最早提出机械人的概念; 1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手[11]。1959年美国德尔沃与英格伯制造了世界上的第一台机械人; 1962年美国正式将机械人的使用性提出来，且制造出类似人的'手臂; 1967年日本成立了人工手研究会，并召开了首届机械手学术会; 1970年在美国召开了第一届工业机械人学术会，并的到迅速普及; 1973年辛辛那提公司制造出第一台小型计算机控制的的工业机械人，当时是液压驱动，能载重大成就45KG;到1980年在日本得到普及，并定为“机械人元年”此后在日本机械人得到了前所未有的发展与提升。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势[12]。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG[1]。

　　现代式工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题[13]。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。采用全自动化机械手进行装配更是目前研究的重点，国外已研究采用摄像机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到镶装的目的。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。[2]

　　2.2 国内研究现状

　　我国的工业机械手是从80年代七五科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过七五，八五科技的攻关，目前国内生产了部分机器人关键元器件，开发喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机器人，其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，孤焊机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上。的那总的看来，我国的工业机械手技术及工程应用的水平和国外比还有一定的差距。虽然目前国内生产工业机械手的企业并不多，很多产品的生产技术还主要依靠进口，高科技的技术主要还掌握在国际龙头厂商手里。国内机械手厂家主要还是受到控制系统的困扰,没有比较成熟稳定的伺服系统,所以不能生产高端机器。我国本土企业生产的机械手产品还主要流通在中低端市场，因此决定了很多本土生产企业在争夺市场时主要还是采取价格战。随着技术的进步，日臻成熟，会有更多的厂商加入此行业[3]。

　　我国国家“863”机械手技术主题自成立以来一直重视机械手技术在产业中的推广和应用和推进机械手技术以提升传统产业，利用机械手技术发展高新产业。目前，政府正在使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额，井提供优惠措施鼓励更多企业使用机械手及技术以提升技术水平。国内越来越多的企业在生产中采用了工业机械手，各种机械手生产厂家的销售量都有大幅度的提高[4]。

　　3 课题的研究内容、目标及可行性分析

　　3.1 课题研究内容

　　(1) 对机械手动作进行构思，设计出一套工作的整体方案

　　(2) 对机械手整体进行简单设计

　　(3) 各气缸选型，PLC和传感器的选型

　　(4) 系统硬件的设计和机械手控制程序的设计

　　(5) 组态软件MCGS的设计

　　(6) 通过PLC来控制机械手，完成自动控制并且连接MCGS进行调控

　　3.2 需要实现的目标

　　该设计任务要求设计一个基于PLC控制的气动机械手系统，用于搬运工件，系统具有自动、手动控制功能[14]。图1为该机械手工作示意图，用来将左工作台上的工件搬到右工作台上[5]。要求机械手的全部动作由气缸驱动，气缸由电磁阀控制。对于顺时针转动/逆时针转动、上升/下降、左移/右移，其运动由双线圈两位电磁阀控制，即上升电磁阀线圈得电时机械手上升，下降电磁阀线圈得电时机械手下降;左移电磁阀线圈得电时机械手左移，右移电磁阀线圈得电时机械手右移。对于夹紧/松开，其运动由单线圈两位电磁阀控制，线圈得电时机械手夹紧，断电时机械手松开[6]。

　　要求将机械手的原点(即原始状态)定在左位、高位、松开状态。在原始状态下，先通过控制底部摆转缸和手部摆转缸的转动调整机械手和工作台的相对位置，使其在同一平面内，继而检测到左工作台上有工件时，机械手下降到低位，夹紧工件，上升到高位，右移到右位[10]。在右工作台上无工件时，机械手下降到低位，松开工件，然后上升到高位，左移回原位。

　　3.3 可行性分析

　　(1)技术可行性

　　本课题所涉及的研究目标，在国内外已经有相当成熟的理论基础和技术基础。通过文献调查，机械手PLC控制系统的设计，绝大部分可以使用电气工程及其自动化专业知识进行构建，其他的部分则可以通过自学，调用已经开发好的一些功能模块完成课题涉及到的技术要求[7]。

　　(2)经济可行性

　　本课题通过对既有平台的使用，能够设计出比较完善的机械手控制系统，没有任何经济上的负担，通过本课题可以自主利用我校实验机房的软硬件设备，既节省了学校的经费，又锻炼了学生的自我研发意识和自己动手的能力[8]。

　　(3)操作可行性

　　本课题要求对可编程控制技术有比较细致的了解，能够通过对于已有文献的学

　　已有技术的研习，利用自己在大学学习的电气工程专业相关的知识，PLC控制程序

　　的设计。从可操作性的角度来讲，完全可行[9]。

　　4 小结

　　PLC机械手已经在现代工业中扮演着一个重要的角色。随着机械手应用的普及，机械手向着专用化，机械结构模块化，可重构的方向发展，机械手的动作更加灵活多样，其控制方式也在向着多元化的方向发展，PLC应用技术为现代机械控制发挥了极大作用，大大改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐[15]。在PLC控制的过程中，还有许多问题需要解决，PLC在机械手开发应用还有很大的空间。

　　参考文献

　　[1] 蔡自兴. 机器人学的发展趋势和发展战略[M].机器人技术与应用,2001.

　　[2] 张波. 多功能上下料机械手液压控制系统[J]. 液压与气动,2002,8:31-32.

　　[3] 李允文.工业机械手设计[M].北京:机械工业出版社,1996.

　　[4] 张建民.工业机器人[M].北京:北京理工大学出版社,1992.

　　[5] 史国生.PLC在机械手步进控制中的应用[J].中国工控信网,2005,1:44-46.

　　[6] 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器[J].机械工业出版社2006,7:21-24.

　　[7] 常建生.检测与转换技术[M].机械工业出版社，2001.

　　[8] 贾德胜.PLC应用开发实用子程序[M].人民邮电大学出版社,2003.

　　[9] 刘建华.三菱FX2N系列PLC应用技术[M].机械工业出版社，2003.

　　[10] 俞国亮.PLC原理与应用[M].清华大学出版社，2004.

　　[11] 王希敏. 工业机械手发展途径[M]. 机械工程师,1990,02.