基于PLC的机械手控制系统设计-开题报告

A. 文献综述

（1）国内研究现状

工业机械手是一种用于再现人手功能的自动控制装置。对其研究源于20世纪40年代末，最早由美国橡树岭国家实验室开始研究搬动核原料的遥控机械手，逐渐发展成为现代自动控制领域的新技术，涉及力学、机械学、电器液压技术、传感器技术和计算机技术等的综合，成为一门新兴学科。

经过美国几年的科研攻关，于1958年联合控制公司研制出了世界第一台机械手，在机体上安装一个回转长臂，并在端部装有电磁铁的工件抓放机构。之后经过四年的发展由美国的机械铸造公司制造了一台数控示教再现型机械手，取名为Unimate(即万能自动)，运动系统采用仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰是用液压驱动。后来的许多机械手就是按此模型为基础发展起来的。1962年美国的机械铸造公司制造又成功研制了一款叫Versatran机械手，能实现点位和轨迹控制，实现灵活搬运。这些成果为全世界的工业机械手发展奠定了扎实基础。

正是这样，后来的瑞土RETAB公司生产的一种涂漆机械手，采用的示教方法编程。德国机器制造业从1970年开始研究机械手，其中KnKa公司还生产一种点焊机械手，用关节式结构与程序控制实现操作。主要研究应用于起重运输、焊接、设备上下料等作业。

美国Unimate公司联合斯坦福大学、麻省理工学院联合研制了一些定位精度高、平均无故障时间达1500小时的高可靠性、低成本的机械手，其中一种定位误差可小于士lmm，装有小型电子计算机进行控制的Unimate-Vic-arm的工业机械手。

（2）国内研究现状

中国经历了70年代的萌芽期，主要以引进先进技术为主，代替部分人工劳动;80年代的开发期，如上海ABB工程有限公司、沈阳新松机器人自动化股份有限公司等均，90年代的应用期，如柯马(上海)汽车设备有限公司、青岛欧地希机电(青岛)有限公司等均开发适用于用户要求的机械手。就目前来看国内使用的机械手进口所占比例依然较大，2012年各占50%左右，约15000台。在我国从制造大国向制造强国迈进过程中，还面临着国际环境与技术、分工的巨大挑战，发展自动化产业是政府必须主导且己经给予资金和政策扶持的重要产业，相信随着我国综合国力增强，科技不断进步，国产机械手应用于生产及走出国门将会更为广泛。

我国机械手应用主要分布在上海、辽宁等，华东地区占全国56%左右。主要应用于焊接、装配、喷涂、搬运等制造行业机械手;水下机械手、农业机械手、微操作机械手、医疗机械手、军用机械手、娱乐机械手等非制造业机械手。其控制方式主要基于单片机技术和PLC技术为核心，且PLC应用发展趋势更为出众。

1972年我国第一台机械手在上海开发成功。随后各大型公司都逐渐开始研制和应用机械手。从1986年到1990年政府的第七年“五年计划”就将工业机械器人列入了优先发展的地位，通过立项投入了较大的人力与物力研究工业机器人应用于工农业生产的活动。并且研究制造了相关的工业机器人成果，如北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人;大连机床研究所设计制造的氢弧焊机器人等等。相关的专用机器人的配套部件如专用轴承、传感器、伺服电动机等也研制出来并广泛使用。其中的关键性部件一一控制器是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机械人研究所共同科研攻关的成果。随着计算机技术、机械制造技术及自动控制理论的发展，我国在许多工业上采用了机器人控制技术，尤其是近年以来，柔性制造技术和工厂的自动化技术不断应用生产实践，代替了许多繁重的体力劳动，改善了工人的劳动条件，也体现了工业机器人应用生产的强大生命力，不断推动科技更新，设备更新。

第二代、第三代机械手增加了许多功能，具有视觉、触觉、听觉等能力，把各种传感器安装于机械手的各部位形成自动化水平相当高的机械手。

B. 论文提纲格式

一、引言

二、控制系统硬件选型

（一）机械手介绍

1、机械手简介

2、机械手分类

3、机械手优势

4、机械手构成

（二）PLC简介

1、PLC的基本结构

2、PLC的基本功能

3、PLC的特点

4、PLC应用范围

三、机械手的控制

（一）预备知识

1、跳转指令JMP和跳转结束指令JME

2、JMP和JPE指令的特点

（二）机械手动作控制要求

（三）机械手动作过程分析

（四）机械手的操作方式

（五）PLC的I/O接线

（六）画机械手步进控制顺序功能图

1、顺序功能图简介

2、顺序功能图的注意事项

3、顺序功能图基本结构

4、画出顺序功能图

（七）画机械手梯形图

1、完成I/O分配

2、编写梯形图程序

3、分析程序

四、结论

参考文献

C. 参考文献

[1]郑亚红，马兰，郭银环.图解PLC梯形图[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2017,117-128.

[2]孙同景，陈桂友.PLC原理及工程应用[M].北京：机械工业出版社，20016,360-362.

[3]吴红霞，刘洋，周明.电气控制及PLC原理与应用[M].北京：冶金工业出社，2017,182-187.

[4]余孟尝.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2016,96-123.

[5]张萍萍.基于PLC的气动机械手控制系统设计[D].成都：电子科技大学，2016.

[6]郭剑晖.机械手PLC控制系统设计[D].南昌：南昌大学，2017.

[7]骆智.可编程控制器(PLC)运行系统设计与实现[D].北京：北方工业大学，2016.

[8]谭威.基于PLC的工业控制系统的设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2017.

[9]陈成勇.软PLC技术研究与开发[D].四川：西华大学，2018.

[10]张巍.PC/PLC机电控制系统研究[D].西安：西北工业大学，2016.

[11]罗艳华.嵌入式软PLC技术的研究与实现[D].武汉：华中科技大学，2016.

[12]胡睿智.五自由度机械手臂及控制系统的设计[D].沈阳：东北大学，2017.

[13]刘鑫.多自由度机械手臂鲁棒控制技术研究[D].南京：南京理工大学，20017

[14]张奕霏.钢拱架安装机械手臂控制研究[D].河南：河南科技大学，2015.

[15]Fang Yan，Qiang Fu.PLCε1：A potential target of RNA interference therapy for gastric cancer[J].Biochemical and Biophysical Research Communications，2014，04：119.

[16]Jielang Zhao，Shaoze Yan，Jianing Wu.Analysis of parameter sensitivity of space manipulator with harmonic drive based on the revised response surface method[J].Acta Astronautica，2014，01：017.