搬运机械手的PLC控制技术设计-开题报告.doc

1、开题报告一、选题的依据及意义选题依据：电饭煲作为一个日常生活必须用品，需用量很大，所以要求生产量也大，成品在人工搬运至打包过程中，因为大部分电饭煲的外壳材料是塑料或者不锈钢制成的，反复作业，会造成电饭煲外壳损伤，因为此时电饭煲已经是成品了，如果破损，将要直接报废，不仅占有固定资金，还站用生产力，生产空间。所以设计机械手搬运电饭煲是很有必要的。选题意义：设计一款适合电饭煲搬运的机械手，将电饭煲搬运到打包地点，这一过程中机械手代替了人力，对成品产品进行装卸，大大提高生产效率，自动化程度，降低工人劳动强度，避免货损。在搬运过程中可以保证货物不会产生货损。提高效率，提高配送率，为企业产生大量利润。二、

2、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀

3、库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需 有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械

4、手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、

5、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械数的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。目前世界高端

6、工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。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。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。目前我国机械手的研发和应用还处在一个发展的阶段，跟美国日本等发达国家相比还有很大的差距，很多产品还需进口，特别是高灵活、高精度的机械手。要使我国机械工业更进一步在发展壮大，就必须提高其自动化程度和

7、生产效率，将人手操作变为机械手操作。同时，国家应加大对机械手及机器人的研发投入，积极开发出拥有自主知识产权的产品，从根本上解决对国外产品的进口需求。三、本课题研究内容 机械手驱动机构主要有4种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压驱动、气压驱动用得最多。因为气压驱动的又很多优点。1、空气可以从大气中直接获得，同时用过的空气也可以直接排到大气中，工作介质的获取、处理很方便，不会对环境造成污染。2、工作环境适应性好。可以在易燃、易爆、多尘、辐射、强磁、振动、冲击等恶劣环境中，气压系统也能安全、可靠地工作。对要求高净化、无污染的场合，如食品加工、印刷、精密检测等，更具有独特的适应能力。

8、3、空气的黏度很小，在管路中的压力损失很小，因此，压缩空气便于集中供应（如空气站）和远距离输送。4、气动控制比液压控制动作迅速、反应快，利用气压信号可以很方便地实现系统的自动控制。5、气动元件结构简单，易于加工，使用寿命长，适于标准化、系列化和通用化。6、管道不会堵塞，系统维护简单，也不存在介质变质、补充及更换等同题。7、使用安全，便于实现过载保护。所以本课题考虑的是气压驱动搬运机械手。PLC的控制方案分析以及内容设计。根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序逻辑。程序要以满足系统控制要求为主线，实现各控制功能或者任务的程序，实现完善系统指定的功能。基于机电技术的工业机械手。机械

9、手有伸缩轴、升降轴，回转运动的旋转轴以及机电控制系统组成。本机械手用于电饭煲生产线成品产品的包装。首先机械手将第一个工件搬送到包装产品，然后返回原处搬运第二个未处理产品，当第二个工件到电饭煲时，第一个工件已经处理完毕，将其搬运到处理后产品堆放处，再返回原点搬运第三个,如此往复。本课题是用NOS-C902高精度六维力传感器，机械手六维力传感器。NOS-C902高精度六维力传感器，搬运机械手六维力传感器采用三个框架式结构,框架式结构传感器的优点是：在敏感方向灵敏度高，而在非敏感方向有很好的钢度，方向间耦合小。在框架的薄壁上贴有应变片，应变片构成的桥路输出反应框架在敏感方向的受力情况。三个框架的敏感

10、方向是互相垂直的，每一个框架测一个方向盘撂，因此三个框架能测三个互相垂直的力。力的正方向根据右手定则确定，正方向的力对应的输出电压为正，反之负方向的力其输出电压为负。高精度六维力传感器 机械手六维力传感器传感器弹性体采用专利结构，灵敏度高、刚性好、维间耦合小、有机械过载保护功能。综合解耦桥路信号综合为三维空间的六个分量及扭矩，可直接用于力控制。因为成品美的MB-WFZ5099IH型号电饭煲产品比较贵。为了保障搬运机械手这抓取美的MB-WFZ5099IH型号电饭煲时候可靠性，所以可以这NOS-C902高精度六维力传感器基础上这加上个触力传感器。FS系列触力传感器/500g，FS系列触力传感器能够

11、在小型商用级别封装下提供精确、可靠的触力传感功能，传感器内含经特殊微切削的硅传感芯片，低功耗、无放大、无补偿的惠斯顿电桥设计在1500g量程中输出恒定的mV信号。触力传感器的工作原理为：离子注入的压敏电阻受压弯曲时阻值发生变化，并正比于所施加的触力大小，触力是通过不锈钢插杆直接作用于传感器内部的硅敏感芯片，桥路各电阻的变化产生对应的mV输出信号。FS系列触力传感器运用专利的模块结构，创新的弹性技术及工程模塑材料使传感器能承受5.5kg的过压，不锈钢插杆提供极为优秀的机械稳定性，能适合各种应用场合，各种电气连接方式。搬运.机械手力的控制是用压力传感器和触力传感器协力合作来实现的。本课题还有一个主

12、要问题，因为机械手手部是45号钢材料制作的四个手指抓容易这不锈钢和塑料材料的电饭煲外壳留下痕迹，这成品产品上留下了痕迹或者这抓起时候不小心滑落有可能影响产品的效率和产品成本的提高，可以根据实际情况采用硅橡胶做四个机械手手指部的指套来解决这个问题。因为硅橡胶现在被应用越来越广，这主要是由于其具备相对于其它橡胶不具备的特点：1、耐高温，硅橡胶在150oC下可永久使用，在200oC下可连续使用7500小时以上，在380oC以下可短时间使用。2、耐低温，通用的硅橡胶可在-40oC以上工作，而一些特制的硅橡胶在-90oC以上仍保持弹性并可使用。3、耐候性，硅橡胶可耐臭氧及紫外线，有较好的耐候性。4、无毒

13、环保，有的基至可医用。5、电气绝缘性，可用来做电线等产品。5、透气性，硅橡胶具有较好的透气性，因而可用做与生物接触的产品上。6、防水性，硅橡胶具防水与憎水性，因而用来做密封产品。7、加工性能好，不需要什么特别加工，拿回来加硫即可使用，干净不污染环境。所以搬运机械手这抓取电饭煲时候可以还好的起到了防止出现抓痕迹也起到了防滑作用。这些问题都是我们本课题研究的对象。四、本课题研究方法（一）研究方法1到用户现场进行调研，了解所选课题在该单位中的现状，获取感性资料；2通过文献收集，查阅、分析相关文献，获取第一手资料；3在收集的文献的基础上对相关问题进行分析、研究；4将取得的资料、观点分类，整合；5咨询有

14、关方面专家或企业相关人员；6抓重点，对本课题研究。（二）预期目的通过对电饭煲外壳材料的了解，工人反复重复的搬运过程中可能不注意会对电饭煲外壳造成破损。本课题研究的搬运机械手要很好解决了这一些问题，针对电饭煲的外形材料来改进搬运机械手自身存在的问题。通过PLC具有得优点加上搬运机械手力度的掌握，抓取时候电饭煲上面不留下刮痕，结合PLC系统的优化写出一篇6000字文章。五、研究目标、主要特色（创新）及工作进度研究目标：通过对美的MB-WFZ5099IH型号电饭煲外壳材料的了解，可能会出现的一些问题的考虑。结合其他人对搬运机械手的研究，找出存在问题和优点，来完善本课题研究的搬运机械手。实现解决工人搬

15、运过程中出现繁重、单调、重复的问题，进一步的保证了电饭煲可能出现的不确定因素导致产品电饭煲会产生质量问题，避免了损坏要直接报废，不仅占有固定资金，还站用生产力，生产空间。主要特色：搬运机械手在工业自动化生产中，对机械手的控制主要是位置识别、运动方向控制和物料是否存在的判别。结合搬运机械手的实际情况，通过对抓取力的掌握，气缸启动的方便，PLC系统的优点，设计出一款适应美的MB-WFZ5099IH型号电饭煲搬运包装机械手。工作进度：20xx年3月12日至3月20日 确定选题，相关资料20xx年3月20日至4月5日 整理资料.撰写初稿20xx年4月5日至4月20日 通过指导老师审查，完成修改20xx

16、年4月20日至5月10日 通过指导老师检查，完成2次初稿20xx年5月10日至5月21日 论文定稿，上交20xx年5月25日 完成答辩六、主要参考文献1张志田，刘德玉，徐钦.西门子57-200PLC项目式教程，南京：南京大学出版社，2014.2边兵兵，闫巧枝.液压与气压传动，山东：中国海洋大学出版社，2013.3金大鹰，机械制图.北京：机械工业出版社，2012.4陈海军，宋雪梅.AutoCAD2009机械绘图项目化教程，北京：冶金工业出版社，2010.5邱士安，机电一体化技术，西安：电子科技大学出版社，2004.6金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展势态分析，北京：北京机械工业自动化所2001.7蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略. 长沙： 中南大学信息科学与工程学院，2