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开题报告
工业机器人的控制系统设计
1:背景
1.1机器人在工业生产的广泛应用
自从20 世纪60 年代初人类创造了第一台工业机器人以后,机器人就显示出它极大的生命力,经过四十多年的发展,工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。
在制造业中,尤其是在汽车产业中,工业机器人得到了广泛的应用。
如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中,机器人都已逐步取代了人工作业。
目前,汽车制造业是制造业所有行业中人均拥有工业机器人密度最高的行业,如,2004 年德国制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量为162 台,而在汽车制造业中每1 万名工人中拥有工业机器人的数量则为1140 台;意大利的这一数值更能说明问题,2004 年意大利制造业中每1 万名工人中拥有工业机器人的数量为123台,而在汽车制造业中每1万名工人中拥有工业机器人的数量则高达1600 台。
随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高,机器人的应用范周还在不断地扩大,已从汽车制造业推广到其他制造业,进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。
在工业生产中,弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。
2005 年,亚洲地区电子电气行业对工业机器人的需求仅次于汽车及汽车零部件制造业,其占所有行业总需求的比例为31%;而在欧洲地区橡胶及塑料工业对工业机器人的需求则远远超过电子电气行业而排名第二位;美洲地区由于汽车及汽车零部件制造业对工业机器人的需求遥遥领先,所以金属制品业(包括机械)、橡胶及塑料工业以及电子电气行业对工业机器人的需求比例相当,均在7% 左右。
另外诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。
此外,在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多,如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实
例。
机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。
而且,随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩,未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活,其市场的繁荣兴旺将指日可待。
1.2工业机器人的发展趋势
新的市场和新的需求为工业机器人的发展提供了新的机遇。
敏捷制造的基本思想是企业能迅速将其组织和装备重组,快速响应市场变化,生产出满足用户需求的个性化产品。
敏捷制造要求企业底层的生产设备具有柔性和可动态重组的能力。
机器人是一种具有高度柔性的自动化生产设备。
如果我们站在更高的层次,将机器人视为一种有“感知、思维和行动”的机器,那么,敏捷生产设备就应当是新一代机器人化的机器。
这将为工业机器人的发展提出更高的要求。
这要求着工业机器人朝着以下几种方式发展。
朝着标准化方向发展
提高运动速度和运动精度,减轻重量和减少安装占用空间,必将导致工业机器人功能部件的标准化和模块组合化(它可以分为机械模块、信息检测模块、和控制模块等) ,降低制造成本和提高可靠性。
近年来,世界各国注意发展组合式机器人。
它是采用标准化的组合件拼装而成的。
目前,国外已经研制和生产了各种不同的标准组件。
除了机器人用的各种伺服电机、传感器外,手臂、手腕和机身的结构也已经标准化了,如臂伸缩轴、臂升降轴、臂俯仰轴、臂摆动轴;转轴、摆动轴、固定台身、机座、移动轴。
研究新型机器人结构
随着工业机器人作业精度的提高和作业环境的复杂化,应开发新型微动机构保证动作;开发多关节、多自由度的手臂和手指,研制新型的行走机构等以适应复杂的作业环境。
朝着智能化方向发展
在多品种,小批量生产的柔性制造自动化技术中,特别是机器人自动装配技术中,工业机器人对外部环境和对象物体有自适应能力,即具有一定的“智能”,是指机器人具有感觉、知觉等,即有很强的检测功能和判断功能。
为此,必须开发类似人类感觉器官的传感器(如触觉传感器、视觉传感器、测距传感器等) ,发展多传感器的信息融合技术。
通过各种传感器得到关
于工作对象和外部环境的信息,以及信息库中存储的数据、经验、规划的资料,以完成模式识别,用“专家系统”等智能系统进行问题求解,动作规划。
研究机器人协作控制
先进制造技术的发展对协作机器人学的研究与发展起着积极的促进作用。
随着先进制造技术的发展,工业机器人已从当初的柔性上、下料装置正在成为高度柔性、高效率和可重组的装配、制造和加工系统中的生产设备。
在这样的生产线上,机器人是作为一个群体工作的,不论每个机器人在生产线上起什么作用,它总是作为系统中的一员而存的,要从组成敏捷制造生产系统的观点出发,来研究工业机器人的进一步发展。
而面向先进制造环境的机器人柔性装配系统和机器人加工系统中,不仅有多机器人的集成,还有机器人与生产线、周边设备、生产管理系统以及人的集成。
因此,以系统的观点来发展新的机器人控制系统,有大量的理论与实践的工作要做。
主要的研究内容
此次主要研究国内外机械手发展现状,通过学习机器手的工作原理,熟悉搬运机械手的运动机型。
在此基础上,确定了搬运机械手的基本系统结构,对搬运机械手的运动进行了简单的力学模型分析,完成了机械手机械方面设计(包括传动部分、执行部分、驱动部分)和机器人的控制系统
2 机器人的控制
2.1、PLC的原理
PLC就相当于机器的大脑,我们编的程序就相当于人所撑握的知识与规则。
机器就相当于人的躯体,用来执行PLC的各种动作。
电,气,液等就相当于人的肌肉与神经,PLC发出指令,通过电,气,液等将能量传给机器,机器就执行。
传感器将外界情况反馈给PLC,就相当于人的眼,鼻等,将外界事物反馈给大脑。
也就是说拿一个人或者动物来打比方,PLC 就是大脑,PLC跟机器的结合就相当于人的大脑跟躯体的结合,,只是人的大脑里面的程序比PLC要复杂得多,但是人的大脑的灵敏度及准确性不及PLC。
可编程控制器( PLC) 自动控制装置,是一种嵌入式的工控机,它以顺序控制为主,调节为辅,能完成逻辑判断、定时、计数记忆和算术运算等功能。
既能进行开关量控制,又能进行模拟量控制,还具有通信功能。
在单台设备自动化、多台设备自动化和整个工厂的生产过程中,PLC 发挥着重要作用。
2.2、PLC控制系统的优势
1可靠性高,抗干扰能力强
2配套齐全,功能完善,适用性强
3易学易用,深受工程技术人员欢迎
4系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造
5体积小,重量轻,能耗低
3研究方法,手段和步骤
1、研究机械手的机构
2、机械手的驱动,传动方式的选择
3、控制系统模式的选择
4、控制系统软件的选择和操作
5、编写PLC控制程序,要求仿真演示
5、误差和性能提升的分析。