【文献综述】工业机械手模型控制系统设计

本科毕业设计（论文）
工业机械手模型
基于PLC的控制系统软硬件设计
文献综述
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2013年3月29日
文献综述：
工业机械手模型控制系统设计
1工业技术的发展要求
以知识为基础的社会对科学发展提出了强烈需求，综合国力的竞争已前移到基础研究，而且愈加激烈。

我国作为快速发展中的国家，更要强调基础研究服务于国家目标，通过基础研究解决未来发展中的关键、瓶颈问题。

遴选研究方向的原则为：对国家经济社会发展和国家安全具有战略性、全局性和长远性意义；虽暂时还薄弱，但对发展具有关键性作用；能有力带动基础科学和技术科学的结合，引领未来高新技术发展。

1.1我国工业发展规划
前沿技术是指高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术，是未来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础，是国家高技术创新能力的综合体现。

选择前沿技术的主要原则：一是代表世界高技术前沿的发展方向。

二是对国家未来新兴产业的形成和发展具有引领作用。

三是有利于产业技术的更新换代，实现跨越发展。

四是具备较好的人才队伍和研究开发基础。

根据以上原则，要超前部署一批前沿技术，发挥科技引领未来发展的先导作用，提高我国高技术的研究开发能力和产业的国际竞争力。

我国已把装备制造业作为当前最紧迫行业，面对各方面的挑战，装备制造业已不能与当前我国的发展水平同步了。

而机械手是集各项技术于一身的工业机器，它包含控制技术、新材料、传感与检测、电子信息与传输等。

我国重点发展的与机械手相关项目：
1、传感器网络及智能信息处理
重点开发多种新型传感器及先进条码自动识别、射频标签、基于多种传感信息的智能化信息处理技术，发展低成本的传感器网络和实时信息处理系统，提供更方便、功能更强大的信息服务平台和环境。

2、重大生产事故预警与救援
重点研究开发矿井瓦斯、突水、动力性灾害预警与防控技术，开发燃烧、爆炸、毒物泄漏等重大工业事故防控与救援技术及相关设备。

3、智能感知技术
重点研究基于生物特征、以自然语言和动态图像的理解为基础的“以人为中心”的智能信息处理和控制技术，中文信息处理；研究生物特征识别、智能交通等
相关领域的系统技术。

4、新材料技术
新材料技术将向材料的结构功能复合化、功能材料智能化、材料与器件集成化、制备和使用过程绿色化发展。

突破现代材料设计、评价、表征与先进制备加工技术，在纳米科学研究的基础上发展纳米材料与器件，开发超导材料、智能材料、能源材料等特种功能材料，开发超级结构材料、新一代光电信息材料等。

5、先进制造技术
先进制造技术将向信息化、极限化和绿色化的方向发展，成为未来制造业赖以生存的基础和可持续发展的关键。

重点突破极端制造、系统集成和协同技术、智能制造与应用技术、成套装备与系统的设计验证技术、基于高可靠性的大型复杂系统和装备的系统设计技术。

6、智能服务机器人
智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备。

以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重点，研究设计方法、制造工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术。

所有这些前沿技术，发挥科技引领未来发展的先导作用，提高我国高技术的研究开发能力和产业的国际竞争力。

2可编程控制器的特点与应用
PLC能适应工业现场的恶劣环境，可靠性高。

在工业生产中一般要求控制设备具有很强的抗干扰能力。

而PLC在这方面有独到之处：硬件上采用光电隔离装置以防止输出对输入的反馈干扰；采用屏蔽措施以防止空间的电磁干扰；设置滤波环节，以消除外部干扰和各模块之间的干扰影响；采用连锁及互锁控制、自诊断电路和模块式结构等措施，以提高硬件的可靠性及模块的互换性；在软件上采用了故障自检测、自诊断等措施。

1、PLC软件简单易学；
2、PLC使用方便；
3、PLC体积小，重量轻，便于安装。

由于PLC具有上述一系列优点，工业控制中广泛用于以下三种控制：（1）开关量顺序、逻辑控制：即代替继电器控制系统，如冶金行业中的高炉上料系统，轧钢机、连铸机、费剪等控制系统；机械行业各种自动生产线、自动加工机床、机械手、龙门铣床等控制；轻工业中的注塑机、包装机、食品加工机械等。

（2）模拟量控制：如温度、压力、流量等；（3）数据采集、分析处理：如控制中的数据采集、算术运算、函数运算、逻辑运算、数据传输、转换、排序和查表等操作。

3本课题基本内容，可能遇到的困难，解决问题的方法和措施采用PLC构成机械手的自动控制系统，可通过修改PLC控制程序，改变对机械手模型的控制要求。

机械手横轴水平面内作前后方向运动，竖轴能在垂直面内作上下两方向运动，底座能作正反两方向旋转，手能正反两方向旋转，并且底座能在任意位置停止的功能。

机械手抓取：最多1.5kg的重物；机械手前后行程500mm；上下行程800mm。

我以前做过类似的设计，我只是对于底盘旋转任意角度难以实现，我想能达到，可以采用编码盘检测脉冲计数来实现，还没有一个仿真环境来校核，只有通过反复推理其正确性。

还有我们是两个人做，一个做机械部分，一个做控制部分，这需协作，我控制部分也离不开机械元件的选择，我们得彼此沟通才能达到共同的目标。

所以每做一部分我们就要商量如何处理遇到的问题，我们都得一起前进。

4机械手的发展与应用
目前工业机械手主要用于流水线传送、焊接、装配、机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面都能满足工业生产发展的需要。

在国内主要是发展各方面的机械手，逐步扩大应用范围，以减轻劳动强度，改善作业条件。

在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，用条件还要研制示教机械手、组合机械手等。

将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及用于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型部件，即可组成不同用途的机械手，即便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。

同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以更好地发挥机械手的作用。

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，并考虑与计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。

在机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。

目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。

如果机械手发生某些偏离时，会引起零部件甚至机械本身的损坏，但若有了传感反馈自动，机械手就可以根据反馈自行调整。

5本课题研究意义，研究现状、水平和发展趋势
随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。

这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医
药、航空航天等。

对于机械手的研究国内外的水平不一，但代表当今最先进的技术在日本，他的自动化，人性化令人叹为观止，这些技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器。

我国也陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水平有待提高，只相当于世界先进技术在八十年代的水平。

随着工业现代化的发展，机械手技术也随之提高，发展的趋势是工作强度高，灵活性强，准确可靠，可以自动检测并下达动作命令，融入先进的人工智能，使人只作平时的简单的维护，这也是现代工厂的发展趋势。

6 结语
通过收集各方资料和初期规划，我已对此非常了解，我相信经过我自己的努力和在老师的指导下，我能把他做好。

虽然问题会在做的过程中不断出现，我有信心做好这一切，还望老师多多指教。

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