开题报告-四自由度机械手结构设计及其plc控制
开题报告 基于PLC控制的机械手设计
一、选题的理论意义与实际意义机械手在当今工业中有着举足轻重的作用,能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手技术设计的学科相当广泛，其一，它能部分的代替人工操作；其二，它能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作的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而的改善了工人的劳动条件，显著的提高了生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果。
但是归结起来是机械学和微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。
因此，机械手技术的发展必将带动其他技术的发展，机械手技术的发展和应用水平也可以从一个方面验证一个国家科学技术和工业技术的发展和水平，机械手由于其显著的优点而受到特别重视，机械手是工业机器人的一个重要分支，是提高生产率，对改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。
PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其靠性高、抗干扰能力强：PLC由于采用现在大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，此外PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障是可以及时发出警报信息：PLC采用光电隔离和滤波技术有效抑制外部干扰源对PLC的影响，此外PLC 还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。
对现代工业的发展具有很重要的意义。
同时在理论方面对于PLC控制的机械手设计提供一定的理论上的借鉴的意义。
二、论文综述国内外有关的学者对于PLC控制的机械手设计进行了相关的研究，并且取得了一定的研究的成果，具体的研究的成果如下所示：（一）国内研究现状胡炜（2018）认为：机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。
plc控制机械手开题报告
plc控制机械手开题报告PLC控制机械手开题报告一、引言在现代工业生产中，机械手作为一种自动化设备，广泛应用于各个领域。
机械手的运动控制是其核心技术之一，而PLC（可编程逻辑控制器）作为一种常用的控制器，被广泛应用于机械手的运动控制中。
本报告旨在探讨PLC控制机械手的原理、应用和优势。
二、PLC控制机械手的原理PLC控制机械手的原理是通过PLC控制器对机械手的各个关节进行精确的运动控制。
PLC控制器通过读取传感器的信号，判断机械手当前的位置和状态，并根据预设的程序进行相应的控制操作。
PLC控制器通过输出信号控制机械手的电机、气缸等执行机构，实现机械手的运动。
三、PLC控制机械手的应用1. 工业生产线：在工业生产线上，机械手可以代替人工完成重复性、繁琐的工作，提高生产效率和质量。
PLC控制机械手可以根据不同的工作需求，实现不同的动作模式和路径规划，适应不同的生产任务。
2. 仓储物流：在仓储物流领域，机械手可以实现货物的装卸、搬运和堆放等操作。
PLC控制机械手可以通过与仓储管理系统的联动，实现自动化的物流操作，提高仓储效率和准确性。
3. 医疗领域：在医疗领域，机械手可以用于手术辅助、药品配送等工作。
PLC控制机械手可以实现高精度的运动控制，提高手术的安全性和准确性。
四、PLC控制机械手的优势1. 灵活性：PLC控制机械手的程序可以根据实际需求进行灵活的修改和调整，适应不同的工作任务和工作环境。
2. 精确性：PLC控制机械手可以实现高精度的运动控制，可以精确到毫米甚至更小的尺度，提高工作的准确性和稳定性。
3. 可靠性：PLC控制机械手采用模块化设计，具有较高的可靠性和稳定性。
同时，PLC控制器还可以实现故障诊断和报警功能，及时发现和解决问题。
五、结论PLC控制机械手作为一种自动化设备，具有灵活性、精确性和可靠性等优势，在工业生产、仓储物流、医疗领域等各个领域得到广泛应用。
通过PLC控制器对机械手的运动进行精确控制，可以提高生产效率、减少人力成本，并且可以应对不同的工作需求和环境变化。
四自由度机械手PLC控制
要 由 底 盘 、立 柱 、手 臂 和 手 爪 等 组 成 。
竖 轴步 进 电动机
横轴
图 １ 机 械 手 的 结 构 示 意 图
图 １中 ，横轴 、竖 轴 是 机 械手 的手 臂 ，分 别 由步 进 电 动 机 驱 动 滚 珠 丝 杠 组 件 ，完 成 手 臂 的 伸 缩 半 径 和手 臂在 立柱 上 的升 降高度 改变 。手 爪 的夹 紧与松 开 由 １个 单 线 圈 双 位 置 电 磁 阀 控 制 ，当 电 磁 阀 线 圈 通 电 时 ，手 爪 张 开 ；当 线 圈 失 电 时 ，手 爪 夹 紧 （防 止 突 然 停 电 时 夹 持 物 体 掉 落 ）。 手 腕 由 １个 直 流 电 动 机 驱 动 ，可 做 ± ２７０。的 转 动 。整 个 机 械 手 在 底 盘 的 带 动 下 ，由 １个 直 流 电 动 机 驱 动 ，可 做 ４－２７０。的 摆 动 。
机 械 手 运 动 机 构 驱 动 方 式 主要 分 气 压 、液 压 和 电 动 ３大类 。利 用 电气驱 动具 有 易 于 控 制 、运 动精 度 高 、使用方 便和驱 动效 率高等优 点 ，以及 易 于保养 、结 构简单 成本低 等 特点 ｊ。本 文设 计 一种 采用 电动 与 气压复合 式 的驱动 系统 四 自由度 机械 手 ，采用 功能 强 大 、可靠性 高 、编程 简单 的可 编程 控制 器 来完 成 Ｔ件 的方位 判别和搬运 。
机械手PLC控制开题报告
五、王兆义主编《可编程控制器教程》
机械工业出版社2009年02月出版
六、王兆义编著《小型可编程器实用技术》
机械工业出版社1997年07月出版
七、张万忠主编《可编程控制器应用技术》
化学工业出版社2002年01月出版
八、程宪平主编《可编程控制原理与应用》
化学工业出版社2009年08月出版
九、朱绍祥等编译《可编程控制原理与应用》
上海交通大学出版社2004年02月出版
十、岳庆来、周锋、吴启红等编译《变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术》
机械工业出版社2008年01月出版
指导教师意见
签名：
年月日
系或专业审核意见
1．通过；2．完善后通过； ３．不通过
负Байду номын сангаас人：
年月日
第六学期第1-4周：查阅文献、收集资料。确定设计方案；
第六学期第5-11周：进行系统的设计计算，撰写设计计算说明书；
第六学期第12-13周前：完成毕业设计的定稿并审查；
第六学期第14周：整理毕业设计的全部资料，修改不合格的部分，合格后全部资料装订成册；
第六学期第15周：审查毕业答辩的资格，准备毕业答辩；
（3）PLC硬件设计是PLC外部设备的设计。在硬件设计中要进行输入设备的选择，还有执行元件的选择以及控制台、柜的设计等。它包括PLC输入/输出通道的分配。课题设计的机械手要求运行准确度高，在机械手的检测系统中选用用在工业控自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的光电传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现对PLC对机械手的控制。由于本课题的具体要求在硬件系统的设计过程中主要考虑了机械手的经济适用、稳定的需要。
四自由度机械手控制系统设计
前言可编程控制器是20世纪70年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。
由于具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产自动化的支柱产品。
近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内的机床设备已越来越多采用PLC控制系统采用控制系统取代传统的继电—接触器控制系统小；价格上能与继电—接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传播数据等。
本课题是基于PLC控制四自由度机械手运行。
工业机械手是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。
有着广阔的发展前途。
本课题通PLC自动控制对机械手实现机械手规定动作并实现回原点、手动方式和自动方式三种工作方式的选择，并对系统进行运行效率分析。
摘要随着工业机械手的进一步发展，其发展将更趋向于人性化、智能化并将在更加广泛的领域得到应用。
机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。
因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。
工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。
通过对机械制造与自动化大学专科三年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，确定机械手的工作原理和运动机理。
设计了一种四自由度机械手，采用可编程序控制器（PLC）设计其控制系统,以提高其工作的稳定性能。
关键词：机械手梯形图PLC 电磁阀AbstractWith the further development of industrial robots, and its development tends to be more humane, intelligent and in a wider range of applications. Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine, it can be scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment, industrial automation, promote the production of industrial production of the further development plays an important role .Manipulator noted extensively and welcome by people for it has powerful vitality. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level.Mechanical manufacturing and automation through the junior college for three years to integrate the knowledge of industrial manipulator mechanical structure and function of various parts of exposition and analysis to determine the robot motion principle and mechanism. Design a four-DOF manipulator to enhance the stability of their work for using the programmable logic controller to control system.Keywords: Manipulator Ladder diagram PLC Solenoid valve目录前言 (1)摘要 (2)第一章绪论 (5)1.1 本课题设计的背景 (5)1.2本课题设计的内容 (6)1.3 本课题设计的目的和意义 (7)第二章 PLC的概述 (8)2.1 PLC介绍 (8)2.2 PLC的构成 (9)2.3 PLC 的外部设备 (10)2.4 PLC的工作原理 (10)2.5 PLC的优点 (12)第三章基于PLC的机械手控制方案的确定 (13)3.1 机械手的概述 (13)3.2 采用PLC控制机械手的优点 (13)3.3 机械手设计内容 (13)3.4 PLC的选型 (14)3.5 三菱FX系列的结构功能 (16)第4章功能实现与控制方式 (18)4.1 机械手模型的机能和特性 (18)4.2 夹紧机构 (18)4.3 躯干 (19)4.4 旋转编码盘 (19)第5章控制系统设计 (20)5.1 控制系统硬件设计 (20)5.2 PLC梯形图中的编程元件 (20)5.3 PLC的I/O分配 (21)5.4 机械手控制系统的外部接线图 (22)5.5 控制系统软件设计 (22)致谢 (36)参考文献 (37)附录（指令表） (38)第一章绪论1.1 本课题设计的背景1969年美随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。
四自由度气动机械手的设计-开题报告
毕业设计（论文）开题报告1 选题背景及其意义1.1 课题来源本课题来自教师科研课题、教学需求和社会需要，是设计一种性能先进、满足教师教学、学生实践和模拟工业化生产的，基于单片机控制的四自由度气动机械手。
它简化了结构，增加了可控性，可实现机械手在XY平面的旋转，大小臂的升降、伸缩，手爪的抓紧和放松等功能，并配合物料台的自动送料，实现水平面定点取物和放物的功能，具有结构简单、操作方便、可靠性高等特点，为机电一体化教学提供了很好的范例，为工业化生产提供实用的机械手系统。
1.2 课题目的机器人技术是一种利用电子技术、信息技术使机械系统实现柔性化和智能化的自动化技术，在工科高校的本科教育和研究生培养中，占有举足轻重的地位，对于提高学生的工程能力，拓展生存空间有着非常重要的意义。
机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人在生产中位置，提高自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度、保证产品质量、能在有害环境（高温高压，低温低压，有毒气体、放射性等）下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
在工业生产线中，机械手臂具有很广泛的用途。
它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。
它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。
机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品的质量和生产效率。
近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。
电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展。
目前我过的工业机器人技术及其应用水平与国外相比，还是有着一定的差距，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。
四自由度链式机械臂系统设计与实现的开题报告
四自由度链式机械臂系统设计与实现的开题报告一、选题背景和意义随着工业自动化技术的不断发展，机器人技术已经成为现代工业中不可或缺的一部分。
机器人广泛应用于工厂生产线、医疗保健、教育和科学研究等领域。
机器人的关键是机器人手臂，机器人手臂是承担机器人动作任务的核心部件，是机器人实现自主操作的关键。
因此，机器人手臂系统的设计和实现对机器人技术的发展和应用具有重要意义。
本选题以四自由度链式机械臂为研究对象，旨在设计和实现一种高效、精确、稳定的机器人手臂系统，以满足不同领域的应用需求。
通过研究机械臂运动学、动力学和控制理论，开发一种具有良好性能和稳定性的机器人手臂系统，为机器人的广泛应用和推广做出贡献。
二、研究目的1.研究机械臂运动学和动力学理论，掌握机械臂的基本构成和运动原理。
2.设计和实现四自由度链式机械臂系统，包括机械臂简化模型、运动平台设计和链式机械臂控制系统。
3.对机械臂运动学、动力学和控制进行建模和仿真分析，验证机械臂系统设计的可行性和稳定性。
4.通过实验结果分析，评估机械臂系统的性能和稳定性，为机器人技术的应用和推广提供有价值的参考。
三、研究内容1.机械臂运动学和动力学的原理和理论，包括机械臂的基本构成、坐标系的建立、关节运动、运动学分析和动力学分析等内容。
2.机械臂系统设计和实现，设计四自由度链式机械臂的简化模型、运动平台和链式机械臂控制系统。
3.机械臂运动学、动力学和控制的建模和仿真分析，对机械臂进行运动学和动力学建模，进行仿真分析，并对控制系统进行设计和实现。
4.机械臂系统的性能分析和评估，通过实验结果分析，评估机械臂的性能、稳定性和应用效果。
四、研究方法和流程1.文献调研，收集机械臂系统的相关理论和实践应用资料。
2.机械臂系统的设计和实现，包括机械臂简化模型的构建、运动平台设计和链式机械臂控制系统的实现。
3.机械臂的运动学、动力学和控制建模和仿真，利用MATLAB、Simulink等软件进行建模和仿真。
基于PLC控制的机械手系统控制毕业设计论文开题报告
资料收集
（1）机械手的结构
机械手主要由手部（手抓）、手腕、手臂、立柱和机座组成。手部是机械手与工件接触的部件。由于与物体接触的形式不同, 可分为夹持式和吸附式手部。本课题的工件是块状柱料, 采用夹持式。由手指和传力机构所构成, 手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。
（2）液压传动系统
液压传动系统主要由油泵、液动机和调节装置组成。油泵供给液压系统压力油, 将电动机输出的机械能转换为油液的压力能, 用这压力油驱动整个液压系工作。液动机相当于手臂伸缩油缸做直线运动, 也有回转运动的液压机一般叫做油马达。调节装置指各种阀类, 如单向阀、溢流阀、节流阀、调速阀、减压阀等, 各起一定作用, 使机械手的手臂、手腕、手指等能够完成所要求的运动。
图1-1机械手组成整体框图
初步设计方法和措施如下:
（1）绘制机械手动作控制模型, 根据上述工艺要求, 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。机械手本身为主要执行机构, 驱动系统采用液压传动, 控制系统用PLC编程控制, 位置检测为光电开关。
（2）被控系统基本动作有上升、下降、左转、右转、加紧、放松。本设计初步设想完成一次单循环机械手需完成八个顺序动作, 确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。
（4）检测装置
检测装置主要负责四类信号的检测, 主要包括: 按钮的输入信号检测, 光电开关的信号检测, 限位信号的输入检测, 以及故障信号的检测。
按钮输入信号的检测为人工控制的输入检测, 主要有启动按钮、停止按钮和工作方式转换按钮。光电开关信号的检测指光电开关在规定时间段内检测不到物品时, 定时器动作使传送带停止工作, 避免传送带长时间空转。限位信号指机械手在运动过程中, 当到达
基于PLC控制机械手设计-开题报告
一、选题的意义及国内(外)的研究概况目前国内外的技术水平现状：工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。
工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。
机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
我国现有机器人研究开发和应用工程单位200多家 ,其中从事工业机器人研究和应用的有75家 ,共开发生产各类工业机器人约800台 ,90%以上用于生产中 ,引进工业机器人做应用工程的约500台。
计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。
在经济全球化的浪潮中，降低人力成本，提高生产率，缩短订单处理时间等已成为生产企业的不断追求。
为了达到这一目标，它们越来越依赖于新一代的硬件和软件系统。
近年来，由于个人计算机（简称PC）的高速率和对硬件与软件的几乎无限制的开放，使得PC的应用迅猛增长。
将PC机CPU的高速处理性能和良好的开放性引入到计算机控制领域，形成了基于PC的控制系统。
随着计算机控制技术在机械手应用中的不断深入，具有独立控制器、程序可变、动作灵活、定位精度高、适用于可变换品种中小批量自动化生产的通用机械手得到迅速发展。
各国大企业工业机械化生产过程不同程度实现了工业机械手的计算机控制。
伴随着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。
因此机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。
其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；能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；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
基于PLC四自由度机械手开题报告
二、研究目的和意义
3、国内外研究现状和进展趋势
4、本课题的要紧研究内容及拟采取的技术线路、实验方案
五、研究基础
六、预期达到的目标及进度安排
表1毕业设计时刻分派表
毕业设计（论文）各阶段名称
起 止 日 期
1
指导教师与学生见面，并下发毕业设计任务书。本阶段要求学生熟习设计课题、明确设计目标。
2010 前
查阅资料，分析整理资料，进行文献翻译工作
熟悉四自由度机械手电气结构及其电气控制过程，学习PLC中的面板控制技术。初步探讨总体设计思路，布置外文翻译任务
完成外文翻译，相关知识学习。布置毕业实习任务。
确定设计方案，编写技术开发路线，检查外文翻译。布置开题报告任务
选型，绘制I/O接线图，电气控制部分顺序功能图设计。完成开题报告
电气控制部分梯形图设计并进行程序调试，编写调试报告。检查毕业实习完成情况。
设计输入显示控制模板。
中期进展情况检查
系统联调与设计修改，指导撰写毕业设计论文。
撰写设计论文。相关表格填写，申请答辩。预留答辩准备时间一周
为初定答辩时间，答辩具体事项见毕业答辩安排表。
、阅读的要紧文献、资料
基于PLC的四自由度电动机械手的控制设计
基于PLC的四自由度电动机械手的控制设计摘要：所介绍的电动机械手由电控机械手、yz轴丝杠组、手转动机构、旋转底盘等机械部分组成，在PLC 控制下，它可在行程范围内将物体从一点搬运至另一任意点，可置放于各种不同生产线或物流流水线中。
关键词：机械手；PLC；步进电机中图分类号：TP241 文献标志码：A文章编号：Design of the Control System of 4-dimension Motor-driven Mechanical Manipulator Basedon PLCAbstract: Motor-driven mechanical manipulator disscussed in this paper consists ofpower-operated mechanical manipulator,y-axis and z-axis screw lever modules ,rotatry mechanism of manipulator,rotated-plate at the bottom etc. On the control of PLC system,it can take bodies from one place to another in the range of its journey. It can be placed on different manufacture assembly lines or goods circulation lines.Key Words:mechanical manipulator; PLC; step motor随着微电子技术、计算机和现代控制理论的不断完善，机械手技术也快速发展。
按实现功能和驱动方式划分，机械手可以分为很多种。
仅就驱动方式，就有气动（或液动）、电动和电气混合等。
为实现不同的功能，有3个自由度的，也有4、5个自由度的，甚至还有6个自由度的。
plc机械手控制开题报告
plc机械手控制开题报告PLC机械手控制开题报告一、引言PLC（Programmable Logic Controller）是一种特殊的计算机控制器，广泛应用于工业自动化领域。
机械手作为一种重要的自动化设备，其控制系统的稳定性和精确性对于生产效率和产品质量至关重要。
本文旨在探讨PLC机械手控制系统的设计与优化，以提高生产线的效率和可靠性。
二、PLC机械手控制系统的设计要求1. 系统稳定性：机械手控制系统对于运动的精确性和稳定性要求较高，需要能够准确控制机械手的位置、速度和力度。
2. 灵活性：机械手在工业生产中需要适应不同的工件和工艺要求，控制系统应具备一定的灵活性，能够快速适应不同的生产需求。
3. 安全性：机械手在工作过程中需要保证操作人员的安全，控制系统应具备相应的安全保护机制，如碰撞检测和急停功能。
4. 可扩展性：随着生产需求的变化，机械手控制系统可能需要进行升级或改造，因此控制系统应具备一定的可扩展性，能够方便地进行系统升级或扩展。
三、PLC机械手控制系统的硬件设计1. PLC选择：根据实际需求，选择适合的PLC型号和规格。
常见的PLC品牌有西门子、施耐德、三菱等，根据需求选择合适的品牌和型号。
2. 传感器选择：机械手控制系统需要使用传感器来获取机械手的位置、速度和力度等信息。
根据具体的应用场景选择合适的传感器，如光电传感器、压力传感器等。
3. 执行器选择：机械手的动作需要通过执行器来实现，如气缸、伺服电机等。
根据机械手的负载和运动要求选择合适的执行器。
四、PLC机械手控制系统的软件设计1. 编程语言选择：PLC的控制程序可以使用多种编程语言进行编写，如Ladder Diagram（梯形图）、Structured Text（结构化文本）等。
根据实际需求选择合适的编程语言。
2. 程序逻辑设计：根据机械手的工作流程和逻辑要求，设计相应的程序逻辑，包括机械手的运动控制、传感器数据的处理和安全保护机制等。
基于plc的机械手控制系统设计开题报告
基于plc的机械手控制系统设计开题报告一、引言随着工业化发展的不断加快，机械手在生产过程中越来越多地受到重视，它能够实现效率高、成本低的自动化装配。
而机械手控制系统的设计一直是当今最具前景的研究课题之一。
现代机械手控制系统一般采用PLC作为控制器，因为PLC具有快速反应、可靠性高、灵活性强等优势，能够快速准确地实现机械手的控制。
本文将从以下几个方面对基于PLC的机械手控制系统设计进行研究： 1. 简要介绍机械手及其控制原理;2.PLC技术及其在机械手控制中的应用;3. 设计机械手控制系统的主要步骤;4.对机械手控制系统的有效性进行分析。
二、机械手及其控制原理机械手是一种具有多轴运动的装置，由传感器、传动机构和控制系统组成，能够根据信号或者程序实现多轴运动，完成特定的操作任务。
机械手的控制原理是根据转子位置信号控制传动机构，使机械手实现多轴运动，从而完成操作任务。
具体来说，机械手的控制系统一般由传感器、控制器、传动机构等组成，传感器负责采集转子位置信号，控制器根据信号计算出控制命令，传动机构接收并执行控制命令，从而实现机械手的多轴运动。
三、PLC技术及其在机械手控制中的应用PLC(Programmable Logic Controller)是一种可编程的逻辑控制器，它由微处理器、存储器、I/O模块和外围设备组成。
它具有快速反应、可靠性高、灵活性强等特点，能够快速准确地实现机械手的控制。
PLC在机械手控制中的主要应用有：1. PLC可以根据传感器输入的转子位置信号，快速准确地计算出控制命令，从而实现机械手的多轴运动;2.PLC可以根据程序自动执行多个机械手操作步骤，实现连续化生产;3. PLC可以根据实时输入的信号，实现机械手的自适应控制，使之能够在不同的环境中运行。
四、设计机械手控制系统的主要步骤1. 需求分析：根据实际工况，分析机械手控制系统的功能需求，确定系统的性能要求；2. 系统结构设计：确定机械手控制系统的结构，并设计控制器、传感器、传动机构等硬件的选型；3. 系统软件设计：根据系统的功能特点，设计PLC程序，使机械手能够根据信号或者程序实现多轴运动；4. 系统调试：调试机械手控制系统，完成系统的调试工作，使机械手能够正常运行；5. 系统实施：将机械手控制系统投入到实际工况中，实施系统，使机械手能够实现自动化装配。
四自由度码垛机器人设计及其控制系统性能研究的开题报告
四自由度码垛机器人设计及其控制系统性能研究的开题报告一、选题背景随着工业自动化技术的发展，码垛机器人成为了越来越多生产厂家，特别是物流行业的首选设备。
传统的生产线需要通过人工来完成产品的码垛工作，这样既费时又费力，而且还存在着生产效率低，误码率高等问题。
与传统生产线相比，码垛机器人具有自动化程度高、生产效率高、操作稳定性高等优点。
因此，如何设计一种高效、高精度、高可靠的码垛机器人成为了一个热门的研究方向。
码垛机器人通常采用四自由度机器人进行机械结构设计。
其控制系统由软件和硬件两部分组成，其中硬件部分包括控制器、电机等设备，软件部分主要包括机器人控制程序、机器人仿真软件等。
如何优化码垛机器人的控制系统，提高其性能，是码垛机器人研究的一个重要领域。
因此，本文将研究四自由度码垛机器人的机械结构设计以及其控制系统的性能优化。
二、研究内容和方法1.研究对象本文的研究对象为四自由度码垛机器人，其中机械结构设计和控制系统优化为两个研究方向。
2.研究内容（1）机械结构设计机械结构设计是码垛机器人的核心，影响着机器人的稳定性、精度和负载能力。
本文将研究四自由度码垛机器人的机械结构设计，包括机器人臂的长度、工作空间、承重能力等参数的优化设计，以及机械臂运动轨迹的规划。
（2）控制系统优化控制系统是码垛机器人实现精准操作的关键因素，直接决定了机器人的控制精度和速度。
本文将对控制系统的硬件和软件进行研究，在硬件方面研究控制器和电机的选择、安装和调试等问题，在软件方面研究机器人控制程序的编写、PID控制算法的实现以及机器人仿真软件的应用。
3.研究方法本文采用理论研究和实验研究相结合的方法，包括如下几个方面：（1）理论分析在机械结构设计方面，本文将采用数学建模和计算机辅助设计的方法，通过对机器人的运动学和动力学进行分析，对机器人的工作空间、承重能力等参数进行优化设计。
在控制系统优化方面，本文将采用控制理论进行分析和优化。
（2）实验研究本文将实现码垛机器人的机械结构和控制系统的设计，并进行实际的性能测试和验证。
四个自由度气动机械手结构设计
四个自由度气动机械手结构设计四个自由度气动机械手是一种具有四个独立运动自由度的机械手，常用于工业生产线上的自动化操作。
它采用了气动驱动技术，能够在高速下快速、准确地完成各种复杂任务。
在这篇文章中，将介绍四个自由度气动机械手的结构设计。
四个自由度气动机械手一般由基座、转台、前臂、前臂臂杆以及末端执行器等主要部件组成。
其中，基座是机械手的支撑部分，承载机械手的整体结构；转台是机械手的第一旋转关节，使机械手能够在水平面上进行转动；前臂是机械手的第二旋转关节，使机械手能够在竖直方向上进行旋转；前臂臂杆是机械手的伸缩部分，通过伸缩前臂臂杆，可以使机械手的工作范围更加灵活；末端执行器是机械手的最后一个关节，通过末端执行器可以实现机械手的精确定位和抓取动作。
在四个自由度气动机械手的设计中，需要考虑以下几个方面：结构刚度、重量、精度和可靠性。
首先，结构刚度是机械手设计的重要指标之一、为了保证机械手在高速运动中不产生振动和形变，需要采用合适的结构材料和设计参数，提高机械手的整体刚度。
其次，重量是机械手设计的另一个重要指标。
较轻的机械手可以提高其加速度和速度，使其能够更快地完成任务。
因此，在设计中需要尽量减小机械手的自重，采用轻量化的材料。
第三，精度是机械手设计的关键要素之一、在一些需要高精度定位和抓取的任务中，机械手需要具备较高的精度。
在设计中，需要合理选择驱动器、传感器和控制系统，以确保机械手的精确定位和抓取动作。
最后，可靠性是机械手设计的关键要素之一、机械手在工作过程中需要承受较大的负载和惯性力，因此需要采用可靠的结构和驱动系统，以保证机械手在长时间工作中不发生故障。
总结而言，四个自由度气动机械手的结构设计涉及结构刚度、重量、精度和可靠性等多个方面。
在设计过程中，需要综合考虑这些因素，选择合适的驱动器、传感器和控制系统，以实现机械手的高速、准确和可靠的运动。
这样的机械手在工业生产线上能够提高生产效率，实现自动化操作。
四自由度多用途气动机器人(机器手)结构设计及控制实现.docx
四自由度多用途气动机器人（机器手）结构设计及控制实现近几十年，随着全球科学技术的快速发展和信息化水平不断提高，出于解放劳动力、提高生产效率、经济效益和减少生产成本的目的，很多工业领域开始使用工业机器人进行生产运作。
为了加深对机器人从设计到工业应用具体是怎样实现的，文章先对工业机器人的发展背景进行阐述，再对机器人（机械手）的机构设计进行介绍，其中包括手部、手腕、手臂等的设计，最终利用可编程序控制器对机器人（机械手）进行有效控制，使机器人（机械手）能够正常运作，进而出现在在更多生产企业的工作线上。
机器人（Robot）一词最早出现在国外，二十世纪中后期开始才得到人们的广泛关注，并被人们所熟悉，现如今，在国外，甚至国内有些工厂、企业都可以看得机器人的身影。
现代的工业机器人（机器手）主要有可编程、拟人化、通用性、运用广泛这四个特点。
科学技术的提高和不断创新，使得当今的工业机器人逐渐具备行走、感知、交流等多种能力。
目前，美国和日本在机器人的研发方面处于世界领先水平，对全球机器人的发展最具影响。
绝大多数工业机器人都是由主体、驱动系统和控制系统三个部分组成。
其中主机包括臂部、腕部、手部等，大多数机器人有3-6个运动自由度，文章以下以四个自由度为例进行描述。
机器人（机械手）在工业生产过程中能够代替人做些单调、频繁或者重复率强的长时间工作，但是机器人又不是简单意义上的完全复制了人工的劳务，而是在综合了人的工作性能的基础上再结合了机器人其专有的特长。
机械手是模仿人手和手臂的某些功能，在设置的特定程序下抓取、搬运物件或者操作工具的自动操作装置。
机器人的发展历史经历了一系列阶段，其中机械手则是最早出现的工业机器人，机械手在工业生产中的应用能够有效地减省工人、提高生产效率、降低生产成本、提高产品的品质提升工厂形象，尤其是在某些特殊的环境下，如高温高压、有毒有害、易燃易爆、放射性较大等，机器手得到了广泛的运用。
机器人（机器手）结构设计本次设计的机械手是通用气动上下料机械手，其在工业生产有较为广泛的运用。
机械手开题报告
机械手开题报告一、项目背景。
随着工业自动化程度的不断提高，机械手作为一种重要的自动化设备，被广泛应用于生产线上的物料搬运、组装、焊接等工作中。
机械手的出现不仅提高了生产效率，降低了劳动强度，还能够保证产品质量的稳定性和一致性。
因此，研究和开发高性能、高精度的机械手对于提升工业生产水平具有重要意义。
二、项目意义。
本项目旨在研究开发一种新型的机械手，具有更高的运动精度、更快的响应速度和更强的负载能力，以满足工业生产对机械手的高要求。
通过该机械手的应用，可以进一步提高生产线上的生产效率，降低生产成本，提高产品质量，从而增强企业的竞争力。
三、项目内容。
1. 机械手结构设计，本项目将对机械手的结构进行优化设计，包括关节的布置、传动装置的选用、执行器的选择等，以确保机械手具有良好的运动性能和稳定性。
2. 控制系统设计，针对机械手的运动控制需求，将设计相应的控制系统，包括传感器的选型、控制算法的开发等，以实现机械手的高精度、高速度的运动控制。
3. 功能验证与性能测试，在机械手的研发过程中，将进行多种功能验证和性能测试，包括负载能力测试、运动精度测试、响应速度测试等，以确保机械手的各项性能指标达到设计要求。
四、项目预期成果。
1. 设计制造一台新型高性能机械手原型，并完成运动控制系统的研发。
2. 实现机械手的高精度、高速度运动控制，并通过性能测试验证其稳定性和可靠性。
3. 提出机械手的应用方案，并在实际生产线上进行试验应用，验证其在工业生产中的效果。
五、项目进度计划。
1. 项目启动阶段，完成机械手的结构设计和控制系统的初步方案确定。
2. 项目中期阶段，完成机械手原型的制造和控制系统的开发。
3. 项目后期阶段，完成机械手的功能验证和性能测试，并进行应用试验。
六、项目预算。
本项目预计总投资为100万元，其中包括材料采购、设备购置、人员费用、试验费用等。
七、项目风险分析。
1. 技术风险，机械手的结构设计和控制系统的研发存在一定的技术难度，需要克服各种技术难题。
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[1] 郭洪武.浅析机械手的应用与发展趋势[J].中国西部科技，2012，279：3-12.
[2]宋文琪.机械手的基本知识（八）[J].锻压装备与制造技术，1980，03:37-43.
[3]宋文琪.机械手的基本知识（三）[J].锻压装备与制造技术，1980，03:37-43.
[4]冯辛安.机械制造装备设计[M].2版.北京：机械工业出版社，2005.
第三周至第四周根据设计参数，对设计的主要结构进行计算校核
第五周至第六周绘制机械手结构设计图、各主要零件图、装配图，液压原理图,PLC梯形图
第七周至第八周按图纸构建机械手三维造型，并进行动作仿真模拟
第九周整理资料、读书报告、外文翻译、编写设计说明书
第十周至第十二周指导教师审阅论文，提出修改意见，学生编辑修论文，学生论文打印稿经指导老师评定之后交给评阅教师评阅。
二、设计或研究主要内容和重点，预期达到的目标及拟解决的主要问题和技术关键，有何创新之处。（此部分为重点阐述内容）
1、机械手设计的内容和目标
(1)机械手设计参数及内容
a、机械手设计参数:
生产纲领：100000件（两班制生产）；总共具有四个自由度；臂转动180º；臂上下运动450mm,速度小于70mm/s；臂伸长（收缩）450mm，速度小于300mm/s；手部转动 ±180º
b、绘制液压原理图一张
c、PLC控制原理图及程序d、 Nhomakorabea械三维图
e、用三维软件进行动作模拟仿真
f、编写设计计算说明书一份
(3)机械手预期的工作目标
机械手能在PLC控制下，以液压驱动能完成机械手上下升降，机械手臂伸缩，机械手爪旋转夹持棒料完成机床上下料的工作。
2、关键技术及拟解决的主要问题
(1)机械手结构设计
b、运动速度预设：使生产率满足生产纲领的要求
c、定位方式：起止设定位置
d、定位精度：±0.3mm
e、驱动方式：液压驱动
f、控制方式：PLC
g、手指握力：400N
h、手指夹持范围：棒料，重量30kg、直径65-100mm。
(2)设计工作任务目标要求:
a、完成上料机械手结构设计图（装配图）、各主要零件图（共一套）
[5]孙恒．机械原理[M]．北京：高等教育出版社，2006．5.
[6]李允文．工业机械手设计基础[M]．北京：机械工业出版社，1996.
[7]张福学．机器人技术及其应用[M]．北京：电子工业出版社，2000.
[8]濮良贵．机械设计[M]．北京：高等教育出版社，2006．5.
[9]吕厚余．工业电器控制技术[M]．北京：科学出版社，2007.
[15]郭剑晖.机械手PLC控制系统设计[J].河南：许昌学院，2012，42:5-30.
[16] 徐灏.机械设计手册3[M].北京：机械工业出版社,1998.
五、毕业设计（论文）工作进度计划。（必须包含一定工作量的计算机知识综合应用环节）
第一周至第二周查找资料文献，拟定设计方向，确定毕业设计实施方案，编写开题报告
目前国内外的机械手广泛应用于汽车、机床、模锻压机上下料、铸造、锻造、冲压、切削加工、喷漆、装配等各工艺过程中。
4、机械手的应用和发展趋势
随着自动化和机械化的发展，人们对机械手的要求也越来越高，主要体现在：
（1）重复高精度。重复精度是指动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。对于某些机械手来说，重复精度甚于精度。
(3)、机械手爪末端执行器的设计
本设计的机械手用途设定为机床的上下料、供搬运、检测，所以末端执行器选用二指回转型手部结构，传力机构采用滑槽杠杆式。
(4)、腕部的设计
因为本设计中的机械手腕部具有一个自由度，其为360°回转，故应当采取齿条活塞的传力机构。
(5)、手臂设计
从机械手手臂的作用考虑。本设计的机械手有手臂伸缩、升降与回转三个自由度。本设计选用伸缩油缸实现手臂的直线运动，伸缩运动采用双导杆的机构来实现，回转运动的回转缸设计在升降缸之上。手臂部件与回转缸的上端盖相连接，回转缸的动片与缸体连接，由缸体带动手臂的回转运动。回转缸的转轴与升降缸的活塞杆连为一体。
第十二周至第十四周毕业答辩
第十五周至第十六周毕业设计工作总结
六、指导教师审核意见
指导教师签字：
年月日
七、开题答辩结论和审核意见
教研室主任签字：
年月日
3、机械手历史及现状
机械手是模拟人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动搬运、抓举和装配等操作。机械手是最早的工业机器人，它可将操作人员从繁重、单调、重复的体力劳动中解放出来，它极大地提高了劳动生产率，实现生产的机械化和自动化，因而发达国家很重视使其得到了迅猛发展。随着世界科技的发展，机械手已被广泛应用种类繁多，目前，机械手按适用范围分为专用机械手和通用机械手；按照驱动方式分为液压式、气动式、电动式机械手等；按照运动方式分为点位控制和连续轨道控制机械手等。
[10]李笑．液压与气压传动[M]．北京：国防工业出版社，2011.
[11]李昌辉．自动上料机器人开发[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009．6.
[12]马香峰.机器人结构学[M].北京：机械工业出版社，1991.
[13]张铁．机器人技术及其应用[M]．北京：机械工业出版社，2005.
[14]耿跃峰.四自由度搬运机械手液压系统设计[J].河南：许昌学院，2012，42:5-30.
本科毕业设计(论文)
开题报告（含论文综述）
学 院：机械与控制工程学院
所属教研室：机械工程教研室
课题名称：四自度机械手结构设计及其PLC控制
专业(方向)：机械设计制造及其自动化（机械装备）
班 级：机械11-2班学号:3110644222
学 生：吕金城
指导教师：孙金荣职称：讲师
开题日期：2015年3月22日
在第二次世界大战期间，机械手得到了快速发展，美国橡树岭国家实验室在搬运核原料时，发明了一种主从型控制系统的机械手。1958年，美国联合控制公司研制出第一台机控制系统由主从型变为了示教型的机械手。之后美国大力开展了机械手机器人领域的研究，目前已广泛应用于生产生活的各个方面。日本自从1969年从美国引进两种典型机械手后，开始大力进行机械手的研究，现在已经成为世界上工业机械手应用最多的国家之一 。
（2）模块化。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置的更具有灵活的安装体系。它集成电接口、带电缆及器官的导向系统装置，可以使机械手更具灵活性。
（3）无给油化。无给油化主要是为了适应食品、医药、纺织等无污染要求的行
（4）机电一体化。智能机械手的发展是机械手发展的重要方向之一。机电一体化的核心思想在于发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”，大大提高了系统的可靠性。
c、机械手爪：
机械手爪安装在机械手臂前段，且应当根据用途选择合适的末端执行器使机械手爪设计时满足夹持精度与稳定性、位置精度；合理设计尽可能保证工作要求减少材料使其结构紧凑，重量和体积小。在腕部设置可靠的传动间隙调整机构,提高机械手的传动精度。
（2）机械手控制要求
PLC梯形图总体设计、各梯形图设计、绘制搬运机械手的PLC控制梯形图。机械手升降，收缩采取液压，选用合适的器件，保证机械手的工作要求;并绘制液压原理图。
(6)、控制设计
根据机械手的工作要求，分析机械手运动情况及工作要达到的工位，合理选择器件，编写PLC梯形图。
2、实施方案所需的条件
查阅相关资料和请教老师，分析拟定设计方向,制定设计方案及相关的结构计算校核论证；运用计算机软件CAD、Proe/UG完成对机械手结构二维及三维的设计、运动模拟仿真、液压原理图的绘制。运用计算机软件S7-200，完成PLC梯形图的绘制。
1、技术方案
(1)、总体设计
因为四个自由度分别在手腕的回转及手臂的伸缩、升降与回转，采用圆柱坐标型式。
(2)、驱动方案的设计
考虑到机械手所要达到的工作要求，尽量使其简单方便，经济适用易于操作，因此选用液压驱动方式。在工作应用中，液压动力机构多采用直线液压缸或摆动马达，根据设计参数，本设计中使用节流调速方式。弄清楚机械手液压原理，绘制液压原理图。
一、毕业设计（论文）选题的目的和意义。[⑴课题名称；⑵有关的研究方向的历史、现状和发展情况分析；⑶前人在本选题研究领域中的工作成果简述]
1、本课题名称：
四自度机械手结构设计及其PLC控制
2、机械手研究的目的及意义
机械手使用提高了生产过程中的自动化和机械化程度，提高生产率，改善劳动环境，减轻劳动强度，降低生产成本，保证产品质量和实现安全生产，使生产更趋于管理和规范。在世界各国科学家共同努力和研究下，机械手机器人领域发展取得巨大的成就，越来越普及应用于各行各业中，极大地促进了各行各业的发展。
a、机械手腰部：
它是第一个回转关节，承受了机器人的全部重量，所以腰座应该有足够大的安装基面,且机械手基座和腰部轴及轴承的机构要有足够大的强度和刚度。
b、机械手臂：
手臂要求在一定的载荷和一定的速度下，实现工作空间内的运动。所以手臂应当满足机械手工作空间的要求。为了提高运动精度和控制精度，应在保证手臂的强度以及刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。手臂各关节轴相互平行,互相垂直的轴尽量交于一点,使机械手保持整体控制。相对其关节回转轴尽量保持重量上的平衡,减轻电机对机械手的负荷，提高手臂响应速度。本机械手手臂应当实现伸缩、升降与回转三个自由度，所以应该合理设计液压缸的结构尺寸。
3、本设计的创新之处
在保证机械手刚度和强度，位置精度及持精度的要求下，合理设计使结构更简单紧凑、驱动更趋于统一控制、更具自动化，更好的实现设计要求，更加准确的实现所需的动作, 更加具有适应性,满足工作的需要。
三、研究方案：[ ⑴ 技术方案（有关方法、技术路线、技术措施）；⑵ 实施方案所需的条件（技术条件、试验条件等）]