毕业设计开题报告_四轴码垛机器人控制系统设计

四自由度码垛机器人控制系统设计
背景 国内外发展现状及趋势 控制系统 具体实现细节与技术要点 实践安排 总结

国内外发展现状及趋势


目前欧、美、日的码垛机器人在码垛市场的占有率均超过了 90％，绝大数码垛作业由码垛机器人完成。并且基本垄断了 全球市场。 我国的工业机器人从上世纪80年代“七五”科技攻关开始起 步，在国家支持下，通过“七五”“八五”“九五”科技攻 关 ，取得了长足的进步，涌现出了一大批代表企业和产品， 国外码垛机器人在我国市场一统天下的局面正在被打破。
背景 国内外发展现状及趋势 控制系统 具体实现细节与技术要点 实践安排 总结

总结

码垛机器人具有优良的工作特性，能够满足 多行业的搬运码垛需求，具有广阔的市场前 景。进行相关课题的研究，更能促进产学研 结合，促进经济发展与工业产业进步，进一 步落实服务山东，服务全国的理念。
总结
毕业设计开题报告
——四自由度码垛机器人控制系统设计
四自由度码垛机器人控制系统设计
背景 国内外发展现状及趋势 控制系统 具体实现细节与技术要点 实践安排 总结

背景介绍


自从20世纪60年代初人类制造出第 一台工业机器人后，机器人就显示出 了强大的生命力。机器人的发展及应 用水平已经成为了衡量一个国家制造 水平和科技发展水平的重要标志。 作为工业机器人的典型的一种，码垛 机器人在工业应用，尤其是包装领域 和物流领域正发挥着越来越大的作用。 将机器人与包装线相结合，既提高了 生产线的工作效率，又增强了运行的 可靠性，减少了人力资源的开支，更 让当代企业迅速适应不断变化的市场 要求，产生巨大的经济效益。

示教盒与上位机通过串口进行通讯，将接收 到的控制指令判断类型，调用相应的控制电 机子程序，实现对各轴参数的修改、运动方 式控制和示教位置信息的存储
四自由度码垛机器人控制系统设计
背景 国内外发展现状及趋势 控制系统 具体实现细节与技术要点 实践安排 总结

具体实现细节与技术要点
四自由度码垛机器人控制系统设计
背景 国内外发展现状及趋势 控制系统 具体实现细节与技术要点 实践安排 总结

码垛机器人控制系统
机器人机械结构 硬件控制系统 抓手设计 软件控制系统

机器人机械结构
该机器人由四个关节组成，实现 四个运动： 腰座旋转（X轴） 水平前后运动（Y轴） 垂直上下运动（Z轴） 腕部回转运动（U轴） 这4种运动全部由交流伺服电机驱 动，可以满足读懂大惯性负载和 快速精确定位的要求，可根据实 际要求设计腕部抓手
背景介绍
码垛机器人能适应于纸箱、袋装、罐装、箱体、瓶 装等各种形状的包装成品码垛作业。 1.从效率上说，码垛机器人不仅能承担高负重，而 且速度和质量远远高于人工。 2.从精度上看，每一台码垛机器人都有独立的控制 系统，极大地保证了作业精度 。 3.在成本控制方面，机器人虽然前期投入较高，但 是却能达到边际成本效用最大化，且各家机器人都 在为客户的成本控制而在产品中不断加入新的科技 成果。
visual C++控制软件
初始化
示教
再现
监控
文件管理
参数设置
编辑
语言解释
通讯
出错处理
I/O
轨迹规划
伺服控制
示教盒软件设计

示教流程如下图所示
示教开始 初始化 示教下一点 示教当前点
串口查询
改 变 参 数 参数 编码？ 停止 保存示教结果 示教完成
调用运动程序模块 运动控制键 记忆 保存
示教盒软件设计
实践与进度安排
毕业论文写作 整理相关文献资料，明确论文写作内容与格 式要求，进行毕业论文的撰写，进行论文细 节的修改，对论文打印装订等 时间安排在论文答辩前四周。

实践与进度安排

论文答辩 认真准备相关材料，准备答辩。对老师提出 的相关问题进行回答。 时间安排在实习阶段最后一周
四自由度码垛机器人控制系统设计
源自文库
夹板 开合
硬件控制结构
工控机

串行 通讯
示教器 电 磁 阀
PMAC多轴运动控制卡
PLC

电 磁 阀
PMAC信号转接板 码盘
伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
抓 手 气 缸
夹 板 气 缸

下位机采用DSP控制器 和PLC可编程逻辑控制器 DSP控制器即图中PMAC 运动控制卡，主要执行实 时运动学计算、轨迹规划、 插补运算、伺服控制等， 不断读取编码器脉冲量与 实时位置，并与给定比较， 进行PID调节。 PLC主要用于外围设备控 制，如机器人手爪气动吸 盘、设备监控等
腰座 关节
水平 关节
垂直 关节
腕部 关节
抓手 开合
夹板 开合
硬件控制结构
工控机

串行 通讯
示教器 电 磁 阀
PMAC多轴运动控制卡
PLC
PMAC信号转接板 码盘
电 磁 阀

伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
抓 手 气 缸
夹 板 气 缸
伺服部分通过插补运算 得到各部分坐标值，按 一定原则，形成控制电 机的电流指令值。 该过程对当前各关节角 度值和角速度值检测， 用软件与给定值相比较， 对偏差进行PID调节，实 现对各关节的控制
实践与进度安排

开题 做毕业设计开题报告，对整个毕业设计阶段 进行任务规划，明确完成目标及所要做的工 作。时间集中在开学期一周。
实践与进度安排

具体技术环节实施 包括系统相关知识学习，系统结构设计，软 件设计，现场实施及调试等。该环节会一直 持续到论文答辩前。其中会在第8周进行中期 进度检查，进行相关总结，明确下一步工作 方向与安排。
系统采用模块化设计、分 布式控制结构 上位机为普通工控机，用 于系统监控与作业管理， 包括示教盒控制、坐标计 算、显示控制、I/O控制、 机器人语言编译、计算轨 迹、发出运动命令、接收 检测返回值、判断执行状 况和环境状态。实现对个 关节点的协调控制
腰座 关节
水平 关节
垂直 关节
腕部 关节
抓手 开合
国内外发展现状及趋势


但总的看来，我国的码垛机器人技术及其应用水平和国外相 比还有很大差距，如可靠性低于国外同类产品，起步较晚， 运动速度和精度还有很大提升空间。生产线技术水平与国外 相比仍有差距。和全球市场相比，码垛机器人应用规模仍然 很小，还未发展成专门的产业。并且当前我国的码垛机器人 生产品种规格多，批量小，零部件通用化程度低，供货周期 长、成本高，可靠性和稳定性不足。 因此迫切需要对码垛机器人及其相关物流、包装自动化等产 业进行全面规划，整合资源优势，积极推进产业化进程。同 时立足实际，完善码垛机器人相关的产品、系统及结构，努 力提高我国的机器人发展水平。
腰座 关节
水平 关节
垂直 关节
腕部 关节
抓手 开合
夹板 开合
码垛机器人控制系统
机器人机械结构 硬件控制系统 抓手设计 软件控制系统

抓手设计


根据码垛物品的不同，安装相应的抓手实现抓取 主要完成以下动作： 待机—取箱—移箱—码垛—复位
码垛机器人控制系统
机器人机械结构 硬件控制系统 抓手设计 软件控制系统

系统软件设计
开放式通用机器人控制系统的软件应在标准 语言环境下开发，以实现可移植性、易修改、 提供标准接口等，故应采用模块化的工程设 计方法 与硬件相对应，软件也分为上下两层，各模 块之间相互独立，调用简单。 为适应变化的对象，必须使伺服系统具有某 种柔性，通过软件实现，称为软伺服

软件控制系统结构
通过这一阶段的实习设计达到以下目的：





进一步巩固加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之 系统化、综合化。 获得从事科研工作的初步训练，培养自身的独立工作、独立思考和综合 运用已学知识解决实际问题的能力，尤其是独立获取新知识的能力。 培养设计计算、工程绘图、实验方法、数据处理、文件编辑、文字表达、 文献查阅、计算机应用、工具书使用等基本工作实践能力，使学生初步 掌握科学研究的基本方法。 树立具有符合国情和生产实际的正确设计思想和观点；树立严谨、负责、 实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识、善于与他人合作的工 作作风。 对码垛机器人的原理与应用有一个更加深刻和清醒的认识，对相关行业 有一个初步了解，对系统设计理念进一步加深。
机器人机械结构合理性设计与分析 控制结构整体设计 综合布线设计与连接 软件设计 现场调试

四自由度码垛机器人控制系统设计
背景 国内外发展现状及趋势 控制系统 具体实现细节与技术要点 实践安排 总结

实践与进度安排

调研阶段 其任务是对码垛机器人系统及实现目标进 行深入和全面的了解，分析需求的性质与特 点，分析解决问题的途径及技术关键，并对 获取的信息进行加工和整理。调查的方法主 要有查阅文献和考察现场等。 实践安排在寒假放假之前。
码垛机器人控制系统
机器人机械结构 硬件控制系统 抓手设计 软件控制系统

硬件控制结构
工控机

PMAC多轴运动控制卡
串行 通讯
示教器 电 磁 阀
PLC

电 磁 阀
PMAC信号转接板 码盘
伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
抓 手 气 缸
夹 板 气 缸