FMS搬运单元的控制设计开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告题目FMS搬运单元的控制设计学生姓名、学号 专业机械设计制造及其自动化指导教师姓名职称一、课题背景和意义柔性制造系统简称FMS(Flexible Manufacturing System)，是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。FMS的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。80年代中期投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于冲压和焊接的。采用FMS的主要技术经济效果是：能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占用量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”；提高产品质量的一致性。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。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。我国国家标准(GB/T 12643-90)对机械手的定义:“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。专用机械手:它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定(有时可调)程序，使用大批量的自动生产。如自动生产线上的上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置。通用机械手:它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产。它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作;代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )，实现生产自动化。机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式和机械式机械手，本设计主要是使用步进电机进行电动式控制方式。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。二、文献综述1柔性制造系统：随着市场竞争的加剧。制造业迫切需要采用能提高生产效率、满足多品种小批量生产要求并迅速响应市场变化的现代制造技术。FMS作为一种比较成熟的先进制造技术，已经进入实用阶段并取得了较好的效果。FMS要实现自动化加工，离不开物流系统的自动化。而运储系统是物流系统的关键设备和硬环境具有很强的时空性、技术性和经济性，其配置方式故自动化程度直接关系到整个FMS的胜能和效率 因此研究FMS环境下运储系统的组成并选择高效、适用的搬运机构，具有重要的现实意义。目前，国内柔性制造系统(FMS)中的关键部件机械手，往往采用国外产品，如某机电科技有限公司开发的FMS，绝大部分工作部件都由自己生产，而机械手则采用国外的MOTOMAIVYR-HP20产品，其价格相当昂贵。为了提高经济效益，需自行研发类似功能的机械手。2机械手：机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装置。在我国由于大多数工业机器人所执行的工作为模拟人的手臂而工作，因而通常把工业机器人称做操作机械手。机械手的特点：（1）对环境的适应性强 能代替人从事危险，有害的工作。在长时间工作对人体有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理的设计，选择适当的材料和结构，机械手就可以在异常高温或低温，异常压力和有害气体，粉尘，放射线作用下，以及冲压，灭等危险环境中胜任工作。（2）机械手能持久，耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。（3）由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可以避免人为的操作错误。（4）机械手特点是通过用工业机械手的通用性，灵活性好，能很好的适应产品的不断变化，以满足柔性生产的需要。因此采用机械手最明显的特点是提高劳动生产率和降低成本。3机械手控制方式：机械手按驱动控制方式分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；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。以下主要介绍PLC控制的电动式点位控制机械手。PLC控制系统设计的基本内容一个PLC控制系统由信号输入元件（如按钮，限位开关，传感器等），输出执行器件（如电磁阀，接触器，电铃等），显示器件和PLC构成。因此，PLC控制系统的设计，就包括这些器件的选取和连接等。 输入信号，信号进入PLC后，在PLC内部可以多次重复使用，而且和可获得其常开，常闭，延时等各种形式的触点。因此，信号输入器件只要有一个触点即可。输出器件应尽量选取相同电源电压的器件，并尽可能选取工作电流较小的器件。显示器件应尽量选取LED器件，其寿命较长，而且工作电流较小。 设计控制系统主回路。应根据执行机构是否需要正，反向动作，是否需要高低速，设计出控制系统主回路。 选取PLC。根据输入，输出信号的数量，输入输出信号的空间分布情况，程序容量的大致情况，具有的特殊功能等，选取PLC。进行I/O分配，绘制PLC控制系统硬件原理图。 程序设计及模拟调试。设计PLC控制程序，并利用输入信号开关板进行模拟调试，检查硬件设计是否完整，正确，软件是否能满足工艺要求。设计控制柜。在控制柜中，强电和弱电控制信号应尽可能进行隔离和屏蔽，防止强电磁干扰影响PLC的正常运行。编制技术文件，包括电器原理图，软件清单，使用说明书，元件明细表等。参考文献： 1齐占庆.机床电气控制技术G.北京:机械工业出版社,2006.1 2余雷声. 电器控制与PLC应用M. 北京：机械工业出版社，1996：58-63 3郁汉琪，郭健. 可编程序控制器原理及应用M. 北京：中国电力出版社，2004：88-904程周. 可编程控制器技术与应用M. 北京：电子工业出版社，2002.8：99-102 5陆祥生，杨秀莲.机械手理论及应用M.北京：中国铁道出版社，1985 6白传悦.装配机械手PLC 控制系统J.机械制造行业应用，2006.5:134-136 7李宁，刘启新.电机自动控制系统M.北京：机械工业出版社，2005 8程子华.PLC原理与编程实例分析M.北京：国防工业出版社，2007 9张建民.机电一体化系统设计M.北京：北京理工大学出版社，2007 10徐杜，蒋永平，张宪民.柔性系统原理与实践.北京：机械工业出版社，2001.7 11李铁才，杜坤梅.电机控制技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000 三、方案设计1设计的任务和要求（包括原始数据、技术要求等）：设计任务：要求利用步进电机与PLC设计柔性制造系统中的搬运装置（机械手），实现工件在两工作台之间的搬运控制。设计要求：设计一套控制装置，通过控制按钮实现机械手横竖方向的移动，手爪夹紧动作 ，机械手整体旋转运动1、负荷参数：额定负荷为1kg，最大负荷为3kg；2、臂的运动参数：横轴方向移动范围是450mm，速度是100mm/s；竖轴放下过移动范围是450mm,速度是100mm/s。对工作范围设置超程保护；3、手爪的运动参数；旋转角度180；4、机械手整体运动参数；旋转角度180。2课题研究流程：本课题为FMS搬运单元的控制设计，在对此进行研究的过程中，可以分为两大步骤，步骤一，对机械手进行实体造型；步骤二，对机械手运动进行硬软件的设计。在步骤一中，首先对机械手的结构进行设计，初步方案如右图所示，然后依据结构图使用CAXA行实体造型，最后得出所需要的机械手手爪图、机械