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球面 SCARA 机器人 总体 控制系统 设计

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毕 业 设 计 附 件 三PLC仿真报告专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 2011年6月6 日 毕业设计任务书课题： 球面SCARA机器人总体及控制系统设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 班 级 学 号 指 导 教 师 专 业 系 主 任 发 放 日 期 2011年 2 月 20 日 一、设计内容根据系统设计总体要求，设计一台三自由度教学型机器人，用于实践教学，机器人能进行三个自由度方向的运动，本课题主要设计该机器人的总体结构和控制系统，具体内容有：1设计总体方案，确定机器人的总体结构，绘制机器人机械结构装配图；2各电机的选择，各零部件设计计算和选择，进行机器人大臂、小臂结构设计，并绘制主要零件图；3控制系统的设计：1）绘制机器人的控制系统接线图；2）编写机器人的控制程序；4撰写毕业设计说明书。二、设计依据1课题来源：实验室课题；2产品名称：球面SCARA型机器人；3第一轴、第二轴动作范围都为,定位精度都为； 4第三轴r动作范围100mm ，定位精度为0.015mm，最大抗力5N；5 工件最大直径200mm；6批量：一台。三、设计要求1能满足要求，保证定位精度；2结构简单，运动可靠，装卸方便，便于维修、调整； 3尽量使用通用件，以便降低制造成本；4各动力部件便于控制；5设计图样总量：折合成A0幅面在2张以上；工具要求：应用计算机软件绘图；过程要求：装配图需提供手工草图；6毕业设计说明书按照学校规定的格式规范统一编排、打印，字数不少于1万字；7查阅文献资料10篇以上，并有不少于3000汉字的外文资料翻译；8到相关单位进行毕业实习，撰写不少于3000字实习报告；9撰写开题报告。 四、毕业设计物化成果的具体内容及要求1、毕业设计说明书 1 份按教务处毕业设计说明书格式规范统一编排、打印，字数不少于1万字。2、设计图样1）机器人的机械结构装配图 1 张2）机器人的控制系统接线图 1 张3）机器人零件图 不少于7张3、控制程序1) 控制程序 1 份2）控制程序编写说明 1 份4、外文资料翻译（英译中）要求1）外文翻译材料中文字不少于3000字。2）内容必须与毕业设计课题相关；3）所选外文资料应是近10年的文章，并标明文章出处。五、 毕业设计（论文）进度计划起讫日期工作内容备 注2月20日2月21日布置任务2月21日3月19日调查研究，毕业实习，方案论证，总体设计3月20日4月7日技术设计（部件设计）4月7日5月7日工作设计（零件设计）5月8日5月25日撰写毕业设计说明书5月26日5月27日毕业设计预答辩5月28日6月6日修改资料6月7日6月8日评阅材料6月9日6月10日毕业答辩6月11日6月15日材料整理装袋六、 主要参考文献：1朱世强，王宣银机器人技术及其应用M杭州：浙江大学出版社, 20012蔡自兴机器人学M北京：清华大学出版社，20003殷际英，何广平关节型机器人M北京:化学工业出版社，20034霍伟机器人动力学与控制M北京：高等教育出版社, 20045王天然机器人M北京：化学工业出版社，20026孙迪生，王炎机器人控制技术M北京：机械工业出版社，1998.7吴振彪 机电综合设计指导M北京：中国人民大学出版社，20008杨昌焜，金广业可编程序控制器应用技术M北京：中国电力出版社，20039叶伟昌机械工程及自动化简明设计手册M北京：机械工业出版社，200110袁任光可编程序控制器应用技术与实例M广州：华南理工大学出版社，200311张建民机电一体化系统设计M北京：高等教育出版社，2001七、其他八、专业系审查意见系主任： 年 月 日九、机械工程学院意见院长： 年 月 日6 毕业实习报告专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 班 级 学 号 指 导 教 师 日 期 2011年3月19日 实习报告一、概述毕业实习是我们机械设计制造及其自动化专业知识结构中不可缺少的组成部分，也是毕业设计不可或缺的重要环节，其目的在于通过实习使我们获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大知识面，提高动手操作能力，同时毕业实习又是锻炼我们业务能力和素质提高的重要渠道，培养当代大学生吃苦耐劳的精神。通过毕业实习，我们可以更好更直接的了解产业状况，了解本专业的发展前景，了解国内外的发展趋势，以及对公司的运作、管理、产品的设计、生产、销售等各个方面都有了深刻的认识，有效地快速地提高了我们将来工作的能力。通过这次毕业实习，进一步巩固和深化所学的理论知识，弥补以前单一理论学习的不足并为毕业设计打好基础。二、实习过程我们共去了三个厂，分别是长虹涂装公司，江动集团和东风悦达起亚汽车有限公司。江苏长虹涂装机械有限公司是专业从事汽车及配件涂装、总装、焊装成套设备的一个企业，我们去主要了解了整个生产过程以及各个生产线。之后又去了江动集团参加实习，江动集团全称是江淮动力集团，它主要生产单缸机、多缸机、汽油机、拖拉机以及发电机组，在实习中我们主要了解了组合机床的生产加工模式，以及江动集团高质量、高效率的生产方法。最后一个实习的是悦达起亚二厂，此行的目的是了解整个汽车的生产线，焊接，涂装，装配等。由于我的毕业设计课题是球面机器人的总体及控制系统设计，他们厂的焊接机器人大大减轻了人工的工作量并且可靠，安全，高效。三、实习内容我的课题是球面机器人的总体及控制系统设计，所以我就具体介绍我们在悦达的实习过程。刚开始进厂前，老师再三强调安全，对每个机械厂而言，安全重于泰山。接着我们就在他们厂技术人员的带领下参观了整个流水线。首先是利用冲床将钢板压成车的外壳，这是汽车制造中非常重要的步骤，它涉及汽车的线型设计及模具的冲压设计；如果母厂不能独立完成这个步骤，那就表示该厂的生产技术还没有达到应有的标准，充其量只不过是个装配厂罢了。等到完成车壳后，为了便於进行以后步骤中的焊接工作，通常都预将车体倒转。完成初步焊接后，再将车体扶正，加装车门及车盖。而后设法除去车壳上各块钢板的毛边与暗号，并将底盘预作防锈处理，以便进行车体的喷漆。以上是车体部分的制造概略过程，接著要装配大梁、防震、传动以及引擎等系统，这些部分可以说是汽车的内脏，非常重要；尤其是引擎，更可说是汽车的心脏。如果一个国家的汽车工业无法完全独立自主地完成引擎的设计与制造，那就表示这个国家的汽车工业还没有生根。上述大梁、防震、传动以及引擎等装置完成后，就可将车体由上而下吊装于其上，构成汽车的雏型。剩下的工作就是汽车内部的装潢，包括玻璃、雨刷、车座等，另外再加装散热器（水箱）、油压系统、燃料系统以及车轮等，整部车就可以算是大功告成了。不过，为了保证车厂的信用与消费者的基本安全，还必须进行一系列的试验，汽车才可以出厂。这些试验包括了滚桶模拟试验、防漏试验以及路试等项目，试验的主旨在於测试引擎、传动系统、操纵杆、刹车、灯光及车体测漏等性能，通过这些试验以后，汽车就可以出厂销售了。我印象最深的就是他们厂的焊接机器人，几乎全是机器人在工作，速度快，准确，可靠，不仅大大降低了人的工作量，而且还可以避免人在工作时因疲劳等外部原因引起的操作错误。总之，在我看来机器人技术在以后一定会有很好地前景的。四、分析据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域，焊接机器人应用中最普遍的主要有两种方式，即点焊和电弧焊。图4所示是这两种焊接机器人在工业机器人中所占的大致比例。我们所说的焊接机器人其实就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。这些焊接机器人中有的是为某种焊接方式专门设计的，而大多数的焊接机器人其实就是通用的工业机器人装上某种焊接工具而构成的。在多任务环境中，一台机器人甚至可以完成包括焊接在内的抓物、搬运、安装、焊接、卸料等多种任务，机器人可以根据程序要求和任务性质，自动更换机器人手腕上的工具，完成相应的任务。因此，从某种意义上来说，工业机器人的发展历史就是焊接机器人的发展历史。机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器，它有三个特点，一个是有类人的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。但从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，展望21世纪，机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期。从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。工业机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。在西方社会，和机器人价格相反的是，人的劳动力成本有不断增长的趋势。五、实习感想大学毕业实习是学生完成大学四年全部课程后的最重要的实践环节。为了这次毕业实习，做准备、搜集素材，了解有关的设计技术和注意事项。在短暂的实习过程中，实习中，我采用了许多方式,对在工作中人与人的关系做了进一步的了解,分析了人与人之间特点。我深深地感觉到自己所学知识的肤浅和在实际运用中的专业知识的匮乏.一旦接触到实际，才发现自己知道的是多么少，这时才真正领悟到“学无止境”的含义。通过这次实习过程我知道了，理论与实践的差距，实际操作会使得主观理论想法不完美，因为实践中有很多外在因素的干扰，由此我得到了一个新的想法，就是理论知识有时是用来给我们把握大方向的，而实际做的时候，会让我们注重一些小的细节，很多时候只有动手才会知道怎么去做，理论与实践要相结合，这对我毕业后的工作是个不小的帮助。3 毕业设计开题论证报告专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 2011年3月19日 课题名称：球面SCARA机器人总体及控制系统设计一、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述1.课题来源：实验室课题2.研究的主要内容：根据系统设计要求，设计一台三自由度教学行机器人，用于实践教学，机器人能进行三个自由度方向的运动，本课题主要设计该机器人的机械结构，具体内容有如下：（1）设计总体方案，确定机器人的总体结构，绘制机器人机械结构装配图（2）各电机的选择，各零部件设计计算和选择，进行机器人大臂、小臂结构设计，并绘制主要零件图（3）控制系统的设计：1）绘制机器人的控制系统接线图；2）编写机器人的控制程序（4）撰写毕业设计说明书3国内外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。工业机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。在西方社会，和机器人价格相反的是，人的劳动力成本有不断增长的趋势。（1） 工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操做和维修)，而单机价格不断下降。（2） 机械结构向模块化、可重构化发展。 例如关节模块中的伺服电机、减速机检测系统三位一体化，由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机，国外已有模块化装配机器人产品问世。（3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。（4） 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。（5） 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。（6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控、遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入使用化阶段。（7） 机器人化机械开始兴起，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 二、本课题拟解决的问题1球面机器人总体设计问题，例如结构选型、总体布局；2.机器人大臂、小臂的结构设计，并绘制主要零件图；3.各电机的选择，各零部件设计计算和选择；4.控制系统的设计：1）绘制机器人的控制系统接线图；2）编写机器人的控制程序；三、解决方案及预期效果解决方案：1.控制系统设计要求2.控制系统硬件组成3.控制系统I/O资源分配4.控制系统程序编写预期效果：1能满足要求，保证定位精度；2结构简单，运动可靠，装卸方便，便于维修、调整；3尽量使用通用件，以便降低制造成本；4各动力部件便于控制。四、课题进度安排2月21日3月19日毕业设计前期阶段。毕业实习，查阅资料，市场调查，到多个公司实践，撰写实习报告。论文总体构思方案，填写开题报告。3月20日5月7日 设计初稿阶段。完成总体设计图、部件图、零件图。5月8日5月25日 中期工作阶段。完善设计图纸，编写毕业设计说明书，中期检查。5月26日5月27日毕业设计预答辩。5月28日6月6日毕业设计整改。图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。6月7日6月8日毕业设计材料评阅。6月9日6月10日毕业答辩。6月11日6月15日材料整理装袋。五、指导教师意见 签名 年 月日六、专业系意见 签名 年 月日七、学院意见 签名 年 月日4盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011球面SCARA机器人总体及控制系统设计摘要：球面SCARA机器人是一种具有三个自由度的关节型装置。机器人的体积小，传动原理简单，所以被广泛应用于电子电器行业，家用电器行业，精密机械行业等领域。球面机器人着重对球形工件表面定位控制系统设计进行了探究，确定了机电一体化的设计方案，把机械结构和PLC控制合理的融合在一起。其中，机器人的大臂，小臂，顶针都由步进电机驱动，采用三菱FX2N系列的PLC作为控制器。最终达到安全，稳定，准确的完成操作。首先，简单介绍了课题来源，国内外机器人的现状及发展趋势。其次，对SCARA球面机器人进行了总体设计，然后根据动作要求对机器人控制系统的硬件及软件进行设计。还要对编制的PLC程序在GX simulator上进行仿真。最后，总结全文，展望了机器人的发展前景。本课题是机电结合较为紧密的实用性项目，文中对PLC的应用、机械总体结构进行了一些探究，对球面机器人的设计与研制方面积累了一些经验。关键词：SCARA机器人；步进电机；PLC；运动控制The Design of Overall and Control system of Spherical SCARA RobotAbstract: A Spherical SCARA robot is an articulated device that composed of three degrees of freedom. Because of its small volume and simple drive principle, it is widely used in the field of electronic and electric industry, home-used electric industry and exact mechanism. This paper focuses on the control system design of the SCARA robot used in positioning on spherical surface and confirms the design of a project that mechanics and electrics are used together. The PLC and mechanical are combined agreeably in the coordinating actions of the manipulator. Among this equipment, the robot arm, forearm, thimble are completed by the stepper motors. Meanwhile, the writer adopts the MITSUBISHIs FX series of PLC as controller. Ultimately achieve the completion of operation security, stability and accurately. Firstly, I introduce the resource, and review the development of robot inside and abroad. Secondly,I complete the overall design of Spherical SCARA Robot, and then according to manipulate requirements to work out hardware and software design of the robot control system. But also for the preparation of the PLC program on the GX-simulator to simulate. Finally, I summarize the whole thesis, and look out the prospects of development of the robot. The subject is a practical item where the mechanics and electrics are integrated very closely. I have made a necessary discussion in the application of PLC, the design of mechanical overall structure. Some experiences are accumulated in the design and development of spherical robot. Key words: SCARA robot; Stepper motor; PLC; Motion- control.机械工程学院毕业设计（论文）选题申报表指导教师