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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。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。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。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。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工控机串行通讯PMAC多轴运动控制卡PMAC信号转接板码盘示教器PLC电磁阀抓手气缸抓手开合伺服驱动器伺服驱动器伺服驱动器伺服驱动器腰座关节水平关节垂直关节腕部关节电磁阀夹板气缸夹板开合硬件控制结构下位机采用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、设备监控等工控机串行通讯PMAC多轴运动控制卡PMAC信号转接板码盘示教器PLC电磁阀抓手气缸抓手开合伺服驱动器伺服驱动器伺服驱动器伺服驱动器腰座关节水平关节垂直关节腕部关节电磁阀夹板气缸夹板开合硬件控制结构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工控机串行通讯PMAC多轴运动控制卡PMAC信号转接板码盘示教器PLC电磁阀抓手气缸抓手开合伺服驱动器伺服驱动器伺服驱动器伺服驱动器腰座关节水平关节垂直关节腕部关节电磁阀夹板气缸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visualC++控制软件示教初始化再现编辑语言解释通讯出错处理I/O监控文件管理参数设置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当前点串口查询调用运动程序模块改变参数保存示教结果示教完成编码？参数示教下一点保存运动控制键记忆停止示教盒软件设计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。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。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。