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基于PLC的工业机器人控制研究——毕业设计中期答辩姓名：毛隆雨学号：20115230班级：电气1103指导教师：白克强42351课题的背景及意义课题主要研究内容本阶段工作目标已完成任务工作计划目录秋记与你分享☞课题的背景及意义:1、工业机器人在工业自动化领域，自动控制的三大支柱产业是可编程控制器（PLC）、机器人和CAD/CAM，在现代工业生产中发挥着巨大的作用。工业机器人在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，产品质量和提高劳动生产率以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用。目前工业机器人的应用状况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。工业机器人是现代制造业重要的自动化装备，它集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体，通过重复编程和自动控制，完成制作工程中的操作任务的机电一体化的机械设备和系统。1962年美国Unimation公司的第一台工业机器人“UNIMATE”在美国通用汽车公司(GM)投入使用，这标志着第一代机器人的诞生，从此，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。秋记与你分享☞课题的背景及意义:2、国内外研究现状进入20世纪80年代，工业机器人的制造形成产业，并被广泛用于制造行业：如美国的PUMA机器人、意大利的SMART机器人、日本的MOTOMAN机器人、德国的KUKA机器人、ABB公司的IRB机器人等。工业机器人在许多生产领域的使用实践证明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了三个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的实用化期。初期，通过“七五”、“八五”、“九五”的科技攻关，已经基本掌握了工业机器人的设计制造技术控制，系统和驱动系统的设计技术和机器人软件和编程等关键技术。形成了一批具有较强机器人科研实力的公司和院校!如中科院沈阳自动化研究所，沈阳新松机器人自动化有限公司，清华大学，哈尔滨工业大学，北航等。近十年以来，在“十五”、“十一五”攻关计划和863计划等科技计划的支持下，我国有组织、有计划地发展工业机器人产业，通过研制、生产、应用等多个层面的不断探索，在技术攻关和设计水平上有了长足的进步。秋记与你分享2020/4/193、可编程控制器（PLC）工业机器人的驱动系统也已经由早年的直流伺服驱动全面转向数字式伺服驱动。在机器人控制中，普遍采用基于微机的控制器或基于DSP的控制器作为工业机器人的控制系统硬件。控制器多采用分层式结构，以便每一关节有一个反馈控制系统，监督控制协调关节的驱动装置和按照工业机器人作业程序顺序运动的组合。随着PLC技术的发展，特别是在运动控制和网络功能的加强，PLC已完全实现对伺服系统的控制，并且随着软件优势，PLC在运动控制方面的功能不断加强，可实现多轴运动的协调控制，PLC对机器人的控制已完全可以现实。因此本课题工业机器人采用PLC控制。可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的工业控制装置。是在顺序控制器和微机控制的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。在现代化工业自动控制中是最值得重视的先进控制技术。随着科学技术和微处理技术的迅猛发展，PLC技术和产品日趋完善，广泛应用于各种场合，它不仅以其良好的性能满足了各种控制的广泛需求，而且将通信技术和信息处理技术事融为一体，使其功能更加完备。秋记与你分享☞主要研究内容:1、工业机器人的基本结构设计2、控制系统的设计（1）PLC控制系统的设计（2）驱动系统的设计：驱动方式和伺服电机的驱动器选择及驱动器接口模块的选择（3）伺服系统的设计：伺服电机和控制方式的选择3、4、工业机器人的运动控制分析与实现：自由度，PTP或CP控制及轨迹精度的分析一、主要研究内容3、PLC控制模型的建立：编写PLC程序，通过PCAccess连Wincc组态，控制伺服电机的启停，正反转，加减速，调速。秋记与你分享☞本阶段任务和要求:1、完善工业机器人整体结构的分析设计3、PLC模型的建立：完善PLC程序，减小伺服电机误差4、完成运动控制的分析与实现2、完成工业机器人驱动系统和伺服系统的分析和设计秋记与你分享☞已完成的:工业机器人基本结构的设计国内外研究现状构设计PLC控制模型的建立、课题背景与意义秋记与你分享☞工业机器人的基本结构设计1、工业机器人基本结构工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统、感知系统、决策系统及软件系统组成。执行系统是工业机器人为完成作业，实现各种运动的机械部件，驱动系统为各执行部件提供动力。工业机器人采用的传动方式#通常有液压，气动和电动等几种驱动系统。控制系统对工业机器人实行控制和指挥，使执行系统按规定的要求进行操作。一般它由控制计算机或可编程控制器、电气与电子控制回路、辅助信息和电气器件等组成。工业机器人结构由机器人本体，控制器和软件三大部分构成，基本结构如图1所示。图1工业机器人基本结构秋记与你分享☞集装箱信息查询2、工业机器人的结构分析机器人按结构形式可分为关节型机器人和非关节型机器人。关节型结构的机器人在相同体积条件下比非关节型结构机器人具有大得多的相对空间(即手腕端部可抵达的最大空间体积与机器人本体外壳体积之比)和绝对空间(即手腕端部可抵达的最大空间体积)。关节型结构的机器人也符合人类和动物都具有关节型躯体特点的自然选择规律，这种特点使得关节机器人的臂杆系统具有一定的人手臂功能。因而关节型机器人具有先天性结构优势，得到重点研究。关节型机器人的机械本体部分一般为由各种关节串接起若干连杆组成的开链式机构，关节机器人按机械结构的复杂程度可分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人和开链连杆式关节型机器人。3、工业机器人设计的基本要求工业机器人结构的好坏，其指标是多种多样的。虽然机器人由编程控制，可以完成各种任务，但是在经济实用的要求，它们的布局、大小、关节数、传动系统、驱动方式等将随工作任务和环境不同而异，设计必须满足工作空间、自由度、有效负载、运动精度和运动特性等基本参数要求。例如工作空间：工作空间又称工作范围，是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能通过空间的位置集合。由于工作空间的形状和大小反映了机器人工作能力的大小，因而它对机器人的应用是十分重要的。工作空间的大小不仅与机器人各连杆的尺寸有关，而且也与它的总体构形有关。在工作空间内要考虑连杆自身的干涉，以防止与作业环境发生碰撞。秋记与你分享☞集装箱信息查询2伺服控制系统工业机器人的电气伺服控制系统有开环和闭环控制两种方式。开环机器人系统普遍采用步进电机驱动，而闭环控制机器人多采用直流或交流伺服电机驱动。闭环系统是负反馈控制系统，检测元件将执行部件的位移、转角、速度等量变换成电信号，反馈到系统的输入端并与指令进行比较，得出误差信号的大小，然后按照减小误差大小的方向控制驱动电路，直到误差减小到零为止。反馈检测元件一般精度比较高，系统传动链的误差、闭环内各元件的误差以及运动中造成的误差都可以得到补偿，从而大大提高了系统的跟随精度和定位精度。就目前来看，全数字化交流伺服系统已占据主流，故本文工业机器人采用全数字交流伺服控制系统，运动控制采用半闭环伺服控制系统，如图2所示即运动控制系统：图2工业机器人半闭环控制系统秋记与你分享1、关于工业机器人的运动控制分析与实现，轨迹分析，位型空间自由度，控制的精确等等，还有问题。2、工业机器人的基本结构的设计还不完善，PLC建模，控制的伺服电机的调速还可以改进，减少误差。☞存在的问题:秋记与你分享敬请各位老师批评指正！谢谢