基于plc控制的教学型慧鱼机器人系统研究毕业论文

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1、黑龙江工程学院专科生毕业论文专科学生毕业论文基于PLC控制的教学型慧鱼机器人系统研究系部名称： 职业技术学院 专业班级： 机电一体化技术 学生姓名： 指导教师： 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年五月目 录摘 要3ABSTRACT4第一章 绪论51.1选题背景及意义51.2机器人及其相关技术概述61.2.1国内外机器人发展现状61.2.2机器人自动控制技术81.3课题的目标和主要研究内容91.3.1论文研究目标91.3.2论文主要研究内容9第二章 教学机器人的总体设计102.1机器人任务要求和技术参数102.2机器人运动形式的确定112.3机器人驱动方案的对比分析及选择122.4机器人传动方案

2、的对比分析及选择132.4.1腰部回转关节132.4.2手臂伸缩关节142.4.3手臂升降关节142.5控制系统总体方案142.6小结15第三章 教学机器人机械系统设计153.1机器人模块化设计方法153.2机器人手部设计163.2.1手部电机选择173.2.2手部传动方式选择173.3机器人手臂设计183.3.1手臂伸缩结构设计183.3.1.1伸缩电机选择183.3.1.2伸缩螺旋传动设计与校核193.3.2手臂升降结构设计203.3.2.1电动机选择及校核203.3.2.2升降螺旋传动设计与校核203.4机器人立柱设计203.4.1电动机选择213.4.2蜗杆蜗轮的选择213.5机器人实

3、验组装223.5.1慧鱼创意模型简介223.5.1.1机械构件223.5.1.2电气元件223.5.2机器人结构组装实验233.5.2.1手部组装233.5.2.2手臂组装233.5.2.3立柱组装233.5.3机器人总体结构图243.6小结24第四章 教学机器人PLC控制系统的硬件设计244.1机器人PLC控制系统的总体设计254.1.1 PLC控制系统的模式254.1.2 PLC控制系统的功能264.1.3 PLC控制系统的运行方式264.2机器人PLC机型的选择274.3机器人控制面板制作284.4 PLC控制系统硬件设计284.4.1 PLC输入输出端于确定284.4.1.1输入设备确

4、定284.4.1.2输出设备确定294.4.2 PLC的输入输出地址分配304.4.3 PLC输入输出配线314.5 PLC与上位机通信的硬件设计334.5.1 PLC与上位机通信的条件344.5.2 PLC与上位机通信的形式344.6小结35第五章 教学机器人PLC控制系统的软件设计355.1顺序控制的设计方法365.2PLC控制系统软件设计365.2.1控制系统的工艺流程365.2.2控制系统流程图375.2.3PLC梯形图设计375.3PLC与上位机通信程序设计405.3.1FX2N系列PLC的通信协议405.3.1.1数据格式415.3.1.2串行通信的参数设置415.3.1.3通信命

5、令415.3.1.4控制代码425.3.1.5数据传输格式425.3.2PLC通信程序流程435.3.3上位机监控程序设计435.3.3.1MSComm控件445.3.3.2上位机监控程序编制455.4PLC控制系统的调试485.4.1调试前的准备工作485.4.2程序调试495.4.3运行结果495.5小结49第六章 结论506.1全文工作总结506.2进一步研究设想51参考文献52致 谢55摘 要 随着机器人技术的发展和广泛应用，教学型机器人越来越受到科研单位以及高校的重视。本文以慧鱼创意组合模型为平台，设计并开发了一种教学型机器人三自由度机械手。首先对机器人的总体结构进行分析，确定驱动方

6、案和传动方案，然后按照模块化设计方法组装建立机械手结构，最后进行了机器人控制系统的研究。本文的重点是机器人的控制系统的设计。控制系统采用两级分布式构，包括下位机的现场控制和上位机的监测系统两部分。下位机采用可编程序控制器，上位机采用PC机，从硬件上进行了PLC选型、输入输出点的配置等，软件上采用顺序控制法编制了机器人的梯形图程序，并利用PLC的通信功能，采用Visual Basic开发了简单实用的监控软件，实现了远程控制机器人的目的。关键词：机械手，控制系统，可编程序控制器，监控软件 ABSTRACT With the rapid development and extensive appli

7、cation ofrobot， the education robot is recognized by scientific research department and universityThe paper using Fischer model as a platform designs and develops an education robot3一DOF manipulator.First the paper analyzes the gross stmcture of the manipulator and confirms driving and transmission

8、program，and then it builds up the manipulator in accordance with modular design methodAt last the paper researches the control system of the manipulatorThe paper focuses on control systemControl system adopts a distribute control system and contains two parts of field control system and PC monitor s

9、ystemField control system adopts PLC and PC as industry computerIt allocates PLC IO points from hardware and compiles the manual and automatic ladder program from soRwareBased on the PLC communication protocol and VB software a simple and practical monitoring soRware is compiled and remote operating

10、 the manipulator is realizedKEY WORDS：Manipulator，Control system，PLC，Monitoring software第一章 绪论1.1选题背景及意义机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术，其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。机器人应用水平是一个国家 工业自动化水平的重要标志。 国际标准化组织(ISO)对机器人的定义“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种

11、材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。 工业机器人是机器人的主要研究类型，它并不是简单意义上代替人工的劳动， 而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上来说，机器人是机器进化过程的产物，是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。工业机器人由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动设备，适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定和提高产品质量，提

12、高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着重要的作用。 随着现代科学技术的迅速发展，尤其是进入80年代以来，机器人技术的不断进步，其在各个领域的应用日益广泛，引起了各国专家学者的普遍关注。许多发达国家均把机器人技术的开发和研究列入国家高新技术发展计划。世界各国普遍在高等院校为大学本科生及研究生开设机器人技术的有关课程。为了培养机器人开发、设计、生产、维护方面的人才，我国很多高校也为本科生和研究生开设了机器人学课程。因此，教学型机器人越来越受到科研单位以及高校的重视。教育机器人是一类应用于教育领域的机器人，它一般具备以下特点：首先是教学适用性，符合教学使用的相关需求；其次是具有良好的性能价

13、格比，特定的教学用户群决定了其价位不能过高；再次就是它的开放性和可扩展性，可以根据需要方便地增、减功能模块，进行自主创新；此外，它还应当有友好的人机交互界面。我国目前国内的教育机器人产品近20种，包括上海广茂达公司生产的能力风暴智能机器人、西觅亚科技生产的乐高机器人、慧鱼公司生产的慧鱼机器人等。本文以慧鱼公司的创意组合模型为平台开发设计的教学机器人，以示教再现控制为主，可以很好地说明工业机器人的工作原理和工作过程。将其作为机器人学、机器人技术及机电一体化系统设计课程及机械电子工程专业的综合教学实验设备，不仅可以让学生在轻松愉快的氛围中充分理解相关课程的专业知识，而且可以激发学生的专业学习兴趣，

14、让他们树立系统工程概念，培养其独立开展科学研究的能力。因此，本教学机器人的研制成功，对机电一体化专业教学有着十分重要的意义。1.2机器人及其相关技术概述1.2.1国内外机器人发展现状机器人从20世纪50年代诞生以来，在短短的50多年里得到了迅速的发展，经历了第一代工业机器人的研究、实用化和普及，第二代感知功能机器人的研究、实用化，以及第三代智能机器人的研究等各个阶段。现代工业机器人起源于数控机床和远程控制器。1954年，美国GeorgeDevol首先把远程控制器的杆结构与数控铣床的伺服轴结合起来，研制出了第一台通用机械手。这种机械手可以通过让其沿一系列点运动，将运动位置以数字形式存储起来，动作执行时，使伺服系统驱动机械手各关节轴来再现这些位置，从而让机械手完成一些简单的工作。正是由于这个机械手具有了编程示教再现功能，因此许多人把它作为现代工业机器人产生的标志。在随后的生产应用中，为了适应各种不同用途需要，相继出现了直角坐标、关节坐标、极坐标等许多种不同结构的机器人。与第一代示教再现型机器人不同，第二代机器人是具有感觉功能的适应控制机器人。这种机器人带有传感器，能感知环境和对象的情况以控制自身动作的变化。在机器人视觉、触觉研究的同