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本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告 論 文 題 目： 礦用多工位氣動機(jī)械手設(shè)計 學(xué) 院：  畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù) 1. 論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域； 2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題； 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）； 3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 2. 論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過； 3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。? 一、選題依據(jù) 1. 研究領(lǐng)域 礦機(jī)械設(shè)計、機(jī)電控制、氣壓傳動 2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 本設(shè)計是對現(xiàn)有的運(yùn)輸、夾持電動機(jī)械手優(yōu)化。著重于研究適用于礦井內(nèi)使用的多工位的氣動機(jī)械手。在遠(yuǎn)程使用機(jī)電裝置控制氣路，使氣成為主要動力用以驅(qū)動機(jī)械手運(yùn)動，具有替代人工，安全，高效，清潔的特點。在設(shè)計過程中，將主要給出機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)，控制等一系列的設(shè)計，并進(jìn)行模擬仿真，以驗證設(shè)計的可行性。 隨著社會與科技的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)自動化設(shè)備越來越廣泛應(yīng)用，其中機(jī)械手的誕生就是基于生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，是現(xiàn)代生產(chǎn)與科技應(yīng)用相結(jié)合形成的一個重要技術(shù)。工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用減輕了勞動強(qiáng)度、可提高產(chǎn)品加工精度、減少危險性生產(chǎn)由人工操作環(huán)節(jié)，尤其是在一些危險性大的行業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為實用。在機(jī)械行業(yè)中(鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配等)應(yīng)用也十分廣泛，如在柔性生產(chǎn)線中用氣動機(jī)械手來搬運(yùn)上下料材。機(jī)械零件的裝配生產(chǎn)線中，也利用機(jī)械手抓零件與另一零件裝配在一起。以上種種應(yīng)用極大的減輕了勞動強(qiáng)度、促進(jìn)安全生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量，適合現(xiàn)代化的生產(chǎn)趨勢，具有較強(qiáng)的生命力。 針對礦用設(shè)計氣動機(jī)械手，主要是考慮到礦井內(nèi)部充滿瓦斯等可燃性氣體，并且近幾年礦井坍塌及瓦斯爆炸事件頻繁發(fā)生，使得設(shè)計一種可以代替人工進(jìn)行井下工作的機(jī)械手成為大勢所趨。這類機(jī)械手通過控制通氣的時間長短，實現(xiàn)全方位的物品夾持與釋放。 這種全氣動的機(jī)械手可以幫助人們完成礦井下的一部分危險的工作，解放了一大批勞動力，把空氣做為它的主要驅(qū)動源，使得安全可靠，清潔無害成為了它的突出特點。并且多工位使得它可以一次完成多個工件的夾持與釋放，體現(xiàn)出了它的高效節(jié)能。將這類機(jī)械手運(yùn)用到礦井內(nèi)，必定可以實現(xiàn)更加自動化，安全化，綠色化的工業(yè)現(xiàn)代化。 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 目前廣泛使用的氣壓技術(shù)以壓縮空氣為介質(zhì)，具有安全、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、結(jié)構(gòu)簡單、較輕、體積小、節(jié)能、工作壽命長的特點，特別是對易于控制、易維護(hù)、無環(huán)境污染場合，因此氣動技術(shù)常作為機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)的首選。氣動機(jī)械手與其它控制方式的機(jī)械手相比，具有無污染、抗干擾性強(qiáng)、價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、功率體積比高等特點。在機(jī)械行業(yè)越來越多的自動化設(shè)備中采用了機(jī)械手，主要是液壓控制和氣壓控制兩種方式。其中氣動機(jī)械手以其取之不盡、用之不完的氣源，及較低的生產(chǎn)成本受用戶喜愛，各國對氣動機(jī)械手的研究越來越重視，現(xiàn)已發(fā)展成為滿足生產(chǎn)需要的一種重要的實用技術(shù)。 20 年來，氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛 應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠。氣動機(jī)械手柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求。微電子技術(shù)的引入，促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，也使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高。由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點，國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 我國的氣動行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。從 20 世紀(jì) 80 年代中期開始，氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá) 20%以上，高于中國機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、PLC 技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動技術(shù)已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。氣動技術(shù)及氣動機(jī)械手的發(fā)展過程氣動技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進(jìn)行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù)， 是實現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段之一。 大約開始于 1776 年，Johnwilkimson 發(fā)明能產(chǎn)生 1 個大氣壓左右壓力的空氣壓縮機(jī)。1880 年，人們第一次利用氣缸做成氣動剎車裝置，將它成功地用到火車的制動上。20 世紀(jì) 30 年代初，氣動技術(shù)成功地應(yīng)用于自動門的開閉及各種機(jī)械的輔助動作上。至 50 年代初，大多數(shù)氣壓元件從液壓元件改造或演變過來，體積很大。60 年代開始構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng)，自成體系，不再與風(fēng)動技術(shù)相提并論。在 70 年代，由于氣動技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，在自動化控制領(lǐng)域得到廣泛的推廣。80 年代進(jìn)入氣動集成化、微型化的時代。90 年代至今，氣動技術(shù)突破了傳統(tǒng)的死區(qū)，經(jīng)歷著飛躍性的發(fā)展， 人們克服了氣壓閥的物理尺寸局限，真空技術(shù)日趨完美，高精度模塊化氣動機(jī)械手問世，智能氣動這一概念產(chǎn)生。氣動伺服定位技術(shù)使氣缸高速下實現(xiàn)任意點自動定位， 智能閥島的誕生十分理想地解決了整個自動生產(chǎn)線的分散與集中控制問題。90 年代初，由布魯塞爾皇家軍事學(xué)院 Bando 教授領(lǐng)導(dǎo)的綜合技術(shù)部開發(fā)研制的電子氣動機(jī)器人-“阿基里斯”六腳勘探員，是氣動技術(shù)、PLC 控制技術(shù)和傳感技術(shù)完美結(jié)合產(chǎn)生的“六足動物”，6 個腳中的每一個腳都有 3 個自由度，一個直線氣缸把腳提起、放下， 一個擺動馬達(dá)控制腳伸展/退回運(yùn)動，另一個擺動馬達(dá)則負(fù)責(zé)圍繞腳的軸心做旋轉(zhuǎn)之用。由漢諾威大學(xué)材料科學(xué)研究院設(shè)計的氣動攀墻機(jī)器人，它集遙感技術(shù)和真空技術(shù)于一體，成功地解決了垂直攀緣等視為危險工作的操作問題。 目前機(jī)械手的應(yīng)用，絕大多數(shù)應(yīng)用于搬運(yùn)類工作情況下。針對機(jī)械手的相關(guān)研究主要集中在以下幾個方面: （1） 模塊化（2）重復(fù)高精度（3）無給油化（4）機(jī)電一體化未來氣動機(jī)械手的應(yīng)用前景如下： (1) 氣動機(jī)械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)， 而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格將直線下降。 (2) 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如機(jī)械手執(zhí)行末端和手腕手臂等。 (3)氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化。器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)。大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (4)氣動機(jī)械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 (5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在氣動機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱氣動機(jī)械手。 (6)當(dāng)代遙控氣動機(jī)械手系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)， 使智能氣動機(jī)械手走出實驗室進(jìn)入實用化階段。 經(jīng)過調(diào)查與多本文獻(xiàn)的參考，氣動礦用機(jī)械手還沒有得到廣泛的應(yīng)用，可以說還是一個接近空白的領(lǐng)域，主要原因有以下幾點 (1)由于當(dāng)今進(jìn)入大工業(yè)時代的時間還不夠長，機(jī)械手還沒有普及到各行業(yè)，而礦井下空間狹小，不適合大型機(jī)械的安裝與工作，大大限制了礦用機(jī)械手的發(fā)展。 (2)氣體的可壓縮性強(qiáng)，氣壓傳動等不易控制。并且在氣路中，泄露的事件發(fā)生率較高。 (3)人們?nèi)匀粺嶂杂陔娏︱?qū)動，對于氣壓的新能源還不能夠在短時間內(nèi)接受。 正是由于這種針對礦井下氣動機(jī)械手的市場空白，使得本次設(shè)計在未來具有很好的發(fā)展前景，也會成為未來機(jī)械手的一種發(fā)展趨勢。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 (1) 氣動礦用機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計； (2) 基于宇龍控制系統(tǒng)仿真軟件，完成控制系統(tǒng)的設(shè)計與編程。2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） (1)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計； (2)確定控制對象的設(shè)計參數(shù)； (3)完成機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計； (4)基于宇龍控制系統(tǒng)仿真軟件，完成控制系統(tǒng)的設(shè)計與編程； (5)繪制安裝接線圖； (6)氣動機(jī)械手總裝圖繪制； (7)完成相關(guān)外文文獻(xiàn)的翻譯。 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 (1)完成并繪制礦用氣動機(jī)械手主要結(jié)構(gòu)圖； (2)基于宇龍仿真的控制系統(tǒng)的設(shè)計以及調(diào)試； (3)運(yùn)用三維制圖軟件對機(jī)械手設(shè)計進(jìn)行建模； (4)編寫 10000 字以上的說明書。 三、論文（設(shè)計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)） （1） 通過理論設(shè)計，完成礦用氣動機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計并繪制圖紙 通過使用宇龍仿真軟件，控制氣動機(jī)械手完成其預(yù)期工作 （2） 設(shè)計參數(shù) 最大工作半徑:1000mm 回轉(zhuǎn)范圍: 0-180° 2. 論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃 （1）氣動礦用機(jī)械手相關(guān)資料查詢并進(jìn)行總體構(gòu)想 第 1—2 周 （2）完成一篇外文文獻(xiàn)翻譯并完成開題報告 第 3—4 周 （3）總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計及結(jié)構(gòu)圖完成 第 5—6 周 （4）電氣元件的選擇及電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 第 7—8 周 （5）基于宇龍仿真軟件的控制系統(tǒng)的設(shè)計與編程 第 9 周 （6）設(shè)計大體完成并撰寫說明書 第 10 周 （7）完成設(shè)計說明書，交導(dǎo)師審閱修改 第 11—12 周 （8）設(shè)計完成，答辯 第 13—14 周 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) [01] 德伯特,斯托爾著. 氣動技術(shù)低成本綜合自動化[M]. 李寶仁,譯.機(jī)械工業(yè)出版社,1999; [02] 王田苗,丑武勝. 機(jī)電控制基礎(chǔ)理論及應(yīng)用[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2003:第二版; [03] 鮑燕偉,吳玉蘭. 一種通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計[J]. 機(jī)床與液壓,2006:9,25~27; [04] 張萍萍. 基于PLC 的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計[D]. 西安:電子科技大學(xué),2013:1~83; [05] 高凌云. 基于PLC 的氣動自動生產(chǎn)線的研究[D]. 成都:西南石油大學(xué),2011: 1~78; [06] 王雄耀. 近代氣動機(jī)械手的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 液壓氣動與密封 1999:5,13~16; [07] 汪歡歡,胡國清,周青輝. 基于 PLC 的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計研究[J]. 液壓與氣動. 2012:9,38~40; [08] 謝靖,谷敏. 氣動機(jī)械手PLC 電路的設(shè)計淺析[J]. 電子測試. 2017:4,28~29; [09] 趙彤. 氣動技術(shù)的發(fā)展及在新領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 液壓氣動與密封. 2004:5,35~37; [10] 胡志剛. 基于S7-200 PLC 的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 機(jī)械工程師. 2014:3,120~121; [11] 林立仁. 基于 PLC 氣動式機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器. 2015:11,59~61; [12] 成經(jīng)平,孫穎. 氣動搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計及其應(yīng)用[J]. 湖北理工工學(xué)院學(xué)報. 2016:05,1~3; [13] Zhi-li Zhao, Zhi-cheng Qiu,Xian-min Zhang,Jian-da Han. 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Positional control pneumatic manipulators for construction tasks. 2002:9,655~665; 附：文獻(xiàn)綜述或報告 文獻(xiàn)綜述 機(jī)械手是在智能物流裝備中被廣泛應(yīng)用的一種工業(yè)自動化產(chǎn)品,其主要功能是抓取工件并搬運(yùn)到生產(chǎn)線上。氣動搬運(yùn)機(jī)械手作為一種典型的機(jī)電一體化裝置，其優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、成本低、節(jié)能環(huán)保等，它的出現(xiàn)將產(chǎn)品的機(jī)械化大生產(chǎn)推向了又一個新的高度。機(jī)械手能代替人類做很多事情,有的是人類能完成但比較枯燥或勞動強(qiáng)度特別大的，也有的是比較危險的，如高溫、高壓的惡劣環(huán)境。氣動機(jī)械手的應(yīng)用愈來愈廣泛，目前多數(shù)應(yīng)用在物料等輸送過程中，主要是在有關(guān)機(jī)械的零部件生產(chǎn)中負(fù)責(zé)裝卸、搬運(yùn)所要加工的毛坯或成品。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、適用性強(qiáng)，適合中、小批量生產(chǎn)。 傳統(tǒng)機(jī)器人的自動定位一直是依靠何服電機(jī)、步進(jìn)馬達(dá)或液壓伺服定位系統(tǒng)來完成的,而 Tron-X 電子氣動機(jī)器人應(yīng)用的則是 SPC-100 氣動伺服定位系統(tǒng)。通過查閱資料可知,在氣動伺服閉環(huán)定位系統(tǒng)的控制下，它的運(yùn)行速度在 5m/s 的情況下，定位精度可達(dá)士 0.1- 0.2，盡管它的精度比起伺服電機(jī)和步進(jìn)馬達(dá)要差一個等級,但它結(jié)構(gòu)簡單,速度高,抗環(huán)境污染及抗千擾性強(qiáng),價格要比伺服電機(jī)和步進(jìn)馬達(dá)便宜得多。因此,氣動伺服定位技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn),便受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視,同時為氣動機(jī)器人、氣動機(jī)械手大規(guī)模進(jìn)入工業(yè)自動化領(lǐng)域開辟了十分寬廣的前景?！?】 氣動技術(shù) 氣動技術(shù)被稱為工業(yè)自動化的“肌肉”，其應(yīng)用靈活，夾持工件的重量越來越重，在各種機(jī)械加工行業(yè)和制造行業(yè)中，尤其在有毒的環(huán)境下作業(yè)等其應(yīng)用程序越來越受重視，并得到相應(yīng)廣泛使用。隨著科技不斷日新月異發(fā)展，自動化控制技術(shù)也不斷更新，在微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等技術(shù)的迅猛發(fā)展形勢下，氣動技術(shù)不斷技術(shù)創(chuàng)新， 以工程實際應(yīng)用為目標(biāo)，不斷取得巨大的進(jìn)步【4】。在煤礦開采的礦井中，氣動機(jī)械手可搬運(yùn)輕小的貨物，原因是全氣動可避免密閉礦井中因甲烷濃度過高使電火花引起爆炸的風(fēng)險。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看，近 30 多年來氣動行業(yè)發(fā)展很快。20 世紀(jì) 70 年代液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為 9:1,而 30 多年后的今天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國家，該比例已達(dá)到 6:4,甚至接近 5:5【6】。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷應(yīng)用、電子技術(shù)不斷精細(xì)化、更多的高技術(shù)附加于機(jī)械手， 促進(jìn)機(jī)械手的智能化水平更高，完成人類許多工作。作為機(jī)械制造行業(yè)的柔性制造生產(chǎn)將更大范圍應(yīng)用，比如上海摩恩電氣公司新開工的廠區(qū)均引入了最先進(jìn)的生產(chǎn)線， 原來十個人的生產(chǎn)線現(xiàn)只需要二人，大量減少了人力。 氣動驅(qū)動元件： (1) 普通氣缸 普通氣缸由缸筒，前后缸蓋，活塞，活塞桿，密封件和緊固件等零件組成 (2) 無桿氣缸 無桿氣缸沒有普通氣缸的剛性活塞桿，它利用活塞直接或間接地實現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動。行程為 L 的有活塞桿氣缸，沿行程方向的實際占有安裝空間約為 2.2L。沒有活塞桿， 則占有安裝空間僅為 1.2L，且行程缸徑比可達(dá) 50~ 100。沒有活塞桿，還能避免由于活塞桿及桿密封圈的損傷而帶來的故障。而且由于沒有活塞桿，活塞兩側(cè)受壓面積相等雙向行程具有同樣的推力有利于提高定位精度。這種氣缸的最適用于小缸徑、長行程的場合，最大優(yōu)點是節(jié)省了安裝空間。 (3) 擺動氣缸 擺動氣缸是出力軸被限制在某個角度內(nèi)做往復(fù)擺動的一種氣缸，又稱為旋轉(zhuǎn)氣缸。擺動氣缸目前在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，多用于安裝位置受到限制或轉(zhuǎn)動角度小于 360 的回轉(zhuǎn)工作部件，其動作原理也是將壓縮空的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。常用的擺動氣缸的最大擺動角度分為 90°、180°、270° 三種規(guī)格。 (4) 氣爪 氣爪能實現(xiàn)各種抓取功能，是現(xiàn)代氣動機(jī)械手的關(guān)鍵部件。【6】 PLC 的發(fā)展及其功用 PLC 是微型計算機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機(jī)。以前所用的繼電接觸器控制系統(tǒng)，以繼電器簡單、實用而廣泛使用，但因設(shè)備體積龐大、動作慢、功能少，難以實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的控制，特別是在工藝發(fā)生變化時，需要重新設(shè)計、布線、裝配與調(diào)試。軟件設(shè)計主要指以生產(chǎn)工藝要求和現(xiàn)場信號與 PLC 編程元件的對照表為依據(jù)，根據(jù)程序設(shè)計思想，繪出流程圖，然后以編程指令為基礎(chǔ)，畫出程序梯形圖，編寫程序注釋【10】。 PLC 控制成本相對較低，采用高速的氣缸構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線上工件的自動裝卸。基于氣動機(jī)械手 PLC 電路的程序特點，能夠借助模塊化設(shè)計理念,將氣動機(jī)械手PLC 電路程序設(shè)計為手動程度與自動程序,在程序編程的過程中，需要科學(xué)設(shè)計條件跳轉(zhuǎn)指令,實現(xiàn)合理選擇,提升編程的效率,保證氣動機(jī)械手運(yùn)行的運(yùn)行效率，真正發(fā) 揮氣動機(jī)械手 PLC 電路程序設(shè)計的價值。 自 80 年代以來工業(yè)控制軟件隨著 PC 機(jī)的發(fā)展獲得了空前發(fā)展，主要有人機(jī)界面軟件、基于 PC 的控制的軟件及生產(chǎn)管理軟件等。前些年國外的應(yīng)用軟件占壟斷地位， 經(jīng)一些年的研究開發(fā)部分軟件具有了自主知識產(chǎn)權(quán)，如實時監(jiān)控軟件、先進(jìn)的控制軟件、過程優(yōu)化軟件等。應(yīng)用于化工、工業(yè)控制等產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 我國在 70 年代中期開始引進(jìn) PLC 技術(shù)，發(fā)展到現(xiàn)在可以生產(chǎn)一些小中型產(chǎn)品。在產(chǎn)品的發(fā)展上隨著計算機(jī)技術(shù)發(fā)展會有更多成果應(yīng)用于 PLC 上，甚至部分學(xué)者認(rèn)為可能會被計算機(jī)所取代【7】。 PLC 硬件主要由中央處理單元 CPU、存儲器、輸入輸出接口、電源、I/O 擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口、編程器等幾個主要部分構(gòu)成。 (1) CPU CPU 作為整個 PLC 的核心，起著總指揮的作用，是 PLC 的運(yùn)算和控制中心。它的主要任務(wù)是: 1 診斷 PLC 電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤； 2 采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中的錯誤; 3 在運(yùn)行狀態(tài)時，編譯解釋后完成各種運(yùn)算和操作，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果存儲相應(yīng)數(shù)據(jù)， 并更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容; (2) 存儲器 用以存放系統(tǒng)程序。另外 PLC 內(nèi)部的存儲器有兩類:一類是系統(tǒng)程序存儲器，另一類是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū); (3) 輸入輸出接口 輸入接口通過光電耦合器件連接PLC 的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設(shè)備(如限位開關(guān)、操作按鈕、光電開關(guān)、溫度開關(guān)等)的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成 CPU 所能接受和處理的數(shù)字信號?！?1】 隨著 PLC 的推廣與普及，其產(chǎn)品與數(shù)量越來越多，功能也日趨完善。不同系列、不同型號的 PLC 其結(jié)構(gòu)形式、性能、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等不盡相同，根據(jù)不同的場合各有側(cè)重。因此選擇硬件時主要從以下幾方面考慮: 1、PLC 機(jī)型選擇: 主要從結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一、功能與任務(wù)相適應(yīng)、響應(yīng)速度等方面進(jìn)行考慮; 2、PLC 容量選擇: 1) I/O 點數(shù)選擇 根據(jù)被控對象的輸入輸出設(shè)備對所需要的輸入輸出點數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，開關(guān)量輸入點與輸出點之比一般可按 3:2 估算。在滿足要求的前提下盡量使用最少的 I/O 點，但要留一定的余量(通常是所用總點數(shù)的 15%左右)。 (2) 存儲內(nèi)容估算 用戶程序所需要的存儲容量不僅與 PLC 系統(tǒng)的輸入與輸出點數(shù)、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)、控制要求等有關(guān)，且與功能實現(xiàn)方法、程序編寫水平有關(guān)。通常采用經(jīng)驗估算法來統(tǒng)計所需程序容量：存儲容量(字節(jié))= 開關(guān) I/O 點數(shù)×10+模擬量 I/O 通道數(shù) × 100?！?】 在應(yīng)用 PLC 技術(shù)編程時注意以下幾點:其一是認(rèn)真分析氣動機(jī)械手控制要求，用功能流程圖的形式表示程序設(shè)計思想，為編程做準(zhǔn)備；其二是根據(jù)現(xiàn)場信號與 PLC 外部電路接線、流程圖進(jìn)行程序編制；其三是嚴(yán)格遵守梯形圖、指令語句表的格式規(guī)則、編寫程序。 經(jīng)過對多部文獻(xiàn)的參考閱讀，本次的礦用氣動機(jī)械手是以氣動技術(shù)為主，以機(jī)械結(jié)構(gòu)，控制手段，傳感技術(shù)等為輔的機(jī)電氣一體化的機(jī)電產(chǎn)品，能夠跟好的適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展的工業(yè)需求，更好的解決在生產(chǎn)過程中的安全，便利等問題，具有良好的發(fā)展前景。 指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評閱） 簽字： 年 月 日 審 核 教研室主任意見 意 見 簽字： 年 月 日 學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見 簽字： 年 月 日公章：