数控机床上下料机器人总体及控制系统设计(PLC,MATLAB)

数控机床上下料机器人总体及控制系统设计(PLC,MATLAB)(任务书,开题报告,论文13000字,PLC程序,MATLAB程序)
摘  要
工业机械手能实现自动定位控制,并且它可以通过编程实现多功能转换及调节。随着工业的发展，自动化越来越高。工业机械手已经成为工业上必不可少的工具。
本文以工业自动化生产中应用广泛的工业机械手为设计背景,来设计数控机床上下料机器人。工业机器人的结构多种多样，主要有直角、圆柱、关节和极坐标形式。可以使用电机驱动，也可以采用液压和气压传动。随着传感器技术的快速发展，工业机器人的检测与控制精度越来越高。控制器的发展使其功能越来越强。能够实现对机器人的准确控制。
本文根据上下料机器人的工作流程和控制要求，通过对其机械结构的简单设计。采用圆柱坐标形式。对机械手运动学分析。并进行Matlab仿真，完成了对驱动系统的总体设计，采用电机驱动与气压相结合，设计交流电机位置伺服控制系统。编写PLC控制程序，并进行调试。
本次毕业设计设计了一种适用于某一特定加工工序的机器人，主要侧重于设计上下料机器人的驱动系统和控制系统。
关键词：上下料机器人，驱动系统，控制系统，PLC, Matlab仿真
 

[资料来源：http://www.doc163.com]

Abstract
Manipulator is a kind of automatic positioning control and can be programmed to achieve multi-functional conversion and adjustment of the machine. With the rapid development of industry, automation is becoming higher and higher, the industrial manipulator has become an indispensable tool in the industry.
This paper takes the manipulator which is widely used in the industrial automation production as the background, to design the loading and unloading manipulator on the CNC machine tools. The structure of the robot is varied with rectangular ，cylindrical, joint and polar coordinates forms. Drive mode can be motor and also be used in hydraulic and pneumatic transmission. With the development of sensor, the precision of the detection and control of the robot is higher and higher. The rapid development of controller makes its function stronger and stronger, can achieve many complex motion controls, and can realize the accurate control of the robot.
According to the working process and control requirements of the robot, by the simple design of the mechanical structure, choose the cylindrical coordinates, complete the kinematic analysis of the manipulator, and make the MATLAB simulation; complete the overall design of the driving system, driven by the motor combined with pneumatic, design the AC motor position servo control system; make the PLC control program and debug.

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Key Words：loading and unloading robot, Driving system, Control system, PLC, Matlab simulation
 
1.3 设计内容及目标
1.3.1设计内容
设计要求：基于圆柱坐标形式，设计一种上下料机器人，并对其进行总体和控制系统设计。包括机器人的总体结构布置，运动控制方式，驱动方式（液压/气压）和控制系统方案（PLC或单片机）进行设计，并对机器人控制系统进行Matlab仿真及编程实现。
技术参数：1.夹持器承载能力：10Kg
2.X或Z最大线位移：150mm
3.最大角位移：A=90°，B=120°，C=180°
4.角位移速度范围：1.36-120°/s
5.线位移速度范围：0.008-0.5m/s
6.手臂最大伸程：650mm
7.夹持力：350-550N
8.自由度4-6个
基于以上设计要求和技术参数，根据工作流程和运动要求，进行总体结构设计，然后设计机器人的驱动系统，并进行控制系统设计，编写控制程序，并且对机器人进行仿真。
1.3.2设计目标
设计出适用于在某一特定加工工序下使用的机器人，进行数控机床的自动上下料，完成这一特定的加工工序。完成机器人驱动系统和控制系统的设计。最终，能够通过控制程序驱动机器人对数控机床进行上下料操作。 [来源：http://Doc163.com]
 

目  录
摘要    1
Abstract    1
第1章 绪论    1
1.1 研究的目的及意义    1
1.2 国内外研究现状    1
1.2.1 国外研究现状    1
1.2.2 国内研究现状    2
1.3 研究内容及研究目标    3
1.3.1 研究内容    3
1.3.2 研究目标    3
第2章 上下料机器人总体结构设计方案    3
2.1 上下料机器人总体结构布置自由度分配    3
2.2 机械与传动结构设计    5
2.2.1 底座结构设计    5
2.2.2 手臂结构设计    5
2.2.3 手爪结构设计    5
第3章 上下料机器人运动学分析    6

3.1 机器人运动学模型的建立    6
3.2 基于Robotics Toolbox的机器人运动学仿真    9
3.3 机器人路径规划    12
第4章 上下料机器人驱动系统设计    13
4.1 机器人驱动方式    13
4.2 电机驱动系统设计    14
4.2.1 电机和减速器选型    14
4.2.2 传感器的选型    15
4.2.3 伺服驱动系统设计    16
4.3 气动系统设计    18
4.3.1 手爪夹紧力与驱动力计算    18
4.3.2 手爪气缸的选型    19
4.3.3 手爪气动系统设计    19
4.3.4 手腕气动系统设计    20
第5章 上下料机器人PLC控制系统设计    20
5.1 机器人控制器选型    20
5.2 PLC控制器I/O口设计    21
5.3 PLC控制程序设计    22
5.3.1 主程序设计    22
5.3.2 手动程序设计    23 [资料来源：http://doc163.com]
5.3.3 自动程序设计    23
5.4 PLC程序调试    24
第6章 结论    27
6.1 毕业设计任务总结    27
6.2 展望    27
参考文献    28
致谢    30
附录    31