毕业设计开题报告_四轴码垛机器人控制系统设计

2024-05-01

毕业设计开题报告_四轴码垛机器人控制系统设计（通用3篇）

篇1：毕业设计开题报告_四轴码垛机器人控制系统设计

幻灯片1

毕业设计开题报告

——四自由度码垛机器人控制系统设计

幻灯片2

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

幻灯片3 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。

幻灯片4 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。

幻灯片5

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

幻灯片6 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。



幻灯片7 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。

幻灯片8

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

幻灯片9 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

幻灯片10

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

幻灯片11 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

幻灯片12

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

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

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

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

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

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

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。..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。..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。..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。..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。

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。

篇2：毕业设计开题报告_四轴码垛机器人控制系统设计

开题报告

题目：__________________________ 院系：__________________________ 站点：__________________________ 专业：__________________________ 姓名：__________________________ 学号：__________________________ 指导教师：______________________

一、课题的目的及意义

本次毕业设计所从事的课题题目是基于VF的图书管理系统的设计与实现。课题的目的：应用当前高速发展的计算机技术，组建图书管理系统。

随着计算机及网络技术的飞速发展，Internet/Intranet应用在全球范围内日益普及，当今社会正快速向信息化社会前进，信息自动化的作用也越来越大。从而使我们从繁杂的事务中解放出来，提高了我们的工作效率。

图书馆作为一种信息资源的集散地，图书和用户借阅资料繁多，包含很多的信息数据的管理，现今，有很多的图书馆都是初步开始使用，甚至尚未使用计算机进行信息管理。根据调查得知，以前对图书信息管理的主要方式是基于文本、表格等纸介质的手工处理，对于图书借阅情况（如借书天数、超过限定借书时间的天数）的统计和核实等往往采用对借书卡的人工检查进行，对借阅者的借阅权限、以及借阅天数等用人工计算、手抄进行。数据信息处理工作量大，容易出错；由于数据繁多，容易丢失，且不易查找。总的来说，缺乏系统，规范的信息管理手段。尽管有的图书馆有计算机，但是尚未用于信息管理，没有发挥效力，资源闲置比较突出，这就是管理信息系统的开发的基本环境。

数据处理手工操作，工作量大，出错率高，出错后不易更改。图书馆采取手工方式对图书借阅情况进行人工管理，由于信息比较多，图书借阅信息的管理工作混乱而又复杂；一般借阅情况是记录在借书证上，图书的数目和内容记录在文件中，图书馆的工作人员和管理员也只是当时对图书信息比较清楚，时间一长，如再要进行查询，就得在众多的资料中翻阅、查找了，造成查询费时、费力；如要对很长时间以前的图书进行更改就更加困难了。

二、本课题在国内外的研究现状分析

目前大多数图书馆的借阅工作部分还是手工管理，工作效率很低，并且不能及时了解图书的种类和读者们比较需求的图书等，不能更好的适应当前读者的借阅要求。手工管理还存在许多弊端,由于不可避免的人为因素,造成数据的遗漏、误报等。计算机信息化管理有着储存量大，速度快等许多优点，提供给我们的处理信息及时快捷，因此我们利用计算机提供给我们的信息对读者们的借阅过程形成一整套动态的管理

三、本课题主要内容

建立图书管理系统，完成的主要功能有：

借书管理：完成读者借书这一业务流程。

还书管理：完成读者还书这一业务流程。

图书类别管理：完成图书的分类处理。

图书信息管理：完成图书信息的添加、修改、删除和查询处理。读者类别管理：完成读者管理的分类处理。

读者信息管理：完成读者信息的添加、修改、删除和查询处理。系统管理：完成系统管理员的添加和更改密码。

四、实现途径

应用Visual FoxPro 6.0建立数据库，实现本次系统开发。

五、进度计划：

1、确定题目，查看资料第1 周2、系统规划第2－3周3、系统的编制与调试第4－6周4、毕业论文框架的确定第7周5、毕业论文撰写、修改与确定第8－9周6、毕业设计的形式审查及改进、预答辩第10周报告人签名：

六、导师意见

篇3：毕业设计开题报告_四轴码垛机器人控制系统设计

码垛机器人属于新兴的科技产品, 可以有效的降低企业运营成本、提高生产效率、提高产品质量、提高服务质量、优化劳动力等, 其在企业生产中的广泛应用, 为企业的可持续发展提供了坚实的基础。工业码垛机器人的广泛运用标志着企业的自动化水平已经十分先进, 是企业的重要竞争力体现。而控制系统作为码垛机器人的核心, 是实现码垛机器人功能以及工作各项性能的前提和保障, 并且在很大程度上决定着码垛机器人的工作效率以及工作精度, 因为控制系统对码垛机器人来说相当于它的大脑, 支配着码垛机器人的各项功能和性能。本文主要对码垛机器人的控制系统设计进行了分析, 以为相关人士提供借鉴。

1 码垛机器人简述

在以往对码垛机器人的研究和经验分析的基础上, 本文认为一款优秀的码垛机器人应具有性能稳定、功能齐全、结构简单、操作简单、成本低廉、灵活等特点, 所以码垛机器人的具体设计指标有以下几个方面:

1.1 性能参数

码垛机器人的本身重量为1000 kg, 最大抓取物的重量为60 kg, 搬运速度为30 m/min, 码垛的速度为20次/min。

1.2 工作范围

码垛机器人的垂直作业高度2.5 m, 作业半径2.6 m。

1.3 误差要求

连续作业的时间不低于24 h, 连续作业的时间超过8 h的误差范围不得大于5 mm。

2 码垛机器人控制系统硬件设计

根据码垛机器人的工作要求和整体设计指标, 码垛机器人的控制系统应该满足以下几个要求:一是四轴能够自由的进行协调和控制, 能够实现稳定、高效作业;二是对控制参数以示数的方式表现出来, 以实现路径控制;三是具有良好的动态响应力和实时能力;四是稳定性、可靠性、安全性高;五是人机界面设计良好, 方便各项操作;六是硬件系统结构具有紧凑性和可扩展性[1]。

本文研究的码垛机器人以横河FA-M3 PLC作为其控制系统核心。横河FA-M3 PLC具有性能好、扩展能力强、功能全面、处理效率高等特点, 其能够实现示教、外围I/O量处理、伺服电机驱动等功能。码垛机器人的控制系统采用模块化设计, 根据作业需求不同采用不同的功能模块, 其主要模块有电源模块、通信模块、CPU控制模块、数字化模块、位置定义模块等[2]。码垛机器人的模块与模块之间有着紧密的联系, 如位置定义模块主要是根据CPU模块发出的信号脉冲来定义并生成位置和码垛机器人的运动轨迹, 根据脉冲串的数量来确定电机旋转的角度和旋转的速度。

值得一提的是码垛机器人的位置是整个作业中的重点, 一旦位置定义有误差, 则无法保证码垛机器人的工作效率和工作质量。本文研究的码垛机器人位置定义模块中具有32点位固定输入以及输出继电器, 将常用的位置控制参数固定在继电器中, 方便人员对其进行相关操作和位置的确定。位置定义模块有以下几个特点:一是高精度和高速的定位控制;二是位置功能丰富;三是具有脉冲计数器;四是可以通过位置模块的参数设定实现动作的测试和监测[3]。

3 码垛机器人软件系统设计

码垛机器人软件系统的设计是尤为关键的一环, 软件系统和硬件系统相互配合才能实现码垛机器人的各项功能, 而软件系统又是实现硬件系统功能的前提和基础, 所以软件系统对码垛机器人的功能实现、功能扩展、作业效果等都有重要的作用。根据码垛机器人的作业特点, 分析出码垛机器人的软件控制系统的架构。

在码垛机器人的软件结构中, 人机交互界面的设计和代码编写可采用触摸屏自带编写软件, 该软件的设计特点是简单易懂、操作简便, 适合于工业环境的码垛机器人设计, 设计成本低, 性能稳定可靠。设计的主要模块有初始化模块、监控模块、示教模块、文件处理模块、参数设置模块、位置控制模块、轨迹规划模块、速度控制模块、手动控制模块、原点搜索模块等[4]。

初始化模块的功能是负责码垛机器人整个控制系统的启动, 将所有程序初始化, 并检测各个模块是否正常, 是否能够进行正常的作业, 如果有的模块无法正常工作, 会给予相应的警示并对问题故障模块进行显示[5]。

监控模块的功能是监测码垛机器人的工作情况, 并显示出当前码垛机器人的工作状态。

示教模块的功能是生成码垛机器人位置参数, 形成指示的文件以供操作人员参考。

文件处理模块的功能是管理关于码垛机器人的所有文件, 如文件的查看、调用、修改、增加、删除等。

参数设置模块的功能是人员通过该模块实现码垛机器人的参数控制, 人员还可以通过该模块实现可调参数的设置和I/O系统的管理与设置。

(1) 位置控制模块的主要功能是帮助码垛机器人准确的定位;

(2) 轨迹规划模块的功能是完成机器人的各种轨迹规划;

(3) 速度控制模块的功能是对机器人的作业速度进行控制。

4 结束语

随着科学技术的进步, 码垛机器人的应用也越来越广泛, 将为企业带来巨大的经济效益。本文主要分析码垛机器人的控制系统设计, 研究了码垛机器人的软件和硬件系统的设计, 以期在未来能够设计出性能更高、安全性与稳定性更好的码垛机器人。

参考文献

[1]王靖, 李斌, 马书根, 等.模块化可变形机器人控制系统设计与变形方法研究[J].机器人, 2011, 28 (5) :457-462.