=本科生畢業設計開題報告題目液控分揀機械手控制系統設計院系機械工程學院專業機械設計制造及其自動化年級2021級學生姓名徐文軍學號190802000204指導教師俞學蘭教務處制2024年10月8日1國內外研究現狀隨著科學技術水平的提高，機械臂逐漸代替人力應用于工業生產中，實現貨物的裝卸、搬運及分揀等工作，以液壓為驅動力，通過PLC控制程序實現對機械手的運動控制，完成生產線中物料的自動分揀，其應用大幅降低了人工勞動強度，提高了生產效率。通過本設計，學生翻閱和查找相關設計手冊和資料，應用本科階段所學的相關專業知識，熟悉控制系統設計流程，進行信息加工和處理，確定控制要求，擬定控制方案，進行控制系統硬件、軟件設計與仿真，提高學生解決實際問題的能力以及分析問題、繪圖等能力，進一步培養學生工程意識和創新意識，達到對本專業學生綜合訓練的目的。在機械手研究方面，張得元等（2024）面向采摘機械手無碰撞運動的控制策略研究，提出了一種改進的自適應權重粒子群優化算法來規劃采摘機械手的運動路徑，保證荔枝采摘機械手的采摘成功率REF_Ref179540325\r\h[1]。劉家東等（2024）融合BlendMask的機械手臂抓取位姿估計模型，針對復雜場景抓取位姿估計速度慢、精度低的問題，設計了一種端到端的機械手臂抓取位姿估計深度模型GPNet，提升抓取位姿估計速度；其次采用霍夫投票獲取抓取中心及主方向，提高了2D抓取位姿估計的精度與魯棒性REF_Ref179540334\r\h[2]。羅永洪等（2024）通過對智能化全自動機械手數控上料機的設計需求、整體設計、關鍵技術問題以及制造與實驗驗證進行深入研究，設備的精度要求、控制系統的穩定性、傳感器的靈敏度以及機械手的靈活性等，得到可靠的機械手REF_Ref179540292\r\h[3]。在液壓系統研究方面，楊麗梅等（2023）研究了車床上下料液壓機械手的設計，利用PLC對液壓傳動系統的電磁閥以及電機的轉動進行控制，提高了車床上下料機械手的工作效率和控制精度REF_Ref179540292\r\h[4]。葉青青等（2023）基于PLC控制，模擬液壓機械手的動作過程，實現了液壓機械手的伸縮、升降、抓取。通過分析機械手運動過程與液壓缸行程，設計了機械手的控制系統，證明，系統運行穩定，精度得到提升，能夠實現機械手的上升、前伸、抓取、回轉、下降、松開、復位等多個動作流程，基本滿足機械手液壓系統控制要求，具有較高的應用價值REF_Ref179540308\r\h[5]。萬子剛等（2020）針對二自由度并聯液壓機械手控制系統容易受到外界干擾問題，采用差分進化算法和前饋補償控制方法,能夠抑制外界信號波的干擾,提高二自由度并聯液壓機械手的跟蹤精度,其控制效果較好REF_Ref21816\r\h[6]。在控制系統研究方面，尹山玲等（2024）結合PLC、機械手和各類元器件的控制系統從硬件和軟件兩部分進行了設計，通過仿真驗證了控制系統方案設計的可行性，結果表明設計的機械手可以較好地完成物料搬運工作REF_Ref179540349\r\h[7]。郭婷婷等（2024）基于PLC控制系統的油田修井作業移運油管機械手設計，通過分析機械手的動作流程，確定了該機械手控制系統所需的輸入/輸出點數以及PLC的硬件型號，完成了I/O地址的配置，并設計了PLC的接線原理圖和控制程序，解決機械手抓取油管的難題REF_Ref179540361\r\h[8]。蒲維杰（2024）提出了一種基于PLC（可編程邏輯控制器）的果蔬采摘機械手系統，以PLC控制器為核心，利用程序命令控制機械手的移動、夾持、切割等操作，通過技術手段提高果蔬采摘的效率和及時性REF_Ref179540349\r\h[9]。總體來看，國內研究相對較晚，但發展迅速，研究方向主要集中在液壓系統設計、控制算法和實驗驗證等方面。仍然存在一些不足之處，如可能有控制精度有限、響應速度不夠快、對復雜形狀物體分揀能力差、易受液體性能變化影響、系統穩定性不足等問題。國外在液控分揀機械手控制系統設計領域的研究主要聚焦于先進控制算法的應用、液壓系統的優化設計以及系統的智能化與自主化研究等方面。MeassonY等（2003）公司CEA與CYBERNETIX和IFREMER合作開發了先進的液壓機器人MAESTRO。為了避免以前的問題，已經開發了力和混合控制。使用“壓力”控制伺服閥代替標準的“流量”控制伺服閥（MAESTRO的標準配置）可以真正簡化控制回路。在力控制模式下，不需要更多的壓力傳感器來監控液壓\o"LearnmoreaboutjointfromScienceDirect'sAI-generatedTopicPages"接頭，使用這種閥門可以大大提高安全性。法國公司IN-LHC設計和制造了一款伺服閥原型，該原型適合Maestro機械臂的性能和空間限制。這款新產品的特征是在模型上制作的，并且這些原型的一組集成在Maestro奴隸手臂中。對兩種驅動技術進行了比較，結果表明壓力伺服閥的性能使其適用于一般應用REF_Ref21939\r\h[10]。MattilaJ等（2017）介紹液壓機器人機械手的工作原理和特點，如高功率密度、精確的力控制等。闡述液壓系統在機器人機械手應用中的優勢和挑戰。分析現有的液壓機器人機械手控制方法，如傳統的PID控制、先進的自適應控制、模糊控制、神經網絡控制等。列舉液壓機器人機械手在工業制造、醫療衛生、科學研究等領域的具體應用案例。預測未來液壓機器人機械手將更加智能化，采用人工智能技術實現自主決策和優化控制。強調多傳感器融合在液壓機器人機械手控制中的重要性，如力傳感器、位置傳感器、視覺傳感器等REF_Ref14251\r\h[11]。為相關領域的研究和應用提供了有價值的參考。2研究意義及應用前景隨著我國經濟的快速發展，制造業對自動化程度的要求越來越高，自動化物流系統在制造業中的應用也越來越廣泛。對比傳統制造業，液壓分揀機械手在現代制造業自動化物流系統中能極大的提高分揀自動化程度，提升效率。還能降低人工成本，減少人工分揀誤差，提高經濟效益。同時能在惡劣環境下工作，保障人員安全。液控分揀機械手作為一種重要的自動化設備，在現代工業生產中發揮著越來越重要的作用。我國是制造業大國，在汽車制造、電子設備制造、機械加工等眾多領域，產品的分揀和組裝工作非常頻繁且工作量巨大。液控分揀機械手能夠快速、準確地完成對零件、產品的分揀和搬運工作，可大大縮短生產周期，提高生產線的整體效率。隨著電商的快速發展，我國物流行業的業務量急劇增長，包裹的分揀任務繁重。液控分揀機械手控制系統可以高效地對大量的包裹、郵件等進行分類和分揀，能夠應對物流高峰期的巨大分揀壓力，提高物流的配送速度和準確性。無論是制造業領域還是物流行業領域，液控分揀機械手在我國仍然具有非常廣闊的應用前景。主要參考文獻張得元,馬黎,汪強.面向采摘機械手無碰撞運動的控制策略研究[J/OL].機械設計與制造:1-9[2024-10-30]./10.19356/ki.1001-3997.20240913.023.劉家東,費博文,萬子豪,等.融合BlendMask的機械手臂抓取位姿估計模型[J].機電工程技術,2024,53(06):74-78+118.羅永洪,占林林,周林玉,等.基于智能化全自動機械手數控上料機的設計與制造[J].內燃機與配件,2024,(15):55-57.DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2024.15.032.楊麗梅,李鵬祥,張春蘭,等.車床上下料液壓機械手的設計[J].南方農機,2023,54(21):41-43.葉青青.一種基于PLC控制的機械手液壓系統設計[J].電子制作,2023,31(14):17-20.DOI:10.16589/11-3571/tn.2023.14.012.萬子剛,張進.基于優化位姿控制的并聯液壓機械手跟蹤控制研究[J].機床與液壓,2020,48(21):57-61+44.尹山玲,邊匯豐,盧超.基于PLC的機械手控制系統設計[J].船電技術,2024,44(10):23-26.DOI:10.13632/j.meee.2024.10.004.郭婷婷.基于PLC控制系統的油田修井作業移運油管機械手設計研究[J].自動化應用,2024,65(15):101-103+106.DOI:10.19769/j.zdhy.2024.15.027.[9]蒲維杰.基于PLC的果蔬采摘機械手系統控制設計[J].南方農機,2024,55(07):66-69.[10]MeassonY,DavidO,LouveauF,etal.Technologyandcontrolforhydraulicmanipulators[J].Fusionengineeringanddesign,2003,69(1-4):129-134.[11]MattilaJ,Koivum?kiJ,CaldwellDG,etal.Asurveyoncontrolofhydraulicroboticmanipulatorswithprojectiontofuturetrends[J].iEeE/ASMETransactionsonMechatronics,2017,22(2):669-680.[12]MattilaJ,VirvaloT.Energy-efficientmotioncontrolofahydraulicmanipulator[C]//Proceedings2000ICRA.MillenniumConference.IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation.SymposiaProceedings(Cat.No.00CH37065).IEEE,2000,3:3000-3006.

1研究內容本文主要研究液控分揀機械手的工作原理與結構分析、液控系統設計、控制系統設計、實驗驗證等。2研究方案2.1研究方法。2.2技術路線3可行性分析3.1研究基礎，為本研究提供理論支持和參考依據。運用所學的知識包括機械原理、機械設計、液壓傳動知識、控制理論、計算機編程。3.2工作條件青海大學機械工程學院有先進的實驗室設備，配備了完整實驗室和金工實習車間，實驗室涵蓋計算機、傳感器設備和控制設備等，能滿足課題研究的硬件需求。學院圖書館藏書豐富，涵蓋大量國內外機械工程領域前沿學術文獻資料，為學生查閱參考、獲取新知提供了極大的便利，對于解決論文寫作過程中的難題矛盾。綜上所述，本課題研究既有扎實的理論基礎，又具備良好的工作條件，是可行的。4特色與創新之處無5進度安排2024年09月01日~10月15日完成師生雙選后下達設計任務，查閱資料，開題報告撰寫，完成開題；

2024年10月16日~10月31日擬定液控分揀機械手結構方案

2024年11月01日~11月30日分析液控分揀機械手工作過程，明確控制具體要求

2024年12月01日~12月30日熟悉各種不同控制方式，選擇合適的控制方案

2025年01月01日~02月28日外文原文翻譯、熟悉硬件、軟件設計相關的