基于PLC的家用清掃機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計__開題報告

1、青島黃海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文開題報告題目名稱基于PLC的家用清掃機(jī)器人限制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及自動化學(xué)生姓名袁樹林學(xué)號1202111017指導(dǎo)教師朱青青職稱進(jìn)抽2021年12月28日本科畢業(yè)設(shè)計論文開題報告、選題依據(jù)包括：國內(nèi)外目前對該論題的研究現(xiàn)狀、水平及開展趨勢簡述;論文選題及論題的理論意義、現(xiàn)實(shí)意義及應(yīng)用價值；將在哪些方面有所進(jìn)展或突破及可能到達(dá)的水平等.1 、課題研究的背景及意義清潔機(jī)器人是效勞機(jī)器人的一種,所謂機(jī)器人是自動執(zhí)行作業(yè)的機(jī)械裝置.它既可以聽從人類指揮,也可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序,也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原那么綱領(lǐng)行動.它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工

2、作.世界各國尤其是西方興旺國家都在致力于研發(fā)和廣泛應(yīng)用機(jī)器人.目前,清潔機(jī)器人的普及度相當(dāng)高.隨著科學(xué)技術(shù)的開展與社會的進(jìn)步,人們越來越希望從繁瑣的日常生活中騰出時間來,因此,一款性價比足夠高的清潔機(jī)器人就顯得尤其重要.20世紀(jì)90年代,美國推出了清潔機(jī)器人RoboScrub,這一款機(jī)器人配備有激光導(dǎo)航系統(tǒng),采用的是超聲波來進(jìn)行測距和避障,用光碼條實(shí)現(xiàn)定位.2002年9月清潔機(jī)器人“Roomb臺在美國正式面市,它重約2kg,直徑為30英寸,具有極高的自主水平,可以在房間的任何角落進(jìn)行游走,靈巧地完成清潔工作.Roomba的動作雖說有點(diǎn)緩慢,但它卻具有更高的穩(wěn)定性和平安性.由于能夠在完成清潔工作

3、后自動切斷電源,所以可以在外出期間讓Roomba家進(jìn)行拖地.2002年10月1日,日本東芝公司與瑞典的拉克斯電子公司共同研發(fā)的清潔機(jī)器人“特里洛巴伊特上市銷售,“特里洛巴伊特主要是由拖地機(jī)械部件和超聲波傳感器所構(gòu)成的,在工作時可避開室內(nèi)擺放的所有家具用品.同時,最為出眾的局部是只要清潔機(jī)器人被帶著完成一次清潔工作后,它便可以按行走過的拖地線路進(jìn)行自動拖地.日本日立公司于2003年5月29日宣布,成功研發(fā)出了家用清潔機(jī)器人,它具有在房間自由行走并清掃衛(wèi)生的自律行走機(jī)器人.它的行走速度最快為40cm/s,它受遙控器以及機(jī)身按鈕進(jìn)行操作.它的主要特點(diǎn)是：在機(jī)身下設(shè)計了一個最大限度為5cm的可動吸塵孔

4、,以便能夠?qū)⒎块g角落清掃干凈.該機(jī)器人采用了螺旋式行走方式,從房間外圍開始進(jìn)行清掃,以便使工作更有效率.該公司還方案在清潔機(jī)器人機(jī)身上安裝CCDK機(jī),以便遠(yuǎn)程監(jiān)控.在國內(nèi),第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的家用清潔機(jī)器人于2006年1月16日誕生,它是由浙江大學(xué)流體傳動及限制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)是研制成功的.浙江大學(xué)提出了由超聲發(fā)射電路在單片機(jī)時序和多路選擇電路的限制下,發(fā)射出固定頻率的超聲波,其超聲頻率由超聲脈沖電路所決定,經(jīng)過反射后,被機(jī)器人所接受處理,作出相應(yīng)的直走、左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)的動作,為了使用方便及平安,制作方簡化了電源電路,減小了功耗,并著重了人性化和智能化的設(shè)計.2 、論文的理論意義和應(yīng)用價值本文將以

5、當(dāng)前熱門的家用清潔機(jī)器人為研究對象,將電子技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合,利用PLC限制機(jī)器人,使其完成他的工作.隨著計算機(jī)技術(shù)的開展和人工智能的進(jìn)步,大大促進(jìn)了機(jī)器人的開展,研發(fā)人員根據(jù)用途與工作環(huán)境的不同,將機(jī)器人設(shè)計成不同的結(jié)構(gòu)與外觀,以便能夠在不同的條件下出色的完成任務(wù),由此可以看出,機(jī)器人在生產(chǎn)建設(shè)與科研工作中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用.家庭清潔機(jī)器人將移動機(jī)器人技術(shù)和吸塵器技術(shù)有效地融合起來,實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)環(huán)境地面的半自動或全自動清潔,替代人們完成傳統(tǒng)繁重的人工清潔工作,近年來已受到國內(nèi)外研究人員的高度重視.作為智能移動機(jī)器人的一個特殊應(yīng)用,從技術(shù)方面上來說,家庭清潔機(jī)器人比擬具體地表達(dá)了移動機(jī)器人的

6、多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),具有較強(qiáng)的代表性.從市場前景角度講,家庭清潔機(jī)器人將大大降低勞動強(qiáng)度、提升勞動效率,適用于家庭和公共場館的室內(nèi)清潔.因此,開發(fā)自主智能吸塵器既具有科研上的挑戰(zhàn)性,又具有廣闊的市場前景.融合現(xiàn)代傳感器以及機(jī)器人領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù),本課題旨在開發(fā)一款價格廉價,全區(qū)域覆蓋,能夠充分滿足家庭需求且方便適用的智能家庭清潔機(jī)器人.使它可以替代傳統(tǒng)的家庭人工拖地方式,使家庭生活電氣化、智能化,使科技更好地為人類效勞.3 、課題研究進(jìn)展或突破及可能到達(dá)的水平的方面隨著現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的提升,機(jī)器人設(shè)計生產(chǎn)水平將得到進(jìn)一步的增強(qiáng),因此,當(dāng)前家庭清潔機(jī)器人應(yīng)當(dāng)開展的方面有：1提升運(yùn)動速度及精度,減小機(jī)身的重

7、量即占用空間,使家庭清潔機(jī)器人的機(jī)身功能部件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化以及模塊化,即可以將機(jī)器人的各個功能部件進(jìn)行拆分進(jìn)行更換,甚至可以組裝成具有不同功能機(jī)器人.2想法設(shè)法解決雜物收集后應(yīng)該如何處理的問題,隨著雜物收集得越多,反而會為家庭清潔機(jī)器人增重負(fù)擔(dān),從而增大它的工作功耗.3增設(shè)空氣凈化功能,在PM2.5嚴(yán)重超標(biāo)的情況下,能夠吸附空氣中的固體顆粒并對空氣進(jìn)行加濕或祛濕功能顯得尤為重要.4研發(fā)更多種類的傳感器以及檢測元器件,利用傳感器獲得工作對象周圍的環(huán)境位置信息,以便對運(yùn)動方式實(shí)現(xiàn)自動限制,做到真正的解放雙手.5盡可能的減小家庭清潔機(jī)器人的工作噪音,以便實(shí)現(xiàn)家庭清潔機(jī)器人的人工智能化.6解決家庭清潔機(jī)器

8、人的續(xù)航問題,盡可能的尋找到更好的能量來源.二、研究內(nèi)容1 .學(xué)術(shù)設(shè)想與思路；主要研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題(或技術(shù))(1)重點(diǎn)解決的問題清潔機(jī)器人路徑規(guī)劃問題；進(jìn)行程序流程圖的建立；單片機(jī)的組成、工作原理及其端口的應(yīng)用.(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)距離傳感器捕捉到信號的處理；單片機(jī)外圍電路設(shè)計及端口應(yīng)用；清潔機(jī)器人到達(dá)房間邊界問題的處理.能夠走遍房間的大局部空間,可以檢測出電池的電量并且能夠自主返回充電,同時要具有人性化的接口,便于操作和限制.3.本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果繪制單片機(jī)外圍電路原理圖；按限制要求,以三菱PLC為限制核心,給出該限制系統(tǒng)詳細(xì)的軟、硬件

9、設(shè)計方法；利用PROTUE歆件進(jìn)行仿真.2.擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)施方案及可行性分析(1)研究方法研究方法是利用創(chuàng)意之星模塊化機(jī)器人套件,在搭建一個家用清潔機(jī)器人的根底上,先根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行各個舵機(jī)的ID和屬性,再通過Northstar軟件進(jìn)行前進(jìn)、轉(zhuǎn)向步態(tài)編程,并將這些獨(dú)立的方程塊組合完成程序流程圖的建立,最后對程序進(jìn)行編譯并下載到控制器中,根據(jù)距離傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的前進(jìn)或轉(zhuǎn)向,并完成房間的清潔工作,這里主要研究機(jī)器人的運(yùn)動,對機(jī)器人如何清潔雜物不做詳細(xì)研究.(2)技術(shù)路線、實(shí)施方案利用三維建模軟件對家庭清潔機(jī)器人進(jìn)行三維建模.規(guī)劃清潔機(jī)器人的運(yùn)行路徑,并利用PROTUE建行

10、仿真.設(shè)計清潔機(jī)器人內(nèi)部清潔雜物結(jié)構(gòu),并仿真.(3)可行性分析能熟練的應(yīng)用Proe三維建模軟件對清潔機(jī)器人建模；根據(jù)PLC編程相關(guān)知識對清潔機(jī)器人的路徑進(jìn)行規(guī)劃,以及對避讓障礙物問題進(jìn)行分析,并且能利用PROTUE軟件對各構(gòu)件進(jìn)行仿真.三、研究方案及進(jìn)度安AE：起止時間主要內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)2021年12月14日-2021年12月28日查閱文獻(xiàn)資料,文獻(xiàn)綜述開題報告.兩周時間內(nèi),在查閱文獻(xiàn)、現(xiàn)場考察、廣泛調(diào)研后,獨(dú)立完成開題報告確定課題.2021年12月29日-2021年1月19日完成PLC對清掃機(jī)器人的運(yùn)動限制.確定設(shè)計方案并畫出系統(tǒng)框圖.2021年1月20日-2021年2月2日學(xué)習(xí)掌握二菱PLC

11、的基本編程.給出硬件設(shè)計框圖.2021年2月3日-2021年4月6日編寫出了該限制系統(tǒng)的程序.初步完成畢業(yè)設(shè)計相關(guān)內(nèi)容,并進(jìn)行中期檢查.2021年4月7日-2021年4月21日完善程序、禾【JPROTUES軟件,整理仿真結(jié)果和論文文檔.,完成論文初稿的書寫.2021年4月22日-2021年5月6日修改論文,繼續(xù)完善,準(zhǔn)備辯論.完成論文、順利通過辯論.四、主要參考文獻(xiàn):1董愛華.可編程限制器原理及應(yīng)用(第二版)M.北京：中國電力出版社,2021.12.2張鶴鳴.可編程限制器原理及應(yīng)用教程M.北京：北京大學(xué)出版社,2021.3羅偉,陶艷.PLC與電氣限制M.北京：中國電力出版社,2021.4陳蘇波

12、等.三菱PLC快速入門與實(shí)例提升M.北京：人民郵電出版社,2021.5廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2021.6趙淼,趙群飛,楊汝清等.基于PLC的防爆機(jī)器人限制系統(tǒng)設(shè)計J.機(jī)械,2004,31(01):37-39.7周大威,高學(xué)山,王炎等.全方位移動清掃機(jī)器人限制技術(shù)的研究J.高技術(shù)通訊,2021,10(06):65-67.8RenSheng-le.DevelopmentofPLC-basedTensionControlSystemJ.ChineseJournalofAeronautics20,2007：266-271.9宋章軍,陳懇,楊向東.基于紅外測距傳感器信息的通風(fēng)管道清掃機(jī)器人限制算法研究J,制造業(yè)自動化,2006,28(05):44-47.10鄧韶斌,