开  题  报  告

1、毕业设计（论文）题目的来源，理论或实际应用意义。

当今社会对生产线的自动化要求越来越高，比如，在汽车行业，许多汽车零部件体积庞大，结构复杂，如果用人力来焊接、安装、检测这些部件，不仅效率低下，而且工作质量难以保证；又如，在食品加工业，人们对食品卫生的要求越来越高，而在加工过程的每个环节，人的参与将不可避免的对食品带来污染，近年来出现的多次外贸食品安全问题就是一个佐证。针对这些问题，需要设计并采用智能机器人来代替人的工作，智能机器人具有工作效率高、节约成本等特点，在工业生产中采用智能机器人代替人的工作已经逐渐成为一种趋势。

随着“工业4.0”和“中国制造2025”全面推进，中国逐渐走向智能化生产，现如今智能被应用在各个领域，尤其是在工厂生产方面应用尤为广泛，以往的工厂在生产后的分拣工作都是依靠人工来完成，但是人工分拣存在着用工荒、误差大、效率低等一些难题，相对于人工分拣来讲，智能的视觉分拣系统可以快速、准确地分拣形状不同的零件，或者分拣带有不同条形码的产品，将分拣出的零件或者产品准确地放在指定位置。此系统不仅节省了大量的人力，还大大提高了工厂的生产效率。因此，对工厂分拣进行开发与研究具有十分重要的经济意义与工程应用价值。

中小型工厂中视觉分拣相对于人工分拣来说，有无可比拟的优势。因此，设计一种视觉分拣系统成为中小型工厂中的需要，智能分拣可以提高生产的自动化程度，在国外一些发达国家，工厂分拣系统已经诞生并一直使用，已经成为一个技术较为成熟、商品化的设备，但价钱昂贵。在我国，视觉技术的应用起始于上世纪90年代，因为机器视觉行业本身就是属于新兴的领域，我国这方面的研究工作起步较晚，再加上对机器视觉产品技术的普及还不够，正处于发展阶段，导致工厂自动分拣的应用并不完善，这也是我国国情决定的。但由于我国发展迅速，目前国内许多大型工厂中已经有能力购买昂贵的分拣系统，但对于中小型工厂来说，资金一直是他们的最大难题，那么针对于这些问题，再加上减少工人的劳动强度来说，研究一种成本低适用性广的视觉分拣系统对于社会和国家具有重要的意义。

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2、题目主要内容及预期达到的目标。

本次设计主要是针对于中小型工厂中分拣系统进行设计，根据工厂的要求分拣形状不同的零件，或者分拣带有不同条形码的产品，若分拣形状不同的零件，当传送带上通过多种形状的零件时，零件经过相机会被采集图片，实时上传到上位机LabVIEW中，经过上位机LabVIEW比对，若零件形状与图像一相同，则给PLC一个驱动信号，驱动机械手将零件夹取到指定位置一中，若零件形状与图像二相同，则会驱动机械手夹取到位置二中，若零件形状与图像三相同，则会驱动机械手夹取到位置三中，若与三个图像比对结果都不同，则零件经过传送带传送到位置四中。同样道理，若分拣带有不同条形码的产品，通过相机采集条形码信息，若条形码序列号相同，则驱动机械手将零件夹取到指定位置。

达到的目标：1、能够对工厂中零件的位置进行检测和控制；2、上位机能够在短时间内识别需要分拣的零件；3、根据形状的不同或者条形码的不同将零件分拣到指定位置；4、上位机可以实时监控待检测零件或产品，并可以控制系统的启停。

3、拟采用哪些方法及手段。

视觉分拣系统的结构设计：

分拣系统的结构分为两大部分，第一部分是上位机监控界面，第二大部分是下位机加上相机、传送带、丝杠、步进电机、步进电机驱动器、减速电机等硬件组成了视觉分拣系统。硬件构造如图3.1所示。

图3.1硬件结构图

根据题目要求，有两种方案可以完成任务要求：

方案一：采用单片机作为主控制器，通过光电传感器对零件或产品进行定位，当零件或产品经过摄像头位置时，相机采集图像信息上传到上位机中，经过上位机进行比较分析，若比较结果相同，单片机驱动机械手部分的舵机转动，完成弯曲和夹取功能。若比较结果不同，则控制传送带转动，完成运送功能。机械手部分的三个舵机和步进电机都是由单片机I/O口输出PWM信号控制。

方案二：采用PLC作为主控制器，当零件或产品经过摄像头位置时，通过相机采集图像信息上传到上位机中，经过上位机软件进行比较分析，然后输出布尔型信号驱动机械手

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部分的舵机转动，完成弯曲和夹取功能，而驱动舵机的PWM信号是通过输出点Q0.0、Q0.1、

Q0.3输出的，步进电机的脉冲信号由单片机提供，通过PLC输出点来控制步进电机方向。

两个方案相比较。方案二中的主控制器相对于方案一中的主控制器更加稳定，并能够在恶劣的环境下使用，而且方案二中的人机交互界面相对比方案一中的人机交互界面更为直观且容易操控。综上，视觉分拣系统方案选择方案二。

方案二的整体框图如图3.2所示。

由于视觉分拣系统的控制需要，本系统采用上下位机系统的控制形式，上下位机系统之间采用OPC通信，上位机系统负责采集图像信息并发送指令，下位机系统负责执行上位机发送的命令包括对减速电机的控制、步进电机的控制、舵机的控制。由于控制舵机转动需要PWM信号，所以PLC选择能够输出PWM信号的S7-200 SMART PLC，而不能选择S7-200 224XP CN PLC，由于PLC只能输出3路脉冲信号，所以步进电机通过外接单片机驱动步进电机转动。

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4、完成题目所需要的实验或实习条件。

在辽宁工业大学电气工程学院实验室以及使用LabVIEW等相关软件完成题目设计并制作实物。

5、完成题目的工作计划等。

第1周  熟悉设计题目，收集、查阅与设计题目相关的书籍、资料；

第2周  实习、调研，总体设计方案；

第3周  总体设计方案最后确定，开题答辩；

第4周  选择PLC型号及扩展单元，确定输入输出点，地址分配；

第5周  选择输入输出设备；

第6周  设计PLC的外部接线图；

第7周  上位机程序设计；

第8周  上位机和PLC通信；

第9周  PLC梯形图程序设计；

第10周 毕业设计中期答辩；

第11周 实物制作；

第12周 调试程序；

第13周 修改程序，调试；

第14周 整体设计修改；

第15周 编写设计说明书；

第16周 论文定稿，完成打印、装订；

第17周 制作幻灯片，准备毕业答辩。

查阅资料、文献目录

[1] 王华忠.工业控制系统及应用:PLC与组态软件[M].机械工业出版社,2016

[2] 韩相争.西门子 S7-200 SMART PLC 编程技巧与案例[M].化学工业出版社,2017

[3] 向晓汉.西门子工业通信完全精通教程[M].化学工业出版社,2013

[4] 陈树学.LabVIEW宝典[M].电子工业出版社,2017

[5] 陈恳.基于机器视觉的物料分拣工业机器人关键技术研究[D].深圳大学,2017

[6] 栗俊艳,米月琴,弓靖,刘鹏飞.一种基于机器视觉的工业机器人分拣系统[J].电子科技,2016(01):105-107

[7] 张德忠.OPC通讯在西门子PLC与LabVIEW通讯中的应用[J].科技创新与应用.2015(15):16-17

[8] 石灵丹,华斌,朱歆州,吴明.基于OPC技术的PC与西门子PLC的实时通讯[J].船电技术,2011(01):9-12

[9] 赖展卓,张卿,胡骏文.工厂物料分拣及组态监控设计[J].现代职业教育,2016(21):125

[10] 余志钢,易端前,李磊.西门子PLC控制大量步进电机的应用研究[J].科技展望,2016(08):98

[11] 陈小江.基于西门子S7-200PLC驱动控制步进电机的设计及应用[J].内蒙古科技与经济,2016(07):113-114

[12] 向丽坤,宋昆.光电传感器的发展及其应用[J].电子制作,2015(24):17.

[13] 马文斌,杨延竹,洪运.步进电机控制系统的设计及应用[J].电子技术应用,2015 (11):11-13

[14] 宫二栋,丁蕴丰.基于labVIEW的机器视觉检测系统的研究[J].长春理工大学学报,2017 (02):75-77

[15] Phansak Nerakae,Pichitra Uangpairoj,Kontorn Chamniprasart. Using Machine Vision for Flexible Automatic Assembly System[J]. Procedia Computer Science,2016,96

指导教师意见：

(对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测)

该生在开题过程中查阅了相关资料和技术要求，熟悉中小型工厂中分拣过程。通过调研、实习，明确任务要求，并对中小型智能视觉分拣系统有了很深的理解，确定了系统的设计方案。以PLC控制器为核心，配以光电传感器、相机等检测元件和步进电机、减速电机、舵机等执行器，满足任务要求和设计指标，且成本较低，该生设计方案合理，具有实际的应用价值。该课题工作量适中，具有一定的广度和深度。制订的工作计划切实可行，能实现该设计课题。

同意该生开题。

指导教师签字：

2018年3 月 20日

教研室意见：

同意该生开题

教研室主任签字：

2018年3 月 21日