【正文】 were a bionic extension of their own limbs with increased reach and strength. This is robotics technology not replacements for humans or robots, but rather a new class of ergonomic assist products that helps human partners in a wide variety of ways, including power assist, motion guidance, line tracking and process automation. IAD use robotics technology to help production people to handle parts and payloads, more, heavier, better, faster, with less strain. Using a humanmachine interface, the operator and IAD work in tandem to optimize lifting, guiding and positioning movements. Sensors, puter power and control algorithms translate the operator39。 they are used as space explorers, remotely operated surgeons and even pets ，like Sony39。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中,我們得到了學(xué)校、系、老師和同學(xué)的大力幫助和支持,在學(xué)校和系里的領(lǐng)導(dǎo)給我們提供了極其便利的工作環(huán)境的條件下，我的設(shè)計(jì)才得以順利完成。通過這次的設(shè)計(jì)使我認(rèn)識到我對可編程控制器方面的知識知道的太少了，對于書本上的很多知識還不能靈活運(yùn)用，有很多我們需要掌握的知識在等著我去學(xué)習(xí)，我會在以后的學(xué)習(xí)生活中彌補(bǔ)我所缺少的知識。但設(shè)計(jì)的思想是能用軟件實(shí)現(xiàn)的功能盡量用軟件實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸阌谛薷暮蛿U(kuò)展?；仡櫿麄€設(shè)計(jì)過程，感到受頗多，從以下幾方面來概括我的收獲：1. 在硬件編程中，由于用到的硬件比較多且復(fù)雜，則采用模塊化思想連接硬件圖，會使思路比較清晰。可知PLC控制系統(tǒng)的可靠性不僅取決于PLC硬件本身的質(zhì)量好壞，而且與周邊設(shè)備的質(zhì)量、硬件的安裝方式、軟件的編制等有很大關(guān)系。不能與其他線敷設(shè)在同一線槽內(nèi)。2）交流線與直流線、輸入線與輸出線分開走線。PLC控制系統(tǒng)有幾十乃至幾百個輸入、輸出通道分布在其中，導(dǎo)線之間形成的互相耦合，主要為電容性耦合、電感性耦合和電磁場輻射三種形式。電源對PLC控制系統(tǒng)的干擾情況很多，主要通過供電線路德阻抗耦合長生的，其中大功率用電設(shè)備是主要干擾源，它的啟動、運(yùn)行都將產(chǎn)生空間電磁干擾，并在線路上功能產(chǎn)生感應(yīng)電路和電壓?？垢蓴_的原則是抑制干擾源、破壞干擾通道和提高受控體的抗干擾能力。其動作控制圖如圖42所示。當(dāng)PLC接受到洗發(fā)控制信號時，進(jìn)行洗發(fā)功能，洗發(fā)動作控制圖如圖41所示。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)在硬件部分，由于軟件程序比較多，將放在附錄中作為參考。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定程序由哪些模塊組成，以及這些模塊之間的關(guān)系；過程設(shè)計(jì)確定每個模塊的設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)，將各個模塊組織成良好的層次系統(tǒng)；5. 審查與調(diào)試：對總體設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行嚴(yán)格的審查，在審查之后對程序進(jìn)行調(diào)試。由于超聲波還處于研究階段，況且有很大的危險(xiǎn)性，所以我們在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中并不重點(diǎn)討論，只是了解其作用。肉眼能看到直進(jìn)流，垂直于振動面產(chǎn)生流動，流速約為10cm/s。在減壓力作用時，液體中產(chǎn)生真空核群泡的現(xiàn)象，在壓縮力作用時，真空核群泡受壓力壓碎時產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，由此剝離被清洗物表面的污垢，從而達(dá)到精密洗凈目的。通過參照國家醫(yī)用超聲診斷設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)（GB635886），采用試驗(yàn)的方法確定在 38℃～45℃的洗滌浴液環(huán)境下所采取的超聲波功率、頻率、時間等參數(shù)，研究超聲波在一定的功率和時間范圍內(nèi)的安全性，結(jié)合超聲波清潔機(jī)理，優(yōu)化參數(shù)，達(dá)到最佳洗浴效果。 超聲波清洗在這次設(shè)計(jì)中，用到了超聲波能量，用超聲波空化效應(yīng)和生物效應(yīng)進(jìn)行洗浴，可以實(shí)現(xiàn)人體清潔，省水、省時，又具有保健功效。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入。表33 PLC 控制器的輸入地址分配表名稱代號輸入編號洗發(fā)手動按鈕SB0X0水滿感應(yīng)開關(guān)SB1X1模式1啟動按鈕SB2X2模式2啟動按鈕SB3X3洗浴池水滿感應(yīng)開關(guān)SB4X4淋浴啟動按鈕SB5X6啟動加熱按鈕SB6X740度溫度傳感器開關(guān)SB7X1045度溫度感應(yīng)開關(guān)SB8X11急停按鈕SB9X12控制系統(tǒng)的輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表34所示。輸入單元接受現(xiàn)場設(shè)備向PLC提供信號，包括人為的控制信號和能描述現(xiàn)場狀態(tài)的開關(guān)量信號，例如由按鈕、限位開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、撥碼器等提供的開關(guān)量。磁鋼的磁場作用于傳感器檢測管內(nèi)的濕（干）簧管，使其觸點(diǎn)吸合或斷開，形成傳感器輸出阻值的變化。在加熱過程中，通過DS18B20采集水溫值，然后經(jīng)變送器將模擬信號傳送至PLC模擬量輸入模塊，通過觸摸屏模塊來調(diào)節(jié)，用開關(guān)量來模擬實(shí)時水溫，并通過LCD1602顯示出當(dāng)前的水溫和設(shè)定的水溫值，設(shè)定度的增減。外部負(fù)載只能由輸出繼電器觸點(diǎn)驅(qū)動。輸出繼電器（Y）PLC向外部負(fù)載發(fā)送信號的窗口。PLC將外部信號的狀態(tài)讀入并存儲在輸入映像寄存器內(nèi)，即輸入繼電器中。FX2N有3000多點(diǎn)輔助繼電器、1000點(diǎn)狀態(tài)繼電器、200多點(diǎn)定時器、200點(diǎn)16位加計(jì)數(shù)器、35點(diǎn)32位加/減計(jì)數(shù)器、800多點(diǎn)16位數(shù)據(jù)寄存器、128點(diǎn)跳步指針、15點(diǎn)中斷指針。用戶存儲器容量可擴(kuò)展到16K步。由于不同的FX系列PLC可供不同的用戶系統(tǒng)選用，避免了功能的浪費(fèi)，使用戶用最少的投資來滿足系統(tǒng)的要求。它們的相互連接不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個整齊的長方體。 4. 傳感器輸入系統(tǒng)用來檢測水箱、洗發(fā)池、洗浴池的水位，以及水溫的溫度檢測，并將檢測的信息反饋給控制系統(tǒng)。 圖22系統(tǒng)框圖框圖說明： 1. 人機(jī)界面輸入是指將觸摸屏模塊通過可編程控制器連接，人為給控制單元輸入各種指令，讓控制單元按照其指令來進(jìn)行動作執(zhí)行。 圖 21 結(jié)構(gòu)示意圖洗發(fā)流程要根據(jù)洗發(fā)的需要，對洗發(fā)液與水的混合進(jìn)行科學(xué)配比，并合理控制水溫、時間、壓力等參數(shù)。對于整個洗澡功能控制，在洗浴人進(jìn)入浴艙后，由監(jiān)護(hù)人員或洗浴者本人蓋好浴缸上蓋板，然后啟動開始洗浴按鈕，系統(tǒng)自動調(diào)整水溫，將混合有固定比例沐浴液的合適的溫水注入浴缸內(nèi)，在溫水注入到合適水位后注水閥門關(guān)閉，停止加水，系統(tǒng)進(jìn)入定時泡浴階段，泡浴結(jié)束后，系統(tǒng)自動啟動超聲波和循環(huán)水裝置對人體進(jìn)行洗浴，超聲波換能器安裝于浴缸內(nèi)部多個部位，超聲波能量通過浴池內(nèi)部的水傳播到人體，并在人體表面產(chǎn)生空化現(xiàn)象將人體污垢分離，分離后污垢隨循環(huán)水帶走。 控制系統(tǒng)的工作原理及技術(shù)要求該洗浴單元控制系統(tǒng)，當(dāng)電源啟動后，安在水箱中的浸沒式加熱器開始加熱，并由DS18B20進(jìn)行水溫的采集并在LCD1602上顯示，當(dāng)達(dá)到設(shè)定水溫時則加熱器停止加熱。驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。一般交流電壓波動在正負(fù)10%（15%）之間，因此可以直接將PLC接入到交流電網(wǎng)上去。除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。不同類型的PLC其存儲容量各不相同，一般來說，隨著PLC機(jī)型增大其存儲容量也相應(yīng)增大。(2)系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)除了I/O映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲區(qū)。(1)I/O映象區(qū)由于PLC投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。PLC的軟件分為兩部分: 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。 PLC內(nèi)部原理PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一致的。 近10年來，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國的應(yīng)用增長十分迅速。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。作為離散控制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%～30%。第1章 可編程控制器簡介 PLC簡介自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。面對我國如此巨大的老年人及殘疾人群體，本項(xiàng)目產(chǎn)品將具有非常廣闊的市場前景和社會效益況且，現(xiàn)在智能控制技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個控制領(lǐng)域，比如智能洗衣機(jī)，采用模糊控制理論來進(jìn)行衣物洗滌；但是在個人衛(wèi)生護(hù)理機(jī)器人中，通過實(shí)時檢測，應(yīng)用智能控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)洗浴最優(yōu)化的方法還未見報(bào)道?？梢灶A(yù)計(jì)，在不遠(yuǎn)的將來，老年人和殘疾人的護(hù)理將成為社會的一個重要負(fù)擔(dān)，需要一大批護(hù)理機(jī)器人提供諸如取物，喂飯，翻書等服務(wù)，幫助，照顧老年人和殘疾人的日常生活，提高他們的生活質(zhì)量，從而減少整個社會對護(hù)理人員數(shù)量和質(zhì)量的需求。 這是因?yàn)闄C(jī)器人不僅將形成一個大產(chǎn)業(yè)，而且將對一個國家的綜合國力， 可持續(xù)發(fā)展有著巨大而深遠(yuǎn)的影響。 face the household and the characteristics of medical environment, research and development personal hygiene cleaning robots, by using intelligent control nursing, ergonomics design, realization technology such as bath process automation.This design based on PLC technology principle, hardware circuit by making and software programming, design a service robot control system bath unit. The whole design includes two parts, hardware and software of。整個設(shè)計(jì)包括兩大部分: 硬件部分和軟件部分，本文重點(diǎn)論述硬件部分。本設(shè)計(jì)基于PLC技術(shù)原理，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計(jì)制作出服務(wù)機(jī)器人洗浴單元的控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：服務(wù)機(jī)器人，觸摸屏，PLC技術(shù)，溫度控制 Hardware Research of Service Robot Bath Process ControlSystem ABSTRACTThis topic is for the elderly, the disabled。世界上一些發(fā)達(dá)國家都非常重視機(jī)器人技術(shù)的研究，都將機(jī)器人作為一個戰(zhàn)略高技術(shù)給予支持。目前我國60歲以上人口已超過總?cè)丝诘?0%，預(yù)計(jì)到2015年全國老年人口總數(shù)將達(dá)到2億人，人口的老齡化問題將成為中國面臨的前所未有的新挑戰(zhàn)；此外， 我國殘疾人占總?cè)丝诒戎匚痪尤澜巛^高國家之列。并且，面對當(dāng)前我國人口老齡化及殘疾人增多的社會發(fā)展形勢，需要切實(shí)提高老年人及重殘人的生存質(zhì)量，開發(fā)相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)品和服務(wù)，解決人口老齡化等帶來的重大社會服務(wù)問題，本課題從滿足老年人等特殊群體的洗浴護(hù)理需求出發(fā)，面向家用與醫(yī)用環(huán)境，開發(fā)和研制個人衛(wèi)生護(hù)理機(jī)器人，為老年人或殘疾人提供洗頭、洗澡、干身等服務(wù)。本項(xiàng)目的相關(guān)技術(shù)也可以拓展應(yīng)用于其它工業(yè)、醫(yī)療、保健、工業(yè)設(shè)計(jì)等行業(yè)和領(lǐng)域，促進(jìn)這些行業(yè)技術(shù)水平的發(fā)展。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。運(yùn)行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些[1]。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū), 然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。才能構(gòu)成一臺完整的PLC。1. 系統(tǒng)程序存儲區(qū)在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。2. 系統(tǒng)RAM存儲區(qū)系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（