矿用多工位气动机械手设计含sw三维及7张CAD图
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矿用多工位
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矿用多工位气动机械手设计含sw三维及7张CAD图,矿用多工位,气动,机械手,设计,sw,三维,CAD
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附录 1：外文原文附录 2：中文翻译基于 Web 的气动机械手集成及其视觉定位研究杨元赵 (杨元兆), 吴川宇 (武传宇), 胡徐东 (胡旭东) (浙江理工大学综合工程中心, 杭州310018) 电子邮件: yyz121 yyz121sohu cywucywuzist;xdhu xdhuzist 2004 年 5 月 8 日;2004 年 9 月 6 日接受修订摘要：气动驱动系统广泛应用于工业自动化，主要用于开环相对简单的任务。由于气动系统的可压缩性和很少的停止位置，它被认为难以精确控制。运动控制系统。借助新开发的气动伺服控制技术，采用伺服气动位置控制器，与采用电液伺服系统一样简单。本文讨论了基于web的伺服气动机械手控制和目标识别定位。建立了一个三自由度（3 自由度）气动机械手的伺服气动闭环控制系统和机器视觉系统在他们的实验室。基于Web的远程操作是在这个实验系统的基本能力。该机器人通过安装CCD摄像机、视频采集卡及相关软件，通过网页识别出用户指定的对象并找到其位置。远程用户可以命令机器人移动到该位置并抓取该对象。网络控制的关键问题是集成混合动力。通过web开发开放式机电一体化系统，开发以脚本为特征的软件语言环境。作者的实验表明，气动装置可以作为精确的位置控制和通过网络控制。关键词：伺服气动控制，气动机械手，视觉定位，网络遥控简介气动装置通常为空气夹定位工作台的工具，因为它们可以在执行器的响应速度高野范围的权力转移；而电伺服系统使用在伺服控制和精确定位控制领域的基本要求，如在过程自动化和机器人技术。在这些领域使用气动技术有两个局限性。第一个是大气的可压缩性，导致定位精确的困难。另一个是气缸的几个停止位置。传统的气动装置只能在气缸两端停留稳定。如果一个应用程序要求气缸停在两个以上位置，那么必须使用的多位置气缸将增加整个机械和气动系统复杂性。气缸的运动速度可由节流阀在设定时设定，并且在调节期间不能调节操作。当 我们在机械手等柔性控制应用中使用气动 设备时，这些限制是很大的障碍。有工程 师和技术人员试图在伺服控制系统中使用 气动装置。但结果表明，它很难配置。如 果我们找不到气动系统自动定位的解决方 案，基本上不能称之为伺服气动系统，即 使系统使用了大量的气动装置，控制顺序 是由 PLC 设置的。在气动伺服系统的研究可以追溯到 1980 年代，研究人员发现，气动系统最合适的控制算法的状态反馈控制， 问题是状态反馈控制的最优参数难以确定， 特别是对于最终用户。最终用户必须提供 所有系统信息，包括系统负荷、气缸运行 速度、系统的阻尼、气缸的摩擦特性等。 然后，制造商建立了工厂状态反馈控制的 最优参数。当系统运行状态发生变化时， 状态反馈控制的最优参数必须在出厂时重 新调整。伺服系统是一种费时、经济的方法，限制了伺服气动系统的应用。这种情况下结束了上个世纪末，当 FESTO 公司提供其创新产品 spc-100 以及后来 spc-200 轴控制器。SPC 系列是开放式伺服气动定位系统。随着 winpisa 帮助，用户可以配置状态反馈控制用以计算自动输入的气动设备的基本尺寸和上信息的最优参数和运行情况。在这种情况下，最终用户不需要掌握控制技术和空气动力学的专门知识。他们只需要在 winpisa Windows 相关信息类型和获得结果。这一系列减少了对人类技能的要求，简化了伺服气动定位系统的使用，伺服气动定位系统自那时起就已投入使用。SPC 轴控制器在机器人中的应用已有很多。这个机器人可以和人握手。它的头、腰和手可以像人类一样灵活地弯曲。有 32 spc-100 轴控制器使用这个机器人。另一个例子是浙江大学设计生产的书法机器人，这是一个 3 自由度机械手，也可以用在涂胶、贴合，并用一个 spc-200 轴控制器控制。浙江科技研究院课题组对书法机械手进行了改进，提高了功能性，他们为这个系统增加了Web 可访问性。这样用户就可以登录Internet 连接的浏览器，填写 Web 提供的表单，并控制机械手的动作。作者应用他们的气动机械手的研究成果，并增加了机器视觉系统。利用机器视觉，机器人可以识别被浏览器用户指定的对象，并确定对象的位置。然后，远程用户可以命令操作器移动到特定位置并抓取对象。气动机械手气动机械手是一个 3 自由度机械手（图 1）。所有的组件和传感器是由费斯托公司生产，德国。主要特点是：X，直径。气缸 32 毫米，位移 400 毫米；Y，直径。气缸 20 毫米，位移 250 毫米；Z，直径。气缸 20 毫米，位移 150 毫米；静态定位精度 0.05 毫米；动态定位精度0.5 毫米。对气动机械手伺服控制系统如图 2 所示。位于气缸内的位置传感器。它用作信号调理。对 X 轴比例方向控制阀的类型，Y 轴和 Z 轴是 mpye-5-1 / 8hf。各轴的线性模块 HMP 系列气缸。在气动机械手中，三轴和框架内的所有连接都是模块化和标准化的。因此，气动机械手的装配非常简单、方便、快捷。气动机械手的硬件核心是伺服气动定位系统。由费斯托有限开发spc-200 轴控制器，通过轴接口和比例方向控制阀实现闭环控制，用于伺服气动位置控制。对两轴协调的特点进行了优化，通过增加一个独立的轴运动，可以扩展到三轴协调。标准 I/O 包括 RS-232 串口用户可以通过该程序 spc-200，他们也可以下载或上传数控程序 spc-200 数控程序计算机。操作简单、控制参数和编程 spc-200 设置可以通过控制面板而增强的编程可以用在Windows 9x winpisa。winpisa 支持数控编程符合 DIN 66025。User can also use serial commands to control SPC-200. 对于spc-200 串口命令由一个指数，数值命令参数和可选参数。该命令包括所有操作的 spc-200，如： 建立通信，读取的位置，移动到的位置， 位置修改，程序控制，如果用户想看 X 轴的实际位置，机械手的 Y 轴和 Z 轴和 X 轴、Y 轴和 Z 轴吧，移动 200 毫米，为 100 毫米 50 毫米，为 spc-200 来完成这一过程的串行命令如下：1D1 / D1 手段读取实际位置改变四1C7 + 200 / / C7 意味着移动到位置 100 4C7 2C7 + + 50机器视觉定位机器视觉系统可以大大提高机器人的灵活性。作者在气动机械手上添加的视觉功能能够识别指定的物体并确定物体的位置。本机器视觉系统，采用 CCD 摄像机超动态 iiwv-cp460 由松下公司制造的，日本和国家仪器有限公司开发的视频采集卡pci-1409 美国服务器。由于图像的单位是像素，它应该转化为毫米的气动机械手使用。CCD 相机与机器人平台之间的距离决定了像素与毫米的比值。我们在平台上标出 A 和 B点。A 点和 B 点之间的实际距离是 100 毫米。在计算机中可以很容易地计算图像 a 和 b 之间像素单元的距离。最后我们得到的比率是 1 / 3.42 毫米/像素。如图所示，赛组成的气动机械手的坐标，X公司包括计算机屏幕图像的坐标。通过在赛X坐标映射到计算机屏幕，通过CCD摄像机，即X对应的X 公司。考虑到计量单位不同，通过X 公司和X之间的关系在是像素毫米比，这里= 1 / 3.42。从图 3b，变换矩阵 X 的和 XAY之间可以描述如下：在（BX，是由在 XAY 的）X原点的坐标，即原点的坐标 X公司XAY。它们由 CCD 摄像机的位置决定，在该系统中分别为 278 毫米、83 毫米和 100 毫米。因此，XAY 的变换之间的关系和 X公司 是基于 Web 的视觉定位第 3 节中提到的机器视觉定位的所有操作都在图像服务器中执行。然而，为了 完成基于 Web 的交互操作，浏览器用户应该有能力指定目标对象并获得对象的位置。为此，我们采取了以下策略：（1）定期刷 新网页图像，确保浏览器具有 CCD 摄像机获取的最新图像；（2）浏览器用户用本 地图像编辑工具编辑从网页下载的图像， 并选择目标区域。对象保存为模板映像文件；（3）将模板图像文件上载到服务器。一旦服务器接收到一个新的模板映像文件，它就可以执行图像处理的其他步骤，并将结果返回给浏览器。基于 Web 的气动机械手远程操作在基于 Web 的远程操作，具有一定的硬件和软件的特殊要求。基本上，网络远程操作所使用的硬件应该是开放式架构。也就是说，硬件应该有定义良好的行为和定义良好的关系。根据定义，一个开放的体系结构提供对系统数据的开放访问。在软件开发环境中，脚本特性是最基本的需求。不可能对应用程序进行编程，然后在基于 Web 的应用程序中编译、链接和运行它。在 spc-200 轴控制器的情况下，其硬件满足开放式体系结构的要求。它有一个标准的 RS-232 串口。用户可以到达内部命令寄存器和控制数据。但 WinPISA 的编程环境是不适合直接应用网络基础。它是基于 Windows 的应用程序环境，不包含脚本特性。用户不能回调 winpisa 的命令在网上直接。如果用户希望能够使用脚本的网页直接，程序和 spc-200 运行环境必须重建。本文作者对气动机械手进行了改进。在开发了相关的动态加载库和函数后，气动机械手可以通过网络控制。用户可以登录到气动机械手的网页，填写坐标数据和描述运动路径的参数，然后点击“运行”按钮。Web 浏览器将传输数据。用户使用 CGI（公共网关接口）编程向 Web 服务器填充。得到的坐标数据和参数后，服务器启动脚本程序，然后通过串行命令和参数通过 RS-232 端口的 spc-200派。图 4 是业务流程图。这种执行模式的关键问题是缺乏解释脚本语言环境。这个环境还应该具有基于Web 的编程能力（程，1995）。CGI 程序将数据传送到运行在后台数据在 Web 上填写。脚本程序然后编码接收数据并称为通信功能为spc-200 串行命令传输。所有这些工作都应该在一个独特的语言环境中完成。在我们的实验中，我们选择了 CH 语言作为实验和执行环境。CH 是一个扩展和最流行的Unix 和 Windows 的计算环境增强（soft integration Inc.）。作为 C 语言解释器的超集，CH 保留C 的低级别的功能接口硬件。由于 CH 是作为 shell 实现的，所以现有的实用程序和C 程序的大量集合可以很容易地用于机电一体化系统的集成。命令和脚本是集成机电一体化系统的基本构件。内置的网络功能，如伯克利套接字和限制/安全CH 外壳为机电远程操作提供了灵活性和安全性。CH 被设计成特别适合于基于Web 的客户机/服务器计算。CH 程序可以用于 Web 服务器中的公共网关接口，也可以作为通过 Web 浏览器执行的动态小程序。CGI 程序可以用任何语言编写，它允许在 Web 服务器所在的主机上执行。目前最常用的 CGI 语言是 C 和 Perl。CGI 程序编写的 C 或 C+通常要经过编译和链接在一起。这些编译的程序很难修改和维护。因此，许多人喜欢用 Perl 编写 CGI 程序， 它是解释性的，类似于 C 语言。CH 也可以直接用于公共网关接口，不需要编译。更重要的是，它可以保存大量的现有 C 程序。在 CH 环境中，它包含几个用于 CGI 编程的类。这些类提供了方便的机制对公共网关接口。作者建立了一个动态链接库调用内部 CH 语言 libspc.dl。这个库包含了常见的通信函数。spc-200 和计算机之间的支持信息的变化。所有函数都可以直接调用 CH shell 作为内部函数（程和胡，2000）。实验结果和结论建立了实验网页中图所示的气动机械手遥操作。本页链接到跨网。在这个实验中，用户登录到 Web 页面，编辑目标对象的图像，并将其上传到服务器。操纵台上所有物体的位置都会出现在网页上。因此， 用户可以填写轨迹坐标数据和目标物体的位置。x，y 和 z 是轨迹中点的坐标。v 是速度，SIS 是机械手末端执行器的状态，1 表示开关，0 表示关闭。点击“提交”按钮，气动机械手将抓住指定的对象，沿着定义的路径移动。通过前面的研究和实验，我们可以得出以下结论：（1）用户可以通过网络对远程机械手进行识别和定位；（2）气动装置可以采用伺服气动作精确的位置定位系统控制；（3）可以通过网络控制任务书论文(设计)题目：矿用多工位气动机械手设计工作日期：2017年12月18日 2018年05月20日1.选题依据:现需要设计一种机械手适用于多种场合和各种货物的运输，具有良好的实用价值。基于现阶段在充满可燃气体的煤气内的搬运问题的研究和分析，并结合实际用途和机械结构的可行性，通过对力和工作效率的计算下，设计一种工作效率高，实用性强，并且是全气动的机械手。综合机电一体化理念，将机械结构，气压传动及电气控制合理的结合在一起，最终实现一套完善的气动机械手及其控制体系。2.论文要求(设计参数):（1）搜集、阅读与矿用气动机械手设计控制相关的文献资料，了解相关理论知识；（2）气动矿用机械手总体结构方案确定；（3）对气动矿用机械手进行结构分析；（4）对驱动系统设计；（5）对控制系统设计；（7）完成相关程序的编制和PLC仿真。3.个人工作重点:（1）气动矿用机械手的总体结构设计；（2）完成机电控制系统的设计；（3）基于宇龙控制系统仿真软件，完成控制系统的设计与编程；（4）气动矿用机械手总装图绘制；（5）完成相关外文文献的翻译；（6）编写6000字以上的设计说明书。4.时间安排及应完成的工作:第1周：矿用多工位气动机械手相关资料查询第2周：矿用多工位机械手总体构想第3周：完成外文翻译工作第4周：矿用多工位气动机械手总体构想并完成开题报告第5周： 矿用多工位气动机械手的总体结构方案设计确定第6周：完成气动机械手结构图第7周：电气元件的选择与及气压系统设计第8周：电气控制电路设计第9周：基于宇龙仿真软件的控制系统的设计与编程 第10周：设计大体完成并撰写说明书第11周：完成设计说明书，交导师审阅修改第12周：对导师修改过后的说明书再次修正第13周：总结设计经验，完成总结语第14周：设计完成，答辩5.应阅读的基本文献:01 德伯特，斯托尔著. 气动技术低成本综合自动化. 李宝仁译M. 机械工业出版社，1999；02 王田苗, 丑武胜. 机电控制基础理论及应用M. 北京: 清华大学出版社, 2003：第二版；03 孙卫青，李建勇. 机电一体化技术M. 北京: 科学出版社, 2015：第二版04 王宪军, 赵存友. 液压传动M. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2002；05 罗宇航.流行PLC使用程序及设计M.西安电子科技大学出版社，2006；06 王雄耀.近代气动机械手的发展及应用J.液压气动与密封1999：5，1316；07 汪欢欢，胡国清，周青辉.基于PLC的气动机械手控制系统设计研究J.液压与气动.2012：9，3840；08 谢靖，谷敏.气动机械手PLC电路的设计浅析J. 电子测试. 2017：4，2829；09 赵彤. 气动技术的发展及在新领域中的应用J. 液压气动与密封.2004：5,3537；10 胡志刚. 基于S7-200 PLC的气动机械手控制系统设计J. 机械工程师.2014：3，120121；11 林立仁. 基于PLC气动式机械手控制系统的设计与开发J. 仪表技术与传感器.2015：11，5961；11 成经平，孙颖. 气动搬运机械手的设计及其应用J. 湖北理工工学院学报.2016:05,13；12 Zhi-li Zhao; Zhi-cheng Qiu; Xian-min Zhang; Jian-da Han;. Vibration control of a pneumaticdriven piezoelectric flexible manipulator using self-organizing map based multiplemodels.2016:10,345372；13 Jihong Wang,Junsheng Pu,Philip Moore.Accurate Position Control of ServoPenumatic Actuator Systems: a Application to Food Packaging.Control EngmeeringPractice.1999：05, 255257；14A. REZOUG; F. HAMERLAIN; M. HAMERLAIN. Application of Fuzzy Sliding Mode tocontrol of Manipulator Robot actuated by Pneumatic artificial Muscles.2009:09,580585；15M.Yu. Rachkov; M. Crisstomo; L. Marques; A.T. de Almeida. Positional control ofpneumatic manipulators for construction tasks. 2002:9,655665；指导教师签字：XX教研室主任意见：同意签字：XX 2017年12月14日教学指导分委会意见：同意签字：XX 2017年12月15日 学院公章 进度检查表第-4周工作进展情况矿用多工位气动机械手相关资料查询并对机械手结构总体进行构想2018年01月05日指导教师意见能自行查找论文相关资料，并撰写相关的文献综述报告。指导教师(签字)：XX 2018年01月09日第-1周工作进展情况矿用多工位气动机械手总体构想并完成开题报告，完成一篇外文文献翻译2018年01月05日指导教师意见能自行查找论文相关资料、撰写相关的文献综述报告，并完成开题报告的撰写和答辩工作。指导教师(签字)：XX 2018年01月09日第 3周工作进展情况完成了气动机械手的理论气路设计，并在宇龙机电系统上模拟完成了气动机械手的气动元件的运动。2018年03月25日指导教师意见完成机械手结构设计，气动设计未完成，需要加快进度。指导教师(签字)：XX 2018年03月23日第 8周工作进展情况完成机械手图纸及说明书编写并在老师的指导下进行修改2018年05月21日指导教师意见完成说明书初稿并在老师建议下进行多次修改，完成图纸的绘制工作。指导教师(签字)：XX 2018年05月21日过程管理评价表评价内容具体要求总分评分工作态度态度认真，刻苦努力，作风严谨33遵守纪律自觉遵守学校有关规定，主动联系指导教师,接受指导33开题报告内容详实，符合规范要求54任务完成按时、圆满完成各项工作任务43过程管理评分合计13 过程管 理评语 XX同学学习态度认真、刻苦，学风严谨；能努力完成老师下达的毕业设计任务；在校期间能够自觉遵守学校的有关规定，主动联系指导老师、定期接受毕业设计指导，并做到有问题及时和老师沟通；毕业设计开题报告能够根据毕业设计任务书的要求，认真查阅资料，撰写文献综述报告；合理计划毕业设计时间，内容较详实、符合规范化要求；在十几周的毕业设计过程中，能够通过自身的努力，在学校规定的毕业设计时间内顺利、较好的完成自己的毕业设计任务。指导教师签字:XX日期:2018-05-22指导教师评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规108指导教师评分合计16 指导教 师评语 矿用多工位气动机械手设计，选题为应用于矿井下的机械手，动力源采用安全性高的气压传动方式，题目符合机械制造专业培养目标，具有较好的创新性，设计内容包括机械手的结构设计、控制系统设计和气压传动系统设计几部分，并采用宇龙仿真软件实现了控制系统仿真分析。设计的深度、难度、工作量适中；该生具有较强的综合科研能力和中、外文表达能力；论文文题相符，分析、设计正确合理；论文结构以及撰写格式、图表符合基本规范，同意该同学按时参加毕业答辩。指导教师签字:XX日期:2018-05-22评阅人评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规107评阅人评分合计15 评阅人 评语 基于节能环保、安全的目的，以气动矿用机械手结构及控制系统设计为题，符合本专业培养目标的要求，具有一定的实际应用价值，难度和工作量适中。XX同学完成了机械手各组成部分的结构选型设计与计算、控制系统设计和基于宇龙系统的控制仿真等内容。设计说明书文题相符，相关分析计算较全面，论文结构清晰，英文摘要和外文翻译质量较好，但是说明书格式规范性稍差、设计图纸标注和细节结构表述欠佳、说明书和图纸结构对应性应保证一致。通过此次毕业设计，反映出该生具备一定的综合运用知识能力、分析问题与解决问题的能力、计算机应用能力。达到了本专业毕业要求，同意提交答辩。评阅人签字：XX评阅人工作单位：机械工程学院日期：2018-05-22答辩纪录 学生姓名：XX专业班级：XX 毕业论文(设计)题目： 矿用多工位气动机械手设计答辩时间：2018年05月 日 时 分 时 分答辩委员会(答 主任委员(组长)： XX辩小组)成员委员(组员)： XXXX答辩委员会(答辩小组)提出的问题和答辩情况问题1：全方位物品夹持与释放是如何实现的?回 答： 全向轮对角线垂直安装，实现差速转向，无转弯半径，可到达任意位置，手部关节多，可完成动作也多，因此，可以使机械手完成全方位夹持。问题2：机械手属于哪一种类型？ 回 答： 球坐标，多关节问题3：气动的控制系统原理？回 答： 由主气路进气，经各辅助元件进入各支气路中，再经过三位四通电磁换向阀，控制有杆腔或无杆腔得气，由调速阀调速。问题4：控制系统放在什么位置？回 答： 控制系统安置在地上安全位置，机械手放置在地下问题5：实物所用的控制硬件？回 答： 实物所用的控制硬件是单片机问题6：气源是如何解决的？回 答： 气源的解决方式为：气泵问题7：最大加持量？回 答： 最大加持量为6kg记录人： 2018年05月24日答辩委员会评价表评价内容具体要求总分评分自述总结思路清晰,语言表达准确,概念清楚,论点正确,分析归纳合理108答辩过程能够正确回答所提出的问题,基本概念清楚,有理论根据108选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满55完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规108能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语应用能力、文献资料检索能力、计算机应用能力108答辩委员会评分合计37 答辩委员会评语 XX同学在毕业设计工作期间，工作努力，态度认真，能遵守各项纪律，表现良好。 能按时、全面、独立地完成与毕业设计有关的各环节工作，具有一定的综合分析问题和解决问题的能力。 论文立论正确，理论分析得当，解决问题方案实用，结论正确。 论文使用的概念正确，语言表达准确，结构严谨，条理清楚。 论文中使用的图表，设计中的图纸在书写和制作时，能够执行国家相关标准，规范化较好。 具有一定的独立查阅文献资料及外语应用能力，原始数据搜集得当，实验或计算结论准确。 答辩过程中，能够简明和正确地阐述论文的主要内容，思路清晰，论点基本正确；回答问题准确，有应变力；有较好的语言表达能力。答辩成绩： 37答辩委员会主任：XX2018年05月31日成绩评定 项目分类成绩评定过程管理评分13指导教师评分16评阅人评分15答辩委员会评分37总分81成绩等级B成绩等级按“A、B、C、D、F”记载成绩审核人签章： XX审核人签章： XX一、选题依据1研究领域矿机械设计、机电控制、气压传动2论文（设计）工作的理论意义和应用价值本设计是对现有的运输、夹持电动机械手优化。着重于研究适用于矿井内使用的多工位的气动机械手。在远程使用机电装置控制气路，使气成为主要动力用以驱动机械手运动，具有替代人工，安全，高效，清洁的特点。在设计过程中，将主要给出机械手的主要结构，控制等一系列的设计，并进行模拟仿真，以验证设计的可行性。随着社会与科技的进步，工业生产自动化设备越来越广泛应用，其中机械手的诞生就是基于生产技术不断提高，是现代生产与科技应用相结合形成的一个重要技术。工业机械手的应用减轻了劳动强度、可提高产品加工精度、减少危险性生产由人工操作环节，尤其是在一些危险性大的行业生产中应用较为实用。在机械行业中(铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配等)应用也十分广泛，如在柔性生产线中用气动机械手来搬运上下料材。机械零件的装配生产线中，也利用机械手抓零件与另一零件装配在一起。以上种种应用极大的减轻了劳动强度、促进安全生产、提高产品质量，适合现代化的生产趋势，具有较强的生命力。 针对矿用设计气动机械手，主要是考虑到矿井内部充满瓦斯等可燃性气体，并且近几年矿井坍塌及瓦斯爆炸事件频繁发生，使得设计一种可以代替人工进行井下工作的机械手成为大势所趋。这类机械手通过控制通气的时间长短，实现全方位的物品夹持与释放。 这种全气动的机械手可以帮助人们完成矿井下的一部分危险的工作，解放了一大批劳动力，把空气做为它的主要驱动源，使得安全可靠，清洁无害成为了它的突出特点。并且多工位使得它可以一次完成多个工件的夹持与释放，体现出了它的高效节能。将这类机械手运用到矿井内，必定可以实现更加自动化，安全化，绿色化的工业现代化。 3目前研究的概况和发展趋势目前广泛使用的气压技术以压缩空气为介质，具有安全、动作迅速、平稳、可靠、结构简单、较轻、体积小、节能、工作寿命长的特点，特别是对易于控制、易维护、无环境污染场合，因此气动技术常作为机械手的驱动系统的首选。气动机械手与其它控制方式的机械手相比，具有无污染、抗干扰性强、价格低廉、结构简单、功率体积比高等特点。在机械行业越来越多的自动化设备中采用了机械手，主要是液压控制和气压控制两种方式。其中气动机械手以其取之不尽、用之不完的气源，及较低的生产成本受用户喜爱，各国对气动机械手的研究越来越重视，现已发展成为满足生产需要的一种重要的实用技术。20 年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠。气动机械手柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求。微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展。现代控制理论的发展，也使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高。由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。我国的气动行业起步较晚，但发展较快。从 20 世纪 80 年代中期开始，气动元件产值的年递增率达 20%以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、PLC 技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。气动技术及气动机械手的发展过程气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术， 是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。 大约开始于 1776 年，Johnwilkimson 发明能产生 1 个大气压左右压力的空气压缩机。1880 年，人们第一次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功地用到火车的制动上。20 世纪 30 年代初，气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。至 50 年代初，大多数气压元件从液压元件改造或演变过来，体积很大。60 年代开始构成工业控制系统，自成体系，不再与风动技术相提并论。在 70 年代，由于气动技术与电子技术的结合应用，在自动化控制领域得到广泛的推广。80 年代进入气动集成化、微型化的时代。90 年代至今，气动技术突破了传统的死区，经历着飞跃性的发展， 人们克服了气压阀的物理尺寸局限，真空技术日趋完美，高精度模块化气动机械手问世，智能气动这一概念产生。气动伺服定位技术使气缸高速下实现任意点自动定位， 智能阀岛的诞生十分理想地解决了整个自动生产线的分散与集中控制问题。90 年代初，由布鲁塞尔皇家军事学院 Bando 教授领导的综合技术部开发研制的电子气动机器人-“阿基里斯”六脚勘探员，是气动技术、PLC 控制技术和传感技术完美结合产生的“六足动物”，6 个脚中的每一个脚都有 3 个自由度，一个直线气缸把脚提起、放下， 一个摆动马达控制脚伸展/退回运动，另一个摆动马达则负责围绕脚的轴心做旋转之用。由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人，它集遥感技术和真空技术于一体，成功地解决了垂直攀缘等视为危险工作的操作问题。 目前机械手的应用，绝大多数应用于搬运类工作情况下。针对机械手的相关研究主要集中在以下几个方面: （1）模块化（2）重复高精度（3）无给油化（4）机电一体化未来气动机械手的应用前景如下：(1)气动机械手性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)， 而单机价格不断下降，平均单机价格将直线下降。(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如机械手执行末端和手腕手臂等。 (3)气动机械手控制系统向基于 PC 机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化。器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构。大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 (4)气动机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 (5)虚拟现实技术在气动机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵气动机械手。 (6)当代遥控气动机械手系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统， 使智能气动机械手走出实验室进入实用化阶段。 经过调查与多本文献的参考，气动矿用机械手还没有得到广泛的应用，可以说还是一个接近空白的领域，主要原因有以下几点 (1)由于当今进入大工业时代的时间还不够长，机械手还没有普及到各行业，而矿井下空间狭小，不适合大型机械的安装与工作，大大限制了矿用机械手的发展。 (2)气体的可压缩性强，气压传动等不易控制。并且在气路中，泄露的事件发生率较高。 (3)人们仍然热衷于电力驱动，对于气压的新能源还不能够在短时间内接受。 正是由于这种针对矿井下气动机械手的市场空白，使得本次设计在未来具有很好的发展前景，也会成为未来机械手的一种发展趋势。 二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题(1)气动矿用机械手的总体结构设计；(2)基于宇龙控制系统仿真软件，完成控制系统的设计与编程。2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）(1)机械手的总体结构设计； (2)确定控制对象的设计参数； (3)完成机电控制系统的设计； (4)基于宇龙控制系统仿真软件，完成控制系统的设计与编程； (5)绘制安装接线图； (6)气动机械手总装图绘制； (7)完成相关外文文献的翻译。 3.本论文（设计）预期取得的成果(1)完成并绘制矿用气动机械手主要结构图； (2)基于宇龙仿真的控制系统的设计以及调试； (3)运用三维制图软件对机械手设计进行建模； (4)编写 10000 字以上的说明书。 三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）（1）通过理论设计，完成矿用气动机械手的总体结构设计并绘制图纸 通过使用宇龙仿真软件，控制气动机械手完成其预期工作 （2）设计参数 最大工作半径:1000mm 回转范围: 0-1802.论文（设计）进度计划（1）气动矿用机械手相关资料查询并进行总体构想第 12 周（2）完成一篇外文文献翻译并完成开题报告第 34 周（3）总体结构方案设计及结构图完成第 56 周（4）电气元件的选择及电气控制系统设计第 78 周（5）基于宇龙仿真软件的控制系统的设计与编程第 9 周（6）设计大体完成并撰写说明书第 10 周（7）完成设计说明书，交导师审阅修改第 1112 周（8）设计完成，答辩第 1314 周 四、需要阅读的参考文献01 德伯特,斯托尔著. 气动技术低成本综合自动化M. 李宝仁,译.机械工业出版社,1999;02 王田苗,丑武胜. 机电控制基础理论及应用M. 北京:清华大学出版社,2003:第二版;03 鲍燕伟,吴玉兰. 一种通用气动机械手的控制设计J. 机床与液压,2006:9,2527;04 张萍萍. 基于 PLC 的气动机械手控制系统设计D. 西安:电子科技大学,2013:183;05 高凌云. 基于 PLC 的气动自动生产线的研究D. 成都:西南石油大学,2011: 178;06 王雄耀. 近代气动机械手的发展及应用J. 液压气动与密封 1999:5,1316;07 汪欢欢,胡国清,周青辉. 基于 PLC 的气动机械手控制系统设计研究J. 液压与气动. 2012:9,3840;08 谢靖,谷敏. 气动机械手 PLC 电路的设计浅析J. 电子测试. 2017:4,2829;09 赵彤. 气动技术的发展及在新领域中的应用J. 液压气动与密封. 2004:5,3537;10 胡志刚. 基于 S7-200 PLC 的气动机械手控制系统设计J. 机械工程师. 2014:3,120121;11 林立仁. 基于 PLC 气动式机械手控制系统的设计与开发J. 仪表技术与传感器. 2015:11,5961;12 成经平,孙颖. 气动搬运机械手的设计及其应用J. 湖北理工工学院学报. 2016:05,13;13 Zhi-li Zhao, Zhi-cheng Qiu,Xian-min Zhang,Jian-da Han. Vibration control of a pneumatic driven piezoelectric flexible manipulator using self-organizing map based multiple models.2016:10,345372;14 Jihong Wang,Junsheng Pu,Philip Moore.Accurate Position Control of Servob Penumatic Actuator Systems: a Application to Food Packaging.Control Engmeering Practice.1999：05, 255257;15 A. REZOUG, F. HAMERLAIN, M. HAMERLAIN. Application of Fuzzy Sliding Mode to control of Manipulator Robot actuated by Pneumatic artificial Muscles.2009:09,580585;16 M.Yu. Rachkov, M. Crisstomo , L. Marques, A.T. de Almeida. Positional control pneumatic manipulators for construction tasks. 2002:9,655665;附：文献综述或报告文献综述机械手是在智能物流装备中被广泛应用的一种工业自动化产品,其主要功能是抓取工件并搬运到生产线上。气动搬运机械手作为一种典型的机电一体化装置，其优点是:结构简单、维修方便、成本低、节能环保等，它的出现将产品的机械化大生产推向了又一个新的高度。机械手能代替人类做很多事情,有的是人类能完成但比较枯燥或劳动强度特别大的，也有的是比较危险的，如高温、高压的恶劣环境。气动机械手的应用愈来愈广泛，目前多数应用在物料等输送过程中，主要是在有关机械的零部件生产中负责装卸、搬运所要加工的毛坯或成品。由于其结构紧凑、适用性强，适合中、小批量生产。传统机器人的自动定位一直是依靠何服电机、步进马达或液压伺服定位系统来完成的,而 Tron-X 电子气动机器人应用的则是 SPC-100 气动伺服定位系统。通过查阅资料可知,在气动伺服闭环定位系统的控制下，它的运行速度在 5m/s 的情况下，定位精度可达士 0.1- 0.2，尽管它的精度比起伺服电机和步进马达要差一个等级,但它结构简单,速度高,抗环境污染及抗千扰性强,价格要比伺服电机和步进马达便宜得多。因此,气动伺服定位技术一经出现,便受到工业界和学术界的高度重视,同时为气动机器人、气动机械手大规模进入工业自动化领域开辟了十分宽广的前景。【9】气动技术气动技术被称为工业自动化的“肌肉”，其应用灵活，夹持工件的重量越来越重，在各种机械加工行业和制造行业中，尤其在有毒的环境下作业等其应用程序越来越受重视，并得到相应广泛使用。随着科技不断日新月异发展，自动化控制技术也不断更新，在微电子技术、计算机技术等技术的迅猛发展形势下，气动技术不断技术创新， 以工程实际应用为目标，不断取得巨大的进步【4】。在煤矿开采的矿井中，气动机械手可搬运轻小的货物，原因是全气动可避免密闭矿井中因甲烷浓度过高使电火花引起爆炸的风险。从各国的行业统计资料来看，近 30 多年来气动行业发展很快。20 世纪 70 年代液压与气动元件的产值比约为 9:1,而 30 多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达到 6:4,甚至接近 5:5【6】。随着网络技术的不断应用、电子技术不断精细化、更多的高技术附加于机械手， 促进机械手的智能化水平更高，完成人类许多工作。作为机械制造行业的柔性制造生产将更大范围应用，比如上海摩恩电气公司新开工的厂区均引入了最先进的生产线， 原来十个人的生产线现只需要二人，大量减少了人力。气动驱动元件：(1) 普通气缸普通气缸由缸筒，前后缸盖，活塞，活塞杆，密封件和紧固件等零件组成(2) 无杆气缸无杆气缸没有普通气缸的刚性活塞杆，它利用活塞直接或间接地实现往复运动。行程为 L 的有活塞杆气缸，沿行程方向的实际占有安装空间约为 2.2L。没有活塞杆， 则占有安装空间仅为 1.2L，且行程缸径比可达 50 100。没有活塞杆，还能避免由于活塞杆及杆密封圈的损伤而带来的故障。而且由于没有活塞杆，活塞两侧受压面积相等双向行程具有同样的推力有利于提高定位精度。这种气缸的最适用于小缸径、长行程的场合，最大优点是节省了安装空间。(3) 摆动气缸摆动气缸是出力轴被限制在某个角度内做往复摆动的一种气缸，又称为旋转气缸。摆动气缸目前在工业上应用广泛，多用于安装位置受到限制或转动角度小于 360 的回转工作部件，其动作原理也是将压缩空的压力能转变为机械能。常用的摆动气缸的最大摆动角度分为 90、180、270 三种规格。(4) 气爪气爪能实现各种抓取功能，是现代气动机械手的关键部件。【6】PLC 的
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