下载文档原格式
任务书以上各项由指导教师填写（请用钢笔填写）开题报告一、课题的来源、目的、意义，国内外基本情况●课题的来源：本课题来源于企业需求。
●课题的目的、意义:在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。
它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。
它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。
机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。
●国内外研究状况及发展趋势：近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, 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。
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。
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。
Ⅰ.气动机械手的应用现状由于气压传动系统使用安全、可靠, 可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。
而气动机械手作为机械手的一种, 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。
第1章绪论1.1课题研究背景虚拟仪器软件Labview在运动计算方面的研究起步较晚，在很多高端技术甚至低端技术领域都没有自己的研发设计知识产权。
但伴随着我国国民经济的持续快速发展以及不断地加大这方面的投入，加快了虚拟控制在机械运动技术方向的升级步伐，得以在机械手运动分析、教学机器人运动控制等方面以极高的速度在国内发展，为机械手运动控制及分析的普及奠定了良好的基础。
因此在虚拟运动学研究分析领域存在巨大的发展潜力。
利用虚拟仪器软件在机械手运动方面国外发展的是比较早的，虚拟控制机械手运动融合了计算机强大的硬件资源，突破了传统控制仪器在数据处理、分析、显示、等方面的限制，大大增强了虚拟仪器在不同方面及领域的功能。
图形化语言能够实现系统简单，构建灵活，层次体系明晰等特点。
利用它可以方便的建立自己所需的各种界面，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
使用图形化语言编程时，不用写编程代码，取而代之的是流程图。
从而能够大大降低了工作的时间和难度。
利用计算机丰富的软件资源，现在已经实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统的灵活性；通过软件技术和相应的数值算法，实时，直接的对测试数据进行各种分析与处理；通过图形用户界面技术，真正做到界面友好，人机交互。
虚拟仪器软件具有开放性，模块化，可重复使用及互换性等特点。
用户根据自己的需要，选用软件中的各种模块进行自己所需要的运动分析采集等功能，使仪器系统的适用范围更为灵活，覆盖面更广，缩短了系统组建时间。
作为现代运动分析控制的发展方向，虚拟控制已迅速发展成为一种新的产业。
1.2 机械手运动学可视化求解研究的目的和意义机械手可视化技术的研究可以帮助学习对机器人运动学的深入了解，减少分析和学习的时间，更快的理解机械手运动学的基本内容和研究难点，正逆运动学求解的可视化算法主要是通过数值计算的方法快速的对任意结构的三自由度机械手进行求解，并将求解结果可视化，有效的判断正逆解的合理性，同时为机器人运动学的学习提供了辅助工具。
三自由度机械手控制系统的创新设计摘要：本文主要介绍了三自由度机械手控制系统的设计过程。
本文主要论述重点在依据六自由机械手对三自由度机械手结构进行了创新。
关键词：三自由度；结构设计创新引言在科技不断进步下，机械制造业的发展起着关键的作用。
机械制造业是将独立的单元作为一个自动化的过程，在工业生产不断迅速发展进步中综合自动化水平要求越来越严格，每个工厂的生产线和自动化车间越来越多，未来完成自动化工厂进一步加强。
工业机器人是很多种类中生产进程自动化需求常常改换产品的通用伎俩，也是现在社会中自动化技术和人工智能技术开展的重要表现，也代表着当今社会制作行业技术开展的新水平。
虽然自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，但其结构也越复杂，前期投入较高。
对于小型工厂，考虑综合因素适用于二到三自由度机械手。
本文设计的五轴机械手采用电动和气动相结合的驱动方式，两台PLC分别控制主臂和副臂的伺服电机驱动及气动手抓，协同完成复杂的取、卸料动作，具有系统结构清晰、驱动能力强、方便扩展的特点和优势。
在PLC软件设计上采用梯形图和嵌入式模块化编程相结合的动作模块化编程思想，不仅增强了程序的可读性，便于调试，而且实现了工艺流程的灵活配置。
同时，组态式触摸屏实现了工艺参数的可视化配置和运行信息的实时监控等功能，具有稳定可靠、灵活通用等特性。
1工作过程通常情况卜，机械手在生产线上的任务是将工件从A处搬运到B处，主要动作为：PLC送电后，首先控制装置返回初始位置：机械手的手爪上升到上限位，然后手臂缩回到缩回限位，然后向左旋转到左限位。
物料检测光电传感器检测到物料后，机械手手臂伸出，手爪下降抓物，然后手爪提升，到达上限位后手臂缩回，到达缩回限位后向右旋转到右限位，手臂伸出，到达伸出限位后手爪下降，到达卜降限位将物料放下，然后回到原位。
如果机械手在手爪下降过程中，在5s内小能到达下限位，则手停下降，然后上升到上限位停比运行，同时开始报警（红灯闪烁，同时蜂鸣器鸣叫）。
基于LabVIEW的三自由度叩击按摩系统控制系统的设计【摘要】本文基于LabVIEW设计了一个三自由度叩击按摩系统控制系统，包括系统框架设计、系统功能设计、系统控制设计、系统实现设计和系统测试设计。
通过实验验证，系统在稳定性和精确性上表现出色，具有良好的使用体验。
该系统可以广泛应用于按摩行业，为用户提供舒适的按摩体验。
结论部分总结了系统的设计优势和未来改进方向。
通过本文的研究，为基于LabVIEW的三自由度叩击按摩系统控制系统的设计提供了参考和实践指导。
【关键词】LabVIEW, 三自由度叩击按摩系统, 控制系统设计, 系统框架设计, 系统功能设计, 系统控制设计, 系统实现设计, 系统测试设计, 结论1. 引言1.1 引言三自由度叩击按摩系统是一种能够模拟手部按摩动作的机械系统，通过不同频率和力度的叩击按摩，可以有效缓解人体疲劳和舒缓肌肉紧张。
在现代社会中，人们对保健和舒适性的需求越来越高，因此开发一种自动化的叩击按摩系统具有非常重要的意义。
本文将基于LabVIEW软件平台，设计一个三自由度叩击按摩系统控制系统，以实现对系统的精确控制和监测。
在系统框架设计中，将介绍系统的整体结构和各个组成部分的功能；在系统功能设计中，将详细说明系统的功能需求和实现方法；在系统控制设计中，将探讨系统的控制算法和参数调节方式；在系统实现设计中，将介绍系统硬件的选择和集成方法；在系统测试设计中，将说明系统的测试方案和评估指标。
通过本文对三自由度叩击按摩系统控制系统的设计和实现，将为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴，促进叩击按摩技术的发展和推广。
2. 正文2.1 系统框架设计系统框架设计是整个三自由度叩击按摩系统设计中非常重要的一部分，它决定了系统整体的结构和功能的实现方式。
在本设计中，我们采用了基于LabVIEW的软件平台进行系统框架设计。
LabVIEW是一种图形化编程语言，可以帮助我们更加直观地设计系统的控制逻辑和界面。
三自由度机械手运动学的研究【摘要】机械手的运动学分析是研究的热门话题，通过获得机械手末端装置在空间中的姿态与位置的方法，对于机械手的设计和控制极为重要。
本文通过建立一种简易设计机械手的三维模型，简单介绍了D-H方法并对该法进行了简便运算方法的分析，再结合要设计的机械手模型确定了D-H参数后，通过对机械手关节处的特征矩阵进行求解机械手运动学的正解运算，最终得到了机械手末端的姿态，并结合实际情况对末端运动坐标进行了验证。
经验证，所确定的运动函数完全符合设计的需求，对现实中机械手的生产、控制、研发等提供了可靠的理论依据。
【关键词】机械手；机器人；自由度；D-H法；正运算。
Research of Imaging System Based on STM MCUWU Xiao-lei1 WANG Shu-kun2 LI Da-peng2（1.olleg JiLin Province Design and Research Institute Petrochemical Engineering，Changchun Jilin，130022，China；2.College of Mechanical and Electrical Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun Jilin，130022，China）【Abstract】Manipulator kinematics analysis is the hot topic in the research.It is of extreme importance to design and control of the manipulator through this access to get the end of the manipulator the position and posture in the space.In this paper，through the establishment of a simple 3D model design，the D-H methods were simply introduced ，combining D-H parameters model，solving the manipulator kinematics positive solution，finally gets the end of the manipulator，s posture，and connecting with the actual situation of terminal motion coordinates . Determine the movement function completely accords with the demand of this design.Provides the reliable theory basis for the production，the control of the kinematics.【Key words】Manipulator；robot；Degree of freedom；D-H method；Forward kinematics.0 引言使用机械手对工件进行搬运，目前已经得到了大范围的推广，因此研究机器手的运动，从而更好的设计和控制机器手也十分重要。
基于LabVIEW的三自由度叩击按摩系统控制系统的设计【摘要】本文介绍了基于LabVIEW的三自由度叩击按摩系统控制系统的设计。
在阐述了研究背景、研究意义和研究目的。
在详细讨论了系统结构设计、传感器与执行器设计、控制算法设计、系统实验与结果分析以及系统性能评估。
结论部分总结了设计优势、存在问题并展望未来研究方向。
研究结果表明，该控制系统稳定可靠，能够实现三自由度叩击按摩功能，并具有较好的系统性能。
设计优势在于采用LabVIEW 平台进行系统搭建，易于操作和维护。
存在问题主要集中在传感器精度和响应速度方面，需要进一步改进。
展望未来，可以进一步优化控制算法和提高系统稳定性，以满足更高的按摩需求。
【关键词】LabVIEW、三自由度、叩击按摩系统、控制系统、设计、结构设计、传感器、执行器、控制算法、实验、结果分析、性能评估、优势、问题、展望未来。
1. 引言1.1 研究背景三自由度叩击按摩系统是一种结合了机械叩击和按摩技术的新型按摩系统，能够实现不同频率和强度的按摩，并且具有精准的控制能力。
通过LabVIEW这种高级的图形化编程工具，可以更加方便地实现对系统的控制和监测，提高系统的稳定性和可靠性。
研究基于LabVIEW的三自由度叩击按摩系统控制系统的设计具有重要的实际意义和应用价值。
本文将围绕这一主题展开研究，探讨系统结构设计、传感器与执行器设计、控制算法设计、系统实验与结果分析以及系统性能评估等方面内容，为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。
1.2 研究意义三自由度叩击按摩系统可以有效地帮助人们缓解肌肉疲劳、改善血液循环、促进新陈代谢，对于现代人们生活质量的提升具有重要的作用。
随着社会的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对健康的重视程度也越来越高，因此研究基于LabVIEW的三自由度叩击按摩系统控制系统的设计具有十分重要的意义。
基于LabVIEW的三自由度叩击按摩系统可以实现自动化控制，提高按摩的精准度和效果，使按摩更加舒适和有效。
毕业设计（论文）题 目 三自由度工业用机械手控制系统设计姓 名学 号专业班级指导教师分 院 成人教育学院完成日期 2017 年4月X 日宁波理工学院摘要机械手是机器人研究的热门领域之一，不仅在工业还在其它行业都发挥着越来越大的作用。
而且随着工业生产自动化程度的不断提高，工业机械手在生产现场的流水线中扮演着越来越重要的作用，现在已成为现代化工业生产中不可缺少的重要环节。
本文在了解机械手和PLC控制技术的国内外研究现状及发展趋势基础上，而选用了三自由度机械手作为控制对象进行研究。
本文基于控制和计算机监控的相关理论，根据工业机械手的控制要求，完成了其运动控制设计以及组态监控系统构建，对控制系统的总体构造、控制流程以及构成系统的各个模块的功能和控制方式进行了研究。
关键词:三自由度机械手；PLC；控制系统；工业生产A b s t r a c tRobot is one of the hot areas of robot research and is playing an increasingly important role not only in industry but also in other industries. At the same time, with the continuous improvement of industrial production automation, industrial robots in the production site of the pipeline plays an increasingly important role, has become an indispensable modern industrial production important link.Based on the research status and development trend of robot and PLC control technology, this paper chooses three-degree-of-freedom manipulator as the control object.Based on the theory of control and computer monitoring, this paper completes its motion control design and configuration monitoring system construction according to the control requirements of industrial manipulator. The overall structure of the control system, the control flow and the function and control mode of each module constituting the system Were studied.Keywords:Three degrees of freedom manipulator; PLC; Control System；Industrial production目录摘要......................................................................................................................... I I Abstract.. (IV)目录 (V)1.引言 (1)1.1 研究机械手的意义 (1)1.2 机械手的组成和分类 (2)1.2.1机械手的组成 (2)1.2.2 机械手的分类 (2)1.3 机械手的国内外研究现状 (2)1.3.1 机械手的国外研究现状 (2)1.3.2 机械手的国内研究现状 (3)2.机械手控制系统总体设计方案 (4)2.1工业机械手的工艺流程 (4)2.2工业机械手的运动参数分析 (5)2.3工业机械手的总体模块设计 (5)2.3工业机械手的总体模块概述 (6)2.3.1 控制器模块 (7)2.3.2驱动模块 (7)2.3.3 执行模块 (7)2.3.4传感器模块 (7)3.机械手硬件系统的设计 (9)3.1硬件系统的结构 (9)3.2伺服控制系统设计 (10)3.3气动控制系统设计 (10)3.4机械部件设计 (11)3.5传感器设计 (11)4.PLC控制器的设计 (13)4.1 PLC 控制器的特点 (13)4.2 PLC 控制器的程序设计 (13)4.2.1 PLC 回原点程序 (13)4.2.1 PLC手动程序操作示意 (14)4.2.2 PLC自动程序操作示意 (14)参考文献 (16)致谢 (17)1.引言1.1 研究机械手的意义工业机械手（以下简称机械手）是近代自动控制领域中出现的一项新技术，已经成为现代制造生产系统中的一个重要组成部分。
专 业 推 荐↓精 品 文 档参考文献［１］ＦＥＨＳＥＷ．，ＡｕｔｏｍａｔｅｄＲｅｎｄｅｚｖｏｕｓａｎｄＤｏｃｋｉｎｇｏｆＳｐ－ａｃｅｃｒａｆｔ［Ｍ］．Ｂｒｉｔａｉｎ：ＣａｍｂｒｉｄｇｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２００３．［２］张尚盈．液压驱动并联机器人力控制研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨究［Ｍ］．保定：河北大学出版社，２００１．［４］ＳＴＥＩＮＢＵＣＨＭ．．ＳＣＨＯＯＴＳＴＲＡＧ．．ＢＯＳＧＲＯ．Ｈ．Ａ，Ｒｏ－ｂｕｓｔＣｏｎｔｒｏｌｏｆａＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃＰｌａｙｅｒ［Ｃ］．Ｔｕｃｓｏｎ，ＡＲ：Ｐｒｏｃｅｅｄ－ｉｎｇｓｏｆ３１ｓｔＩＥＥＥＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．ＤｅｃｉｓｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，１９９２：２５９!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!基于ＬａｂＶＩＥＷ实时模块的３自由度气动机械手控制系统的研究毛新涛王燕波杨庆俊许剑包钢（哈尔滨工业大学气动技术中心，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘要：本文介绍了ＬａｂＶＩＥＷ实时系统以及使用设计方法。
根据３自由度气动机械手的组成及工作原理构造了基于ＬａｂＶＩＥＷ的实时控制系统并进行了单关节控制及空间轨迹跟踪方面的实验研究。
实验结果证明控制系统能够满足设计需要，并具有灵活的扩展性。
关键词：气动机械手；ＬａｂＶＩＥＷ；实时控制；轨迹跟踪中图分类号：ＴＰ２４１．１文献标志码：Ａ文章编号：１００８－０８１３（２００８）０４－００５４－０４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒａＰｎｅｕｍａｔｉｃａｌｌｙＲｏｂｏｔｉｃＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｉｔｈＴｈｒｅｅ－Ｄｅｇｒｅｅ－ｏｆ－ＦｒｅｅｄｏｍＢａｓｅｄｏｎＬａｂＶＩＥＷＲｅａｌ－ＴｉｍｅＭｏｄｕｌｅＭＡＯＸｉｎ－ｔａｏＷＡＮＧＹａｎ－ｂｏＹＡＮＧＱｉｎｇ－ｊｕｎＸＵＪｉａｎＢＡＯＧａｎｇ（ＰｎｅｕｍａｔｉｃＣｅｎｔｅｒ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬａｂＶＩＥＷｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓｕｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＰｎｅｕｍａｔｉｃａｌｌｙｒｏｂｏｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｉｔｈ３－ＤＯＦ，ｔｈｅｊｏｉｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎＬａｂＶＩＥＷｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｓｉｎｇｌｅｊｏｉｎｔｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇｗｉｔｈｔｈｒｅｅｊｏｉｎｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ａｓｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｔｅｓｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｄｅｓｉｇｎａｎｄｈａｓｆｌｅｘｉｂｌｅｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｐｎｅｕｍａｔｉｃａｌｌｙｒｏｂｏｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ＬａｂＶＩＥＷ；ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇ０前言随着测控系统的不断发展，用户对于系统的可靠性、时间确定性等要求越来越高，由此出现了很多实时测控模式及软件，例如美国Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ公司的ＲＴＷ（包括ＲＴＷＷｉｎｄｏｗｓＴａｒｇｅｔ和ｘＰＣＴａｒｇｅｔ等）；德国ｄＳＰＡＣＥ公司的ＣｏｎｔｒｏｌＤｅｓｋ；加拿大ＯＰＡＬ－ＲＴ公司ＲＴ－ＬＡＢ；Ｂｏｅｉｎｇ公司的Ｅａｓｙ－５等。
其中美国ＮＩ公司研制开发的ＬａｂＶＩＥＷＲＴ系统由于其简洁的图形化开发环境以及高可靠性和时间确定性等优点得到了广泛的应用。
ＬａｂＶＩＥＷＲＴ的开发、运行需要特定的硬件目标支持，以往的ＲＴ模块主要支持３类硬件方式：ＲＴ系列插入式板卡、ＲＴ系列ＰＸＩ、ＲＴ系列的ＦｉｅｌｄＰｏｉｎｔ模块。
ＲＴ系列插入式板卡基于ＰＣＩ总线方式，将嵌入式的处理器板卡和多功能数据采集卡合并，能提供的Ｉ／Ｏ通道较少，单通道ＰＩＤ循环速率在１ｋＨｚ左右，性能一般；ＦｉｅｌｄＰｏｉｎｔ方式能提供很多的Ｉ／Ｏ接口，但循环速率更低，一般不到１ｋＨｚ；ＰＸＩ控制器方式能够提供较多的Ｉ／Ｏ接口、具有较高的控制速率（２０ｋＨｚ以上），但硬件成本较高。
Ｌａｂ－ＶＩＥＷＲＴ模块在８．０版本之后，支持将标准ＤｅｓｋｔｏｐＰＣ转变为Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ（实时）目标机，配置通用ＰＣＩ数据采集卡，实现高循环控制速率（１０ｋＨｚ以上）并提供了丰富的Ｉ／Ｏ接口，与ＰＸＩ系统相比具有较高的性价比优势。
目前大多数伺服机器人的驱动都是采用电动机或液压方式，在易燃易爆的环境中使用极不方便。
随着气动伺服技术的不断发展，已能满足一些多点定位的工业现场，但在要求更复杂、功能更精细的工业场合还存在一定难度，如喷漆机器人、涂胶机器人等对气动伺服连续轨迹控制有着更高的要求。
因此由气动伺服系统驱动的机器人就成为工业应用领域的热门研究课题之一。
本文介绍了关节式气动机械手的组成及工作原理。
利用ＬａｂＶＩＥＷ实时模块构造了机械手控制系统，通过路径规划、运动学反解及关节控制器相关算法，完成了第四届全国流体传动与控制会议论文。
收稿日期：２００８－０４－２７作者简介：赵慧（１９７３－），女，河南省驻马店市人，副教授，博士，从事射流动力学、机电液系统控制策略、液压驱动机器人的研究。
ＨｙｄｒａｕｌｉｃｓＰｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆Ｓｅａｌｓ／Ｎｏ．４．２００８３个运动关节的实时控制。
在轨迹跟踪方面的实验取得了满意的效果，为进一步的工业化应用奠定了基础。
１气动机械手的组成及工作原理３自由度气动机械手属于关节串联式机器人，其结构如图１所示，它的运动类似人的肢体，由腰、大臂、小臂３个关节组成，其气动元件如表１所示。
图１气动机械手结构原理图腰部为旋转运动，由流量比例阀驱动单齿轮齿条式摆动气缸来实现，旋转编码器通过１∶４的同步带轮与腰部转动轴相连，以检测角度信号；大、小臂均为俯仰运动，由流量比例阀驱动单出杆双作用气缸来实现，旋转编码器通过１∶４的同步带轮与对应的大、小臂关节俯仰运动轴相连，以检测角度信号。
气动回路原理如图２所示。
这样实现了单关节的闭环控制，进而通过相关的控制策略完成了机械手末端的空间运动控制。
图２机械手气路原理图表１机械手气动元件一览表２机械手控制系统的设计２．１控制结构概述３自由度气动机械手采用流量比例控制，使用ＮＩ公司的ＰＣＩ－６２２９卡（多功能数据采集卡）输出控制信号；同时使用ＮＩ公司的ＰＣＩ－６６０２（８通道正交编码器计数器卡）检测编码器的角度信号和零位信号，其硬件组成如图３所示。
图３机械手控制系统硬件流程图２．２实时系统介绍上位机在安装ＬａｂＶＩＥＷ８．０及实时模块之后，打开“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ”。
在“Ｔｏｏｌｓ”→“ＮＩＤｉｓｋＵｔｉｌｉｔｉｅｓ”下选择制作“ＦｏｒｍａｔＨａｒｄＤｒｉｖｅＤｉｓｋ”形式的启动软盘。
用此软盘格式化下位机后，基于ＶｅｎｔｕｒｃｏｍＰｈａｒＬａｐ公司ＥＴＳ实时操作系统开发的包含单一实时内核（ｋｅｒｎｅｌ）的专用ＲＴＯＳ被下载到ＰＣ中，ＲＴ引擎被部署到下位机，下位ＰＣ机转化为了实时目标机。
系统的控制程序是通过上位机的ＬａｂＶＩＥＷＲＴ开发系统完成的，包括上位机的人机界面和下位机的实时控制程序。
上下位机工作方式，通过ＴＣＰ／ＩＰ实现通讯，上位机通过网络与下位机的ＲＴ引擎建立连接，将实时控制程序下载到ＲＴ引擎中进行运行和调试。
在控制软件的开发中，上位机主要运行的是人机交互界面，接受操作人员的命令输入及显示数据等；下位机主要运行实时控制程序，接受上位机的命令信号，进行相应的数据采集及实时控制。
它们之间的通信是靠网络共享变量机制来实现的。
网络共享变量（Ｎｅｔｗｏｒｋ－ＰｕｂｌｉｓｈｅｄＳｈａｒｅｄＶａｒｉａｂ－ｌｅ）是ＬａｂＶＩＥＷ新推出的一种变量，它能通过网络在不同的ＶＩ之间方便的共享数据。
网络共享变量利用ＮＩＰｕｂｌｉｓｈ－ＳｕｂｓｃｒｉｂｅＰｒｏｔｏｃｏｌ（ＮＩ－ＰＳＰ）通过网络来发送和接收数据。
ＮＩ－ＰＳＰ是建立在ＵＤＰ协议的基础上的，所以比ＴＣＰ／ＩＰ方式能够有更高的效率，而且ＮＩ－ＰＳＰ还在ＵＤＰ的基础上增加了自己的层来保证数据传递的正确性。
如果调用一个网络共享变量，首先得在网络的ＳＶＥ（ＳｈａｒｅｄＶａｒｉａｂｌｅＥｎｇｉｎｅ）上部署网络共享变量。
当你向这个共享变量中写入数的时候，ＬａｂＶＩＥＷ将这个新的值发送给网络上的ＳＶＥ，ＳＶＥ然后将这个值发５５液压气动与密封／２００８年第４期布出去，使得网络上其他的节点可以得到这个更新值。
图４共享变量读写过程示意图３机械手控制流程及软件集成机械手控制系统的基本流程如图５所示。
由轨迹插补模块对途径点分段，采用过四点的３次多项式插值运算，将计算结果输入运动学反解模块，计算出关节坐标下各关节的对应的角度，将各运动关节轨迹送入到关节控制器模块中进行关节运动控制，由编码器的测量值实时计算机械手末端的位置。
图５机械手控制系统软件流程图根据系统流程及ＬａｂＶＩＥＷ实时模块的工作原理，采用单神经元自适应ＰＩＤ和常规ＰＶＡ极点配置控制策略，两者可进行对比实验。
在这里相关内容不再详述。
程序主界面如图６所示。
图６控制系统主程序界面４实验及分析４．１单关节控制实验以腰部关节为例。
腰部关节编码器为１０００码／周，通过１∶４的同步带轮与腰部的摆动缸相连，所以腰部关节的分辨率为３６０°／４０００＝０．０９°。
系统采用单神经元自适应ＰＩＤ方法，由于腰部关节在机械手运动时转动惯量变化较大，使用同一控制参数分别在转动惯量较大（大臂伸出）和较小（大臂收回）时对其进行了两组跟踪方波信号试验来检验参数变化对系统动态特性的影响。
其结果分别如图７和图８所示，超调量及响应时间满足要求，系统具有一定的鲁棒性。
图７腰部关节方波信号响应（大转动惯量）图８腰部关节方波信号响应（小转动惯量）４．２空间轨迹跟踪实验对机械手位置的在关节空间内进行轨迹跟踪，控制模块的输入信号为轨迹规划模块组的输出信号，采用ＰＩＤ控制算法。
如图９所示，ｘ１、ｙ１、ｚ１分别代表迪卡尔空间内，目标规划路径的ｘ、ｙ、ｚ３个坐标轴方向的分量随时间变化的的曲线；ｘ２、ｙ２、ｚ２分别代表机械手实际位置在迪卡尔空间内３个坐标轴方向的分量随时间变化的曲线。
图９机械手目标曲线与跟踪曲线比较３自由度气动机械手控制系统的设计是一项比较复杂的工作。
其中包含轨迹规划，运动学反解，关节控制等多个子模块，需要比较许多不同的算法并不断地调整相关控制参数。
