可重构机械系统的设计与控制方法研究

新型机械臂的研究与开发随着科技的不断进步，机械臂技术也在不断地发展和完善，新型机械臂已经成为当前机械制造领域的一个重要发展方向。

新型机械臂以其高精度、高效率、高可靠性等特点，被广泛应用于各个领域，如工业制造、医疗、军事、环境保护等。

本文将从新型机械臂的研究与开发方面进行论述。

一、新型机械臂的发展历程机械臂最早应用于工业制造领域，20世纪70年代初期，机械臂逐渐被引入到汽车制造、电子和半导体工业等一些需要对小型零部件进行高精度加工和组装的领域中。

此后，机械臂的应用范围不断扩大，不断涌现出各种新型机械臂。

包括地面移动机械臂、协同机械臂、人机协同机械臂、可重构机械臂等。

二、新型机械臂的特点1. 高精度：新型机械臂采用先进的传感技术和控制方法，具有高精度的特点，可用于精细加工和组装等工作。

2. 高效率：新型机械臂的运动控制和智能化技术不断完善，可实现高效率的生产和制造。

3. 高可靠性：新型机械臂采用高强度材料和精密加工工艺，同时配备自动诊断和故障检测系统，确保机械臂的高可靠性和长寿命。

三、新型机械臂的应用领域1. 工业制造：新型机械臂在工业制造领域有着广泛的应用，可以用于装配、搬运、打磨、焊接、喷涂等各种工作。

2. 医疗：新型机械臂在医疗领域可用于进行微创手术和其他精细操作。

3. 军事：新型机械臂在军事领域可用于救援、侦察、处理化学品等危险物质等作业。

4. 环境保护：新型机械臂在环境保护领域可用于进行污染治理、清洗等作业。

四、新型机械臂的关键技术1. 传感技术：机械臂的运动轨迹和姿态是通过传感器实时获取并传输给控制系统的，因此传感技术的研究和应用对机械臂的精度和稳定性至关重要。

2. 控制技术：机械臂的运动控制需要对机械臂的电动机等部件进行高精度的控制，因此控制技术的研究和应用也是关键。

3. 智能化技术：人工智能、深度学习等技术的应用，可以使机械臂具有更强的判断和决策能力，提高机械臂的自主化程度。

五、新型机械臂的研究与开发新型机械臂的研究与开发需要多学科的交叉，包括机械、电子、自动化、材料等领域。

河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书摘要用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手，机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。

机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。

工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反应了一个国家工业自动化的水平，随着工业自动化的普及和发展，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，减少其他运输工具的局限，从而满足现代经济发展的要求。

本机械手主要用于光轴的搬运工作，能够配合机床（如锻床、数控机床、组合机床）或装配线等进行圆柱形工件搬运。

本机械手将采用三个自由度，为气压驱动。

本设计首先对机械手的手部、手腕、手臂等各个部分进行设计计算，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；其次，在气动系统的基础上对电气控制系统（PLC）进行了合理设计和布线。

其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；完成搬运机械手搬运工件的最终要求。

关键词: 机械手，搬运，结构，气压，可编程控制器（PLC）。

AbstractAbstractThe technology device used to reproduce the staff function is called a mechanical hand, the mechanical hand is imitate the action of the manpower, to achieve a given program, track and requirements automatically grab, handling or operation of automatic mechanical device. Robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce the labor intensity, improve working conditions, and improve labor productivity and automation level.The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, with the popularity of industrial automation and development, handling the application of mechanical hand gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation to meet the requirements of modern economic development.This manipulator is mainly used for metal optic axis handling work, can match with machine tools (such as forging bed, NC machine tools, combination machine tools) or assembly line of weight to realize cylindrical work pieces handling. The robot will use the three degrees of freedom for the pneumatic drive. First, I design and calculate the hand, wrist, arm and various parts of the mechanical hand. Then choose the proper drive method and transmission method, build the mechanical structure of the mechanical hand. Second, design and wire the electrical control system on the base of the pneumatic system of the manipulator. Their course of action should include: decline in clamping increased, slow forward, fast forward, slow progress, the extension of , the drop in, relax, rise, slow back, rewind, slow back; its operation, including: back in situ, manual, single-step, single cycle, continuous; and finally complete the final requirements of the handling robot porter pieces.Keywords: mechanical hand, transport, structure, pneumatic , programmable logic controller (PLC).河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (5)1.1 选题背景 (5)1.2 机械手设计目的及意义 (5)1.3 机械手发展历史及现状 (6)1.4 国内外应用及发展趋势 (8)1.5 设计大纲 (9)第二章机械手方案设计及计算 (11)2.1 机械手的设计要求及技术参数 (11)2.1.1机械手的总体方案论证 (11)2.1.2 驱动方式的选择 (11)2.1.3 技术参数 (12)2．2 手部结构设计及计算 (13)2.2.1 手部设计要求 (13)2.2.2 手部选型及计算 (14)2.2.3 手部夹紧力和驱动力计算 (15)2.2.4 气缸的直径确定 (17)2.2.5 缸筒壁厚的设计 (18)2.3 腕部结构设计 (19)2.3.1 腕部设计要求 (19)2.3.2 腕部的总体设计要求如下： (20)2.4 臂部结构设计及计算 (20)2.4.1 臂部设计要求 (20)2.4.2 伸缩手臂的设计 (21)2.4.3 手臂伸缩气缸的尺寸设计 (22)2.4.4 导向装置 (23)2.4.5 平衡装置 (23)2.4.6 手臂升降气缸的尺寸设计与校核 (23)2.5 机身设计及计算 (24)2.5.1 回转机身设计 (25)2.5.2 尺寸设计及校核 (25)第三章气动系统的设计 (28)3.1 驱动方式的选择 (28)3.2 气动原理图 (28)3.2.1 气动控制系统简介： (28)3.2.2 各执行机构的调速 (30)第四章机械手的PLC控制设计 (31)4.1 PLC简介 (31)4.1.1 PLC的发展历史 (31)4.1.2 PLC的结构 (32)4.1.3 PLC系统的其它设备 (33)4.1.4 PLC的分类 (33)目录4.1.5 PLC的特点 (34)4.1.6 PlC的用途 (34)4.2 机械手动作PLC设计 (35)4.2.1 I/O接口简介 (36)4.3PLC设计 (36)4.3.1输入输出设备 (36)4.3.2 选择可编程控制器 (36)4.3.3 PLC的I/O分配如下： (37)4.3.4PLC外围接线图如下： (38)总结 (40)参考文献 (41)致谢......................................... 错误!未定义书签。

机器人学导论二、简答题：1.机器人学主要包含哪些研究内容？2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？4.机器人控制系统的基本单元有哪些？5.直流电机的额定值有哪些？6.常见的机器人外部传感器有哪些？7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。

8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。

11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？12.仿人机器人的关键技术有哪些？三、论述题：1.试论述机器人技术的发展趋势。

2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。

3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。

4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。

5.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的？6.试论述工业机器人的应用准则。

四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）：1.已知点u的坐标为[7,3,2]T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v；（2）绕y轴旋转90°得到点w；（3）沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿z轴平移7个单位得到点t。

求u,v,w,t各点的齐次坐标。

xyzOuvwt\6.如图所示的三自由度机械手（两个旋转关节加一个平移关节，简称RPR机械手），求末端机械手的运动学方程。

二、简答题：1.答：机器人研究的基础内容有以下几方面：(1)空间机构学；(2)机器人运动学；(3)机器人静力学；(4)机器人动力学；(5)机器人控制技术；(6)机器人传感器；(7)机器人语言。

2.答：目前常用的有如下几种形式：(1)横梁式。

机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地利用空间，直观等优点。

(2)立柱式。

多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。

基于PLC的自动剪板机控制系统设计摘要随着工业自动化的不断发展，自动控制系统越来越受到人们的关注。

自动剪板机控制系统作为重要的制造业自动化设备，其控制系统设计和优化已成为面临的一个重要课题。

本文基于PLC控制系统，通过对自动剪板机控制系统相关设备进行详细的分析和研究，设计出一种可靠的自动剪板机控制系统，并对其进行实验验证，取得了良好的控制效果。

关键词：PLC；自动剪板机；控制系统设计；优化AbstractWith the continuous development of industrial automation, automatic control systems have been receiving increasing attention from people. As an important manufacturing automation equipment, the control system design and optimization of automatic shearing machine have become an important problem to be addressed. Based on the PLC control system, this paper analyzes and studies the relevant equipment of automatic shearing machine, designs a reliable automatic shearing machine control system, and verifies its control effect through experiments.Keywords: PLC; automatic shearing machine; control system design; optimization1. 引言自动剪板机是一种重要的制造业自动化设备，其控制系统在制造和加工过程中起着至关重要的作用。

机械行业工业技术研究与应用方案第一章绪论 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究目的与意义 (3)1.3 研究方法与内容 (3)第二章工业技术概述 (3)2.1 工业定义及分类 (3)2.1.1 工业定义 (3)2.1.2 工业分类 (4)2.2 工业技术发展现状 (4)2.2.1 技术水平 (4)2.2.2 应用领域 (4)2.2.3 产业规模 (4)2.3 工业技术发展趋势 (4)2.3.1 智能化 (4)2.3.2 灵活性 (4)2.3.3 安全性 (4)2.3.4 网络化 (4)2.3.5 节能环保 (5)第三章工业关键技术研究 (5)3.1 控制系统研究 (5)3.2 驱动系统研究 (5)3.3 传感器技术研究 (6)3.4 视觉技术研究 (6)第四章工业应用领域分析 (6)4.1 汽车制造业应用 (6)4.2 电子制造业应用 (7)4.3 食品与药品制造业应用 (7)4.4 其他行业应用 (7)第五章工业系统集成与优化 (8)5.1 系统集成方法 (8)5.2 系统优化策略 (8)5.3 系统故障诊断与处理 (9)5.4 系统集成案例 (9)第六章工业仿真与测试 (9)6.1 仿真技术概述 (9)6.2 仿真软件介绍 (10)6.3 仿真案例分析 (10)6.4 测试方法与标准 (11)第七章工业安全与防护 (11)7.1 工业安全标准 (11)7.2 工业安全防护措施 (12)7.3 工业安全监控技术 (12)7.4 工业案例分析 (12)第八章工业产业发展政策与法规 (13)8.1 工业产业政策概述 (13)8.2 工业法规与标准 (13)8.3 工业产业扶持政策 (13)8.4 工业产业国际合作与竞争 (13)第九章工业技术研究与应用案例 (14)9.1 某汽车制造企业工业应用案例 (14)9.1.1 项目背景 (14)9.1.2 应用场景 (14)9.1.3 技术成果 (14)9.2 某电子制造企业工业应用案例 (14)9.2.1 项目背景 (14)9.2.2 应用场景 (14)9.2.3 技术成果 (15)9.3 某食品企业工业应用案例 (15)9.3.1 项目背景 (15)9.3.2 应用场景 (15)9.3.3 技术成果 (15)9.4 某药品制造企业工业应用案例 (15)9.4.1 项目背景 (15)9.4.2 应用场景 (15)9.4.3 技术成果 (16)第十章展望与建议 (16)10.1 工业技术发展前景 (16)10.2 工业技术应用趋势 (16)10.3 工业产业发展建议 (16)10.4 工业技术研究与创新方向 (17)第一章绪论1.1 研究背景我国经济的快速发展，机械行业作为国家支柱产业，其自动化、智能化水平日益提高。