气动吹笛机器人设计
摘要：本文设计了一款基于PLC课题旨在设计一款气动吹笛机器人，通过可编程控制器编制程序控制气动装置完成吹奏笛子的动作，该装置能够模仿人吹奏笛子的动作，可以在触摸屏中选择不同的曲子，可编程控制器用相应的程序来控制气动装置模仿人手指动作完成吹奏曲子。该课题研制是典型机电气一体化装置，包含机械结构设计、气动技术、PLC技术、触摸屏技术等，与所学专业培养目标吻合，对提高自身综合能力有很大的帮助。
关键词：气动吹笛机器人;控制气动装置
Design of Pneumatic Flute Playing Robot
Abstract: This article designs a pneumatic flute robot based on a PLC project, which uses a programmable controller to program and control the pneumatic device to complete the action of playing the flute. The device can mimic the action of a human playing the flute, and different songs can be selected on the touch screen. The programmable controller uses the corresponding program to control the pneumatic device to mimic the action of a human finger to complete the playing of the melody. The development of this project is a typical mechatronics integrated device, which includes mechanical structure design, pneumatic technology PLC technology, touch screen technology, etc., which is in line with the training objectives of the major and greatly helps to improve one's comprehensive ability.
Keywords: pneumatic flute robot; Control pneumatics
目录
摘要 2
Abstract 3
第一章序言 1
1.1课题来源 1
1.2研究背景意义 1
1.2笛子的基本介绍 1
第二章 设计方案确定 4
2.1气动吹笛原理 4
2.2技术要求 4
2.3设计方案 4
2.3.1 笛子固定支架结构设计方案 4
2.3.2 机械手指结构设计方案 5
2.3.3 笛子吹气支架结构设计方案 6
2.3.4 工作台结构设计方案 6
2.3.5 笛子展台结构设计方案 7
2.3.6 总体设计方案 7
第三章 机械装置设计 8
3.1笛子固定结构设计 8
3.1.1导向轴的选用 8
3.1.2导向轴支座过渡板设计 9
3.2机械手指装置结构设计 9
3.2.1堵笛孔机械手指设计 9
3.2.2手指支撑钣金顶板设计 11
3.2.3手指支撑腹板设计 12
3.2.4手指支撑底板设计 13
3.2.5手指连接销设计 15
3.2.6手指与顶板连接销设计 16
3.2.7气缸固定钣金支架设计 18
3.3笛子吹气装置结构设计 19
3.3.1气管锁紧装置 19
3.3.2笛子吹气装置支撑杆 19
3.3.3笛子吹气装置固定底座 20
3.4工作台结构设计 21
3.4.1工作台结构设计 21
3.4.2铝型材的选用 22
3.4.3福马轮的选用 23
3.5笛子展台结构设计 23
3.6小结 24
第四章 控制系统设计 27
4.1控制系统要求 27
4.2电气控制系统组成 27
4.3气动控制系统组成 27
4.4气动原理图设计 27
4.5电气原理图设计 28
4.6IO表 30
4.7PLC程序设计 30
4.8电气元件计算与选型 34
4.8.1可编程控制器选型 34
4.8.2触摸屏选型 34
4.8.3接触器计算选型 35
4.8.4断路器选型 35
4.8.5继电器选型 36
4.8.6电气控制板设计与配线 36
4.9气动元件的选用 37
4.9.1气缸选用 37
4.9.2电磁阀选型 40
4.10触摸屏组态程序设计 41
4.11本章小结 42
总结 43
致谢 44
参考文献 45
第一章序言
1.1课题来源
本设计主要根据提高自身综合能力，设计一款通过可编程控制器编制程序控制气动装置来完成吹奏笛子的动作，使该装置能够模仿人吹奏笛子的动作，达到可以模仿人吹笛。
1.2研究背景意义
随着智能设备和智能机械的不断发展，气动装置在各个领域的应用越来越广泛。设计和制造气动吹笛机器人是一项复杂的工程挑战，涉及机械结构、电气控制、算法等多个领域。通过解决这些问题，可以推进相关技术范围的发展，推动技术和工程的进步。气动吹笛机器人可以用于教育和娱乐领域，帮助人们学习音乐技能、培养兴趣，同时也为人们提供新颖的娱乐体验。这种机器人在教育和娱乐领域的应用具有广阔的市场前景和社会意义。
气动吹笛机器人的研究背景不仅体现了技术挑战和突破，还具有音乐与机器人融合、教育与娱乐应用以及科技创新等多重意义，对推动相关领域的发展和应用具有重要意义。
同时气动吹笛机器人是典型的机电一体化设备，包含了机械设计，气动技术，PLC技术，以及触摸屏技术，与所学的专业的培养非常贴合，在提升自身兴趣和提高自我的综合能力水平上有很大的帮助。
1.2笛子的基本介绍
笛子作为中国的传统乐器之一，从古至今有着悠久的历史，而笛子的种类众多，按照种类的话。笛子从音调的高低来分，笛子一般分为定调笛，梆笛，和曲笛等。一般来说，定调笛一般是按特定的调试和一定的音程关系来对笛子的直径和长度进行制定，以便满足各个演奏的需要。曲笛的笛音色很醇厚，音高较低，笛子的身粗长，在南方较多；梆笛的音色清晰明亮，音高较高，在我国北方多用于各个戏种。另外笛子按材料分类，笛子还分为石笛、玉笛、竹笛、红木笛等。而在这些笛子当中最常见的就是竹笛，竹笛用竹子制作完成，笛声清脆明亮；石笛用石头制作完成，其音色浓厚醇厚，笛声较为深沉；玉笛用玉石制作完成，其笛声如玉温润；红木笛由红木制作而成，其音色醇厚悠长。
笛子除了按音高音低分，还按孔数划分，笛子除了常见的六孔笛，还有七孔笛、八孔笛和九孔笛等。六孔笛子是最常见的一种笛子，但其的音域比较窄，只能演奏一些较为简单的旋律。七孔笛顾名思义，增加了一个孔，使得音域较为六孔笛，音域更广，且演奏的旋律更多一点；八孔笛和九孔笛，都是分别为八个孔和九个孔，其音域也是随着笛子的孔数越多，音域更广。
而笛子除了种类和孔数区别还分为横吹和竖吹七个音调，横吹的音调有五种。
首先是横吹C调笛：C调笛以C为基准音，一般C调笛子适合老手玩家和进阶玩家，笛子一般长68厘米，音调为低音调，C调笛粗长进阶练气好，孔距较宽，且音色明亮清脆，所以适合演奏民族和古风歌曲。
其次是横吹D调笛，D调笛以D为基准音，一般适合成人进阶玩家，D调笛子一般长为62厘米，音调为中高音，音域一般比C调笛稍窄，最高音和最低音在十四个半音左右，D调笛在高音区比较明亮，清脆，笛子略粗适合进阶练习孔距略宽，适合演奏轻快灵动的曲子和古典音乐。
接着是横吹E调笛，横吹E调笛以E为基准音，一般适合初学的成人使用，而其最高音和最低音在十五个半音左右。E调笛一般为57厘米，音调为中高音，笛子音色婉约清丽，所以多适合演奏古典音乐。
然后是横吹F调笛，F调笛以F为基准音，一般适合成人和青少年使用，最高音和最低音区间在十七的半音左右。笛子一般长为53厘米，且音调为高音调，最高音和最低音在十七个半音左右，笛子粗细适中，音色水灵清脆，专业曲目和流行曲目使用较多。
最后是横吹G调笛，G调笛以G为基准音，一般适合少儿初学和手小人士。笛子一般长为48厘米，音调为高音调，最高音和最低音在17个半音左右，笛子短小偏细，音色水灵雀跃，省气容易吹，曲风欢快，一般适合演奏民间音乐，也适合演奏北方的曲目。
笛子的构造分为笛头，吹孔，膜孔，按音孔（按音孔为第一第六孔且靠近笛头分为第六孔）和前后音孔和笛尾；笛子还有笛塞和笛膜来便于吹笛使用，和后吹音孔一般为两孔。
笛子吹奏按孔的指法对应了曲谱的do、re、mi、fa、sol、la、xi七个音。
中音1是按第六孔，五孔，四孔；中音2是按第六孔和第五孔；中音3只按第六孔；中音4是按第五孔和第四孔；中音5是按第五孔到第一孔五个孔；中音6是按第六孔到第二孔五个孔；中音7是按第六孔到第三孔四个孔。
根据笛子种类，笛子的调，笛子的指孔，选用了竹笛六孔笛，选用的是横吹D调笛，该笛孔距较宽，且较为常用。
参考文献
[1]冯清秀，邓星钟，等. 机电传动控制[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2011.
[2]邓则名，等. 电器与可编程控制器应用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2011.
[3]宁朝阳，皮智谋，任成高，等.Solidworks软件在机械设计中的应用[J].现代机械.2007.
[4]吴宗泽，等. 机械设计课程设计手册[M]. 北京：高等教育出版社，2012.
[5]濮良贵，纪名刚. 机械设计[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
[6]何铭新，钱可强，徐祖茂. 机械制图[D]. 北京：高等教育出版社，2010.
[7]MISUMI FA目录[S].米思米（中国）精密机械贸易有限公司，第一版.
[8]MISUMI电子电气配线目录[S].米思米（中国）精密机械贸易有限公司，2018.
[9]陈银燕，王超等.气动控制技术.江苏:江苏电子信息职业学院，2023
[10]成大先. 机械设计手册：单行本.气压传动[M]. 北京：化学工业出版社，2017.
[11]吉卫喜. 机械制造技术基础[M]. 北京：高等教育出版社，2008.
[12]吴文延 黎明职业大学学报.福建：黎明职业大学，2009.
[13]周新楠，刘小刚等，设备管理与维修.江西： 新余市 职业教育中心，2008.
[14]张铮，唐立平等.机电控制与PLC.江苏：机械工业出版社，2022.
[15]陈立德. 机械设计基础课程设计指导书.江苏:高等教育出版社，2019.
[16]王晓燕 ，杨富龙.工业和信息化教育.甘肃:兰州城市学院，2022.
[17]杨炯.科技创新与应用.江苏：江苏国望高科纤维有限公司，2020.
