【正文】 抓取到工件，然后在每個(gè)極限位置加上傳感器進(jìn)行反饋，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的精確性和平穩(wěn)性 [10]。 機(jī)械手整體控制要求 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制要求一般為手動(dòng)模式和自動(dòng)控制模式。其中手動(dòng)控制模式是適用于調(diào)試和安裝的時(shí)候使用或者在出現(xiàn)機(jī)器發(fā)生故障的時(shí)候使用。本次課題所設(shè)計(jì)的是自動(dòng)控制模式，通過對 PLC 編寫特定的程序，機(jī)械手會(huì)按照一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完成特定的動(dòng)作，往往在設(shè)計(jì)中我們加入手動(dòng)控制模式，這樣便于安裝和調(diào)試，當(dāng)機(jī)械手出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以用手動(dòng)控制來檢測故障點(diǎn)。通常在設(shè)計(jì)先確定控制方案，然后 按照方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖 23所示，機(jī)械手工作流程圖： 圖 23 機(jī)械手工作流程圖 在機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，往往加入手動(dòng)控制的方式。機(jī)械手的手動(dòng)控制包括上升、下降、伸出、縮回、左擺、右擺、夾緊和放松等這些操作過程。一旦自動(dòng)控制發(fā)生故障或者在第一次設(shè)備安裝調(diào)試過程中，可以通過手動(dòng)控制進(jìn)行檢測。 氣動(dòng)控制元件選型 單向閥 單向閥的氣體的流動(dòng)方向一般是單向的，當(dāng) P口的氣壓大于活塞彈簧的壓力時(shí)，活塞將會(huì)被打開，此時(shí) P口和 A口將會(huì)聯(lián)通，這時(shí)氣體能夠順利通過。要使得單向閥保持通暢，需要?dú)怏w 有一定的壓力來抵消彈簧的壓力。如果氣體反向進(jìn)入單向閥中，不論壓力多大，都不能使得反向閥流通，除非閥口被壓力破壞。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁 共 36頁 單向節(jié)流閥 單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥組合而成的，帶有壓力的氣體從 P 流向 A，經(jīng)過節(jié)流閥的作用，它只能向一個(gè)方向流動(dòng)，這種方式常被用于調(diào)速和延時(shí)回路中。 先導(dǎo)式電磁閥 先導(dǎo)式電磁閥顧名思義它帶有一個(gè)先導(dǎo)閥芯，要想電磁閥工作，我們要先打開先導(dǎo)閥芯，然后改變氣體流動(dòng)方向來 打開主閥芯。 這樣的結(jié)合就是為了在頻繁控制的場合多次開閉主閥芯，對其造成沖擊和磨損。先導(dǎo)式電磁閥也分為單 電控和雙電控兩種形式 [5]。 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 水平氣缸 本設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用到氣缸元件，氣缸因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的不同可以分為兩大類：膜片式和活塞式。在日常生活中，單作用分為兩類：有桿活塞和無桿活塞。氣動(dòng)控制元件是將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種裝置，如：氣缸和氣動(dòng)馬達(dá)。 (1) 普通氣缸 普通氣缸是由缸筒機(jī)構(gòu)、活塞桿、活塞裝置、前后缸蓋、密封圈和緊固零件等零件組成。缸筒前后蓋四角有四根拉桿和螺母進(jìn)行緊固?；钊醒b有密封圈和導(dǎo)向磁性環(huán)，磁性 環(huán)是用來產(chǎn)生一定的磁場，是活塞桿接近磁性開關(guān)的時(shí)候發(fā)出一定的型號，即可以在任何時(shí)候可以檢測出活塞干的位置。 （ 2） 無桿氣缸 無桿氣缸利用活塞直接或間接方式 來實(shí)現(xiàn) 機(jī)構(gòu) 的往復(fù)運(yùn)動(dòng) ，并 且沒有像普通氣缸一樣的剛性活塞桿。無桿氣缸能夠有效的節(jié)約空間，還能夠有效地避免了有桿活塞和密封圈之間摩擦而帶了的機(jī)械能的損失。與有桿氣缸相比，它的行程推動(dòng)力是雙向的，特別適用于小缸徑和長行程場合的試用?，F(xiàn)在無桿氣缸廣泛的應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、注塑機(jī)等開門裝置中，通常也用于多功能的坐標(biāo)機(jī)器人的輸送線和抓取工件上。 (3) 擺動(dòng)氣缸 擺動(dòng) 氣缸是指在空間中一定范圍內(nèi)進(jìn)行一定角度的運(yùn)動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)的幅度是有一定的局限性。目前擺動(dòng)氣缸在工業(yè)中被廣泛的應(yīng)用，經(jīng)常被應(yīng)用受到限制或者轉(zhuǎn)動(dòng)角度較小的 360度的回轉(zhuǎn)工作部件上，其動(dòng)作原理也是將壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，擺動(dòng)氣缸有一定的擺角。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁 共 36頁 升降導(dǎo)向氣缸 在機(jī)械手中往往不只有水平氣缸，在本設(shè)計(jì)中也用到了升降導(dǎo)向氣缸，通常為了完成抓取并將工件放置到目標(biāo)工作臺(tái)上，這時(shí)必須設(shè)置具有升降功能的氣缸來完成特定的抓取任務(wù)。同時(shí)，為了避免氣缸在工作的時(shí)候氣缸會(huì)因?yàn)槟承┰虬l(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，所以在氣缸中加了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)， 防止發(fā)生不定性和歪斜。所以選擇時(shí)必須要帶有導(dǎo)向的氣缸。帶導(dǎo)桿的氣缸的實(shí)物圖 ,如圖 23所示： 圖 23 導(dǎo)向氣缸 如圖所示，氣缸外連接板與轉(zhuǎn)接板以及氣爪進(jìn)行連接，外連接板處安裝有三根軸，中間的一根端部帶有螺紋，與活塞桿一體的細(xì)長軸，在活塞的作用下帶動(dòng)外連接板運(yùn)動(dòng)。兩邊的兩根光軸為導(dǎo)桿，與外連接板為過盈配合，在活塞桿帶動(dòng)外連接板運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩根導(dǎo)桿便隨連接板一起運(yùn)動(dòng)，同時(shí)兩導(dǎo)桿又限制了活塞桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得活塞桿以及外連接板只能沿著導(dǎo)桿的方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而起到導(dǎo)向的作用。 氣爪 機(jī)械手的氣爪是用來 實(shí)現(xiàn)抓取功能，是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手重要組成部分之一。氣爪抓取工件時(shí)要迅速、靈活、準(zhǔn)確 ,其夾緊力不宜過大或者過小，則應(yīng)該根據(jù)所夾取工件的外形、大小、尺寸來計(jì)算。同時(shí)考慮開口尺寸，以適應(yīng)被抓工件的尺寸的不同，大大提升機(jī)械手的應(yīng)用廣度。同時(shí)還需要配備多種抓取機(jī)構(gòu)，以必要時(shí)可以安裝旋轉(zhuǎn)氣爪。 機(jī)械夾緊的方式運(yùn)用是最廣泛的。 其中按氣爪運(yùn)動(dòng)的方式可分為平移、平動(dòng)、回轉(zhuǎn)這三種 。 通過 PLC 來對電磁閥控制，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪的夾緊。 手爪由驅(qū)動(dòng)元件、手爪零部件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、手指、墊片、附件等組成。以下介紹幾種常見的氣爪： 如圖 （ a）所示為平行移動(dòng)的氣爪，平行氣爪通過兩個(gè)活塞進(jìn)行控制，成對心本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁 共 36頁 方式移動(dòng)。這種氣爪的抓取力和對中性比較好，同時(shí)也可用于內(nèi)外抓取工件進(jìn)行 移動(dòng)。 如圖 （ b）所示為擺動(dòng)氣爪，它的擺角大概有 40176。， 其抓取力較大，并且可以確保力恒定。 如圖 （ c）所示為旋轉(zhuǎn)氣爪，它工作原理與齒輪嚙合相似，兩個(gè)手指可以同時(shí)移動(dòng)并且居中對齊，確保了力的平衡性。幾種不同的氣爪如圖 25 所示： 圖 25 氣爪 在本設(shè)計(jì)中選擇一種平行二指氣爪。對于機(jī)械手底座設(shè)計(jì)為圓形底盤式，柱形支撐結(jié)構(gòu)。 綜上所述：對于各氣缸、氣爪的選型如下表 25 所示： 表 25 氣壓系統(tǒng)清單 序號 名稱 數(shù)量 型號 備注 1 水平氣缸 1 MY1B63G200 2 垂直氣缸 1 MY1B50G200 3 擺動(dòng)氣缸 1 MHS332D 4 氣爪缸 1 MHZ2 系列 5 單向節(jié)流閥 4 JSC L 型節(jié)流閥 6 三位四通換向閥 4 巨普 /TG251206 氣動(dòng)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì) 氣動(dòng)系統(tǒng)圖主要是實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制，可以使機(jī)械手平移、旋轉(zhuǎn)、上下、抓緊等動(dòng)作在本次設(shè)計(jì)中均采用 單向節(jié)流 閥來對整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制 [15]。大概工作 原來如下所示： (1) 當(dāng)電磁閥 5 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 15，氣流會(huì)經(jīng)過單向節(jié)流閥 7，最后進(jìn)入垂直氣缸左側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得垂直氣缸伸出。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁 共 36頁 (2) 當(dāng)電磁閥 2 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 13，氣流會(huì)經(jīng)過單向節(jié)流閥 2，最后進(jìn)入水平氣缸右側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得水平氣缸縮回。 (3) 當(dāng)電磁閥 3 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 14，氣流會(huì)經(jīng)過單向節(jié)流閥 4，最后進(jìn)入回轉(zhuǎn)氣缸左側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得回轉(zhuǎn)氣缸向左擺動(dòng)。 (4) 當(dāng)電磁閥 4 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 14，氣流 會(huì)經(jīng)過單向節(jié)流閥 5，最后進(jìn)入回轉(zhuǎn)氣缸右側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得氣缸向右擺動(dòng)。 (5) 當(dāng)電磁閥 1 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 13，氣流會(huì)經(jīng)過單向節(jié)流閥 1，最后進(jìn)入垂直氣缸左側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得水平氣缸伸出。 (6) 當(dāng)電磁閥 6 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 15，氣流會(huì)經(jīng)過單向節(jié)流閥 8，最后進(jìn)入垂直氣缸右側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得垂直氣缸向上縮回。 (7) 當(dāng)電磁閥 7 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 16，氣流會(huì)經(jīng)過單向節(jié)流閥 10，最后進(jìn)入垂直氣缸右側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得氣爪夾緊。 (8) 當(dāng)電磁閥 8 得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥 16，氣流會(huì)經(jīng)過單向節(jié)流閥 11，最后進(jìn)入垂直氣缸右側(cè)內(nèi)推動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)，使得氣爪放松。 按照上述控制可以進(jìn)行手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，在本次設(shè)計(jì)中最主要對機(jī)械手能夠進(jìn)行自動(dòng)操作控制，使其能夠自動(dòng)運(yùn)行，加入手動(dòng)控制是為了檢驗(yàn)和故障處理方便 [16]。 其中氣動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)圖如下圖 26所示： 圖 26 氣動(dòng)控制系統(tǒng)圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁 共 36頁 3 傳感器與可編程控制器（ PLC）概述 傳感器的簡介 傳感器主要是檢測被測物體的 物理信息的一種特殊非接觸式裝置，而且能夠?qū)z測到的信息按一 定的規(guī)律變換成電信號和所需的形式進(jìn)行輸出。 如今，傳感器技術(shù)是當(dāng)代電子信息技術(shù)領(lǐng)域的主要組成部分。它的目的就是為了測量以我們需要的形式表現(xiàn)出來。它易于處理、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和調(diào)節(jié)，對于系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)代工業(yè)中對于傳感器的要求也越來越高，精度和測控響應(yīng)的速度也是傳感器的至關(guān)重要的，它推動(dòng)著機(jī)電設(shè)備向著智能化、自動(dòng)化、多元化的方向發(fā)展 [11]。 傳感器的基本結(jié)構(gòu)是由傳感元件、信號調(diào)節(jié)器、敏感元件和輔助裝置組成。 如圖31 所示： 圖 31 傳感器組成 本課題涉及的是位置傳感器，對機(jī)械手 的各種缸體的位置測量和對工件有無進(jìn)行判斷，以便進(jìn)行反饋 。在本次課題設(shè)計(jì)中選用的是小型接近式的傳感器。 傳感器選型 傳感器的工作原理 在所有開關(guān)中，有一種是對自然界所有物體進(jìn)行感知，然后對感知的信號進(jìn)行顯示，通常被人們稱為接近開關(guān)。在一定的位移之內(nèi)，接近開關(guān)能夠?qū)γ舾行栽M(jìn)行檢測，達(dá)到判斷電路通斷的一種方式。這就是接近開關(guān) [17]。 每當(dāng)有物體接近傳感器機(jī)接近開關(guān)時(shí)，并且在有效的距離范圍內(nèi)，傳感器才具有一定的感知能力，一般傳感器能檢測的最大距離為傳感器的有效距離，檢測距離越大則傳感 器的性能就會(huì)越好。對于不同的材料，接近開關(guān)的有效檢測距離也是不一樣 [6]。 傳感器選型 接近傳感器對于不同的材料的物體接近的距離也是有限的，所以對