【正文】 受外力的作用。手臂一般有三個(gè)運(yùn)動(dòng) — 伸縮、旋轉(zhuǎn)和升降。 通過(guò)以上對(duì)手部的分析真空式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、不損傷工件、使用方便、不影響機(jī)械手的正常工作等優(yōu)點(diǎn)。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。 磁力吸盤(pán)：永磁吸盤(pán)、電磁吸盤(pán)。 2 ）氣吸式 氣吸式手部又稱(chēng)為真空吸盤(pán)式手部，它是通過(guò)吸盤(pán)內(nèi)產(chǎn)生真空或負(fù)壓，利用壓差而將工件吸附，是工業(yè)機(jī)械手常用的一種吸持工件的裝置。 （ 2） 手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力。常用的手部結(jié)構(gòu)按其握持原理可以分為如下兩類(lèi) : 1 ）夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類(lèi)似，是工業(yè)機(jī)械廣泛應(yīng)用的一種手部形式。 （ 3） 立柱 支承手臂并帶動(dòng)它升降、擺動(dòng)和移動(dòng)的機(jī)構(gòu)?？梢詫⑹直刍剞D(zhuǎn)動(dòng)作改換成機(jī)械手的整體轉(zhuǎn)動(dòng)就可以滿足本 設(shè)計(jì) 中 機(jī) 械手的動(dòng)作要求。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手主要?jiǎng)幼鳛闄C(jī)械手手臂的左右移動(dòng)，升降移動(dòng)和機(jī)械手的整體旋轉(zhuǎn)。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手有大臂和小臂的擺動(dòng)，以及肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。另外由于上下擺動(dòng)，它的相對(duì)體積小，動(dòng)作范圍大。 球坐標(biāo)式機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)八個(gè)動(dòng)作： （ 1 ） 手臂上下動(dòng)作，即俯仰動(dòng)作； （ 2 ） 手臂左右動(dòng)作，即回轉(zhuǎn)動(dòng)作； （ 3 ） 手臂前后動(dòng)作，即伸縮動(dòng)作； （ 4 ） 手腕上下彎曲； （ 5 ） 手腕左右擺動(dòng)； （ 6 ） 手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； （ 7 ） 手爪夾緊動(dòng)作； （ 8 ） 機(jī)械手的整體移動(dòng)。 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手有五個(gè)基本動(dòng)作： （ 1 ） 手臂水平回轉(zhuǎn)； （ 2 ） 手臂伸縮； （ 3 ） 手臂上下； （ 4 ） 手臂回轉(zhuǎn)動(dòng)作； （ 5 ） 手爪夾緊動(dòng)作。 缺點(diǎn)：機(jī)械手的作業(yè)范圍較小。它的手臂可作伸縮、左右和上下移動(dòng)，按直角坐標(biāo)形式 X 、 Y 、Z 三個(gè)方向的直線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 第 一 章 執(zhí)行系統(tǒng)的 分 析 與 選 擇 機(jī)器手的執(zhí)行結(jié)構(gòu) 是機(jī)械手賴(lài)以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體。通過(guò)對(duì)液壓、氣壓、電氣三種驅(qū)動(dòng)方式的比較，本設(shè)計(jì)選擇氣壓驅(qū)動(dòng)的方式。本論文主要研究物料分揀機(jī)械手以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： (1) 物料分揀機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇 執(zhí)行系統(tǒng)是由傳動(dòng)部件與機(jī)械構(gòu)件組成，是機(jī)械手賴(lài)以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體。在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)械手的應(yīng)用也越來(lái)越多。如今我國(guó)正從一個(gè)“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”邁進(jìn)，中國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌、參與國(guó)際分工的巨大挑戰(zhàn)，對(duì)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會(huì)加大對(duì)機(jī)器人的資金投入和 政策支持，將會(huì)給機(jī)械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動(dòng)力。歐系中主要有德國(guó)的KUKA、 CLOOS 、瑞典的 ABB 、意大利的 C0毗 U 及奧地利的工 GM公司。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車(chē)與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng) (FMS) 和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。使用 PLC 的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動(dòng)作精度高等優(yōu)點(diǎn)?？梢詫?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在 高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下 操作以保護(hù)人身安全，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門(mén)。 初 始 化 及 報(bào) 警 程 序 ............ 167。 I/O 點(diǎn) 數(shù) 分 配 ........................ 167。 滑 覺(jué) 傳 感 器 ........................ 167。 控 制 系 統(tǒng) 的 組 成 結(jié) 構(gòu) ................ 167。 輔 助 元 件 ........................... 167。 氣 動(dòng) 元 件 選 取 及 工 作 原 理 ........ 167。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 工 作 原 理 ................ 167。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 各 部 分 的 分 析 與 選 擇 . 167。 關(guān)鍵詞 : 機(jī)械手，氣動(dòng)控制， 可編程控制器（ PLC ）， 自動(dòng)化控制，物料分揀 The Design for The Automatic Control System of The Sorting Materials Manipulator Based on PLC ABSTRACT Manipulator plays an extremely important role in the field of advanced manufacturing. It can carry goods, sort materials and do heavy works instead of the human being. It also can realize mechanization and automation of the production, do the jobs in harmful environment to protect the personal safety. So it is widely used in metallurgy, machinery manufacturing, electronics, light industry and atomic energy etc. In this paper,by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, bining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the software and hardware and plementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumaticdriven in the driving system, PLC control unit in the control system to plete initialization of the system, manipulator39。對(duì)物料分揀機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。在其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)中選擇 PLC 的控制單元來(lái)完成系統(tǒng)功能的初始化、機(jī)械手的移動(dòng)、故障報(bào)警等功能。s moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance. Through the work above, a practical, economical, highreliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design. KEY WORDS: manipulator ,pneumaticdriven, programmable logic controller (PLC), automatic control,sorting materials 目 錄 第 一 章 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 的 分 析 與 選 擇 ...................... 167。 手 部 的 選 擇 ........................ 167。 .............................. 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 簡(jiǎn) 圖 第 二 章 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 分 析 與 選 擇 ...................... 167。 氣 源 裝 置 ........................... 167。 真 空 發(fā) 生 器 ........................ 167。 控 制 系 統(tǒng) 的 性 能 要 求 ................ 167。 視 覺(jué) 傳 感 器 ........................ 控 制 系 統(tǒng) PLC 的 選 型 及 控 制 原 理 .......... 167。 PLC 外 部 接 線 圖 .................... 167。 手 動(dòng) 控 制 程 序 .................... 167。 隨著工業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 適應(yīng)工業(yè)需要，本課題試圖開(kāi)發(fā) PLC 對(duì)物料分揀機(jī)械手的控制，并借助必要的精密傳感器，使其能夠?qū)Σ煌伾奈锪习搭A(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行分揀，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自 動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。 機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車(chē)制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。 我國(guó)機(jī)械手起步于 20世紀(jì) 70年代初期，經(jīng)過(guò) 30多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了3 個(gè)階段： 70年代萌芽期， 80年代的開(kāi)發(fā)期和 90年代的應(yīng)用化期。 隨著機(jī)械手發(fā)展的深度和廣度以及機(jī)器人智能水平的提高，機(jī)械手已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。 在未來(lái)幾年，傳感技術(shù)，激光技術(shù)，工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)被廣泛應(yīng)用在機(jī)械手工作領(lǐng)域，這些技術(shù)會(huì)使機(jī)械手的應(yīng)用更為高效，高質(zhì)，運(yùn)行成本低。主要包括機(jī)身、手臂、末端執(zhí)行器 3 部分組成，其中每一部分都可以具有若干的自由度。內(nèi)容包括氣動(dòng)元件的選擇及其工作原理、氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)和氣動(dòng)原理圖的繪制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布局類(lèi)型直接影響到機(jī)械手的工作性能。 其工作范圍可以是一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)或三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。 2 、 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手是應(yīng)用最多的一種型式，它適用于搬運(yùn)和測(cè)量工件。 圓柱式機(jī)械手的特點(diǎn)是在垂直導(dǎo)柱上裝有滑動(dòng)套筒，手臂裝在滑動(dòng)套筒上，手臂可做上下直線運(yùn)動(dòng)和水平面內(nèi)做圓弧狀的左右擺動(dòng)。 球坐標(biāo)式機(jī)械手的特點(diǎn)是將手臂裝在樞軸上，樞軸又裝在叉形架上，能在垂直面內(nèi)作圓弧狀上下俯仰動(dòng)作，它的臂可作伸縮，橫向水平擺動(dòng)，還可以上下擺動(dòng)，工作范圍和人的手類(lèi)似。 4 、 關(guān)節(jié)式機(jī)械手 關(guān)節(jié)式機(jī)械手是一種適用于靠近機(jī)體操作傳動(dòng)型式。它還具有上肢結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)近似于人手操作的機(jī)能。 直角坐標(biāo)式機(jī)械手雖然具備手臂的伸縮上下、左右直線運(yùn)動(dòng)等動(dòng)作， 但是不具備機(jī)械手整體旋轉(zhuǎn)動(dòng)作， 所以不考慮用直角坐標(biāo)式機(jī)械手。這樣的修改并沒(méi)有改變機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，只是 進(jìn)行 了局部變動(dòng)，使得整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠，所以確定用圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手。 （ 4） 機(jī)座 是機(jī)械手用來(lái)支撐臂部，并安裝驅(qū)動(dòng)裝置及其他裝置的部分。它主要由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。 （ 3） 要保證工件在手指內(nèi)的定位精度。它由吸盤(pán)、吸盤(pán)架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)；但要求工件上與吸盤(pán)接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質(zhì)致密，沒(méi)有透氣空隙。 真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附頭的空氣而形成真空，故稱(chēng)真空式。自擠式空氣吸盤(pán)的工作原理是將軟質(zhì)吸盤(pán)按壓在工件的表面，擠出吸盤(pán)內(nèi)的空氣、從而造成真空、吸住工件。而且滿足所設(shè)計(jì)機(jī)械手的要求，所以選用真空式吸盤(pán)。手臂的基本動(dòng)作是 將手部移動(dòng)到所需的位置和承受抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量。 2 手臂設(shè)計(jì)的要求： (1) 手臂承載能力大、剛性好、自重輕。 (5) 通用性要強(qiáng)。往復(fù)直線油（氣）缸可以分為以下幾種。 雙作用雙活塞桿油缸：當(dāng)需要很大的行程時(shí)，將油缸做的很長(zhǎng)、體積很大，則加工上有困難。如采用滾珠絲杠，效率可以提高，但因其較長(zhǎng)，制造比較困難。常用的有單導(dǎo)向桿和雙導(dǎo)向桿， 本設(shè)計(jì)中，伸縮運(yùn)動(dòng)中選用雙導(dǎo)向桿。無(wú)論哪一種形式，機(jī)械手工作時(shí)機(jī)座一定予以固定。對(duì)通用機(jī)械手而言，傳動(dòng)部分布置在機(jī)架內(nèi)部或后下方，控制部分則布置在機(jī)座的后上方或單獨(dú)布置一個(gè)控制箱。連接組件主要由四部分組 成：雙向推力球軸承、底座、轉(zhuǎn)臺(tái)和扣罩。另外，推力球軸承應(yīng)選擇公稱(chēng)尺寸較大一些的，這樣可以更好的承受傾覆力矩。其結(jié)