【正文】 和輸出各應(yīng)留有 裕量 。 1）確定系統(tǒng)的實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù) 系統(tǒng)由 啟動(dòng)按鈕 SB 停止按鈕 SB急停按鈕 SB手臂復(fù)位按紐 SB顏色 傳感器 ST左旋極限傳感器 ST右旋極限傳感器 ST上升限位傳感器ST下降限位傳感器 ST 手臂縮回 限位傳感器 ST手臂 伸出 限位傳感器 ST超上升 限位傳感器 ST超下降 限位傳感器 ST超左旋 限位傳感器 ST超右 旋 限位傳感器 ST1超伸出 限位傳感器 ST1超縮回 限位傳感器 ST1 工件檢測傳感器 PS系統(tǒng)的自動(dòng) /手動(dòng)控制開關(guān) SA以及手動(dòng)的升降、左右旋轉(zhuǎn)、伸縮、吸放按鈕（ SB5SB12）作為個(gè)輸入繼電器的外部控制點(diǎn)，共有 28個(gè)輸入點(diǎn)。 (6) 機(jī)型 盡量 統(tǒng) 一 一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到 PLC 的機(jī)型統(tǒng)一。 本系統(tǒng)不需要 跨范圍使用 PLC 對某些 功能或信號 也沒有 特殊的速度要求 ，不需要 選用具有高速 I／ O處理功能的 PLC。但是中、高檔 PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。 在工廠小批量生產(chǎn)中降低成本是很重要的，所以此系統(tǒng)選擇集中試的安裝方式。 整體式 PLC的每一個(gè) I／ O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對較小 ,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定 的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC 的功能擴(kuò)展靈活方便 ,在 I／ O 點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、 I／ O 模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 缺點(diǎn)： 只通過 2 線串行接口模塊提供到微控制器或 PC 的直接接口，響應(yīng)時(shí)間由內(nèi)置模擬電路和數(shù)字電路預(yù)先確定，預(yù)先確定模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，光到數(shù)字轉(zhuǎn)換器適合要求抗噪聲能力、縮短設(shè)計(jì)周期、加快產(chǎn)品開發(fā)周期及光線條件和空間利用率設(shè)計(jì)精良的應(yīng)用。 缺點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間預(yù)先由內(nèi)置電流到電壓轉(zhuǎn)換器確定，如跨阻抗放大器，要求額外的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器適合要求設(shè)計(jì)周期較短、產(chǎn)品開發(fā)周期更快、光線條件和空間利用率設(shè)計(jì)精良的應(yīng)用。 缺點(diǎn)： 增加了組裝成本，提高了設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，光到光電流轉(zhuǎn)換器適合要求響應(yīng)時(shí)間短、定制增益和速度調(diào)節(jié)及在光線變化條件下工作的應(yīng)用。 顏色傳感器的類型比較 : (1)光到光電流轉(zhuǎn)換器 光到光電流轉(zhuǎn)換器由光電二極管或具有色彩濾 波器的光電二極管組成，將光轉(zhuǎn)換成光電流。 視覺傳感器 機(jī)械手視覺的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能夠?qū)Σ煌奈矬w進(jìn)行識別，本機(jī)械手采用顏色傳感器，根據(jù)不同物料有不同的顏色，可以針對一種顏色的物料進(jìn)行揀出。 滑覺傳感器 機(jī)械手吸取物 體時(shí)按吸力的大小可分為硬吸取和軟吸取。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動(dòng)作提供信息。 (3)穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實(shí)際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。 (3)驅(qū)動(dòng)部分 為了使機(jī)械手完成操作及移動(dòng)功能，機(jī)械手各關(guān)節(jié)可選用氣動(dòng)、液動(dòng)、電氣等方式驅(qū)動(dòng)。 機(jī)械手的控制部分可分為 4 個(gè)部分：機(jī)械手及其感知器、環(huán)境、任務(wù)、控制器。 第四章 控制系統(tǒng)的 分析設(shè)計(jì) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心。 (10) 垂直手臂的上升 經(jīng)傳感器檢測到物料已脫離吸盤，發(fā)出訊號，經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)，使三位四通電磁閥 11 的 4YA 得電，閥 11 的右位接入工作， 執(zhí)行 垂直手臂的上升 動(dòng)作。 排氣路線：氣缸 B 的有桿腔 → 單向調(diào)速閥 18→ 三位四通電磁換向閥 11 的排氣口 → 調(diào)速閥 6→ 消聲器 7→ 排出。 排氣路線：擺動(dòng)氣缸 C 的 D 口 → 單向調(diào)速閥 19→ 三位四通電磁換向閥 12排氣口 → 調(diào)速閥 8→ 消聲器 9→ 排出。 排氣路線：氣缸 A 的無桿腔→單向調(diào)速閥 15→三位四通電磁換向閥 10 的排氣口→調(diào)速閥 4→消聲器 5→排出。 排氣路線：氣缸 B 的無桿腔 → 單向調(diào)速閥 17→ 三位四通電磁換向閥 11 的排氣口 → 調(diào)速閥 6→ 消聲器 7→ 排出。 這時(shí)的氣路是： 進(jìn)氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲(chǔ)氣罐 3→ 二位二通電磁閥 13→ 真空發(fā)生器 22→ 過濾器 25→ 吸盤 26。 這時(shí)的氣路是： 進(jìn)氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲(chǔ)氣罐 3→ 三位四通電磁換向閥 11 左端 → 單向調(diào)速閥 17→ 氣缸 B 的無桿腔。這時(shí)的氣路是 : 進(jìn)氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲(chǔ)氣罐 3→ 三位四通電磁換向閥 10 左端 → 單向調(diào)速閥 15→ 氣缸 A 的無桿腔。實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)的工作原理如下 ： (1) 擺動(dòng)氣缸的右旋 按下啟動(dòng)按鈕， 右旋按鈕接通，使三位四通電磁換向閥 12 的 5YA 得電， 閥12 的閥芯右移， 擺動(dòng)氣缸會(huì)執(zhí)行右旋的命令。將吸盤與真空發(fā)生裝置連接，吸盤內(nèi)部空間的空氣被抽去，當(dāng)吸盤接觸到工件時(shí)，大氣和吸盤之間形成了密封，就會(huì)吸住物料，吸氣大小與大氣壓和吸盤內(nèi)部空間的壓力差成正比。真空發(fā)生器的工作原理是利用噴管高速噴射壓縮空氣，在噴管出口形成射流，產(chǎn)生卷吸流動(dòng)。吸收膨脹型消聲器是上述兩種的結(jié)合。此時(shí)的壓縮空氣是以接近音速的狀態(tài)進(jìn)入大氣，由于壓力的驟然變化，使空氣急速膨脹從而發(fā)出噪音，其音量一般為 80dB～ 100dB，為了改善勞動(dòng)條件，應(yīng)使用消聲器。壓縮的空氣中含有各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在會(huì)降低氣動(dòng)元件的耐用度和性能，造成誤動(dòng)作和事故，必須清除。 (3)使用三位四通電磁換向閥能夠快速實(shí)現(xiàn)氣缸的正反向運(yùn)動(dòng)。 按工作位置數(shù)和控制的通道數(shù)有：二位二通閥、二位三通閥、二位四通閥、二位五通閥、三位四通閥、三位五通閥等。換向閥是利用閥芯和閥體間相對位置的不同來變換不同管路間的通斷關(guān)系，實(shí)現(xiàn)接通、切斷，或改變流 體方向的閥。當(dāng)流體正向流動(dòng)時(shí)，其節(jié)流過程與調(diào)速閥是一樣的，節(jié)流縫隙的大小可通過手柄進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)流體反向 流動(dòng)時(shí)，靠流體的壓力把閥芯壓下，下閥芯起單向閥作用，單向閥打開，可實(shí)現(xiàn)流體反向自由流動(dòng)。 (1) 單向型控制閥 單向閥是指氣流只能向一個(gè)方向流動(dòng)而不能反向流動(dòng)通過的閥，是最簡單的單向型方向閥。調(diào) 速閥一般用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。它包括調(diào)壓閥、溢流閥、順序閥及多功能組合閥。 本設(shè)計(jì)采用雙葉片式擺動(dòng)氣缸，這樣就能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩，以利于機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)。 擺動(dòng)氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式 擺動(dòng)氣缸分為單葉片式和雙葉片式。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。罐的型式可分為立式和臥式兩種。容積型結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。 (2)要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。 氣動(dòng)元件選取及工作原理 氣壓驅(qū) 動(dòng)是利用壓縮氣體的壓力能來實(shí)現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質(zhì)主要是空氣，也包括燃?xì)夂驼羝? 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制 設(shè)計(jì) 根據(jù)物料分揀機(jī)械手的要求，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中氣缸的運(yùn)動(dòng)方式主要有兩種：（ 1）直線運(yùn)動(dòng)（缸體固定，活塞桿運(yùn)動(dòng)）；（ 2）擺動(dòng)（缸體固 定）。據(jù)統(tǒng)計(jì)：在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，全部自動(dòng)化流程中約有 30﹪裝有氣動(dòng)系統(tǒng)，有 90﹪的包裝機(jī)械， 70﹪的鑄造、焊接設(shè)備， 50﹪的自動(dòng)操機(jī)、 40﹪的鍛造設(shè)備和洗衣設(shè)備、30﹪的采煤機(jī)械， 20﹪的紡織機(jī)械、制鞋業(yè)、木材加工、食品機(jī)械， 43﹪的工業(yè)機(jī)器人裝有氣壓系統(tǒng)。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟(jì)適用的驅(qū)動(dòng)方式。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 分析與選擇 液壓驅(qū)動(dòng)，功率重量比大，可實(shí)現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，可自行潤滑，使用壽命長。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡圖 根據(jù)前面機(jī)械手各部分的設(shè)計(jì)，可做出機(jī)械手大體結(jié)構(gòu)簡圖，如圖 所示，大圖見 CAD 圖。機(jī)械手的動(dòng)作基本有伸縮、升降、左右旋轉(zhuǎn)、吸物和放物等動(dòng)作。采用雙向推力球軸承就可以方便的將軸承內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)臺(tái)連接，外環(huán)用罩扣固定在底座上。同時(shí)，機(jī)械手本身重心偏離立柱軸線以及各氣缸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊都形成作用在擺動(dòng)氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的傾覆力矩，所以采用一個(gè)連接組件，將機(jī)械手立柱以上的重量和傾覆力矩由機(jī)架來承擔(dān)。 機(jī)座的結(jié)構(gòu)與機(jī)械手的總體布置有關(guān)，對專用機(jī)械手而言，傳動(dòng)和控制部分通常是單獨(dú)布置，故 機(jī)座比較簡單或不設(shè)機(jī)座。 機(jī)座結(jié)構(gòu)從形式上分為落地式和懸浮式，或分為固定式、可移動(dòng)式和行走式。手臂的導(dǎo)向裝置系根據(jù)安裝形式、結(jié)構(gòu)及負(fù)荷等條件來確定。 絲桿螺母機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)是易于自鎖，但傳動(dòng)效率低。機(jī)構(gòu)上可以是油缸體固定、活塞桿運(yùn)動(dòng)；也可以是活塞桿固定，而缸體運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般用油缸、油馬達(dá)加齒輪、齒條來實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。 (4)位置精度要高。 (3)手臂，起著連接和承受外力的作用。手臂一般有三個(gè)運(yùn)動(dòng) — 伸縮、旋轉(zhuǎn)和升降。 通過以上對手部的分析真空式具有結(jié)構(gòu)簡單、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：永磁吸盤、電磁 吸盤。 2）氣吸式 氣吸式手部又稱為真空吸盤式手部，它是通過吸盤內(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 : 1）夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類似，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)。可以將手臂回轉(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)。 第二章 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)械手賴以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體。 2 執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)精度的問題。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。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。 在未來幾年，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。 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。 我國機(jī)械手起步于 20 世紀(jì) 70 年代初期，經(jīng)過 30 多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了 3個(gè)階段： 70 年代萌芽期， 80 年代的開發(fā)期和 90 年代的應(yīng)用化期。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。 機(jī)械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。 適應(yīng)工業(yè)需要，本課題試圖開發(fā) PLC對物料分揀機(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。 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。 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。對物料分揀機(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)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 課題： 基于 PLC 的物料分揀機(jī)械手自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工作原理 系 部： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 班 級： 機(jī)電 091 姓 名： 馮立帆 學(xué) 號： 09043104 指導(dǎo)老師： 俞永康 ． 目 錄 目 錄 ........................................................................................................... II 摘 要 .............................