【正文】 前 言 機械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動化設(shè)備更新時的需要，可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作，在先進制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。它可以 搬運貨物、分揀物品、用以代替 人的繁重及單調(diào)勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化；并能在 高溫、腐蝕及有毒氣體等有害環(huán)境下 操作以保護人身安全，被廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。采用 PLC控制，是一種預(yù)先設(shè)定的程序進行物料分揀的自動化裝置，可部分代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時需要對機械手進行新的分配任務(wù)時，可以允許方便的改動或重新設(shè)計其新部件，而對于位置改變時，只要重新編程，并能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費用。機械手延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 目前，國際上的機械手公司主要分為日系和歐系。在我國，機械手市場份額大部分被國外機械手企業(yè)占據(jù)著。從傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。據(jù)猜測，今后機器人將在醫(yī)療、保健、生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)、教育、救災(zāi)、海洋開發(fā)、機器維修、交通運輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計主要是對機械手的手部、手臂和機座進行設(shè)計。 (3)物料分揀機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計 控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求和時序進行工作。 1. 執(zhí)行機構(gòu)的組成 工業(yè)機械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機械部分組成： （ 1） 手部 是機械手直接握持工件或工具的部分。 根據(jù)前面機械手各部分的設(shè)計，可做出機械手大體結(jié)構(gòu)簡圖，如圖 所示，大圖見 CAD圖。 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 液壓驅(qū)動，功率重量比大，可實現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實現(xiàn)過載保護，可自行潤滑，使用壽命長。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅(qū)動方式。據(jù)統(tǒng)計：在工業(yè)發(fā)達國家中，全部自動化流程中約有 30﹪裝有氣動系統(tǒng)，有 90﹪的包裝機械， 70﹪的鑄造 、焊接設(shè)備， 50﹪的自動操機、 40﹪的鍛造設(shè)備和洗衣設(shè)備、 30﹪的采煤機械， 20﹪的紡織機械、制鞋業(yè)、木材加工、食品機械， 43﹪的工業(yè)機器人裝有氣壓系統(tǒng)。 機械手驅(qū)動系統(tǒng)的控制設(shè)計 根據(jù)物料分揀機械手的要求，在驅(qū)動系統(tǒng)中氣缸的運動方式主要有兩種：（ 1）直線運動（缸體固定，活塞桿運動）；（ 2）擺動（缸體固定）。 第三章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計 機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計是整個機械手設(shè)計的關(guān)鍵和核心。 機械手的控制部分可分為 4 個部分：機械手及其感知器、環(huán)境、任務(wù)、控制器。 (3)驅(qū)動部分 為了使機械手完成操作及移動功能，機械手各關(guān)節(jié)可選用氣動、液動、電氣等方式驅(qū)動。 考慮此系統(tǒng)控制比較簡單，應(yīng)用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體試 PLC 的結(jié)構(gòu)形式較為合適。 （ 3) 滿足相應(yīng)的功能要求 一般小型 ( 低檔 ) PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 此系統(tǒng)只需用開關(guān)量控制，選用一般小型 PLC 即可。 (5) 滿足系統(tǒng)可靠性要求 對于一般系統(tǒng) PLC 的可靠性均能滿足。以保證其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高；其外部設(shè)備可以通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。 2）確定系統(tǒng)的實際輸出點數(shù) 系統(tǒng)有手臂左旋、右旋、伸出、縮回、上升、下降、吸物、放物的電磁閥動作，報警指示燈、原位指示燈及 自動 /手動指示燈工作，一 共 12 個輸出點。 4）確定系統(tǒng)同時接通輸入 /輸出點的數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊 ( 如 32 點、 48 點等 ) ，應(yīng)考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的 60％。 (1)系統(tǒng)存儲容量的選擇 PLC 的 I／ O點數(shù)的多少，在很大程序上反映了 PLC 系統(tǒng)的功能要求，因此可在 I／ O點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲容量后，再加 20％到 30％的裕量。 PLC 的 I／ O模塊有開關(guān)量 I／ O 模塊、模擬量 I／ O 模塊及各種特殊功能模塊等。選擇時主要應(yīng)考慮以下幾個方面： 1）輸入信號的類型及電壓等級 開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。 2）輸入接線方式 開關(guān)量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式。 3）輸入門檻電平 為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。 繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅(qū)動交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較慢（驅(qū)動感性負(fù)載時，觸點動作頻率不得超過 1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。 2）輸出接線方式 開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式。本系統(tǒng)選擇分組式輸出。 4) 輸出的最大電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān) 開關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標(biāo)，它與不同的負(fù)載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。本系統(tǒng)可選擇 PLC 型號為： FX2N— 64MR— 001， 合計總數(shù) 64 點 —32 點輸入， DC24V， 32 點繼電器輸出；尺寸（ mm）： 220 87 90，其性能、價格都優(yōu)于其他 PLC。手動：利用按鈕對機械手每一動作手動進行控制，可實現(xiàn)上升、下降、前伸、縮回、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、吸物、放物等操作；自動：按下循環(huán)按鈕后機械手從原點位置開始連續(xù)不斷的執(zhí)行分揀物料的各步。 (3)水平手臂的伸出 擺動氣缸右旋到指定位置時（ 90 度）， PLC輸入端 X004 接通輸入，輸出端Y003 輸出，手臂前伸按鈕 SB9 接通，使三位四通電磁換向閥 10 的 1YA得電，執(zhí)行手臂前伸動作。 (7)水平手臂的回縮 小臂上升到指定位置， PLC輸入端 X005 接通輸入，輸出端 Y002 輸出，水平縮回按鈕 SB10 接通，使三位四通電磁換向閥 10 的電磁鐵 2YA得電，執(zhí)行水平手臂回縮動作。 (11)小臂上升 經(jīng)滑覺傳感器檢測到物料已經(jīng)放開，輸出端 Y004 輸出，小臂上升按鈕 SB5接通，使三位四通電磁換向閥 10 的電磁鐵 2YA得電，執(zhí)行小臂上升動作。在該結(jié)構(gòu)圖中，當(dāng)操作方式選擇開關(guān)置于“手動”時，輸入點 X012 接通，執(zhí)行手動程序；當(dāng)操作方式選擇開關(guān)置于“自動”時，輸入點 X013 接通，執(zhí)行自動程序。當(dāng)機械手完成一次物料的吸放任務(wù)后返回原位為下一個任務(wù)做 好準(zhǔn)備。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和 PLC在工業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用，機械手技術(shù)方面的研究不斷得到創(chuàng)新，促使成果不斷涌現(xiàn)。 (3)機械手的控制系統(tǒng)采用了技術(shù)性、可靠性非常高的 PLC進行控制。由于時間的限制以及機械手的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有些問題需要進一步的研究： (1) 對機械手各部分連接方式的改進。所以，在氣動驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法上，廣泛地引入現(xiàn)代控制理論和智慧控制等方法是其特 征之