【正文】 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。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(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。the programmable controller (PLC)。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?？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。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動(dòng)。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)。pneumatic control。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動(dòng)。 可編程控制器 (PLC)是以中央處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等 先進(jìn)技術(shù)，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。本設(shè)計(jì)主要完成機(jī)械手的硬件部分與軟件部分設(shè)計(jì)。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。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。 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。 2 執(zhí)行部件的 運(yùn)動(dòng)精度的問題。 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。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)。 缺點(diǎn)：機(jī)械手的作業(yè)范圍較小。 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。 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)。另外由于上下擺動(dòng)，它的相對(duì)體積小，動(dòng)作范圍大。 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)。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)?？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。 （ 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)。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。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)圖，如圖 所示 。 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(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟(jì)適用的驅(qū)動(dòng)方式。氣動(dòng)系統(tǒng)包括三個(gè)三位四通電磁換向閥、兩個(gè)二位二通電磁閥、三個(gè)氣缸、一個(gè)吸盤、四個(gè)調(diào)速閥、六個(gè)單向調(diào)速閥、消聲器（若干）等。為此本章在分析了當(dāng)前機(jī)械手廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)及 PLC 的發(fā)展之后，提出了采用 PLC 的控制方法。 (2)控制裝置 用來(lái)處理各種信息，完成控制過程，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計(jì)算機(jī)相應(yīng)的接口等。 (2)過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到新的平衡狀態(tài)時(shí)具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng) 到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時(shí)間表示系統(tǒng)過渡過程的快速程度。 傳感器的選擇 傳感器是將被檢測(cè)對(duì)象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。 位置檢測(cè)裝置 在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)機(jī)械手執(zhí)行左旋 /右旋，前伸 /回縮，上升 /下降等動(dòng)作時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測(cè)裝置檢測(cè)動(dòng)作是否到位，常用的位置檢測(cè)裝置是行程開關(guān)。 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。 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(shí)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(duì)一種顏色的物料進(jìn)行揀出。 控制系統(tǒng) PLC 的選型及控制原理 PLC 種類及型號(hào)選擇 PLC 種類較多，主要有西門子、三菱、 OMRON、 FANAC、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、 OMRON 的 PLC。 該型號(hào) PLC 有 32 個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)， 32 個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。 (1)系統(tǒng)程序的初始化 按下啟動(dòng)按鈕 SB1，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行功能檢測(cè)，檢測(cè)正確后，進(jìn)入控制系統(tǒng)的軟件 ，開始運(yùn)行程序。 (5)吸物 小臂下降到指定位置， PLC 輸入端 X006 接通輸入，輸出端 Y006 輸出，吸盤吸氣按鈕 SB11 接通，二位二通電磁閥 13 的 7YA 得電，真空發(fā)生器 22 開始動(dòng)作，真空吸盤26 將物料吸起。 (9)垂直手臂的下降 擺動(dòng)氣缸向左旋轉(zhuǎn)到指定位置（ 90 度）， PLC 輸入端 X003 接通輸入，輸出端 Y005輸出，垂直手臂下降按鈕 SB6 接通，使三位四通電磁閥 11 的電磁鐵 3YA 得電，執(zhí)行小臂的下降運(yùn)動(dòng)。 PLC 程序設(shè)計(jì) 總體程序框圖 設(shè)備有“手動(dòng) /自動(dòng)”兩種工作方式，其控制程序可分為自 動(dòng)控制程序和手動(dòng)控制程序兩個(gè)模塊，各模塊程序分開編寫，結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試和修改。在自動(dòng)工作過程中，若將“手動(dòng) /自動(dòng)”轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“手動(dòng)”位置時(shí)，輸入 X012 接通系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)控制方式狀態(tài)。自動(dòng)控制的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖 所示。 本論文的設(shè)計(jì)主要取得了以下成果： (1)對(duì)物料分揀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等各組成部分進(jìn)行了較為全面的分析，最后得出其總體設(shè)計(jì)方案。這使得機(jī)械設(shè)備更加靈活，動(dòng)作準(zhǔn)確，易于維護(hù)，勞動(dòng)生產(chǎn)率大大得到了提高。 本機(jī)械手結(jié)構(gòu)具有模塊式的特點(diǎn)，但由于考慮節(jié)約成本等因素，采用標(biāo)準(zhǔn)的單活塞桿雙作用氣缸，加導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)。雖然還有很多尚未解決的問題有待于繼續(xù)研究，但相信PLC控制的物料分揀機(jī)械手的研究是非常有新意、有意義的，有著廣泛的應(yīng)用前景。在論文的寫作過程中，導(dǎo)師給了我許許多多的