【正文】 及負荷等條件來確定。機構(gòu)上可以是油缸體固定、活塞桿運動；也可以是活塞桿固定，而缸體運動。 (4)位置精度要高。手臂一般有三個運動 — 伸縮、旋轉(zhuǎn)和升降。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。 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)生真空或負壓，利用壓差而將工件吸附，是工業(yè)機械手常用的一種吸持工件的裝置。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)機械廣泛應用的一種手部形式?？梢詫⑹直刍剞D(zhuǎn)動作改換成機械手的整體轉(zhuǎn)動就可以滿足本 設計 中 機 械手的動作要求。 關節(jié)式機械手有大臂和小臂的擺動，以及肘關節(jié)和肩關節(jié)的運動。 球坐標式機械手可實現(xiàn)八個動作： （ 1） 手臂上下動作，即俯仰動作； （ 2） 手臂左右動作，即回轉(zhuǎn)動作； （ 3） 手臂前后動作，即伸縮動作； （ 4） 手腕上下彎曲； （ 5） 手腕左右擺動； （ 6） 手腕旋轉(zhuǎn)運動； （ 7） 手爪夾緊動作； （ 8） 機械手的整體移動。 缺點：機械手的作業(yè)范圍較小。 4 第二章 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與設計 機器手的執(zhí)行結(jié)構(gòu)是機械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體。執(zhí)行系統(tǒng)的設計主要是對機械手的手部、手臂和機座進行設計。 基于 PLC 的物料分揀機構(gòu)設計，是以可編程控制器 (PLC)是以中央處理器為核心，綜合了計算機和自動控制等先進技術(shù)，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點，已成為目前在機械手控制系統(tǒng)中使用最多的控 制方式。它可以搬運貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動。在其驅(qū)動系統(tǒng)中采用氣動驅(qū)動，控制系統(tǒng)中選擇 PLC 的控制單元來完成系統(tǒng)功能的初始化、機械手的移動、故障報警等功能。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。 自動分揀是從貨物進入分揀系統(tǒng)送到指定的分配位置為止，都是按照人的指令靠自動分揀裝置來完成。最后提出了一種簡單、易于實現(xiàn)、理論意義明確的控制策略。可以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在 高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下 操作以保護人身安全，可以廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。使用 PLC 的自動控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動作精度高等優(yōu)點 [2]。 (2)物料分揀機械手驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 驅(qū)動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部分提供動力的裝置。執(zhí)行機構(gòu)的布局類型直接影響到機械手的工作性能。 圓柱坐標式機械手 圓柱坐標式機械手是應用最多的一種型式，它適用于搬運和測量工件。 球坐標式機械手的特點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作，它的臂可作伸縮，橫向水平擺動，還可以上下擺 6 動，工作范圍和人的手類似。它還具有上肢結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)近似于人手操作的機能。這樣的修改并沒有改變 機械手的總體結(jié)構(gòu)，只是 進行 了局部變動， 使得整個系統(tǒng)經(jīng)濟、實惠，所以確定用圓柱坐標式機械手 [3]。它主要由手指、傳動機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)組成。它由吸盤、吸盤架及進排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點；但要求工件上與吸盤接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。自擠式空氣吸盤的工作原理是將軟質(zhì)吸盤按壓在工件的表面，擠出吸盤內(nèi)的空氣、從而造成真空、吸住工件。手臂的基本動作是將手部移動到所需的位置 和承受抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量 [6]。 (5)通用性要強。 雙作用雙活塞桿油缸：當需要很大的行程時，將油缸做的很長、體積很大，則加工上有困難。常用的有單導向桿和雙導向桿， 本設計中，伸縮運動中選用雙導向桿。對通用機械手而言 ，傳動部分布置在機架內(nèi)部或后下方，控制部分則布置在機座的后上方或單獨布置一個控制箱。其結(jié)構(gòu)原理如圖 。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成 本較高，工作噪聲較大。 表 31 給出了各種控制方式的比較： 表 各種控制方式的比較 12 通過以上三種驅(qū)動方式的比較選用氣動驅(qū)動的方式，不僅能夠滿足了本設計的要求，而且節(jié)約了成本。氣壓傳動對氣源的要求： (1)要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。儲氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高 10%，并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。其工作原理：對于前伸 /回縮氣缸，當左側(cè)無桿腔進氣，右側(cè)有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升 /下降氣缸，當上側(cè)無桿腔進氣，下側(cè)有桿腔排 14 氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。 壓力控制閥 調(diào)節(jié)和控制壓力大小的氣動元件稱為壓力控制閥。 方向控制閥 方向控制閥是改變壓縮空氣流動方向和氣流通斷狀態(tài)，使氣動執(zhí)行元件的動作或狀態(tài)發(fā)生變換的控制閥，其通?？煞譃閱蜗蛐涂刂崎y和換向型控制閥兩類 [11]。 (2) 換向型控制閥 換向型方向控制閥按控制方式分類，分為氣壓控制、電磁控制、人力控制。 (2)當三位四通電磁換向閥兩端電磁鐵都斷電時，閥芯處于中位，各口互不相通。壓縮空氣完成驅(qū)動工作后，由換向閥的排氣口排入大氣。 真空發(fā)生器 真空發(fā)生器的作用主要是使吸盤的橡膠皮碗形成真空而將工件吸附。 根據(jù)本設計的要求需要對位置檢測裝置、滑覺傳感器、視覺傳感器進行選用。硬吸取是吸盤用最大的吸力吸取物體，以保證可靠性；軟吸取方式是吸盤使吸力保持在能穩(wěn)固吸取物體的最小值，以避免損傷物件?？梢允褂猛獠侩娐罚瑢⒐怆娏鬓D(zhuǎn)換成一定比例的電壓輸出，然后可以通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，輸送到微控制器中。 (3)光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器 光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器由搭配 RGB 濾波器的光電二極管陣列、模似數(shù)字轉(zhuǎn)換器及用于通信和靈敏度控制的數(shù)字核心組成。 (2)氣動驅(qū)動系統(tǒng)是強的非線性系統(tǒng)，其根本 原因是空氣具有可壓縮性，使得系統(tǒng)中存在流量飽和效應，非線性摩擦力等因素，實現(xiàn)氣缸的精度定位非常困難。各部分不能實現(xiàn)任意方式拼裝，通過各種過渡連接件，使各個部分可以自由拼裝。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一。 (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。 優(yōu)點： 提供抗噪聲干擾能力，簡化外圍電路設計，改善空間利用率，降低組裝成本 ?？梢葬槍Ω鱾€應用訂制放大器的增益和帶寬及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的速度和分辨率。滑動傳感器主要用于檢測物體接觸面直接的相對運動的大小和方向，判斷是否吸住物體以及應用多大的吸力等。 位置檢測裝置 在本設計中，當機械手執(zhí)行左旋 /右旋， 前伸 /回縮，上升 /下降等動作時，應有相應的位置檢測裝置檢測動作是否到位，常用的位置檢測裝置是行程開關。在卷吸流動作用下，使得噴管出口周圍的空氣不斷地被抽吸走，使吸附腔內(nèi)的壓力降至大氣壓以下，形成一定真空度。常用的消聲器有三種類型吸收型、膨脹型和吸收膨脹型。 輔助元件 輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的。它的用途很廣，種類也很多 [12]。在氣動系統(tǒng)中，單向閥除單獨使用之外，經(jīng)常與流量閥、換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥。 調(diào)壓閥是出口側(cè)壓力可調(diào)，并能保持出口側(cè)壓力穩(wěn)定的壓力控制閥。 單葉片式擺動氣缸：壓縮空氣由進氣口輸入，作用在葉片上，帶動軸回轉(zhuǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，另一腔的空氣從排氣口排出。本設計選用立式儲氣罐，因為它的進氣口在下，出氣口在上，以利用進一步分離空氣中的油、水。 下面對于主要的氣源裝置元件進行如下介紹： 空氣壓縮機 空氣壓縮機是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設備。其氣動驅(qū)動系統(tǒng)原理圖如圖 所示。但是由于這種驅(qū)動方式價格昂貴，限制了在一些場合的應用。機械手的動作在整個過程中都是連續(xù)可循環(huán)的 [6]。如果水平缸、垂直缸和手部機構(gòu)直接安裝到擺動氣缸的輸出軸上，機構(gòu)雖然簡單，但擺動氣缸的軸向受力增大，對氣缸的自身要求較高，并易造成擺動氣缸的損壞。對其結(jié)構(gòu)的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀。其缺點是一次行程有兩種速度。 手臂作直線運動的結(jié)構(gòu)，基本上是由 驅(qū)動機構(gòu)和導向裝置所組成。 (2)導向裝置，是保證手臂的正確方向及承受由工件的重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩。磁吸式手部不會破壞被吸附表面質(zhì)量，但是由于被吸工件存在剩磁，吸附頭上常吸附磁性屑，影響正常工作 [5]。 氣吸式又可分為： 負壓吸盤：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤。 夾持式手部設計時應注意以下事項： （ 1） 手指應有一定的開閉范圍。 （ 2） 臂部 是機械手用來支持腕部與手部實現(xiàn)較大的運動范圍的部件。 機械手型式的選擇首先是從滿足它的運動要求方面進行考慮， 然后從機械手