【正文】 和行走式。 絲桿螺母機構：該機構傳動的特點是易于自鎖，但傳動效率低。驅(qū)動機構一般用油缸、油馬達加齒輪、齒條來實現(xiàn)直線運動。 (3) 手臂，起著連接和承受外力的作用。 通過以上對手部的分析真空式具有結構簡單、質(zhì)量輕、不損傷工件、使用方便、不影響機械手的正常工作等優(yōu)點。 磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。 （ 2） 手指應具有適當?shù)膴A緊力。 （ 3） 立柱 支承手臂并帶動它升降、擺動和移動的機構。本設計中的機械手主要動作為機械手手臂的左右移動，升降移動和機械手的整體旋轉(zhuǎn)。另外由于上下擺動，它的相對體積小，動作范圍大。 圓柱坐標式機械手有五個基本動作： （ 1 ） 手臂水平回轉(zhuǎn)； （ 2 ） 手臂伸縮； （ 3 ） 手臂上下； （ 4 ） 手臂回轉(zhuǎn)動作； （ 5 ） 手爪夾緊動作。它的手臂可作伸縮、左右和上下移動，按直角坐標形式 X 、 Y 、Z 三個方向的直線進行運動。通過對液壓、氣壓、電氣三種驅(qū)動方式的比較，本設計選擇氣壓驅(qū)動的方式。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務等領域機械手的應用也越來越多。歐系中主要有德國的KUKA、 CLOOS 、瑞典的 ABB 、意大利的 C0毗 U 及奧地利的工 GM公司。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設計?？梢詫崿F(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。 I/O 點 數(shù) 分 配 ........................ 167。 控 制 系 統(tǒng) 的 組 成 結 構 ................ 167。 氣 動 元 件 選 取 及 工 作 原 理 ........ 167。 執(zhí) 行 機 構 各 部 分 的 分 析 與 選 擇 . 167。對物料分揀機械手的整體結構、執(zhí)行結構、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了分析和設計?？梢詫崿F(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因此被廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。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。 .............................. 執(zhí) 行 機 構 簡 圖 第 二 章 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 的 分 析 與 選 擇 ...................... 167。 真 空 發(fā) 生 器 ........................ 167。 視 覺 傳 感 器 ........................ 控 制 系 統(tǒng) PLC 的 選 型 及 控 制 原 理 .......... 167。 手 動 控 制 程 序 .................... 167。 適應工業(yè)需要，本課題試圖開發(fā) PLC 對物料分揀機械手的控制，并借助必要的精密傳感器，使其能夠?qū)Σ煌伾奈锪习搭A先設定的程序進行分揀，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自 動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性生產(chǎn)線。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機械手的應用領域日益擴大。 隨著機械手發(fā)展的深度和廣度以及機器人智能水平的提高，機械手已在眾多領域得到了應用。主要包括機身、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。執(zhí)行機構的布局類型直接影響到機械手的工作性能。 2 、 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，還可以上下擺動，工作范圍和人的手類似。它還具有上肢結構，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構，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。它主要由手指、傳動機構、驅(qū)動機構組成。它由吸盤、吸盤架及進排氣系統(tǒng)組成，具有結構簡單、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。 (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。另外，推力球軸承應選擇公稱尺寸較大一些的，這樣可以更好的承受傾覆力矩。 1右旋限位開關 2 左旋限位開關 3 回縮限位開關 4 前伸限位開關 5 上升限位開關 6 下降限位開關 A 擺動氣缸 B 前伸 / 回縮氣缸 C 上升 / 下降氣缸 D 真空吸盤 圖 13 執(zhí)行機構簡圖 第 二 章 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 的 分 析 與 選 擇 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構運動的傳動裝置。 氣壓驅(qū)動具有價格低廉、結構簡單、功 率體積比高、無污染及抗干擾性強、在工業(yè)機械手中應用較多。 其氣動驅(qū) 動系統(tǒng)原理圖如圖 21 所示。 下面對于主要的氣源裝置元件進行如下介紹： 1 、 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。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。 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。 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。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。它的 用途很廣，種類也很多。 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。常用的消聲器有三種類型吸收型、膨脹型和吸收膨脹型。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。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3 → 三位四通電磁換向閥 12左端 →單向調(diào)速閥 19→ 擺動氣缸 C 的 D 口。 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。 (6) 水平手臂的回縮 小臂氣缸上升到指定位置時， 撞到上限位開關，使三位四通電磁閥 11 的電磁鐵 4YA 斷電，小臂上升動作停止。 (8) 垂直手臂的下降 擺動氣缸左旋到指定位置（ 90度 ）， 撞到左轉(zhuǎn)限位開關，使三位四通電磁閥 12的電磁鐵 6YA 斷電，擺動氣缸的左旋運動停止。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3 → 三位四通電磁換向閥 11 右端→ 單向調(diào)速閥 18→ 氣缸 B 的有桿腔。機械手是由各種機構組成的裝置，它通過感知器的內(nèi)部傳感器實現(xiàn)本體和環(huán)境狀態(tài)的檢測和信息交互；環(huán)境即指機械手所處的周圍環(huán)境；任務是指機械手要完成的操作，它需要適當?shù)某绦蛘Z言描述，并把它 們存入控制機中，隨著系統(tǒng)的不同，任務的輸入可能是程序方式，或文字、圖形或聲音方式；控制器包括軟件和硬件兩大部分，相當于機械手的大腦，它以計算機或?qū)Ｓ每刂破鬟\行程序的方式來完成給定的任務?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高。在實際生產(chǎn)中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切 換。 目前，用于顏色識別的傳感器有兩種基本類型：（ 1 ）色標傳感器，它使用一個白熾燈光源或單色 LED光源；（ 2 ） RGB（紅綠藍）顏色傳感器，它檢測物體的對三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。 (2) 光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器 光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器由搭配色彩濾波器的光電二極管陣列組成，并整合一個跨阻抗放大器。 2 、 傳感器選擇 根據(jù)前面的介紹和比較，為了便于 PCL 控制程序的編寫，利于公司企業(yè)的經(jīng)濟效益，綜合其各種情況，在本設計，選擇 RGB 顏色傳感器著為識別物料顏色的裝置，繼電器輸出方式，便于 PLC 控制系統(tǒng)的簡單化，控制系統(tǒng)更容易實現(xiàn)。 （ 3) 滿足 相應的功能 要求 一般小型 ( 低檔 ) PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關量控制的設備都可滿足。 (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。 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。 (2) 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)確定的基礎上，按下式估算存儲容量后，再加 20％ 到30％的裕量。選擇時主要應考慮以下幾個方面： 1 ）輸入信號的類型及電壓等級 開關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。 2 ）輸入接線方式 開關量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式 。 繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅(qū)動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，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。 本系統(tǒng)選擇 分組式輸出 。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 。 (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。 該型號 PLC 有 32個輸入節(jié)點， 32個輸出節(jié)點，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。用戶應根據(jù)實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。分組式的開關量輸入模塊價格較匯點 式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點式的。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。 但是 ，本課題要求的 存儲容量 很低，一般的 PLC 能夠滿足，所以我們不需要考慮 存儲容量 。 通常 I ／ O 點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上 10％ 到 15％的裕量來確定。 本系統(tǒng)選用 一般系統(tǒng) PLC 能夠滿足要求，不需要考慮太多此方面的問題。 對于控制較復雜，要求實現(xiàn) PID 運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔 PLC 。選擇時主要考慮以下幾點： (1) 確定 合理的結構型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結構型式。 優(yōu)點：簡化外設電路設計，改善空間利用效率，降低組裝成本。典型的輸出有： NPN 和 PNP 、繼電器和模擬輸出。 本設計中采用直線接觸式行程開關檢測機械手動作是否到位，當運動到指定位置時，碰到行程開關，終結上一個動作，準備