【正文】 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 II 頁 氣動元件選取及工作原理 .................................................................. 14 氣源裝置 ......................................................................................................14 執(zhí)行元件 ......................................................................................................15 控制元件 ......................................................................................................16 輔助元件 ......................................................................................................17 真空發(fā)生器 ..................................................................................................18 吸盤 ..............................................................................................................18 氣動回路的工作原理 .......................................................................... 18 第四章 控制系統(tǒng)的分析設計 ................................................................... 22 控制系統(tǒng)的組成結構 .......................................................................... 22 控制系統(tǒng)的性能要求 .......................................................................... 23 傳感器的選擇 ...................................................................................... 24 位置檢測裝置 ..............................................................................................24 滑覺傳感器 ..................................................................................................24 視覺傳感器 ..................................................................................................24 控制系統(tǒng) PLC 的選型及控制原理 ....................................................... 25 PLC 控制系統(tǒng)設計的基本原則 ...................................................................25 PLC 種類及型號選擇 ....................................................................................30 I/O 點數(shù)分配 ...............................................................................................30 PLC 外部接線圖 ...........................................................................................32 機械手控制原理 ..........................................................................................32 PLC 程序設計 ....................................................................................... 34 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 III 頁 總體程序框圖 ..............................................................................................34 初始化及報警程序 ......................................................................................36 手動控制程序 ..............................................................................................37 自動控制程序 ..............................................................................................39 第五章 總結與展望 ................................................................................... 42 參考文獻 ........................................................................................................ 43 致 謝 ............................................................................................................ 44 附 錄 ............................................................................................................ 45 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 IV 頁 基于 PLC 的物料分揀機械手自動化控制系統(tǒng)設計 摘 要 機械手在先進制造領域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動。 關鍵詞 : 機械手，氣動控制， 可編程控制器（ PLC）， 自動化控制，物料分揀。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。工業(yè)機械手與數(shù)控加工中心，自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng) (FMS)和計算機集成制造系統(tǒng)，實現(xiàn)生產自動化。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，對我國工業(yè)自動化的提高迫在眉睫，政府務必會加大對機器人的資金投入和政策支持，將會給機械手產業(yè)發(fā)展注入新的動力。本論文主要研究物料分揀機械手以下幾個方面的內容： (1)物料分揀機械手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇 執(zhí)行系統(tǒng)是由傳動部件與機械構件組成，是機械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體。 解決的關鍵問題 1 解決機械手機械結構的設計問題，要求機械手結構簡單、經濟、具有一定的代表性。下面就各型式機械手作簡單的分析對比： 直角坐標式機械手 直角坐標式機械手是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機械手。 圓柱坐標式機械手的工作范圍可分為：一個旋轉運動，一個直線運動，加一個不在直線運動所在的平面內的旋轉運動；二個直線運動加一個旋轉運動。所以工作效率高。 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， 然后從機械手的復 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 6 頁 雜程度以及經濟情況等方面來考慮。 （ 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。 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。 氣吸式又可分為： 負壓吸盤：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤。磁吸式手部不會破壞被吸附表面質量，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。 (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生的彎曲和扭轉力矩。 手臂作直線運動的結構，基本上是由驅動機構和導向裝置所組成。其缺點是一次行程有兩種速度。對其結構的要求是剛性好、 占地面積小、操作維修方便和造型美觀。如果水平缸、垂直缸和手部機構直接安裝到擺動氣缸的輸出軸上，機構雖然簡單，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。其中機座采用擺動氣缸進行驅動，手臂及吸盤采用單活塞桿雙作用氣缸驅動。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅動方式。在現(xiàn)代化的成套設備與自動化生產線上，幾乎都配有氣動系統(tǒng)。圖中的調速閥控制氣缸上升和下降、伸長和縮短、擺動過程中的速度，防止速度過大對物料及機械手臂的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運動方向；真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產生真空吸附物料，其主要功能是實現(xiàn)對物料的吸取和釋放，真空發(fā)生器的動作是由二位二通電磁閥控制的。容積型壓縮機是利用特殊形狀的轉子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空氣的壓力。 氣缸輸出直線往復式 氣缸是氣動執(zhí)行元件之一。這樣雙葉片式產生的轉矩將是單葉片式的 2 倍。 調速閥是根據 “ 流量負反饋 ” 原理設計而成的單路流量閥。單向調速閥是把節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分。 按換向閥的操縱方式有：手動式、機動式、電磁式、液動式、電液動式、氣動式。 氣源凈化裝置 過濾器、調壓閥和油霧器等組合在一起稱為空氣處理單元，又稱為氣動三聯(lián)件。膨脹型消聲器的結構比較簡單，相當于一段比排氣口徑大的管件，當氣流通過時，讓氣流在其內部擴散、膨脹、碰壁撞擊、反射、相互干涉而消聲。真空吸盤之所以能吸附在工件上的原因是由于環(huán)境壓力（大氣壓力）大于吸盤與工件之間的壓力。 (2) 水平氣缸的伸出 當 擺動氣缸 C 右旋到指定位置時（ 90 度），就會碰到右旋限位開關，使二位五通電磁換向閥 12 的 5YA 斷電，擺動氣缸旋轉運動會停止，經時間繼電器延時，使三位四通電磁換向閥 10 的 1YA 得電， 閥 10 的閥芯右移， 執(zhí)行手臂前伸動作。經時間繼電器延時，二位二通電磁閥 13 的 7YA 得電，真空發(fā)生器 22 開始動作，經真空開關 24 檢測真空度，并發(fā)出訊號給控制器，真空吸盤 26將物料吸起。 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 10 右端 → 單向調速閥16→ 氣缸 A 的有桿腔。 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 左端 → 單向調速閥17→ 氣缸 B 的無桿腔。 (11)回到初始位置 垂直手臂上升 到指定位置，撞到上限位開關，接通復位按鈕，回到初始位置，重復以上動作?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高?？梢允褂猛獠侩娐?，將光電流轉換成一定比例的電壓輸出，然后可以通過模擬數(shù)字轉換器將電壓轉換成數(shù)字格式，輸 送到微控制器中。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 25 頁 (3)光到數(shù)字電壓轉換器 光到數(shù)字電壓轉換器由搭配 RGB 濾波器的光電二極管陣列、模似數(shù)字轉換器及用于通信和靈敏度控制的數(shù)字核心組成。 考慮此系統(tǒng)控制比較簡單，應用于小批量的生產線故此選擇整體試 PLC 的結構形式較為合適。 此系統(tǒng)只需用開關量控制，選用一般小型 PLC即可。 以保證 其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理 ； 有利于技術力量的培訓和技術水平的提高 ； 其外部設備 可以 通用，資源可共享，易于聯(lián)網通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控