【正文】 執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作。 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。 (2) 控制裝置 用來(lái)處理各種信息，完成控制過(guò)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。 (11)回到初始位置 垂直手臂上升 到指定位置，撞到上限位開(kāi)關(guān)，接通復(fù)位按鈕，回到初始位置，重復(fù)以上動(dòng)作。 這時(shí)的氣路是： 進(jìn)氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲(chǔ)氣罐 3 → 三位四通電磁換向閥 11 左端→ 單向調(diào)速閥 17→ 氣缸 B 的無(wú)桿腔。 這時(shí)的氣路是： 進(jìn)氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲(chǔ)氣罐 3 → 三位四通電磁換向閥 10右端→ 單向調(diào)速閥 16→ 氣缸 A 的有桿腔。經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)，二位二通電磁閥 13的 7YA 得電，真空發(fā)生器 22開(kāi)始動(dòng)作，經(jīng)真空開(kāi)關(guān) 24檢測(cè)真空度，并發(fā)出訊號(hào)給控制器，真空吸盤(pán) 26將物料吸起。 (2) 水平氣缸的伸出 當(dāng) 擺動(dòng)氣缸 C 右旋到指定位置時(shí)（ 90度 ）， 就會(huì)碰到右旋限位開(kāi)關(guān)，使二位五通電磁換向閥 12的 5YA 斷電，擺動(dòng)氣缸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)停止，經(jīng)時(shí)間繼電器延 時(shí)，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(dòng)作。真空吸盤(pán)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(pán)與工件之間的壓力。膨脹型消聲器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，相當(dāng)于一段比排氣口徑大的管件，當(dāng)氣流通過(guò)時(shí)，讓氣流在其內(nèi)部擴(kuò)散、膨脹、碰壁撞擊、反射、相互干涉而消聲。 1 、 氣源凈化裝置 過(guò)濾器、調(diào)壓閥和油霧器等組合在一起稱(chēng)為空氣處理單元，又稱(chēng)為氣動(dòng)三聯(lián)件。 按換向閥的操縱方式有：手動(dòng)式、機(jī)動(dòng)式、電磁式、液動(dòng)式、電液動(dòng)式、氣動(dòng)式。單向調(diào)速閥是把節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分。 調(diào)速閥是根據(jù) “ 流量負(fù)反饋 ” 原理設(shè)計(jì)而成的單路流量閥。這樣雙葉片式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將是單葉片式的 2 倍。 1 、 氣缸輸出直線往復(fù)式 氣缸是氣動(dòng)執(zhí)行元件之一。容積型壓縮機(jī)是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來(lái)增加空氣的壓力。圖中的調(diào)速閥控制氣缸上升和下降、伸長(zhǎng)和縮短、擺動(dòng)過(guò)程中的速度，防止速度過(guò)大對(duì)物料及機(jī)械手臂的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運(yùn)動(dòng)方向；真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產(chǎn)生真空吸附物料，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的吸取和釋放，真空發(fā)生器的動(dòng)作是由二位二通電磁閥控制的。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動(dòng)化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動(dòng)系統(tǒng)。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅(qū)動(dòng)方式。其中機(jī)座采用擺動(dòng)氣缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，手臂及吸 盤(pán)采用單活塞桿雙作用氣缸驅(qū)動(dòng)。如果水平缸、垂直缸和手部機(jī)構(gòu)直接安裝到擺動(dòng)氣缸的輸出軸上，機(jī)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但擺動(dòng)氣缸的軸向受力增大，對(duì)氣缸的自身要求較高，并易造成擺動(dòng)氣缸的損壞。對(duì)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(diǎn)是 一次行程有兩種速度。 手臂作直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu) ，基本上是由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向裝置所組成。 (2) 導(dǎo)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(huì)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。 氣吸式又可分為： 負(fù)壓吸盤(pán)：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤(pán)。 夾持式手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)： （ 1） 手指應(yīng)有一定的開(kāi)閉范圍。 （ 2） 臂部 是機(jī)械手用來(lái)支持腕部與手部實(shí)現(xiàn)較大的運(yùn)動(dòng)范圍的部件。 機(jī)械手型式的選擇首先是從滿足它的運(yùn)動(dòng)要求方面進(jìn)行 考慮， 然后從機(jī)械手的復(fù) 雜程度以及經(jīng)濟(jì)情況等方面來(lái)考慮。所以工作效率高。 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的工作范圍可分為：一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，加一個(gè)不在直線運(yùn)動(dòng)所在的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)加一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 下面就各型式機(jī)械手作簡(jiǎn)單的分析對(duì)比： 1 、 直角坐標(biāo)式 機(jī)械手 直角坐標(biāo)式機(jī)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(jī)械手。 (2) 物料分揀機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析與選擇 驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部分提供動(dòng)力的裝置。如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)用于維護(hù)維修的機(jī)器人等。日系中主要有安川、oTC 、松下、 FANLUC 、不二越、川崎 等公司的產(chǎn)品。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)。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動(dòng)。 PLC 種 類(lèi) 及 型 號(hào) 選 擇 ............ 167。 氣 動(dòng) 回 路 的 工 作 原 理 ................ 第三 章 控 制 系 統(tǒng) 的 分 析 設(shè) 計(jì) .............................. 167。 機(jī) 械 手 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 控 制 設(shè) 計(jì) .... 167。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 組 成 ........................ 167。采用整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點(diǎn)并進(jìn)行互補(bǔ)優(yōu)化。 本文在縱觀了近年來(lái)機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械手方面的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械手技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和 PLC 控制的設(shè)計(jì)方案。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 坐 標(biāo) 形 式 的 選 擇 .......... 167。 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 分 析 與 選 擇 ............ 167。 吸盤(pán) ................................... 167。 PLC 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 基 本 原則 .................................................. 167。 自 動(dòng) 控 制 程 序 .................... 結(jié)論 ...................................................... 參考文獻(xiàn) .............................................. 致 謝 .................................................. 附 錄 .................................................. 前 言 機(jī)械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更 新時(shí)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(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。采用 PLC 控制，是一種預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行物料分揀的自動(dòng)化裝置，可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)需要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行新的分配任務(wù)時(shí)，可以允許方便的改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件，而對(duì)于位置改變時(shí)，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(fèi)用。 目前，國(guó)際上的機(jī)械手公司主要分為日系和歐系。從傳統(tǒng)的汽車(chē)制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)械手的手部、手臂和機(jī)座進(jìn)行設(shè)計(jì)。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 坐 標(biāo) 形 式 的 選 擇 機(jī)械手的基本型式較多，按手臂的坐標(biāo)型式而言，主要有四種基本型式：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。具有直觀性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本體占用的空間較小， 而動(dòng)作范圍較大等優(yōu)點(diǎn)。它的特點(diǎn)能能自動(dòng)選擇最合理的 動(dòng)作路線。為具有近似人手的操作機(jī)能，需要研制最合適的結(jié)構(gòu)。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 組 成 工業(yè)機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機(jī)械部分組成： （ 1） 手部 是機(jī)械手直接握持工件或工具的部分。其又可分為內(nèi)撐式、外夾式和內(nèi)外夾持式，區(qū)別在于夾持工件的部位不同，手爪動(dòng)作方向相反。主要適應(yīng)于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、紙張及塑料等表面光滑工件的抓取。磁吸式手是利用工件的導(dǎo)磁 性，利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來(lái)吸附材料工件。 1 手臂的組成： (1) 動(dòng)作元件，如油缸、汽缸、齒條、凸輪等是驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件。 3 手臂的結(jié)構(gòu) 手臂的伸縮和升降運(yùn)動(dòng)一般采用直線油（氣）缸驅(qū)動(dòng)。如做成伸縮式雙活塞桿油缸，既能滿足行程要求，油缸的體積又小。 機(jī)座結(jié)構(gòu)的選擇 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，是支撐起機(jī)械手全部重量的構(gòu)件。 物料分揀機(jī)械手手臂需要一個(gè)旋轉(zhuǎn)模塊，擺動(dòng)氣缸就要固定在機(jī)座上。 1 、底座 2 、擺動(dòng)氣缸 3 、雙向推力球軸承 4 、扣罩 5 、轉(zhuǎn)臺(tái) 圖 12 機(jī)座結(jié)構(gòu)圖 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 工 作 原 理 物料分揀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)主要由機(jī)座、立柱、水平手臂、垂直手臂、電磁閥和吸盤(pán)等組成。機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力源的 不同，分為液壓、氣壓、電氣、機(jī)械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。另一方面，氣動(dòng)技術(shù)作為“廉價(jià)的自動(dòng)化技術(shù) ”， 由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。 圖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖 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(pán)、四個(gè)調(diào)速閥、六個(gè)單向調(diào)速閥、消聲器（若干）等。按結(jié)構(gòu) 和工作原理可分為速度型和容積型兩大類(lèi)。 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，如氣缸輸出直線往復(fù)式機(jī)械能，擺動(dòng)氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式機(jī)械能。 雙葉片式擺動(dòng)氣缸：從進(jìn)氣口進(jìn)入的壓縮空氣作用在一個(gè)葉片上，同時(shí)通過(guò)軸上的氣路也作用在另一葉片上帶動(dòng)軸回轉(zhuǎn)。 溢流閥是在回路中的壓力達(dá)到閥的規(guī)定值時(shí)，使部分氣體從排氣側(cè)排出，以保持回路內(nèi)的壓力在規(guī)定值的閥。單向調(diào)速閥就是單向閥與 節(jié)流閥并聯(lián)而成。 換向閥的性能的主要要求是：（ 1 ）油液流經(jīng)換向閥時(shí)的壓力損失??；（ 2 ）互不相通的油口間的泄漏小；（ 3 ）換向可靠、迅速且平穩(wěn)無(wú)沖擊。可分為氣源凈化裝置和其他輔助元件兩大類(lèi)。吸收型消聲器是依靠吸聲材料來(lái)消聲的。 吸盤(pán) 吸盤(pán)是直接吸吊物體的元件，一般用橡膠做成。 排氣路線：擺動(dòng)氣缸 C 的 E 口 → 單向調(diào)速閥 20→ 三位四通電磁換向閥 12排氣口 → 調(diào)速閥 8 → 消聲器 9 → 排出。 (4) 吸物 小臂氣缸下降到指定位置時(shí)， 撞到下限位開(kāi)關(guān)，使三位四通電磁換向閥11 的 3YA 斷電，小臂下降動(dòng)作停止。經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)，使三位四通電磁閥 10的電磁鐵 2YA 得電，閥 10的閥芯左移，執(zhí)行水平手臂的回縮動(dòng)作。經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)，使三位四通電磁閥 11 的電磁鐵 3YA 得電，閥 11 的閥芯右移，執(zhí)行小臂的下降運(yùn)動(dòng)。 排氣路線：氣缸 B 的無(wú)桿腔→單向調(diào)速閥 17→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。 控制系統(tǒng)的硬件一般包括 3 個(gè)部分： (1) 感知部分 用來(lái)收集機(jī)械手的內(nèi)部和外部的信息，如位置、速度、加速度傳感器可接受機(jī)械手的本體狀態(tài)，而視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等傳感器可感受機(jī)械手的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)之一就是在兼顧其他性能指標(biāo)的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個(gè)允許的限制值。行程開(kāi)關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動(dòng)式、滾輪式、微動(dòng)式和組合式。這類(lèi)裝置許 多是溫反射型、光束型、光纖型的，封裝在各種金屬和聚碳酸脂外殼中。要求使用外部電路，將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，然后才能輸送到數(shù)字信號(hào)處理器。 控制系統(tǒng) PLC 的 選 型 及 控 制 原 理 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 一、 PLC機(jī)型 的選擇 PLC 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳 的性能價(jià)格比。 對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A ／ D和 D ／ A 轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔 PLC 。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng) 。 3 ）確定應(yīng)選擇 PLC 的點(diǎn)數(shù) PLC 平均的 I ／ O 點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用 PLC 的 I ／O 點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的 I ／ O 點(diǎn)最少，但必須留有一定的裕量。 存儲(chǔ)容量（字節(jié)）＝開(kāi)關(guān)量 I ／ O 點(diǎn)數(shù) 10 ＋ 模擬量 I ／ O 通道數(shù) 100 A=40*10+0*100 =400 （字節(jié)） 另外，在存儲(chǔ)容量選擇的同時(shí)，注意對(duì)存儲(chǔ)器的類(lèi)型的選擇。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)和周?chē)h(huán)境因素等。 匯點(diǎn)式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊所有輸入點(diǎn)共用一個(gè)公共端（ COM ）；而分組式的開(kāi)關(guān)量輸入模塊是將輸入點(diǎn)分成若干組，每一組（幾個(gè)輸入點(diǎn)）有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的。 對(duì)于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無(wú)觸點(diǎn)元件。 3 ）驅(qū)動(dòng)能力 開(kāi)關(guān)量輸出模 塊的輸出電流 ( 驅(qū)動(dòng)能力 ) 必須大于 PLC 外接輸出設(shè)備的額定電流。 FX2N系列是 FX系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列，它能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，程式執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充通訊功能，適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動(dòng)化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 (4) 垂直手臂的下降