【正文】 3）確定應(yīng)選擇 PLC 的點數(shù) PLC 平均的 I／ O點的價格還比較高，因此應(yīng)該合理選用 PLC 的 I／ O點的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的 I／ O點最少，但 必須留有一定的裕量。 對于以開關(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)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔 PLC。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)字信號處理器。穩(wěn)定性是一般自動控制必須滿足的基本要求，對穩(wěn)定性的研究是自動化控制系統(tǒng)中的一個基本問題。 排氣路線：擺動氣缸 C 的 D 口 → 單向調(diào)速閥 19→ 三位四通電磁換向閥 12 排氣口 →調(diào)速閥 8→ 消聲器 9→ 排出。 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(diào)速閥17→ 氣缸 B 的無桿腔。真空發(fā)生器的工作原理是利用噴管高速噴射壓縮空氣，在噴管出口形成射流，產(chǎn)生卷吸流動。 (3)使用三位四通電磁換向閥能夠快速實現(xiàn)氣缸的正反向運動。 (1) 單向型控制閥 單向閥是指氣流只能向一個方向流動而不能反向流動通過的閥，是最簡單的單向型方向閥。 擺動氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動式 擺動氣缸分為單葉片式和雙葉片式。 (2)要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅(qū)動方式。采用雙向推力球軸承就可以方便的將軸承內(nèi) 環(huán)與轉(zhuǎn)臺連接，外環(huán)用罩扣固定在底座上。手臂的導(dǎo)向裝置系根據(jù)安裝形式、結(jié)構(gòu)及負(fù)荷等條件來確定。 (4)位置精度要高。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。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(yīng)用的一種手部形式。 關(guān)節(jié)式機械手有大臂和小臂的擺動，以及肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的運動。 缺點：機械手的作業(yè)范圍較小。內(nèi)容包括氣動元件的選擇及其工作原理、氣動回路的設(shè)計和氣動原理圖的繪制。 我國機械手起步于 20 世紀(jì) 70 年代初期，經(jīng)過 30 多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了 3 個階段：70 年代萌芽期， 80 年代的開發(fā)期和 90 年代的應(yīng)用化期。 隨著工業(yè)的高速發(fā)展， 機械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動化設(shè)備更新時的需要， 已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。畢業(yè)論文（設(shè)計）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。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 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 1 頁 第一章 前言 研究的目的及意義 機械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動化設(shè)備更新時的需要，可以大量 代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作， 在先進制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色。 目前，國際上的機械手公司主要分為日系和歐系。執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計主要是對機械手的手部、手臂和機座進行設(shè)計。 其工作范圍可以是一個直線運動；兩個直線運動或三個直線運動。 關(guān)節(jié)式機械手 關(guān)節(jié)式機械手是一種適用于靠近機體操作傳動型式。 （ 4） 機座 是機械手用來支撐臂部，并安裝驅(qū)動裝置及其他裝置的部分。 真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附頭的空氣而形成真空，故稱真空式。 2 手臂設(shè)計的要求： (1)手臂承載能力大、剛性好、自重輕。如采用滾珠絲杠，效率可以提高，但因其較長，制造比較困難。連接組件主要由四部分組成：雙向推力球軸承、底座、轉(zhuǎn)臺和扣罩。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。典型的氣壓傳動系統(tǒng)由以下四部分組成： 氣源裝置 氣源裝置是獲得具有 一定能量的壓縮空氣的裝置，其主體部分是空氣壓縮機，有的 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 15 頁 還配有氣源凈化處理裝置、氣罐等附屬設(shè)備。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。調(diào)速閥根據(jù) “ 串聯(lián)減壓式 ” 和 “ 并聯(lián)溢流式 ” ，又分為調(diào)速閥和溢流節(jié)流閥兩種主要類型。 本設(shè)計選用三位四通電磁換向閥理由如下： (1) 電磁換向閥是利用電磁鐵吸力推動閥芯來改變閥的工作位置。氣流由斜孔引入，氣流束相互撞擊、干涉、進一步減速，再通過設(shè)在消聲器內(nèi)表面的吸聲材料消聲，最后排向大氣。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 19 頁 排氣路線：氣缸 A 的有桿腔 → 單向調(diào)速閥 16→ 三位四通電磁換向閥 10 的排氣口 →調(diào)速閥 4→ 消聲器 5→ 排出。 (7)擺動氣缸的左旋 水平手臂氣缸回縮到指定位置時， 撞到后限位開關(guān)，使三位四通電磁閥 10 的電磁鐵 4YA 斷電，水平手臂的回縮動作停止。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實現(xiàn)，對提高機械手整體可靠性、實用性具有重要的意義，同時也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑?？梢葬槍Ω鱾€應(yīng)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 。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程 I／ O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程 I／ O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程 I／ O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠(yuǎn)程 I／ O電源；多臺 PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通訊 模塊。 二、 確定 PLC 的 容量 PLC 的容量包括 I／ O點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。 4）確定系統(tǒng)同時接通輸入 /輸出點的數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊 ( 如 32點、 48 點等 ) ，應(yīng)考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的 60％。 此系統(tǒng)只需用開關(guān)量控制，選用一般小型 PLC即可。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 25 頁 (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。控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高。 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(diào)速閥17→ 氣缸 B 的無桿腔。經(jīng)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(jīng)真空開關(guān) 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。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。 氣源凈化裝置 過濾器、調(diào)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。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。這樣雙葉片式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將是單葉片式的 2 倍。容積型壓縮機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增加空氣的壓力。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動系統(tǒng)。其中機座采用擺動氣缸進行驅(qū)動，手臂及吸盤采用單活塞桿雙作用氣缸驅(qū)動。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。 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(dǎo)向裝置所組成。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。 夾持式手部設(shè)計時應(yīng)注意以下事項： （ 1） 手指應(yīng)有一定的開閉范圍。 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(fù) 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 6 頁 雜程度以及經(jīng)濟情況等方面來考慮。 圓柱坐標(biāo)式機械手的工作范圍可分為：一個旋轉(zhuǎn)運動，一個直線運動，加一個不在直線運動所在的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動；二個直線運動加一個旋轉(zhuǎn)運動。 解決的關(guān)鍵問題 1 解決機械手機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題，要求機械手結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、具有一定的代表性。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(wù)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(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力。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。它可以搬運貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動。 通過以上部分的工作，得出了經(jīng)濟型、實用型、高可靠型物料分揀機械手的設(shè)計方案，對其他經(jīng)濟型 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計也有一定的借鑒價值。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、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。 主要研究的內(nèi)容 隨著機械手技術(shù)的飛速發(fā)展和機械手應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化，不僅要求其控制可靠性強、使用靈活性高和操作靈活性好，還要其成本低、可開發(fā)經(jīng)濟性強。 執(zhí)行機構(gòu)坐標(biāo)形式的選擇 機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。它的特點能能自動選擇最合理的動作路線。 執(zhí)行機構(gòu)的組成 工業(yè)機械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機械部分組成： （ 1） 手部 是機械手直接握持工件或工具的部分。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。 1 手臂的組成： (1)動作元件 ，如油缸、汽缸、齒條、凸輪等是驅(qū)動手臂運動的部件。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。 物料分揀機械手手臂需要一個旋轉(zhuǎn)模塊，擺動 氣缸就要固定在機座上。機械手的驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)動力源的不同，分為液壓、氣壓、電氣、機械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 14 頁 圖 驅(qū)動系統(tǒng)原理圖 氣動系統(tǒng)包括三個三位四通電磁換向閥、兩個二位二通電磁閥、三個氣缸、一個吸盤、四個調(diào)速閥 、六個單向調(diào)速閥、消聲器（若干）等。 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機械運動，并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，如氣缸輸出直線往復(fù)式機械能 ，擺動氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動式機械能。 溢流閥是在回路中的壓力達到閥的規(guī)定值時，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。 換向閥的性能的主要要求是：（ 1）油液流經(jīng)換向閥時的壓力損失?。唬?2）互不相通的油口間的泄漏??；（ 3）換向可靠、迅速且平穩(wěn)無沖擊 。吸收型消聲器是依靠吸聲材料來消聲的。 排氣路線：擺動氣缸 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。經(jīng)時間繼電器延時，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作。 排氣路線：氣缸 B的無桿腔→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。 顏色傳感器的類型比較 : (1)光到光電流轉(zhuǎn)換器 光到光電流轉(zhuǎn)換器由光電二極管或具有色彩濾波器的光電二極管組成，將光轉(zhuǎn)換成光電流。 整體式 PLC的每一個 I／ O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小 ,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC的功能擴展靈活方便 ,在 I／ O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、 I／ O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般 于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 (6) 機型 盡量 統(tǒng) 一 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 27 頁 一個企業(yè)，應(yīng)盡量做到 PLC的機型統(tǒng)一。 對同時接通的輸 /入輸出點的制約， 此系統(tǒng)是可以滿足的。 本系統(tǒng)不需要 跨范圍使用 PLC 對某些 功能或信號 也沒有 特殊的速度要求 ，不需要 選用具有高速 I／ O處理功能的 PLC。 缺點： 只 通過 2 線串行接口模塊提供到微控制器或 PC 的直接接口，響應(yīng)時間由內(nèi)