【文章內(nèi)容簡介】 助元件兩大類。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。壓縮的空氣中含有各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在會降低氣動元件的耐用度和性能，造成誤動作和事故，必須清除?？諝馓幚韱卧褪怯脕砬宄龎嚎s空氣的雜質(zhì)，提高空氣質(zhì)量的元件。消聲器消聲器是降低排氣噪聲的裝置。壓縮空氣完成驅(qū)動工作后，由換向閥的排氣口排入大氣。此時的壓縮空氣是以接近音速的狀態(tài)進入大氣，由于壓力的驟然變化，使空氣急速膨脹從而發(fā)出噪音，其音量一般為80dB～100dB，為了改善勞動條件，應使用消聲器。常用的消聲器有三種類型吸收型、膨脹型和吸收膨脹型。吸收型消聲器是依靠吸聲材料來消聲的。膨脹型消聲器的結(jié)構(gòu)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(nèi)部擴散、膨脹、碰壁撞擊、反射、相互干涉而消聲。吸收膨脹型消聲器是上述兩種的結(jié)合。氣流由斜孔引入，氣流束相互撞擊、干涉、進一步減速，再通過設在消聲器內(nèi)表面的吸聲材料消聲，最后排向大氣。本設計選用膨脹型消聲器。 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。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。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。 吸盤吸盤是直接吸吊物體的元件，一般用橡膠做成。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。將吸盤與真空發(fā)生裝置連接，吸盤內(nèi)部空間的空氣被抽去，當吸盤接觸到工件時，大氣和吸盤之間形成了密封，就會吸住物料，吸氣大小與大氣壓和吸盤內(nèi)部空間的壓力差成正比。 氣動回路的工作原理物料分揀機械手的工作循環(huán)是：擺動氣缸的右旋→水平手臂的伸出→垂直手臂的下降→吸物→垂直手臂的上升→水平手臂的縮回→擺動氣缸的左旋→垂直手臂的下降→放物→垂直手臂的上升→回到初始位置。系統(tǒng)中選用電磁換向閥，限位開關，實現(xiàn)氣缸的往復運動。二位二通電磁閥實現(xiàn)吸盤的吸物和放物。實現(xiàn)工作循環(huán)的工作原理如下：(1) 擺動氣缸的右旋 按下啟動按鈕，右旋按鈕接通，使三位四通電磁換向閥12的5YA得電，閥12的閥芯右移，擺動氣缸會執(zhí)行右旋的命令。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：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。 (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(zhuǎn)運動會停止，經(jīng)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。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左端→單向調(diào)速閥15→氣缸A的無桿腔。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。(3) 垂直手臂的下降當水平伸縮氣缸A伸出到指定位置時，就會碰到前限開關，使三位四通電磁換向閥10的1YA斷電，手臂伸出動作會停止。經(jīng)時間繼電器延時，小臂下降按鈕接通，使三位四通電磁換向閥11的3YA得電，閥11的閥芯右移，執(zhí)行小臂的下降動作。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。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。(4) 吸物 小臂氣缸下降到指定位置時，撞到下限位開關，使三位四通電磁換向閥11的3YA斷電，小臂下降動作停止。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→二位二通電磁閥13→真空發(fā)生器22→過濾器25→吸盤26。 排氣路線：2空氣處理單元→儲氣罐3→二位二通電磁閥13 →真空發(fā)生器22→消聲器21。 (5)垂直手臂的上升 經(jīng)傳感器檢測到物料已經(jīng)被吸起時，發(fā)出訊號，使三位四通電磁閥11的電磁鐵4YA得電，閥11的閥芯左移，執(zhí)行小臂的上升動作。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。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。(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。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。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(diào)速閥16→氣缸A的有桿腔。排氣路線：氣缸A的無桿腔→單向調(diào)速閥15→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，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。經(jīng)時間繼電器延時，使三位四通電磁閥12的電磁鐵6YA得電，閥12的閥芯左移，執(zhí)行擺動氣缸的向左旋轉(zhuǎn)動作。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右端→單向調(diào)速閥20→擺動氣缸C的E口。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。(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。經(jīng)時間繼電器延時，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)行小臂的下降運動。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。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。(9)放物 小臂氣缸下降到指定位置時，撞到下限位開關，使三位四通電磁閥11的電磁鐵3YA斷電，垂直手臂的下降運動停止。經(jīng)時間繼電器延時，使二位二通電磁13斷電，二位二通電磁閥14通電，真空發(fā)生器停止運動，真空消失，壓縮空氣進入吸盤26，將物料與吸盤吹開，這時氣路為：進氣路線：2空氣處理單元→儲氣罐3→二位二通電磁閥14→調(diào)速閥23→過濾器25→吸盤26。排氣路線：2空氣處理單元→儲氣罐3→二位二通電磁閥14→調(diào)速閥23→過濾器25→吸盤26。(10) 垂直手臂的上升經(jīng)傳感器檢測到物料已脫離吸盤，發(fā)出訊號，經(jīng)時間繼電器延時，使三位四通電磁閥11的4YA得電，閥11的右位接入工作，執(zhí)行垂直手臂的上升動作。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。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。 (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。第三章 控制系統(tǒng)的分析設計機械手控制系統(tǒng)的設計是整個機械手設計的關鍵和核心。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。為此本章在分析了當前機械手廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)及PLC的發(fā)展之后，提出了采用PLC的控制方法。 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)機械手的控制系統(tǒng)一般是使機械手運動協(xié)調(diào)為目的，包括高性能的計算機及相應的系統(tǒng)硬件和控制軟件。機械手的控制部分可分為4個部分：機械手及其感知器、環(huán)境、任務、控制器。機械手是由各種機構(gòu)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)的硬件一般包括3個部分：(1) 感知部分 用來收集機械手的內(nèi)部和外部的信息，如位置、速度、加速度傳感器可接受機械手的本體狀態(tài)，而視覺、觸覺、力覺等傳感器可感受機械手的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。(2) 控制裝置 用來處理各種信息，完成控制過程，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計算機相應的接口等。(3) 驅(qū)動部分 為了使機械手完成操作及移動功能，機械手各關節(jié)可選用氣動、液動、電氣等方式驅(qū)動。 控制系統(tǒng)的性能要求對于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求：(1) 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動后其運動性能從偏離平衡點恢復到原平衡點狀態(tài)的能力。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。 (2) 過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)時具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時間表示系統(tǒng)過渡過程的快速程度。(3) 穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項重要指標，控制系統(tǒng)設計的任務之一就是在兼顧其他性能指標的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個允許的限制值。 傳感器的選擇 傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。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。位置檢測裝置檢測機械手動作是否到位，滑覺傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺傳感器是為了完成機械手對物料的識別。 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。行程開關又稱限位開關，是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機械設備的行程及限位保護。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。行程開關按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。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(jié)上一個動作，準備執(zhí)行下一個動作。 滑覺傳感器機械手吸取物體時按吸力的大小可分為硬吸取和軟吸取。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。軟吸取時吸力不夠時被吸物體會產(chǎn)生滑動，滑覺傳感器就是為了檢測滑動而設計的，可以檢測垂直于吸物方向物體的位移、由重力引起的變形，以達到修正吸力，防止吸取物的滑動?；瑒觽鞲衅髦饕糜跈z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。 視覺傳感器 機械手視覺的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能夠?qū)Σ煌奈矬w進行識別，本機械手采用顏色傳感器，根據(jù)不同物料有不同的顏色，可以針對一種顏色的物料進行揀出。 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。這類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。典型的輸出有：NPN和PNP、繼電器和模擬輸出。 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?？梢允褂猛獠侩娐?，將光電流轉(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。 優(yōu)點： 設計靈活?？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。缺點： 增加了組裝成本，提高了設計復雜程度，光到光電流轉(zhuǎn)換器適合要求響應時間短、定制增益和速度調(diào)節(jié)及在光線變化條件下工作的應用。 (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。要求使用外部電路，將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，然后