【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壓穩(wěn)定，也可以作為應(yīng)急氣源使用，還可以進(jìn)一步分離油水雜質(zhì)。儲(chǔ)氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高10%，并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式兩種。本設(shè)計(jì)選用立式儲(chǔ)氣罐，因?yàn)樗倪M(jìn)氣口在下，出氣口在上，以利用進(jìn)一步分離空氣中的油、水。 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(xiàn)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。 氣缸輸出直線(xiàn)往復(fù)式氣缸是氣動(dòng)執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對(duì)于前伸/回縮氣缸，當(dāng)左側(cè)無(wú)桿腔進(jìn)氣，右側(cè)有桿腔排氣時(shí)活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對(duì)于上升/下降氣缸，當(dāng)上側(cè)無(wú)桿腔進(jìn)氣，下側(cè)有桿腔排氣時(shí)，活塞桿下降，反之活塞桿上升。擺動(dòng)氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式擺動(dòng)氣缸分為單葉片式和雙葉片式。單葉片式擺動(dòng)氣缸：壓縮空氣由進(jìn)氣口輸入，作用在葉片上，帶動(dòng)軸回轉(zhuǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，另一腔的空氣從排氣口排出。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)。這樣雙葉片式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將是單葉片式的2倍。本設(shè)計(jì)采用雙葉片式擺動(dòng)氣缸，這樣就能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩，以利于機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)。 控制元件控制元件是用來(lái)調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和控制其流動(dòng)方向，使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得必要的力、動(dòng)作速度和改變運(yùn)動(dòng)方向，并按規(guī)定的程序工作。氣動(dòng)控制元件按功能分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥調(diào)節(jié)和控制壓力大小的氣動(dòng)元件稱(chēng)為壓力控制閥。它包括調(diào)壓閥、溢流閥、順序閥及多功能組合閥。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。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。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。調(diào)速閥一般用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。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(lèi)型。本設(shè)計(jì)選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥。方向控制閥方向控制閥是改變壓縮空氣流動(dòng)方向和氣流通斷狀態(tài)，使氣動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作或狀態(tài)發(fā)生變換的控制閥，其通?？煞譃閱蜗蛐涂刂崎y和換向型控制閥兩類(lèi)。(1) 單向型控制閥單向閥是指氣流只能向一個(gè)方向流動(dòng)而不能反向流動(dòng)通過(guò)的閥，是最簡(jiǎn)單的單向型方向閥。在氣動(dòng)系統(tǒng)中，單向閥除單獨(dú)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。單向調(diào)速閥就是單向閥與節(jié)流閥并聯(lián)而成。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。當(dāng)流體正向流動(dòng)時(shí)，其節(jié)流過(guò)程與調(diào)速閥是一樣的，節(jié)流縫隙的大小可通過(guò)手柄進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)流體反向流動(dòng)時(shí)，靠流體的壓力把閥芯壓下，下閥芯起單向閥作用，單向閥打開(kāi)，可實(shí)現(xiàn)流體反向自由流動(dòng)。當(dāng)正向流動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥節(jié)流。當(dāng)反向流動(dòng)時(shí)，單向閥打開(kāi)，不節(jié)流。(2) 換向型控制閥 換向型方向控制閥按控制方式分類(lèi)，分為氣壓控制、電磁控制、人力控制。換向閥是利用閥芯和閥體間相對(duì)位置的不同來(lái)變換不同管路間的通斷關(guān)系，實(shí)現(xiàn)接通、切斷，或改變流體方向的閥。它的用途很廣，種類(lèi)也很多。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。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。按工作位置數(shù)和控制的通道數(shù)有：二位二通閥、二位三通閥、二位四通閥、二位五通閥、三位四通閥、三位五通閥等。本設(shè)計(jì)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(dòng)閥芯來(lái)改變閥的工作位置。由于它操作輕便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此應(yīng)用廣泛。(2) 當(dāng)三位四通電磁換向閥兩端電磁鐵都斷電時(shí)，閥芯處于中位，各口互不相通。(3) 使用三位四通電磁換向閥能夠快速實(shí)現(xiàn)氣缸的正反向運(yùn)動(dòng)。 輔助元件輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤(rùn)滑、元件間的連接及消聲等所必須的。可分為氣源凈化裝置和其他輔助元件兩大類(lèi)。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。壓縮的空氣中含有各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在會(huì)降低氣動(dòng)元件的耐用度和性能，造成誤動(dòng)作和事故，必須清除。空氣處理單元就是用來(lái)清除壓縮空氣的雜質(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(dòng)工作后，由換向閥的排氣口排入大氣。此時(shí)的壓縮空氣是以接近音速的狀態(tài)進(jìn)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(dòng)條件，應(yīng)使用消聲器。常用的消聲器有三種類(lèi)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(lái)消聲的。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。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(jìn)一步減速，再通過(guò)設(shè)在消聲器內(nèi)表面的吸聲材料消聲，最后排向大氣。本設(shè)計(jì)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(pán)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?lài)娚鋲嚎s空氣，在噴管出口形成射流，產(chǎn)生卷吸流動(dòng)。在卷吸流動(dòng)作用下，使得噴管出口周?chē)目諝獠粩嗟乇怀槲撸刮角粌?nèi)的壓力降至大氣壓以下，形成一定真空度。 吸盤(pán)吸盤(pán)是直接吸吊物體的元件，一般用橡膠做成。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。將吸盤(pán)與真空發(fā)生裝置連接，吸盤(pán)內(nèi)部空間的空氣被抽去，當(dāng)吸盤(pán)接觸到工件時(shí)，大氣和吸盤(pán)之間形成了密封，就會(huì)吸住物料，吸氣大小與大氣壓和吸盤(pán)內(nèi)部空間的壓力差成正比。 氣動(dòng)回路的工作原理物料分揀機(jī)械手的工作循環(huán)是：擺動(dòng)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(dòng)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(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。二位二通電磁閥實(shí)現(xiàn)吸盤(pán)的吸物和放物。實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)的工作原理如下：(1) 擺動(dòng)氣缸的右旋 按下啟動(dòng)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(dòng)氣缸會(huì)執(zhí)行右旋的命令。這時(shí)的氣路是： 進(jìn)氣路線(xiàn)：2空氣處理單元→儲(chǔ)氣罐3→三位四通電磁換向閥12左端→單向調(diào)速閥19→擺動(dòng)氣缸C的D口。 排氣路線(xiàn)：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。 (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。這時(shí)的氣路是:進(jìn)氣路線(xiàn)：2空氣處理單元→儲(chǔ)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(wú)桿腔。排氣路線(xiàn)：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(dāng)水平伸縮氣缸A伸出到指定位置時(shí)，就會(huì)碰到前限開(kāi)關(guān)，使三位四通電磁換向閥10的1YA斷電，手臂伸出動(dòng)作會(huì)停止。經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)，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(dòng)作。這時(shí)的氣路是：進(jìn)氣路線(xiàn)：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。排氣路線(xiàn)：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(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)，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。這時(shí)的氣路是： 進(jìn)氣路線(xiàn)：2空氣處理單元→儲(chǔ)氣罐3→二位二通電磁閥13→真空發(fā)生器22→過(guò)濾器25→吸盤(pán)26。 排氣路線(xiàn)：2空氣處理單元→儲(chǔ)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(cè)到物料已經(jīng)被吸起時(shí)，發(fā)出訊號(hào)，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(dòng)作。這時(shí)的氣路是：進(jìn)氣路線(xiàn)：2空氣處理單元→儲(chǔ)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(xiàn)：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。(6)水平手臂的回縮 小臂氣缸上升到指定位置時(shí)，撞到上限位開(kāi)關(guān)，使三位四通電磁閥11的電磁鐵4YA斷電，小臂上升動(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。這時(shí)的氣路是：進(jìn)氣路線(xiàn)：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。排氣路線(xiàn)：氣缸A的無(wú)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(dòng)氣缸的左旋 水平手臂氣缸回縮到指定位置時(shí)，撞到后限位開(kāi)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(dòng)作停止。經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)，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(dòng)氣缸的向左旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。這時(shí)的氣路是：進(jìn)氣路線(xiàn)：2空氣處理單元→儲(chǔ)氣罐3→三位四通電磁換向閥12右端→單向調(diào)速閥20→擺動(dòng)氣缸C的E口。排氣路線(xiàn)：擺動(dòng)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(dòng)氣缸左旋到指定位置（90度），撞到左轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)，使三位四通電磁閥12的電磁鐵6YA斷電，擺動(dòng)氣缸的左旋運(yùn)動(dòng)停止。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)。這時(shí)的氣路是：進(jìn)氣路線(xiàn)：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。排氣路線(xiàn)：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(shí)，撞到下限位開(kāi)關(guān)，使三位四通電磁閥11的電磁鐵3YA斷電，垂直手臂的下降運(yùn)動(dòng)停止。經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)，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(yùn)動(dòng)，真空消失，壓縮空氣進(jìn)入吸盤(pán)26，將物料與吸盤(pán)吹開(kāi)，這時(shí)氣路為：進(jìn)氣路線(xiàn)：2空氣處理單元→儲(chǔ)氣罐3→二位二通電磁閥14→調(diào)速閥23→過(guò)濾器25→吸盤(pán)26。排氣路線(xiàn)：2空氣處理單元→儲(chǔ)氣罐3→二位二通電磁閥14→調(diào)速閥23→過(guò)濾器25→吸盤(pán)26。(10) 垂直手臂的上升經(jīng)傳感器檢測(cè)到物料已脫離吸盤(pán)，發(fā)出訊號(hào)，經(jīng)時(shí)間繼電器延時(shí)，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(dòng)作。這時(shí)的氣路是：進(jìn)氣路線(xiàn)：2空氣處理單元→儲(chǔ)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(xiàn)：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。 (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。第四章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高機(jī)械手整體可靠性、實(shí)用性具有重要的意義，同時(shí)也是降低制造成本、縮短開(kāi)發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當(dāng)前機(jī)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(jī)械手的控制系統(tǒng)一般是使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)為目的，包括高性能的計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的系統(tǒng)硬件和控制軟件。機(jī)械手的控制部分可分為4個(gè)部分：機(jī)械手及其感知器、環(huán)境、任務(wù)、控制器。機(jī)械手是由各種機(jī)構(gòu)組成的裝置，它通過(guò)感知器的內(nèi)部傳感器實(shí)現(xiàn)本體和環(huán)境狀態(tài)的檢測(cè)和信息交互；環(huán)境即指機(jī)械手所處的周?chē)h(huán)境；任務(wù)是指機(jī)械手要完成的操作，它需要適當(dāng)?shù)某绦蛘Z(yǔ)言描述，并把它們存入控制機(jī)中，隨著系統(tǒng)的不同，任務(wù)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(dāng)于機(jī)械手的大腦，它以計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ每刂破鬟\(yùn)行程序的方式來(lái)完成給定的任務(wù)?？刂葡到y(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)。(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。(3) 驅(qū)動(dòng)部分 為了使機(jī)械手完成操作及移動(dòng)功能，機(jī)械手各關(guān)節(jié)可選用氣動(dòng)、液動(dòng)、電氣等方式驅(qū)動(dòng)。 控制系統(tǒng)的性能要求對(duì)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(dòng)后其運(yùn)動(dòng)性能從偏離平衡點(diǎn)恢復(fù)到原平衡點(diǎn)狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是一般自動(dòng)控制必須滿(mǎn)足的基本要求，對(duì)穩(wěn)定性的研究是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的一個(gè)基本問(wèn)題。 (2) 過(guò)渡過(guò)程性能 描述過(guò)渡過(guò)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(yùn)動(dòng)到新的平衡狀態(tài)時(shí)具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到新的平