【文章內容簡介】 持器)組成,同時也包括一個輔助動力系統(tǒng)。本文是對整個設計工作較全面的介紹和總　機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。3 設計主體部分 控制流程圖本機械手用于生產(chǎn)線上工件的自動搬運，根據(jù)對機械手的工藝過程及控制要求分析，機械手自動連續(xù)動作過程分為八個公步,： 圖 機械手的控制要求為了便于生產(chǎn)加工、維修、調整設置的工作方式選擇開關。分為手動和自動操作，其中自動操作中包括了：單步、單周期、連續(xù)；手動操作包括手動和回原位的操作。手動操作：供維修用，即用按鈕對機械手的每一步動作單獨控制。例如，當選擇手動操作時，按下上升/下降按鈕，機械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應的動作，其它動作以此類推。回原位：當由于斷電或其它原因導致機械手運行中途停止時，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復位按鈕，機械手即可按最短路徑的原則返回到原點位置。單步運行：供試用，即沒按一次啟動按鈕機械手向前執(zhí)行一個動作后停止。單周期運行：供首次檢驗用，當機械手在原點時按下啟動按鈕，機械手自動執(zhí)行一個周期后停止在原點位置連續(xù)運行：正常使用，當機械手在原點并按下啟動按鈕時，機械手周而復始的執(zhí)行各工步動作。該機械手在自動工作狀態(tài)時，應先將其工作方式選擇開關放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對狀態(tài)器進行置位，然后再將工作方式選擇開關放置自動工作方式下。若自動工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關放置于“手從操作”位置。使用起保停電路進行設計編程。因該機械手的控制有多種工作方式，所以程序上可以劃分為公共程序、手動程序、回原點程序和自動程序四部分。（1）公共程序：用于自動程序和手動程序相互切換的處理，當系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將初始步以外的各步對應的位存儲器復位，同時將表示連續(xù)工作狀態(tài)的復位，否則當系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動方式，然后又返回自動工作方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個步同時激活的異常情況，引起錯誤的動作。（2）手動程序：為了使系統(tǒng)安全運行，在程序中應設置必要的連鎖保護。（3）會原點程序；機械手在回原點工作方式時，按下回原點起動按鈕，將會自動完成回原點操作，直到回到原點位置后停止。（4）自動程序：在用起保停電路設計的自動控制程序中應用某點來表示連續(xù)工作狀態(tài)。用某點來表示步與步之間的轉換，即當該點為On時允許轉換，允許步與步之間的轉換。 I/O設備及I/O點分配表轉下一頁表1 I/O設備及I/O點分配表輸入元件輸入繼電器輸入元件輸入繼電器輸出元件輸出繼電器手動X20下限位開關X1下降電磁閥Y0回原點X21上限位開關X2夾緊電磁閥Y1單步X22右限位開關X3上升電磁閥Y2單周期X23左限位開關X4右行電磁閥Y3連續(xù)X24上升按鈕X5左行電磁閥Y4回原點起動X25左行按鈕X6電機控制1Y5起動X26放松按鈕X7電機控制2Y6停止X27下降按鈕X10光電開關X30右行按鈕X11夾緊開關X31夾緊按鈕X12 控制面板及說明 圖 傳送帶電動機組電路圖圖 傳送帶PLC輸入輸出接線圖轉下一頁圖 機械手自動控制梯形圖圖 4 電動機、電磁閥及光電傳感器的介紹 電動機的介紹及選用 交流電動機，是將交流電的電能轉變?yōu)闄C械能的一種機器。交流電動機主要由一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉電樞或轉子組成。電動機利用通電線圈在磁場中受力轉動的現(xiàn)象而制成的。交流電動機由定子和轉子組成，并且定子和轉子是采用同一電源，所以定子和轉子中電流的方向變化總是同步的，即線圈中的電流方向變了，同時電磁鐵中的電流方向也變，根據(jù)左手定則，線圈所受磁力方向不變，線圈能繼續(xù)轉下去。交流電動機就是利用這個原理而工作的。交流電動機誕生于19世紀末,由于它具有控制方便、適應性強、維護便利等一系列優(yōu)點，所以很快成為工業(yè)社會的重要核心，是傳動系統(tǒng)中的主力。同時根據(jù)不同生產(chǎn)過程的需要，孕育了各種各樣的電動機調速裝置和技術，并逐步得到打發(fā)展。本次設計的設定，電動機采用的是三相異步電動機，需求功率為1KW，轉速為900轉/分鐘。所以選擇YP2100L6型電動機其主要參數(shù)如下：表2 YP2100L6型電動機主要參數(shù)型號YP2100L6額定功率（KW）額定電流（A）額定轉矩（）額定轉速（r/min）910最大轉矩/額定轉矩轉動慣量（kg/m2）重量（kg）27 氣缸的介紹及選用物件搬運系統(tǒng)的核心部件是機械手，為了機械手能夠準確定位及自動控制，這里機械手的行動采用了氣缸氣動控制方式。氣缸的行動方向則由PLC控制的電磁閥控制完成。具體結構圖如下：由電磁閥控制氣體的進口方向，從而推動氣缸活塞的左右運動，達到控制機械手左右，上下，抓握等動作。下面將分別介紹氣缸和電磁閥的工作原理、特性及選型。轉下一頁圖 將壓縮空氣的壓力能轉換為機械能，驅動機構作直線往復運動，擺動和旋轉運動的元件，稱為氣動元件。在氣動執(zhí)行元件中，使用最多的是直線運動的氣缸。按照將空氣壓力轉換成力的受壓不見的機構不同，有活塞式和非活塞式（如膜片式）目前使用最多的是活塞式。此次設計中采用的活塞式單桿雙向氣缸。雙向氣缸的活塞前進或后退都能輸出動力，行程可根據(jù)需要選擇。一般氣缸兩段都帶有緩沖裝置，當活塞運動到終端時，活塞撞擊的力量很大，所以緩沖裝置可以有效的減少沖撞力。同時，氣缸的兩端還設有行程開關，用以檢測氣缸是否行駛到了極限位置。當氣缸行駛到極限位置時，行程開關閉合，電磁閥停止供氣。此次設計中，為了實現(xiàn)機械手在一個方向上的雙向移動，所以選用雙向氣缸。如下圖, 當a道進氣時，活塞帶動機械手向右移動；當b道進氣時，活塞帶動機械手向左移動。轉下一頁ba圖 氣缸的選用主要考慮的是氣缸直徑，氣缸長度等。此次設計中，采用了SMC CJ2型，缸徑20mm，長度為600mm的標準型雙向氣缸。 電磁閥的介紹及選用追朔電磁閥的發(fā)展史，到目前為止，國內外的電磁閥從原理上分為三大類（即：直動式、分步直動式、先導式），而從閥瓣結構和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個分支小類(直動膜片結構、分步膜片結構、先導式膜片結構、直動活塞結構、分步活塞結構、先導活塞結構) 。 （1）直動式電磁閥 原理：通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧力把關閉件壓在閥座上，閥門關閉。 特點：在真空、負壓、零壓時能正常工作，但一般通徑不超過25mm。 （2）分步直動式電磁閥 原理：它是一種直動和先導式相結合的原理，當入口與出口壓差≤，通電時，電磁力直接把先導小閥和主閥關閉件依次向上提起，閥門打開。當入口與出口壓差，通電時，電磁力先打開先導小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時，先導閥和主閥利用彈簧力或介質壓力推動關閉件，向下移動，使閥門關閉。 特點：在零壓差或真空、高壓時亦能可靠工作，但功率較大，要求豎直安裝。 （3）先導式電磁閥 原理：通電時，電磁力把先導孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關閉件周圍形成上低下高的壓差，推動關閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導孔關閉，入口壓力通過旁通孔迅速進入上腔室在關閥件周圍形成下低上高的壓差，推動關閉件向下移動，關閉閥門。 特點：流體壓力范圍上限很高，但必須滿足流體壓差條件。此次設計采用的是直動式電磁閥，其工作原理是電磁閥內線圈通斷電來控制閥門所在位置，以控制氣流的行駛方向，從而達到使氣缸活塞兩邊運動的目的。當需要氣缸活塞向右運動時，即氣缸左邊空間進氣。此時PLC給出信號，電磁閥開關打開，線圈斷電，使彈簧處于放松狀態(tài)。氣體從a管進入氣缸。如下圖：ba 當需要活塞向左運動時，則電磁閥開關閉合，線圈帶電，產(chǎn)生磁力。彈簧被壓縮，氣體此時只能從b管進入氣缸，推動活塞運動。如下圖：轉下一頁ba圖 電磁閥的選用一般從以下5點考慮:（1）適用性： 管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號中標定的介質一致。流體的溫度必須小于選用電磁閥的標定溫度。電磁閥允許液體粘度一般在20CST以下，大于20CST應注明。工作壓差，,2W,ZQDF,ZCM系列等直動式和分步直動式；（壓差式）電磁閥；最高工作壓差應小于電磁閥的最大標定壓力；一般電磁閥都是單向工作，因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。 流體清潔度不高時應在電磁閥前安裝過濾器，一般電磁閥對介質要求清潔度要好。 電源電流和消耗功率應根據(jù)輸出容量選取，電源電壓一般允許177。10%左右，必須注意交流起動時VA值較高。（2）可靠性： 電磁閥分為常閉和常開二種；一般選用常閉型，通電打開，斷電關閉；但在開啟時間很長關閉時很短時要選用常開型了。壽命試驗，工廠一般屬于型式試驗項目，確切地說我國還沒有電磁閥的專業(yè)標準，因此選用電磁閥廠家時慎重。 動作時間很短頻率較高時一般選取直動式，大口徑選用快速系列。（3）安全性：一般電磁閥不防水，在條件不允許時請選用防水型，工廠可以定做。電磁閥的最高標定公稱壓力一定要超過管路內的最高壓力，否則使用壽命會縮短或產(chǎn)生其它意外情況。有腐蝕性液體的應選用全不銹鋼型，強腐蝕性流體宜選用塑料王（SLF）電磁閥。爆炸性環(huán)境必須選用相應的防爆產(chǎn)品。（4）經(jīng)濟性： 有很多電磁閥可以通用，但在能滿足以上三點的基礎上應選用最經(jīng)濟的產(chǎn)品。（5）根據(jù)持續(xù)工作時間長短來選擇：常閉、常開、或可持續(xù)通電。 ① 當電磁閥需要長時間開啟，并且持續(xù)的時間多余關閉的時間應選用常開型。 ② 要是開啟的時間短或開和關的時間不多時，則選常閉型。鑒于以上特點，此次設計選擇電磁閥型號為：SY31205LDC63 光傳感器的介紹及選用傳感器是現(xiàn)在及將來在自動化控制系統(tǒng)中最為重要的一個單元，其可以將外界模擬量的變化轉化為電信號的輸出，從而實現(xiàn)了一個工作系統(tǒng)針對外界的變化而做出相應控制動作的功能。光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。在本次設計中，由于需要采集的信息是物體的移動，所以采用的是光電傳感器，光電傳感器是一種小型電子設備，它可以檢測出其接收到的光強的變化。在機械手和傳送帶自動控制系統(tǒng)中實現(xiàn)自動控制的信息采集作用。反射光電傳感器對射距離漫反射回歸反射(1)漫反射型影響檢測的因素：安裝角度；測量物體的顏色； 振動優(yōu)點：安裝最簡單，方便 缺點：漫反射光電傳感器是檢測最不穩(wěn)定的。被測物體TR傳感器 漫反射型傳感器(2)回歸反射型影響檢測的因素：被測物的光主亮度；反光鏡的安裝角度97年前，以上兩方面確實是回歸型傳感器存在的影響因素。：即該功能的一個重要特點就是：反光鏡可以把縱波轉換為橫波。發(fā)射器發(fā)射的是縱波，而接收器只能接