【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用較多。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。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上，幾乎都配有氣動(dòng)系統(tǒng)。氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿(mǎn)足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要使用工具 。 表 21給出了各種控制方式的比較： 表 21 各種控制方式的比較 項(xiàng)目 氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 電氣 傳動(dòng) 機(jī)械傳送 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單 復(fù)雜 復(fù)雜 較復(fù)雜 安裝自由度 大 大 中 小 輸出力 稍大 大 小 不太大 定位精度 一般 一般 很高 高 動(dòng)作速度 大 稍大 大 小 響應(yīng)速度 慢 快 快 中 清潔度 清潔 可能有污染 清潔 較清潔 維護(hù) 簡(jiǎn)單 比氣動(dòng)復(fù)雜 需要專(zhuān)門(mén)技術(shù) 簡(jiǎn)單 價(jià)格 一般 稍高 高 一般 技術(shù)要求 較低 較高 最高 較低 控制自由度 大 大 中 小 危險(xiǎn)性 幾乎無(wú)問(wèn)題 注意著火 一般無(wú)問(wèn)題 無(wú)特殊問(wèn)題 通過(guò)以上三種驅(qū)動(dòng)方式的比較選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式，不僅能夠滿(mǎn)足了本 設(shè)計(jì)的要求，而且節(jié)約了成本 [16~18] 。 11 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的選擇 在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，組成氣動(dòng)回路是為了驅(qū)動(dòng)用于各種不同目的機(jī)械裝置，其最重要的三個(gè)控制內(nèi)容是：力的大小、運(yùn)動(dòng)的方向和運(yùn)動(dòng)的速度。與生產(chǎn)裝置相連接的各種類(lèi)型的氣缸，靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)內(nèi)容的控制，正是利用它們組成了各種氣動(dòng)控制回路。 現(xiàn)今各控制 系統(tǒng)中用于分揀物料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有以下幾種： （ 1）機(jī)械手夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類(lèi)似，是工業(yè)機(jī)械廣泛應(yīng)用的一種手部形式。它主要由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。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。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 手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力； ③ 要保證工件在手指內(nèi)的定位精度； ④ 結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高 ； ⑤ 通用性和可換性。 [19] （ 2）氣吸式 氣吸式手部又稱(chēng)為真空吸盤(pán)式手部，它是通過(guò)吸盤(pán)內(nèi)產(chǎn)生真空或負(fù)壓，利用壓差而將工件吸附，是工業(yè)機(jī)械手常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤(pán)、吸盤(pán)架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)；但要求工件上與吸盤(pán)接觸的部位光滑平整、 清潔、被吸附工件材質(zhì)致密，沒(méi)有透氣空隙。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。 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) ； 磁力吸盤(pán)：永磁吸盤(pán)、電磁吸盤(pán)。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(chēng)真空式。噴氣式吸附的工作原理是當(dāng)壓縮空氣高速進(jìn)入噴嘴時(shí)，由于管路的開(kāi)始段截面積是逐漸收縮的，所以氣流速度逐漸增大，在吸氣口處形成負(fù)壓。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空， 以吸住工件。自擠式空氣吸盤(pán) 是將軟質(zhì)吸盤(pán)按壓在工件的表面，擠出吸盤(pán)內(nèi)的空氣、從 而造成真空、吸住工件。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。 （ 3）氣缸式 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。 當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)動(dòng)作限位開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，氣缸快速?gòu)棾觯藭r(shí)先導(dǎo)式電磁閥復(fù)位， 12 當(dāng)氣壓太大時(shí)而氣缸沒(méi)有復(fù)位時(shí)氣缸復(fù)位限位開(kāi)關(guān)感應(yīng)動(dòng)作從而關(guān)閉先導(dǎo)式電磁閥從而起到保護(hù)氣缸的作用。 氣缸式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作比較穩(wěn)定，易于維修，控制過(guò)程簡(jiǎn)單，所以該 材料分揀 系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇氣缸推動(dòng)式 [15] 。 硬件設(shè)計(jì)及實(shí)際模型的建立 材 料分揀機(jī)的 PLC 控制用于對(duì)相關(guān)材 料的自動(dòng)化分揀，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖22 所示。 下 料 傳 感 器電 感 傳 感 器電 容 傳 感 器顏 色 傳 感 器接 近 開(kāi) 關(guān)可編程控制器PLC電 機(jī) 及 下 料 氣 缸氣 缸 1氣 缸 2氣 缸 3氣 缸 4氣缸壓縮機(jī) 圖 22 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù) 材料分揀系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)框圖， 可得出其 結(jié)構(gòu)示意圖如圖 23 所示。按下啟動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī) M 運(yùn)行，綠燈 L2 亮，傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)，表示可以進(jìn)物料。材料經(jīng)傳感器對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，檢測(cè)其分別為 鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、紅 色，其相對(duì)應(yīng)的氣缸進(jìn)行動(dòng)作，將材料推入滑槽內(nèi)， 若不是上述的幾種材料，則最后剩余的氣缸動(dòng)作，將其推入滑槽內(nèi)，以 完成對(duì)其的分揀。 物 料鐵 質(zhì) 鋁 質(zhì) 紅 色 其 他電 機(jī) M氣 缸傳 感 器傳 送 帶滑 槽指 示 燈 L 1 指 示 燈 L 2 圖 23 材料分揀系統(tǒng)的 示意 圖 13 其他元器件及其選擇 料槽是一個(gè)材料手動(dòng)入庫(kù)而自動(dòng)出庫(kù)的裝置，底部有一個(gè)光電傳感器。使用時(shí)可先人為地將材料放入料槽中，此時(shí)光電傳感 器檢測(cè)到料塊時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)傳送帶并由出料氣缸將料庫(kù)內(nèi)底層材料推入傳送帶。傳送帶是由單向感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶式輸送裝置。 調(diào)壓閥、空氣濾器與氣壓指示儀表 集中于一個(gè)模塊上，它們接收來(lái)自氣源的氣壓并傳送到下面的 5 個(gè)氣閥中。調(diào)節(jié)調(diào)壓閥降壓，使其輸出壓力與每臺(tái) 氣動(dòng)設(shè)備和裝置所需要的壓力一致，并保持該壓力的穩(wěn)定。空氣過(guò)濾器 作用是濾除壓縮空氣中的水分、油滴以及雜質(zhì)微粒等危害，以達(dá)到系統(tǒng)要求的凈化程度 。油霧器是一種特殊的注油裝置，它以壓縮空氣為動(dòng)力，將潤(rùn)滑油噴成霧狀并混合于壓縮空氣中，并隨空氣進(jìn)入需要潤(rùn)滑的部件，達(dá)到潤(rùn)滑的目的，使壓縮空氣具有潤(rùn)滑氣動(dòng)元件的能力。 自動(dòng)分選部分由傳感器、先導(dǎo)式電磁換向閥、氣缸及導(dǎo)料軌道組成。當(dāng)傳感器檢測(cè)到相應(yīng)料塊時(shí)，對(duì)應(yīng)的先導(dǎo)式電磁換向閥動(dòng)作驅(qū)動(dòng)氣缸動(dòng)作將其推人應(yīng)去的滑道。例如：當(dāng)電感傳感器感應(yīng)到鐵塊時(shí)，對(duì)應(yīng)的氣缸動(dòng)作，將鐵塊推入對(duì)應(yīng)的導(dǎo)料軌道。 導(dǎo)料軌道主要作用是當(dāng)氣缸推出材料時(shí)導(dǎo)出材料。單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)傳輸帶輸送物料前行。 內(nèi)置電源 可以將 220 交流電轉(zhuǎn) 換成 24 伏的直流電供給各個(gè)傳感器與氣閥以及轉(zhuǎn)接板上的各個(gè)指示燈，同時(shí)也為單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供穩(wěn)定的 220 伏電壓。 控制器采用三菱 FX2N32MR 型 PLC。它接受料槽光電傳感器、各材料傳感器、先導(dǎo)式電磁換向閥、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、氣缸位置傳感器的信號(hào)，根據(jù)要求分別控制輸送帶電機(jī)和各電磁閥動(dòng)作。 本系統(tǒng)共設(shè)置了三個(gè)檢測(cè)材料的傳感器，同時(shí)預(yù)留了一個(gè)空余的氣閥與氣缸用來(lái)添加其它的傳感器。用戶(hù)可以根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)的傳感器安裝即可。 如表 22 給出系統(tǒng)中主要的元器件清單： 14 表 22 主要元器件清單 序號(hào) 名稱(chēng) 型號(hào) 數(shù)量 備注 品牌或 公司 1 PLC FX2N32MR 1 16 輸入， 16 輸出， 繼電器 輸出形式 三菱 2 靜音空氣 壓縮機(jī) 、性能穩(wěn)定、工作 安全可靠 ,功率 韓國(guó)SANWO 3 氣閥 SVK0120 5 先導(dǎo)式電磁換向閥 , 交流： 110v,220v（ 50hz） 直流： 24V 韓國(guó)SANWO 4 氣缸 SCDJB1045S 5 產(chǎn)品與氣閥的型號(hào)相配套 ，推動(dòng)物料進(jìn)行分揀 韓國(guó)SANWO 5 磁感應(yīng)開(kāi) 關(guān) DC73 5 額定電壓： DC24V AC110V 額定電流： DC： 5～40mA AC: 5～ 20mA 氣缸回位限位開(kāi)關(guān) 易電國(guó)際集團(tuán) 6 接近開(kāi)關(guān) CAT212GM 5 靜電容量式接近開(kāi)關(guān) 判斷物料是否到位 易電國(guó)際 集團(tuán) 7 光電開(kāi)關(guān) E3R5DE4 1 判斷有無(wú)物料 歐姆龍 7 電感式接 傳感器 BLJ18A48Z/B1Z 1 額定電壓： DC： 6～ 36V 額定電流： 300mA 百斯特 8 電容式傳 感器 E2KX81ME1 1 靜電容量型近接開(kāi)關(guān) 額定電壓： DC12～24V(DC10～ 30V) 歐姆龍 9 顏色傳感 器 E3SVS1E4 1 額定電壓： DC： 12～ 24V額定電流： 400mA 歐姆龍 10 電動(dòng)機(jī) YN606 1 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)減速電機(jī)性能參數(shù) 功率： 6W 電壓：110V 頻率： 50HZ 電流： 額定轉(zhuǎn)速：1440r/min LINIX 溫嶺市永久電子器械廠(chǎng) 11 內(nèi)置電源 MD3534 1 輸入電壓： AC220 伏 177。 15% 輸出電壓： DC24 伏 DADONG 11 滑槽 4 鋁合金 青島銳誠(chéng)德倉(cāng)儲(chǔ)物流設(shè)備有限公司 12 傳送帶 1 根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的工作過(guò)程由可知，系統(tǒng)的控制有輸入信號(hào) 15 個(gè)，均為 15 開(kāi)關(guān)量。輸出信號(hào)有 8 個(gè)，其中一個(gè)控制電動(dòng)機(jī)，兩個(gè)控制指示燈，剩下的控制氣閥，也都是開(kāi)關(guān)量。 根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置出 I/O 對(duì)應(yīng)功能，列表如表 23 所示： 表 23 分揀系統(tǒng) I/O口配置 三菱 PLC(I/O) 分揀系統(tǒng)接口 (I/O) 備注 輸 入 部 分 X00 SB1 啟動(dòng)按鈕 X01 SQ1 上料物料接近開(kāi)關(guān) X02 SQ2 鐵質(zhì)物料接近開(kāi)關(guān) X03 SQ3 鋁質(zhì)物料接近開(kāi)關(guān) X04 SQ4 綠色物料接近開(kāi)關(guān) X05 SA 電感傳感器 X06 SB 電容傳感器 X07 SC 顏色傳感器 X10 SN 判斷下料有無(wú)（光電傳感器） X11 SW1 上料氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X12 SW2 鐵質(zhì)物料氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X13 SW3 鋁質(zhì)物料氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X14 SW4 紅色物料氣缸回位限 位開(kāi)關(guān) X15 SW5 其他物料氣缸回位限位開(kāi)關(guān) X17 SB2 停止按鈕 輸 出 部 分 Y00 YV1 上料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y01 YV2 鐵質(zhì)物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y02 YV3 鋁質(zhì)物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y03 YV4 紅色物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y04 YV5 其他物料先導(dǎo)式電磁換向閥 Y05 M 傳送帶 Y06 LD1 紅色指示燈 Y07 LD2 綠色指示燈 16 根據(jù)控制要求可得 PLC 系統(tǒng)的接線(xiàn)圖如圖 24 所示 PLCX 0 0X 0 1X 0 2X 0 3X 0 4X 0 5X 0 6X 0 7X 1 0X 1 1X 1 2X 1 3X 1 4X 1 5X 1 7Y 0 0Y 0 1Y 0 2Y 0 3Y 0 4Y 0 5Y 0 6Y 0 7C O MC O M 2C O M 1S B 1S Q 1S Q 2S Q 3S Q 4S AS BS CS NS W 1S W 2S W 3S W 4S W 5S B 2Y V 1Y V 2Y V 3Y V 4Y V 5K ML 1L 2 圖 24 PLC 系統(tǒng)外部接線(xiàn)圖 3 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 可編 程控制器（ PLC） 簡(jiǎn)介 在可編程序控制器問(wèn)世之前，繼電器接觸器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域中占有主導(dǎo) 17 地位。但隨著工業(yè)的發(fā)展，繼電器接觸器控制已不能滿(mǎn)足人們的要求。 為了解決這一問(wèn)題，早在 1968 年，美國(guó)最大的汽車(chē)制造商通用汽車(chē)公司 (GM公司 )，為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)不斷翻新，以求在激烈競(jìng)爭(zhēng)的汽車(chē)工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，就提出要用一種新型的控制裝置取代繼電器接觸器控制裝置，并且對(duì)未來(lái)的新型控制裝置做出了具體設(shè)想。要把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用 性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電器接觸器控制的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)溶入于新的控制裝置中，且要求新的控制裝置編程簡(jiǎn)單，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。 美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)根據(jù) GM 公司招標(biāo)的技術(shù)要求，于 1969年研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在 GM 公司汽車(chē)自動(dòng)裝配線(xiàn)上試用，獲得成功。其后，日本、德國(guó)等相繼引入這項(xiàng)新技術(shù)，可編程序控制器由此而迅速發(fā)展起來(lái)。 在 20 世紀(jì) 70 年代初期、中期，可編程序控制器雖然引入了計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際上只稱(chēng)為 PLC(Programmable Logical Controller)。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀(jì) 70 年代末至 80 年代初，