【正文】 3下降限位傳感器ST5X006手動(dòng)放氣按鈕SB12X024手臂縮回限位傳感器ST6X007超上升限位傳感器ST8X025手臂伸出限位傳感器ST7X010 超下降限位傳感器ST9X026工件檢測(cè)傳感器PS1X011 超左旋限位傳感器ST10X027手動(dòng)SAX012 超右旋限位傳感器ST11X030自動(dòng)X013 超伸出限位傳感器ST12X031復(fù)位按鈕SB4X014 超縮回限位傳感器ST13X032手動(dòng)上升按鈕SB5X015 機(jī)械手控制輸出點(diǎn)分配表輸出設(shè)備輸出點(diǎn)號(hào)輸出設(shè)備輸出點(diǎn)號(hào)左旋電磁閥6YAY000吸氣電磁閥7YAY006右旋電磁閥5YAY001放氣電磁閥8YAY007縮回電磁閥2YAY002報(bào)警指示燈L11Y010伸出電磁閥1YAY003手動(dòng)指示燈L12Y011上升電磁閥4YAY004自動(dòng)指示燈L13Y012下降電磁閥3YAY005原位指示燈L14Y013 PLC外部接線圖 、： 圖31 PLC外部接線圖 機(jī)械手控制原理在PLC的控制下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)等多種工作方式。手動(dòng)：利用按鈕對(duì)機(jī)械手每一動(dòng)作手動(dòng)進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)上升、下降、前伸、縮回、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、吸物、放物等操作；自動(dòng)：按下循環(huán)按鈕后機(jī)械手從原點(diǎn)位置開(kāi)始連續(xù)不斷的執(zhí)行分揀物料的各步。按下啟動(dòng)按鈕SB1，系統(tǒng)初始化→擺動(dòng)氣缸右旋→水平手臂伸出→垂直手臂下降→吸物→垂直手臂上升→水平手臂縮回→擺動(dòng)氣缸左旋→垂直手臂下降→放物→垂直手臂的上升→回初始位置。(1) 系統(tǒng)程序的初始化 按下啟動(dòng)按鈕SB1，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行功能檢測(cè)，檢測(cè)正確后，進(jìn)入控制系統(tǒng)的軟件，開(kāi)始運(yùn)行程序。(2) 擺動(dòng)氣缸右旋 初始化程序正常運(yùn)行后，PLC的輸入端X000接通輸入，輸出端Y001輸出，右旋按鈕SB8接通，使三位四通電磁換向閥12的5YA得電，擺動(dòng)氣缸會(huì)執(zhí)行右旋的命令。(3) 水平手臂的伸出 擺動(dòng)氣缸右旋到指定位置時(shí)（90度），PLC輸入端X004接通輸入，輸出端Y003輸出，手臂前伸按鈕SB9接通，使三位四通電磁換向閥10的1YA得電，執(zhí)行手臂前伸動(dòng)作。(4) 垂直手臂的下降 手臂前伸到指定位置，PLC輸入端X010接通輸入，輸出端Y005輸出，小臂下降按鈕SB6接通，使三位四通電磁換向閥11的3YA得電，執(zhí)行垂直手臂的下降動(dòng)作。(5) 吸物 小臂下降到指定位置，PLC輸入端X006接通輸入，輸出端Y006輸出，吸盤(pán)吸氣按鈕SB11接通，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，真空吸盤(pán)26將物料吸起。(6) 垂直手臂的上升 經(jīng)滑覺(jué)傳感器檢測(cè)到物料已經(jīng)被吸起時(shí)，輸出端Y004輸出，小臂上升按鈕SB5接通，使三位四通電磁閥11的電磁鐵4YA得電，執(zhí)行垂直手臂的上升動(dòng)作。(7) 水平手臂的回縮 小臂上升到指定位置，PLC輸入端X005接通輸入，輸出端Y002輸出，水平縮回按鈕SB10接通，使三位四通電磁換向閥10的電磁鐵2YA得電，執(zhí)行水平手臂回縮動(dòng)作。(8) 擺動(dòng)氣缸左旋水平手臂回縮到指定的位置，PLC輸入端X007接通輸入，輸出端Y000輸出，左旋按鈕SB7接通，三位四通電磁閥12的電磁鐵6YA得電，執(zhí)行擺動(dòng)氣缸的向左旋轉(zhuǎn)。(9) 垂直手臂的下降 擺動(dòng)氣缸向左旋轉(zhuǎn)到指定位置（90度），PLC輸入端X003接通輸入，輸出端Y005輸出，垂直手臂下降按鈕SB6接通，使三位四通電磁閥11的電磁鐵3YA得電，執(zhí)行小臂的下降運(yùn)動(dòng)。(10) 放物 小臂下降到指定位置，PLC輸入端X006接通輸入，輸出端Y007輸出，吸盤(pán)放氣按鈕SB12接通，真空發(fā)生器停止工作，真空消失，壓縮空氣進(jìn)入真空吸盤(pán)，將物料與吸盤(pán)吹開(kāi)。(11) 小臂上升 經(jīng)滑覺(jué)傳感器檢測(cè)到物料已經(jīng)放開(kāi)，輸出端Y004輸出，小臂上升按鈕SB5接通，使三位四通電磁換向閥10的電磁鐵2YA得電，執(zhí)行小臂上升動(dòng)作。(12) 回到初始位置小臂上升到指定位置，PLC輸入端X005接通輸入，自動(dòng)重復(fù)以上動(dòng)作。 PLC程序設(shè)計(jì) 總體程序框圖設(shè)備有“手動(dòng)/自動(dòng)”兩種工作方式，其控制程序可分為自動(dòng)控制程序和手動(dòng)控制程序兩個(gè)模塊，各模塊程序分開(kāi)編寫(xiě)，結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試和修改。在進(jìn)行編程前，應(yīng)先繪制出整個(gè)控制程序的結(jié)構(gòu)框圖。在該結(jié)構(gòu)圖中，當(dāng)操作方式選擇開(kāi)關(guān)置于“手動(dòng)”時(shí)，輸入點(diǎn)X012接通，執(zhí)行手動(dòng)程序；當(dāng)操作方式選擇開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”時(shí)，輸入點(diǎn)X013接通，執(zhí)行自動(dòng)程序。圖32 控制程序的結(jié)構(gòu)框圖同是為了方便操作，應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手操作面板，機(jī)械手操作面板如圖33所示圖33 機(jī)械手操作面板 初始化及報(bào)警程序初始化及報(bào)警程序如圖34所示圖34 初始化及報(bào)警程序在自動(dòng)工作過(guò)程中，若將“手動(dòng)/自動(dòng)”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到“手動(dòng)”位置時(shí)，輸入X012接通系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)控制方式狀態(tài)。此時(shí)，按下相應(yīng)的受動(dòng)按鈕可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)上升、下降、左旋、右旋、伸出、縮回、吸氣、放氣及復(fù)位動(dòng)作。圖35 手動(dòng)操作程序 自動(dòng)控制程序分析知，在“自動(dòng)”工作方式下，本機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)是以開(kāi)關(guān)量作為轉(zhuǎn)移信號(hào)，按所設(shè)計(jì)的工藝流程一步一步地進(jìn)行工作，其控制過(guò)程為順序循環(huán)控制。當(dāng)機(jī)械手完成一次物料的吸放任務(wù)后返回原位為下一個(gè)任務(wù)做好準(zhǔn)備。自動(dòng)控制的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖36所示。圖36 自動(dòng)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。圖37 自動(dòng)控制步進(jìn)梯形圖結(jié) 論 機(jī)械手的出現(xiàn)延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和PLC在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的廣泛應(yīng)用，機(jī)械手技術(shù)方面的研究不斷得到創(chuàng)新，促使成果不斷涌現(xiàn)。本論文的設(shè)計(jì)主要取得了以下成果：(1) 對(duì)物料分揀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等各組成部分進(jìn)行了較為全面的分析，最后得出其總體設(shè)計(jì)方案。(2) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是強(qiáng)的非線性系統(tǒng)，其根本原因是空氣具有可壓縮性，使得系統(tǒng)中存在流量飽和效應(yīng)，非線性摩擦力等因素，實(shí)現(xiàn)氣缸的精度定位非常困難。因此在其應(yīng)用中，要對(duì)各參數(shù)進(jìn)行調(diào)定，以達(dá)到比較理想狀態(tài)。(3) 機(jī)械手的控制系統(tǒng)采用了技術(shù)性、可靠性非常高的PLC進(jìn)行控制。這使得機(jī)械設(shè)備更加靈活，動(dòng)作準(zhǔn)確，易于維護(hù)，勞動(dòng)生產(chǎn)率大大得到了提高。各種操作方式自由切換，滿足了各種生產(chǎn)要求。本課題在完成了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)物料分揀機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。由于時(shí)間的限制以及機(jī)械手的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有些問(wèn)題需要進(jìn)一步的研究：(1) 對(duì)機(jī)械手各部分連接方式的改進(jìn)。本機(jī)械手結(jié)構(gòu)具有模塊式的特點(diǎn)，但由于考慮節(jié)約成本等因素，采用標(biāo)準(zhǔn)的單活塞桿雙作用氣缸，加導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)。各部分不能實(shí)現(xiàn)任意方式拼裝，通過(guò)各種過(guò)渡連接件，使各個(gè)部分可以自由拼裝。(2) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)改進(jìn)在氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面存在一個(gè)固有的弱點(diǎn)，僅采用古典的反饋控制很難得到高精度位置和力等的控制。所以，在氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法上，廣泛地引入現(xiàn)代控制理論和智慧控制等方法是其特征之一。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一大規(guī)模并行分布處理非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，適用于強(qiáng)非線性的氣動(dòng)機(jī)械手的控制。雖然還有很多尚未解決的問(wèn)題有待于繼續(xù)研究，但相信PLC控制的物料分揀機(jī)械手的研究是非常有新意、有意義的，有著廣泛的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn)［1］［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，～183.［2］［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，～241.［3］陳懇，楊向東，劉莉，［M］.北京：清華大學(xué)出版社，～111.［4］［M］.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，～106.［5］張鐵，［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，～138.［6］費(fèi)仁元，［M］.北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，～234.［7］王永章，杜君文，［M］.北京：高等教育出版社，～273.［8］郭愛(ài)芳，［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，～290.［9］［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，～294.［10］陸祥生，［M］.北京：北京鐵道出版社，～63.［11］宋建武，［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，～261.［12］ 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A3自動(dòng)程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 1 A1自動(dòng)程序梯形圖 1 A1