【正文】 本系統(tǒng)可選擇 PLC 型號(hào)為： FX2N— 64MR— 001， 合計(jì)總數(shù) 64 點(diǎn) — 32 點(diǎn)輸入， DC24V，32 點(diǎn)繼電器輸出；尺寸（ mm）： 220 87 90，其性能、價(jià)格都優(yōu)于其他 PLC。 4) 輸出的 最大電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān) 開關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標(biāo)，它與不同的負(fù)載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。 本系統(tǒng)選擇 分組式輸出 。 2）輸出接線方式 開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式 。 繼電器輸出的價(jià)格便宜，既可以用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，但其屬于有觸點(diǎn)元件，動(dòng)作速度較 慢（驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作頻率不得超過 1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。 3）輸入門檻電平 為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。 2）輸入接線方式 開關(guān)量輸入模塊主要有匯點(diǎn)式和分組式兩種接線方式 。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： 1）輸入信號(hào)的類型及電壓等級(jí) 開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸 入三種類型。 PLC 的 I／ O模塊有開關(guān)量 I／ O模塊、模擬量 I／ O模塊 及各種特殊功能模塊等。 (2)系統(tǒng) 存儲(chǔ)容量 的選擇 PLC 的 I／ O點(diǎn)數(shù)的多少，在很大程序上反映了 PLC 系統(tǒng)的功能要求，因此可在 I／ O點(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲(chǔ)容量后，再加 20％ 到 30％的裕量。 4）確定系統(tǒng)同時(shí)接通輸入 /輸出點(diǎn)的數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊 ( 如 32點(diǎn)、 48 點(diǎn)等 ) ， 應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的 60％。 2）確定系統(tǒng)的實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù) 系統(tǒng)有手臂左旋、右旋、伸出、縮回、上升、下降、吸物、放物的電磁閥動(dòng)作，報(bào)警指示燈、原位指示燈及 自動(dòng) /手動(dòng)指示燈工作，一 共 12 個(gè)輸出點(diǎn)。 以保證 其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理 ； 有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高 ； 其外部設(shè)備可以 通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。 (5) 滿足 系統(tǒng)可靠性要求 對于一般系統(tǒng) PLC的可靠性均能滿足。 此系統(tǒng)只需用開關(guān)量控制，選用一般小型 PLC 即可。 （ 3) 滿足 相應(yīng)的功能 要求 一般小型 ( 低檔 ) PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 考慮此系統(tǒng)控制比較簡單，應(yīng)用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體試 PLC 的結(jié)構(gòu)形式較為合適。 傳感器選擇 根據(jù)前面的介紹和比較，為了便于 PCL 控制程序的編寫，利于公司企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，綜合其各種情況，在本設(shè)計(jì)，選擇 RGB 顏色傳感 器著為識(shí)別物料顏色的裝置，繼電器輸出方式，便于 PLC 控制系統(tǒng)的簡單化，控制系統(tǒng)更容易實(shí) 現(xiàn)。 (3)光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器 光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器由搭配 RGB 濾波器的光電二極管陣列、模似數(shù)字轉(zhuǎn)換器及用于通信和靈敏度控制的數(shù)字核心組成。 (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(gè)跨阻抗放大器?？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。 目前，用于顏色識(shí)別的傳感器有兩種基本類型：（ 1）色標(biāo)傳感器，它使用一個(gè)白熾燈光源或單色 LED 光源；（ 2） RGB（紅綠藍(lán)）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。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。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求需要對位置檢測裝置、滑覺傳感器、視覺傳感器進(jìn)行選用?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高。 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(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。機(jī)械手是由各種機(jī)構(gòu)組成的裝置，它通過感知器的內(nèi)部傳感器實(shí)現(xiàn)本體和環(huán)境狀態(tài)的檢測和信息交互；環(huán)境即指機(jī)械手所處的周圍環(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)行程序的方式來完成給定的任務(wù)。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實(shí)現(xiàn)，對提高機(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、縮短開發(fā)周期的有效途徑。這時(shí)的氣路是： 進(jìn)氣路線： 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。 (9)放物 小臂氣缸下降到指定位置時(shí)，撞到下限位開關(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。 (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。 (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。 (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。 排氣路線： 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。 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。 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。 這時(shí)的氣路是： 進(jìn)氣路線： 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。 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 。在卷吸流動(dòng)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。氣流由斜孔引入，氣流束相互撞擊、干涉、進(jìn)一步減速，再通過設(shè)在消聲器內(nèi)表面的吸聲材料消聲，最后排向大氣。常用的消聲器有三種類型吸收型、膨脹型和吸收膨脹型?？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。 輔助元件 輔助元件是保證壓縮空氣的凈化、元件的潤滑、元件間的連接及消聲等所必須的。 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)閥芯來改變閥的工作位置。它的用途很廣，種類也很多。當(dāng)正向流動(dòng)時(shí)，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流。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。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)流閥兩種主要類型。 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。 控制元 件 控制元件是用來調(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。 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。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。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。本設(shè)計(jì)選用容積型壓縮機(jī)。 下面對于主要的氣源裝置元件進(jìn)行如下介紹： 空氣壓縮機(jī) 空氣壓縮機(jī)是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主 要的設(shè)備。典型的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下四部分組成： 氣源裝置 氣源裝置是獲得具有一定能量的壓縮空氣的裝置，其主體部分是空氣壓縮機(jī)，有的還配有氣源凈化處理裝置、氣罐等附屬設(shè)備。其氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖 所示。日、美、德等國的氣動(dòng)元 件銷售平均每年增長超過 1015﹪。 氣壓驅(qū)動(dòng)具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、 功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)、在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用較多。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。 1右旋限位開關(guān) 2 左旋限位開關(guān) 3 回縮限位開關(guān) 4 前伸限位開關(guān) 5 上升限位開關(guān) 6 下降限位開關(guān) A 擺動(dòng)氣缸 B前伸 /回縮氣缸 C上升 /下降氣缸 D 真空吸盤 圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡圖 第 3 章 驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)的 分析與選擇 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。其結(jié)構(gòu)原理如圖 。另外，推力球軸承應(yīng)選擇公稱尺寸較大一些的，這樣可以更好的承受傾覆力矩。連接組件主要由四 部分組成：雙向推力球軸承、底座、轉(zhuǎn)臺(tái)和扣罩。對通用機(jī)械手而言，傳動(dòng)部分布置在機(jī)架內(nèi)部或后下方，控制部分則布置在機(jī)座的后上方或單獨(dú)布置一個(gè)控制箱。無論哪一種形式，機(jī)械手工作時(shí)機(jī)座一定予以固定。常用的有單導(dǎo)向桿和雙導(dǎo)向桿， 本設(shè)計(jì)中，伸縮運(yùn)動(dòng)中選用雙導(dǎo)向桿。如采用滾珠絲杠，效率可以提高，但因其較長，制造比較困難。 雙作用雙活塞桿油缸：當(dāng)需要很大的行程時(shí)，將油缸做的很長、體積很大，則加工上有困難。往復(fù)直線油（氣）缸可以分為以下幾種。 (5)通用性要強(qiáng)。 2 手臂設(shè)計(jì)的要求： (1)手臂承載能力大、剛性好、自重輕。手臂的基本動(dòng)作是將手部移動(dòng)到所需的位置和承受抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量。而且滿足所設(shè)計(jì)機(jī)械手的要求，所以選用真空式吸盤。自擠式空氣吸盤的工作原理是將軟質(zhì)吸盤按壓在工件的表面，擠出吸盤內(nèi)的空氣、從而造成真空、吸住工件。 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，故稱真空式。它由吸盤、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、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接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。 （ 3） 要保證工件在手指內(nèi)的定位精度。它主要由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。 （ 4） 機(jī)座 是機(jī)械手用來支撐臂部，并安裝驅(qū)動(dòng)裝置及其他裝置的部分。這樣的修改并沒有改變機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，只是 進(jìn)行 了局部變動(dòng)， 使得整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠，所以確定用圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手。 直角坐標(biāo)式機(jī)械手雖然具備手臂的伸縮上下、左右直線運(yùn)動(dòng)等動(dòng)作， 但是不具備機(jī)械手整體旋轉(zhuǎn)動(dòng)作， 所以不考慮用直角坐標(biāo)式機(jī)械手。它還具有上肢結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)近似于人手操作的機(jī)能。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手 關(guān)節(jié)式機(jī)械手是一種適用于靠近機(jī)體操作傳動(dòng)型式。 球坐標(biāo)式機(jī)械手的特點(diǎn)是將手臂裝在樞軸上，樞軸又裝在叉形架上，能在垂直面內(nèi)作圓弧狀上下俯仰動(dòng)作，它的臂可作伸縮，橫向水平擺動(dòng)，還可以上下擺動(dòng)，工作范圍和人的手類似。 圓柱式機(jī)械手的特點(diǎn)是在垂直導(dǎo)柱上裝有滑動(dòng)套筒，手臂裝在滑動(dòng)套筒上，手臂可做上下直線運(yùn)動(dòng)和水平面內(nèi)做圓弧狀的左右擺動(dòng)。 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手是應(yīng)用最多的一種型式，它適用于搬運(yùn)和測量工件。 其工作范圍可以是一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)或三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布局類型直接影響到機(jī)械手的工作性能。 3 機(jī)械手的控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)的電路和控制程序，并解決工件和控制 系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。 (3)物料分揀機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求和時(shí)序進(jìn)行工作 。執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對機(jī)械手的手部、手臂和機(jī)座進(jìn)行設(shè)計(jì)。據(jù)猜測，今后機(jī)器人將在醫(yī)療、保健、生物技術(shù)和產(chǎn)業(yè)、教育、救災(zāi)、海洋開發(fā)、機(jī)器維修、交通運(yùn)輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。從傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。在我國，機(jī)械手市場份額大部分被國外機(jī)械手企業(yè)占據(jù)著。 目前，國際上的機(jī)械手公司主要分為日系和歐系。機(jī)械 手延伸和擴(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。采用 PLC控制，是