【正文】 靠吸聲材料來消聲的。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。 消聲器 消聲器是 降低排氣噪聲的裝置。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。可分為氣源凈化裝置和其他輔助元件兩大類。 (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)。由于它操作輕便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此應(yīng)用廣泛。 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。 換向閥的性能的主要要求是：（ 1）油液流經(jīng)換向閥時(shí)的壓力損失小；（ 2）互不相通的油口間的泄漏小；（ 3）換向可靠、迅速且平穩(wěn)無沖擊。換向閥是利用閥芯和閥體間相對(duì)位置的不同來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。當(dāng)反向流動(dòng)時(shí)，單向閥打開，不節(jié)流。當(dāng)流體正向流動(dòng)時(shí)，其節(jié)流過程與調(diào)速閥是一樣的，節(jié)流縫隙的大小可通過手柄進(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，可實(shí)現(xiàn)流體反向自由流動(dòng)。單向調(diào) 速閥就是單向閥與節(jié)流閥并聯(lián)而成。 (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)通過的閥，是最簡單的單向型方向閥。本設(shè)計(jì)選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥。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。 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。它包括調(diào)壓閥、溢流閥、順序閥及多功能組合閥。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。 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)。 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)通過軸上的氣路也作用在另一葉片上帶動(dòng)軸回轉(zhuǎn)。 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。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。 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。罐的型式可分為立式和臥式兩種。 儲(chǔ)氣罐 儲(chǔ)氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動(dòng)，使輸出氣流連續(xù)和氣壓穩(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)。容積型結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。 (2)要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。它將原動(dòng)機(jī)提供的機(jī)械能 轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。 氣動(dòng)元件選取及工作原理 氣壓驅(qū) 動(dòng)是利用壓縮氣體的壓力能來實(shí)現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質(zhì)主要是空氣，也包括燃?xì)夂驼羝? 圖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖 氣動(dòng)系統(tǒng)包括三個(gè)三位四通電磁換向閥、兩個(gè)二位二通電磁閥、三個(gè)氣缸、一個(gè)吸盤、四個(gè)調(diào)速閥、六個(gè)單向調(diào)速閥、消聲器（若干）等。 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制 設(shè)計(jì) 根據(jù)物料分揀機(jī)械手的要求，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中氣缸的運(yùn)動(dòng)方式主要有兩種：（ 1）直線運(yùn)動(dòng)（缸體固定，活塞桿運(yùn)動(dòng)）；（ 2）擺動(dòng)（缸體固 定）。許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家的氣動(dòng)元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值，且仍以較大速度發(fā)展， 氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要使用工具。據(jù)統(tǒng)計(jì)：在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，全部自動(dòng)化流程中約有 30﹪裝有氣動(dòng)系統(tǒng)，有 90﹪的包裝機(jī)械， 70﹪的鑄造、焊接設(shè)備， 50﹪的自動(dòng)操機(jī)、 40﹪的鍛造設(shè)備和洗衣設(shè)備、30﹪的采煤機(jī)械， 20﹪的紡織機(jī)械、制鞋業(yè)、木材加工、食品機(jī)械， 43﹪的工業(yè)機(jī)器人裝有氣壓系統(tǒng)。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。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟(jì)適用的驅(qū)動(dòng)方式。 電氣驅(qū)動(dòng)，控制精度高，驅(qū)動(dòng)力較大，響應(yīng)快，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 分析與選擇 液壓驅(qū)動(dòng)，功率重量比大，可實(shí)現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，可自行潤滑，使用壽命長。機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力源 的不同，分為液壓、氣壓、電氣、機(jī)械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡圖 根據(jù)前面機(jī)械手各部分的設(shè)計(jì)，可做出機(jī)械手大體結(jié)構(gòu)簡圖，如圖 所示，大圖見 CAD 圖。其動(dòng)作順序?yàn)椋撼跏嘉恢? → A右旋 → B前伸 → C氣缸下降 → D吸物料 → C上升 → B收縮 → A左旋 → C氣缸下降 → D放物料 → C上升 → 回到初始位置。機(jī)械手的動(dòng)作基本有伸縮、升降、左右旋轉(zhuǎn)、吸物和放物等動(dòng)作。 底座 擺動(dòng)氣缸 雙向推力球軸承 扣罩 轉(zhuǎn)臺(tái) 圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理 物料分揀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)主要由機(jī)座、立柱、水平手臂、垂直手臂、電磁閥和吸盤等組成。采用雙向推力球軸承就可以方便的將軸承內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)臺(tái)連接，外環(huán)用罩扣固定在底座上。如圖 所示。同時(shí)，機(jī)械手本身重心偏離立柱軸線以及各氣缸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊都形成作用在擺動(dòng)氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的傾覆力矩，所以采用一個(gè)連接組件，將機(jī)械手立柱以上的重量和傾覆力矩由機(jī)架來承擔(dān)。 物料分揀機(jī)械手手臂需要一個(gè)旋轉(zhuǎn)模塊，擺動(dòng)氣缸就要固定在機(jī)座上。 機(jī)座的結(jié)構(gòu)與機(jī)械手的總體布置有關(guān)，對(duì)專用機(jī)械手而言，傳動(dòng)和控制部分通常是單獨(dú)布置，故 機(jī)座比較簡單或不設(shè)機(jī)座?？梢苿?dòng)式的機(jī)座在停置時(shí)能夠剎車定位，以保證機(jī)械手工作時(shí)的位置精度。 機(jī)座結(jié)構(gòu)從形式上分為落地式和懸浮式，或分為固定式、可移動(dòng)式和行走式。 機(jī)座結(jié)構(gòu)的 選擇 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，是支撐起機(jī)械手全部重量的構(gòu)件。手臂的導(dǎo)向裝置系根據(jù)安裝形式、結(jié)構(gòu)及負(fù)荷等條件來確定。 本機(jī)械手的手臂有往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，不需要很大的行程，考慮到結(jié)構(gòu)的簡單性和設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，選用缸體固定活塞桿運(yùn)動(dòng)的雙作用單活塞桿氣缸。 絲桿螺母機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)是易于自鎖，但傳動(dòng)效率低。如做成伸縮式雙活塞桿油缸，既能滿足行程要求，油缸的體積又小。機(jī)構(gòu)上可以是油缸體固定、活塞桿運(yùn)動(dòng)；也可以是活塞桿固定，而缸體運(yùn)動(dòng)。 雙作用單活塞桿油缸 :液壓機(jī)械手中實(shí)現(xiàn)手臂的往復(fù)運(yùn)動(dòng)用得最多的是雙作用單活塞桿油缸。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般用油缸、油馬達(dá)加齒輪、齒條來實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。 3 手臂的結(jié)構(gòu) 手臂的伸縮和升降 運(yùn)動(dòng)一般采用直線油（氣）缸驅(qū)動(dòng)。 (4)位置精度要高。 (2)手臂的運(yùn)動(dòng)速度要適當(dāng)，慣性要小。 (3)手臂，起著連接和承受外力的作用。 1 手臂的組成： (1)動(dòng)作元件，如油缸、汽缸、齒條、凸輪等是驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件。手臂一般有三個(gè)運(yùn)動(dòng) — 伸縮、旋轉(zhuǎn)和升降。 真空吸盤機(jī)構(gòu)如圖 所示。 通過以上對(duì)手部的分析真空式具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、不損傷工件、使用方便、不影響機(jī)械手的正常工作等優(yōu)點(diǎn)。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)生的磁力來吸附材料工件。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。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)，由于管路的開始段截面積是逐漸收縮的，所以氣流速度逐漸增大，在管路的最小截面處，氣流速度達(dá)到臨界速度，此時(shí)的氣體受壓，密度加大。 磁力吸盤：永磁吸盤、電磁 吸盤。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。 2）氣吸式 氣吸式手部又稱為真空吸盤式手部，它是通過吸盤內(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。 （ 4） 結(jié)構(gòu)緊湊，重量 輕，效率高。 （ 2） 手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力。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。常用的手部結(jié)構(gòu)按其握持原理可以分為如下兩類 : 1）夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類似，是工業(yè)機(jī)械廣泛應(yīng)用的一種手部形式。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部分的 分析與選擇 手部的 選擇 1 手部形式的確定 手部就是用來握持工件或工具的部分。 （ 3） 立柱 支承手臂并帶動(dòng)它升降、擺動(dòng)和移動(dòng)的機(jī)構(gòu)。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成 工業(yè)機(jī)械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機(jī)械部分組成： （ 1） 手部 是機(jī)械手直接握持工件或工具的部分?？梢詫⑹直刍剞D(zhuǎn)動(dòng)作改換成機(jī)械手的整體轉(zhuǎn)動(dòng)就可以滿 足本 設(shè)計(jì) 中 機(jī) 械手的動(dòng)作要求。 球坐標(biāo)式機(jī)械手和關(guān)節(jié)式機(jī)械手對(duì)動(dòng)作要求方面足夠滿足要求，但是它們的結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，有很多動(dòng)作是不必要的，顯得浪費(fèi)和增加了制造的成本和難度。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手主要?jiǎng)幼鳛闄C(jī)械手手臂的左右移動(dòng)，升降移動(dòng)和機(jī)械手的整體旋轉(zhuǎn)。為具有近似人手的操作機(jī)能，需要研制最合適的結(jié)構(gòu)。 關(guān)節(jié)式機(jī)械手有大臂和小臂的擺動(dòng)，以及肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。它像人手一樣有肘關(guān)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，動(dòng)作比較靈活，適于在狹窄的空間工作。另外由于上下擺動(dòng)，它的相對(duì)體積小，動(dòng)作范圍大。它的特點(diǎn)能能自動(dòng)選擇 最合理的動(dòng)作路線。 球坐標(biāo)式機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)八個(gè)動(dòng)作： （ 1） 手臂上下動(dòng)作，即俯仰動(dòng)作； （ 2） 手臂左右動(dòng)作，即回轉(zhuǎn)動(dòng)作； （ 3） 手臂前后動(dòng)作，即伸縮動(dòng)作； （ 4） 手腕上下彎曲； （ 5） 手腕左右擺動(dòng)； （ 6） 手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； （ 7） 手爪夾緊動(dòng)作； （ 8） 機(jī)械手的整體移動(dòng)。 球坐標(biāo)式機(jī)械手 球坐標(biāo)式機(jī)械手是一種自由度較多，用途較廣的機(jī)械手。 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手有五個(gè)基本動(dòng)作： （ 1） 手臂水平回轉(zhuǎn)； （ 2） 手臂伸縮； （ 3） 手臂上下； （ 4） 手臂回轉(zhuǎn)動(dòng)作； （ 5） 手爪夾緊動(dòng)作。具有直觀性好，結(jié)構(gòu)簡單，本體占用的空 間較小，而動(dòng)作范圍較大等優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)：機(jī)械手的作業(yè)范圍較小。如在 X、Y、 Z 三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)方向上個(gè)具有 A、 B、 C 三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即構(gòu)成六個(gè)自由度。它的手臂可作伸縮、左右和上下移動(dòng)，按直角坐標(biāo)形式 X、 Y、 Z 三個(gè)方向的直線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)坐標(biāo)形式的選擇 機(jī)械手的基本型式較多，按手臂的坐標(biāo)型式而言，主要有四種基本型式：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。 第二章 執(zhí)行系統(tǒng)的 分析與選擇 機(jī) 器手的執(zhí)行結(jié)構(gòu)是機(jī)械手賴以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體。 4 元件的匹配規(guī)則和知識(shí)的獲取及其表達(dá)形式。 2 執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)精度的問題。本機(jī)械手采用可編程控制器（ PLC）對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，主要包括對(duì) PLC的型號(hào)選擇、傳感器類型進(jìn)行選擇、 I/O口的選擇、對(duì)控制系統(tǒng)原理圖、自動(dòng)程序梯形圖的繪制等內(nèi)容。內(nèi)容包括氣動(dòng)元件的選擇及其工作原理、氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)和氣動(dòng)原理圖的繪制。 (2)物料分揀機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析與選擇 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部分提供動(dòng)力的裝置。主要包括機(jī)身、手臂、末端執(zhí)行器 3部分組成，其中每一部分都可以具有若干的自由度。 主要研究的內(nèi)容 隨著機(jī)械手技術(shù)的飛速發(fā)展和機(jī)械手應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化，不僅要求其控制可靠性強(qiáng)、使用靈活性高和操作靈活性好，還要其成本低、可開發(fā)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。 在未來幾年，傳感技術(shù)，激 光技術(shù)，工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)被廣泛應(yīng)用在機(jī)械手工作領(lǐng)域，這些技術(shù)會(huì)使機(jī)械手的應(yīng)用更為高效，高質(zhì)，運(yùn)行成本低。如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)用于維護(hù)維修的機(jī)器人等。 隨著機(jī)械手發(fā)展的深度和廣度以及機(jī)器人智能水平的提高，機(jī)械手已在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在國際強(qiáng)手面前，國內(nèi)的機(jī)械手企業(yè)面 臨著相當(dāng)大的競爭壓力。 我國機(jī)械手起步于 20 世紀(jì) 70 年代初期，經(jīng)過 30 多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了 3個(gè)階段： 70 年代萌芽期， 80 年代的開發(fā)期和 90 年代的應(yīng)用化期。日系中主要有安川、 OTC、松下、 FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。 機(jī)械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。本設(shè)計(jì)主要完成機(jī)械手的硬件部分與軟件部分設(shè)計(jì)。 適應(yīng)工業(yè)需要，本課題試圖開發(fā) PLC對(duì)物料分揀機(jī)械手的控制，并借助必要的精密傳感器，使其能夠?qū)Σ煌伾奈锪习搭A(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行分揀，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。 可編程控制器 (PLC)是以中央處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。 隨著工業(yè)的高速發(fā)展， 機(jī)械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動(dòng)化設(shè)備更新時(shí)的需要，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn) 中得到了廣泛的應(yīng)用。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、代替 人的繁重勞動(dòng)。 關(guān)鍵詞 : 機(jī)械手，氣動(dòng)控制， 可 編程控制器（ PLC），自動(dòng)化控制，