【正文】 功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?PID處理一般是運(yùn)行專(zhuān)用的 PID子程序 [3]。 PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。 4． 過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量 I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital） 4 之間的 A/D轉(zhuǎn)換及 D/A轉(zhuǎn)換。 1． 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)化流水線(xiàn)。 目前， PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕 紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。 PLC 的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 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(jiǎn)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。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊且用自潤(rùn)滑材料制成的無(wú)潤(rùn)滑元件不僅節(jié)省潤(rùn)滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長(zhǎng)。它集成 電路接口和帶有電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。氣動(dòng)機(jī)械手的重復(fù)精度將越來(lái)越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊。重復(fù)精度限定的是一個(gè)固定誤差，它通過(guò)一定次數(shù)地重 3 復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來(lái)測(cè)定。 機(jī)械手的發(fā)展 趨勢(shì)： 1. 重復(fù)高精度 重復(fù)高精度是指如果重復(fù)多次，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)械手的應(yīng)用也越來(lái)越多。從傳統(tǒng)的汽車(chē)制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸。如今我國(guó)正從一個(gè) “制造大國(guó) ”向 “制造強(qiáng)國(guó) ”邁進(jìn)，中國(guó)制造業(yè)面臨著與國(guó)際接軌 、參與國(guó)際分工的巨大挑戰(zhàn)，對(duì)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的提高迫在眉睫，政府務(wù)必會(huì)加大對(duì)機(jī)器人的資金投入和政策支持，將會(huì)給機(jī)械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動(dòng)力。在我國(guó)，機(jī)械手市場(chǎng)份額大部分被國(guó)外機(jī)械手企業(yè)占據(jù)著。歐系中主要有德國(guó)的 KUKA、 CLOOS、瑞典的 ABB、意大利的 C0毗 U及奧地利的工 GM公司。 目前，國(guó)際 上的機(jī)械手公司主要分為日系和歐系。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車(chē)與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng) (FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。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。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用 PLC控制，是一種預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行物料分揀的自動(dòng)化裝置，可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時(shí)需要對(duì)機(jī)械手進(jìn)行新的分配任務(wù)時(shí)，可以允許方便的改動(dòng)或重新設(shè)計(jì)其新部件，而對(duì)于位置改變時(shí)，只要重新編程，并能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉(zhuǎn)換工作的費(fèi)用。 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(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。 在未來(lái)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。 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(jiǎn)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。 sorting materials 1 引 言 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。 programmable logic controller。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械手 ； 氣動(dòng)控制 ； PLC； 自動(dòng)化控制 ； 物料 分揀 II The Design on the Automatic Control System of the Sorting Materials Manipulator Based on PLC Abstract： Fetching manipulator is a kind of automatic operation device which can move objects or tools According to fixed program. It mainly poses of hand, movement mechanism and control system. This paper puts forward the designing scheme of pneumatic drive and PLC control, on the basis of expounding its structure and working principle. With Mitsubishi FX2N series programmable controller work for controller design of manipulator control system, it gives the input and output allocation table, selecting the corresponding sensors, adopting pneumatic drive, getting the programmable controller external hardware wiring diagram and ladder diagram and instruction list and realizes of the automatic control of the manipulator, fault alarm, etc. Key words： manipulator。本文在闡述其結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，提出了用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和 PLC 控制的設(shè)計(jì)方案。 I 基于 PLC 物料分揀機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 ： 機(jī)械手是一種按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。主要有手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。以三菱的 FX2N 系列可編程控制器為控制器設(shè)計(jì)機(jī)械手工作的控制系統(tǒng)，給出了輸入輸出分配表，并選擇了相應(yīng)的傳感器，采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，得到了可編程控制器外部硬件接線(xiàn)圖，給出了相應(yīng)的梯形圖和指令表，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的自動(dòng)控制、故障報(bào)警等功能。 pneumaticdriven。 automatic control。它可以搬運(yùn)貨物、分揀物品、用以代替 人的繁重及單調(diào)勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化；并能在 高溫、腐蝕及有毒氣體等有害環(huán)境下 操作以保護(hù)人身安全，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門(mén)。使用 PLC 的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動(dòng)作精度高等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)猜測(cè)，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(kāi)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。 適應(yīng)工業(yè)需要，本課題試圖開(kāi)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(xiàn)。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)。 2 第 1 章 緒論 機(jī)械手在國(guó)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(chē)制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車(chē)制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。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。日系中主要有安川、 OTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。 我國(guó)機(jī)械手起步于 20 世紀(jì) 70 年代初期，經(jīng)過(guò) 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(kāi)發(fā)期和 90 年代的應(yīng)用化期。在國(guó)際強(qiáng)手面前，國(guó)內(nèi)的機(jī)械手企業(yè)面臨著相當(dāng)大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。 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。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 [1]。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確，通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差，這個(gè)誤差是可以預(yù)測(cè)的，因此可以通過(guò)編程予以校正。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動(dòng)伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室和氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)的成套化。 2. 模塊化 模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具有靈活地安裝體系。 3. 無(wú)給油化 為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無(wú)污染要求，不加潤(rùn)滑脂的不供油潤(rùn)滑元件已經(jīng)問(wèn)世。 4. 機(jī)電一體化 有“可編程序控制器 傳感器 氣動(dòng)元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動(dòng)元件，使氣動(dòng)技術(shù) 從“開(kāi)關(guān)技術(shù)”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”；省去配線(xiàn)的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線(xiàn)、配管和元件，而且拆裝簡(jiǎn)單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性 [2]。使用 PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動(dòng)作精度高等優(yōu)點(diǎn)。使用情況大致可歸納為 6類(lèi)：開(kāi)關(guān)量的邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理、通訊及聯(lián)網(wǎng)。 2． 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。 3． 運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的控制。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。大中型 PLC都有 PID模塊，目前許多小型 PLC也具有此功能模塊。 5． 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展 得很快，各 PLC廠(chǎng)商都十分重視 PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 PLC的發(fā)展趨勢(shì)： （ 1） 產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展 大： I/O點(diǎn)數(shù)達(dá) 14336點(diǎn)、 32位為微處理器、多 CPU并行工作、大容量存儲(chǔ)器、掃描速度高速化； ?。河烧w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本； （ 2） PLC在閉環(huán)過(guò)程控制中應(yīng)用日益廣泛； （ 3） 不斷加強(qiáng)通訊功能； （ 4） 新器件和模塊不斷推出高檔的 PLC除了主要采用 CPU以提高處理速度外，還帶有處理器的 EPROM或 RAM的智能 I/O模塊、高速計(jì)時(shí)模塊、遠(yuǎn)程 I/O模塊等專(zhuān)用化模塊； （ 5） 編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語(yǔ)言趨向標(biāo)準(zhǔn)化有各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的 5 編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語(yǔ)言表等編程語(yǔ)言，亦有高檔的 PLC指令系統(tǒng)； （ 6）發(fā)展容錯(cuò)技術(shù)采用設(shè)備并行工作、多數(shù)表決的工作方式； （ 7） 追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。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。 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。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。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(lèi)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。 6 第 2 章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)的分析與選擇 機(jī)械手的概念和基本特點(diǎn) 我 國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (GB/T 1264390)對(duì)機(jī)械手的定義 :“ 具有和人手臂相似的 動(dòng)作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。 專(zhuān) 用機(jī)械手作 為 整機(jī)的附 屬 部分， 動(dòng)作 簡(jiǎn)單 ，工作 對(duì) 象 單 一，具有固定 (有 時(shí) 可 調(diào) )程序，使用大批量的自 動(dòng) 生 產(chǎn) 。通用機(jī)械手是一 種 具有 獨(dú)立的控制系 統(tǒng) 、程序可 變 、 動(dòng) 作 靈 活多 樣 的機(jī)械手 。 它 的工作范 圍 大，定位精度高，通用性強(qiáng)，廣泛 應(yīng) 用于柔性自 動(dòng)線(xiàn) 。機(jī)械手是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性 以及在 各種環(huán)境中 能夠 完成作業(yè)的能力， 使之 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。手部是用來(lái)抓持工件（工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè) 要求而有多種結(jié)構(gòu)形式 ， 如夾持型、托持型和吸附型等。 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降 、 伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng)為