【正文】 動元件產(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。 機(jī)械手驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)中氣缸的運(yùn)動方式主要有兩種：（1）直線運(yùn)動（缸體固定，活塞桿運(yùn)動）；（2）擺動（缸體固定）。 驅(qū)動系統(tǒng)原理圖氣動系統(tǒng)包括三個三位四通電磁換向閥、兩個二位二通電磁閥、三個氣缸、一個吸盤、四個調(diào)速閥、六個單向調(diào)速閥、消聲器（若干）等。 氣動元件選取及工作原理氣壓驅(qū)動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?。它將原動機(jī)提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。(2) 要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。儲氣罐儲氣罐可以調(diào)節(jié)氣流，減少輸出氣流的脈動，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)。罐的型式可分為立式和臥式兩種。 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，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，擺動氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動式機(jī)械能。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。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。擺動氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動式擺動氣缸分為單葉片式和雙葉片式。雙葉片式擺動氣缸：從進(jìn)氣口進(jìn)入的壓縮空氣作用在一個葉片上，同時通過軸上的氣路也作用在另一葉片上帶動軸回轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)采用雙葉片式擺動氣缸，這樣就能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩，以利于機(jī)械手的轉(zhuǎn)動。氣動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。它包括調(diào)壓閥、溢流閥、順序閥及多功能組合閥。溢流閥是在回路中的壓力達(dá)到閥的規(guī)定值時，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。調(diào)速閥一般用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。本設(shè)計(jì)選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥。(1) 單向型控制閥單向閥是指氣流只能向一個方向流動而不能反向流動通過的閥，是最簡單的單向型方向閥。單向調(diào)速閥就是單向閥與節(jié)流閥并聯(lián)而成。當(dāng)流體正向流動時，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)流體反向流動時，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。當(dāng)反向流動時，單向閥打開，不節(jié)流。換向閥是利用閥芯和閥體間相對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。換向閥的性能的主要要求是：（1）油液流經(jīng)換向閥時的壓力損失?。唬?）互不相通的油口間的泄漏?。唬?）換向可靠、迅速且平穩(wěn)無沖擊。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。由于它操作輕便，易于實(shí)現(xiàn)自動化，因此應(yīng)用廣泛。(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?？煞譃闅庠磧艋b置和其他輔助元件兩大類。壓縮的空氣中含有各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在會降低氣動元件的耐用度和性能，造成誤動作和事故，必須清除。消聲器消聲器是降低排氣噪聲的裝置。此時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，為了改善勞動條件，應(yīng)使用消聲器。吸收型消聲器是依靠吸聲材料來消聲的。吸收膨脹型消聲器是上述兩種的結(jié)合。本設(shè)計(jì)選用膨脹型消聲器。真空發(fā)生器的工作原理是利用噴管高速噴射壓縮空氣，在噴管出口形成射流，產(chǎn)生卷吸流動。 吸盤吸盤是直接吸吊物體的元件，一般用橡膠做成。將吸盤與真空發(fā)生裝置連接，吸盤內(nèi)部空間的空氣被抽去，當(dāng)吸盤接觸到工件時，大氣和吸盤之間形成了密封，就會吸住物料，吸氣大小與大氣壓和吸盤內(nèi)部空間的壓力差成正比。系統(tǒng)中選用電磁換向閥，限位開關(guān)，實(shí)現(xiàn)氣缸的往復(fù)運(yùn)動。實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)的工作原理如下：(1) 擺動氣缸的右旋 按下啟動按鈕，右旋按鈕接通，使三位四通電磁換向閥12的5YA得電，閥12的閥芯右移，擺動氣缸會執(zhí)行右旋的命令。 排氣路線：擺動氣缸C的E口→單向調(diào)速閥20→三位四通電磁換向閥12排氣口→調(diào)速閥8→消聲器9→排出。這時的氣路是:進(jìn)氣路線：2空氣處理單元→儲氣罐3→三位四通電磁換向閥10左端→單向調(diào)速閥15→氣缸A的無桿腔。(3) 垂直手臂的下降當(dāng)水平伸縮氣缸A伸出到指定位置時，就會碰到前限開關(guān)，使三位四通電磁換向閥10的1YA斷電，手臂伸出動作會停止。這時的氣路是：進(jìn)氣路線：2空氣處理單元→儲氣罐3→三位四通電磁換向閥11左端→單向調(diào)速閥17→氣缸B的無桿腔。(4) 吸物 小臂氣缸下降到指定位置時，撞到下限位開關(guān)，使三位四通電磁換向閥11的3YA斷電，小臂下降動作停止。這時的氣路是： 進(jìn)氣路線：2空氣處理單元→儲氣罐3→二位二通電磁閥13→真空發(fā)生器22→過濾器25→吸盤26。 (5)垂直手臂的上升 經(jīng)傳感器檢測到物料已經(jīng)被吸起時，發(fā)出訊號，使三位四通電磁閥11的電磁鐵4YA得電，閥11的閥芯左移，執(zhí)行小臂的上升動作。排氣路線：氣缸B的無桿腔→單向調(diào)速閥17→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。經(jīng)時間繼電器延時，使三位四通電磁閥10的電磁鐵2YA得電，閥10的閥芯左移，執(zhí)行水平手臂的回縮動作。排氣路線：氣缸A的無桿腔→單向調(diào)速閥15→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。經(jīng)時間繼電器延時，使三位四通電磁閥12的電磁鐵6YA得電，閥12的閥芯左移，執(zhí)行擺動氣缸的向左旋轉(zhuǎn)動作。排氣路線：擺動氣缸C的D口→單向調(diào)速閥19→三位四通電磁換向閥12排氣口→調(diào)速閥8→消聲器9→排出。經(jīng)時間繼電器延時，使三位四通電磁閥11的電磁鐵3YA得電，閥11的閥芯右移，執(zhí)行小臂的下降運(yùn)動。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。經(jīng)時間繼電器延時，使二位二通電磁13斷電，二位二通電磁閥14通電，真空發(fā)生器停止運(yùn)動，真空消失，壓縮空氣進(jìn)入吸盤26，將物料與吸盤吹開，這時氣路為：進(jìn)氣路線：2空氣處理單元→儲氣罐3→二位二通電磁閥14→調(diào)速閥23→過濾器25→吸盤26。(10) 垂直手臂的上升經(jīng)傳感器檢測到物料已脫離吸盤，發(fā)出訊號，經(jīng)時間繼電器延時，使三位四通電磁閥11的4YA得電，閥11的右位接入工作，執(zhí)行垂直手臂的上升動作。排氣路線：氣缸B的無桿腔→單向調(diào)速閥17→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。第三章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心。為此本章在分析了當(dāng)前機(jī)械手廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)及PLC的發(fā)展之后，提出了采用PLC的控制方法。機(jī)械手的控制部分可分為4個部分：機(jī)械手及其感知器、環(huán)境、任務(wù)、控制器?？刂葡到y(tǒng)的硬件一般包括3個部分：(1) 感知部分 用來收集機(jī)械手的內(nèi)部和外部的信息，如位置、速度、加速度傳感器可接受機(jī)械手的本體狀態(tài)，而視覺、觸覺、力覺等傳感器可感受機(jī)械手的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。(3) 驅(qū)動部分 為了使機(jī)械手完成操作及移動功能，機(jī)械手各關(guān)節(jié)可選用氣動、液動、電氣等方式驅(qū)動。穩(wěn)定性是一般自動控制必須滿足的基本要求，對穩(wěn)定性的研究是自動化控制系統(tǒng)中的一個基本問題。(3) 穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實(shí)際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)之一就是在兼顧其他性能指標(biāo)的情況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個允許的限制值。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。位置檢測裝置檢測機(jī)械手動作是否到位，滑覺傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺傳感器是為了完成機(jī)械手對物料的識別。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是一種根據(jù)運(yùn)動部件的行程位置而切換電路的電器，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。 滑覺傳感器機(jī)械手吸取物體時按吸力的大小可分為硬吸取和軟吸取。軟吸取時吸力不夠時被吸物體會產(chǎn)生滑動，滑覺傳感器就是為了檢測滑動而設(shè)計(jì)的，可以檢測垂直于吸物方向物體的位移、由重力引起的變形，以達(dá)到修正吸力，防止吸取物的滑動。 視覺傳感器 機(jī)械手視覺的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能夠?qū)Σ煌奈矬w進(jìn)行識別，本機(jī)械手采用顏色傳感器，根據(jù)不同物料有不同的顏色，可以針對一種顏色的物料進(jìn)行揀出。這類裝置許多是溫反射型、光束型、光纖型的，封裝在各種金屬和聚碳酸脂外殼中。 顏色傳感器的類型比較: (1)光到光電流轉(zhuǎn)換器 光到光電流轉(zhuǎn)換器由光電二極管或具有色彩濾波器的光電二極管組成，將光轉(zhuǎn)換成光電流。 優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)計(jì)靈活。缺點(diǎn)： 增加了組裝成本，提高了設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，光到光電流轉(zhuǎn)換器適合要求響應(yīng)時間短、定制增益和速度調(diào)節(jié)及在光線變化條件下工作的應(yīng)用。要求使用外部電路，將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，然后才能輸送到數(shù)字信號處理器。 缺點(diǎn)：響應(yīng)時間預(yù)先由內(nèi)置電流到電壓轉(zhuǎn)換器確定，如跨阻抗放大器，要求額外的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器適合要求設(shè)計(jì)周期較短、產(chǎn)品開發(fā)周期更快、光線條件和空間利用率設(shè)計(jì)精良的應(yīng)用。輸出允許直接接口微控制器或其它邏輯控制通路，如2線串行接口，以進(jìn)一步處理信號，而不需額外的器件。缺點(diǎn)： 只通過2線串行接口模塊提供到微控制器或PC的直接接口，響應(yīng)時間由內(nèi)置模擬電路和數(shù)字電路預(yù)先確定，預(yù)先確定模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，光到數(shù)字轉(zhuǎn)換器適合要求抗噪聲能力、縮短設(shè)計(jì)周期、加快產(chǎn)品開發(fā)周期及光線條件和空間利用率設(shè)計(jì)精良的應(yīng)用。 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則一、 PLC機(jī)型的選擇