摘 要機械手在先進制造領域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動?？梢詫崿F(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因此被廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。本文在縱觀了近年來機械手發(fā)展狀況的基礎上，結合機械手方面的設計，對機械手技術進行了系統(tǒng)的分析，提出了用氣動驅動和PLC控制的設計方案。采用整體化的設計思想，充分考慮了軟、硬件各自的特點并進行互補優(yōu)化。對物料分揀機械手的整體結構、執(zhí)行結構、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了分析和設計。在其驅動系統(tǒng)中采用氣動驅動，控制系統(tǒng)中選擇PLC的控制單元來完成系統(tǒng)功能的初始化、機械手的移動、故障報警等功能。最后提出了一種簡單、易于實現(xiàn)、理論意義明確的控制策略。通過以上部分的工作，得出了經(jīng)濟型、實用型、高可靠型物料分揀機械手的設計方案，對其他經(jīng)濟型PLC控制系統(tǒng)的設計也有一定的借鑒價值。關鍵詞: 機械手，氣動控制，可編程控制器（PLC），自動化控制，物料分揀。目 錄摘要 1一 前言 2(1) 研究的目的及意義 2（二） 機械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2（三） 主要研究的內(nèi)容 3（四） 解決的關鍵問題 4二 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選 5（一） 執(zhí)行機構坐標形式的選擇 5（二） 執(zhí)行機構的組成 5（三） 執(zhí)行機構各部分的分析與選擇 5（四） 執(zhí)行機構的工作原理 6（五） 執(zhí)行機構簡圖 6三 驅動系統(tǒng)的分析與選擇 8（一） 驅動系統(tǒng)的分析與選擇 8（二） 機械手驅動系統(tǒng)的控制設計 8（三） 氣動回路的工作原理 9四 控制系統(tǒng)的分析設計 12（一） 控制系統(tǒng)的組成結構 12（二） 傳感器的選擇 13（三） 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理 13（四） PLC程序設計 22結束語 30參考文獻 31 一 前 言（一） 研究的目的及意義機械手作為前沿的產(chǎn)品應自動化設備更新時的需要，可以大量代替單調往復或高精度需求的工作，在先進制造領域中扮演著極其重要的角色。它可以搬運貨物、分揀物品、代替人的繁重勞動?？梢詫崿F(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在高溫、腐蝕及有毒氣體等環(huán)境下操作以保護人身安全，可以廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門。隨著工業(yè)的高速發(fā)展，機械手作為前沿的產(chǎn)品應自動化設備更新時的需要，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。它可以搬運貨物、分揀物品、用以代替人的繁重及單調勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化；并能在高溫、腐蝕及有毒氣體等有害環(huán)境下操作以保護人身安全，被廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門?？删幊炭刂破?PLC)是以中央處理器為核心，綜合了計算機和自動控制等先進技術，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，已成為目前在機械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。使用PLC的自動控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，動作精度高等優(yōu)點。適應工業(yè)需要，本課題試圖開發(fā)PLC對物料分揀機械手的控制，并借助必要的精密傳感器，使其能夠對不同顏色的物料按預先設定的程序進行分揀，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性生產(chǎn)線。采用PLC控制，是一種預先設定的程序進行物料分揀的自動化裝置，可部分代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行單調持久的作業(yè)，并且在產(chǎn)品變化或臨時需要對機械手進行新的分配任務時，可以允許方便的改動或重新設計其新部件，而對于位置改變時，只要重新編程，并能很快地投產(chǎn)，降低安裝和轉換工作的費用。本設計主要完成機械手的硬件部分與軟件部分設計。主要包括執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設計。（二） 機械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 機械手最早應用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。機械手延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、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、單調重復勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質量。目前主要應用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機械手與數(shù)控加工中心，自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計算機集成制造系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機械手的應用領域日益擴大。目前，國際上的機械手公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奧地利的工GM公司。我國機械手起步于20世紀70年代初期，經(jīng)過30多年發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段：70年代萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的應用化期。在我國，機械手市場份額大部分被國外機械手企業(yè)占據(jù)著。在國際強手面前，國內(nèi)的機械手企業(yè)面臨著相當大的競爭壓力。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，中國制造業(yè)面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰(zhàn)，對我國工業(yè)自動化的提高迫在眉睫，政府務必會加大對機器人的資金投入和政策支持，將會給機械手產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新的動力。隨著機械手發(fā)展的深度和廣度以及機器人智能水平的提高，機械手已在眾多領域得到了應用。從傳統(tǒng)的汽車制造領域向非制造領域延伸。如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)用于維護維修的機器人等。在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、生活服務等領域機械手的應用也越來越多。在未來幾年，傳感技術，激光技術，工程網(wǎng)絡技術將會被廣泛應用在機械手工作領域，這些技術會使機械手的應用更為高效，高質，運行成本低。據(jù)猜測，今后機器人將在醫(yī)療、保健、生物技術和產(chǎn)業(yè)、教育、救災、海洋開發(fā)、機器維修、交通運輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等領域得到應用。（三） 主要研究的內(nèi)容隨著機械手技術的飛速發(fā)展和機械手應用領域的不斷深化，不僅要求其控制可靠性強、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)濟性強。本論文主要研究物料分揀機械手以下幾個方面的內(nèi)容：1 物料分揀機械手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇執(zhí)行系統(tǒng)是由傳動部件與機械構件組成，是機械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體。主要包括機身、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。執(zhí)行系統(tǒng)的設計主要是對機械手的手部、手臂和機座進行設計。2 物料分揀機械手驅動系統(tǒng)的分析與選擇驅動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部分提供動力的裝置。通過對液壓、氣壓、電氣三種驅動方式的比較，本設計選擇氣壓驅動的方式。內(nèi)容包括氣動元件的選擇及其工作原理、氣動回路的設計和氣動原理圖的繪制。3 物料分揀機械手控制系統(tǒng)的設計控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng)，它控制驅動系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求和時序進行工作。本機械手采用可編程控制器（PLC）對機械手進行控制，主要包括對PLC的型號選擇、傳感器類型進行選擇、I/O口的選擇、對控制系統(tǒng)原理圖、自動程序梯形圖的繪制等內(nèi)容。（四） 解決的關鍵問題1 解決機械手機械結構的設計問題，要求機械手結構簡單、經(jīng)濟、具有一定的代表性。2 執(zhí)行部件的運動精度的問題。3 機械手的控制系統(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)調問題。4 元件的匹配規(guī)則和知識的獲取及其表達形式。5 傳感器的類型選擇。二 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇機器手的執(zhí)行結構是機械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體。執(zhí)行機構的布局類型直接影響到機械手的工作性能。（一） 執(zhí)行機構坐標形式的選擇機械手的基本型式較多，按手臂的坐標型式而言，主要有四種基本型式：直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關節(jié)式。機械手型式的選擇首先是從滿足它的運動要求方面進行考慮， 然后從機械手的復雜程度以及經(jīng)濟情況等方面來考慮。本設計中的機械手主要動作為機械手手臂的左右移動，升降移動和機械手的整體旋轉。直角坐標式機械手雖然具備手臂的伸縮上下、左右直線運動等動作，但是不具備機械手整體旋轉動作，所以不考慮用直角坐標式機械手。球坐標式機械手和關節(jié)式機械手對動作要求方面足夠滿足要求，但是它們的結構都比較復雜，有很多動作是不必要的，顯得浪費和增加了制造的成本和難度。圓柱坐標式機械手能滿足手臂伸縮、手臂上下、手臂回轉動等動作?？梢詫⑹直刍剞D動作改換成機械手的整體轉動就可以滿足本設計中機械手的動作要求。這樣的修改并沒有改變機械手的總體結構，只是進行了局部變動，使得整個系統(tǒng)經(jīng)濟、實惠，所以確定用圓柱坐標式機械手。（二） 執(zhí)行機構的組成工業(yè)機械手的執(zhí)行系統(tǒng)主要以下機械部分組成：1手部 是機械手直接握持工件或工具的部分。2臂部 是機械手用來支持腕部與手部實現(xiàn)較大的運動范圍的部件。3立柱 支承手臂并帶動它升降、擺動和移動的機構。4機座 是機械手用來支撐臂部，并安裝驅動裝置及其他裝置的部分。（三） 執(zhí)行機構各部分的分析與選擇1手部的選擇手部就是用來握持工件或工具的部分。由于被握持的工件的形狀、尺寸、重量、材質及表面狀態(tài)的不同，手部機構也是多種多樣。真空式具有結構簡單、質量輕、不損傷工件、使用方便、不影響機械手的正常工作等優(yōu)點。而且滿足所設計機械手的要求，所以選用真空式吸盤。2手臂結構的選擇手臂是機械手的主要部分，是支撐手腕、手指和工件并使它們運動的機構。手臂一般有三個運動伸縮、旋轉和升降。手臂的基本動作是將手部移動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。 本機械手的手臂有往復的直線運動，不需要很大的行程，考慮到結構的簡單性和設計的經(jīng)濟性，選用缸體固定活塞桿運動的雙作用單活塞桿氣缸。機座結構的選擇3 基座結構的選擇機座結構從形式上分為落地式和懸浮式，或分為固定式、可移動式和行走式。無論哪一種形式，機械手工作時機座一定予以固定?？梢苿邮降臋C座在停置時能夠剎車定位，以保證機械手工作時的位置精度。根據(jù)本機械手的設計要求選用落地固定式機座。（四） 執(zhí)行機構的工作原理物料分揀機械手的結構主要由機座、立柱、水平手臂、垂直手臂、電磁閥和吸盤等組成。其中機座采用擺動氣缸進行驅動，手臂及吸盤采用單活塞桿雙作用氣缸驅動。機械手的動作基本有伸縮、升降、左右旋轉、吸物和放物等動作。其結構原理如圖2.2所示。其動作順序為：初始位置 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。機械手的動作在整個過程中都是連續(xù)可循環(huán)的。（五） 執(zhí)行機構簡圖根據(jù)前面機械手各部分的設計，可做出機械手大體結構簡圖，如圖2.1所示，大圖見CAD圖。 1右旋限位開關 2 左旋限位開關 3 回縮限位開關 4 前伸限位開關 5 上升限位開關 6 下降限位開關 A 擺動氣缸 B前伸/回縮氣缸 C上升/下降氣缸 D 真空吸盤 圖2.1 執(zhí)行機構簡圖三 驅動系統(tǒng)的分析與選擇機械手的驅動系統(tǒng)是驅動執(zhí)行機構運動的傳動裝置。機械手的驅動系統(tǒng)根據(jù)動力源的不同，分為液壓、氣壓、電氣、機械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。目前采用的主要有液壓、氣壓、電氣這三種驅動方式。（一） 驅動系統(tǒng)的分析與選擇液壓驅動，功率重量比大，可實現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實現(xiàn)過載保護，可自行潤滑，使用壽命長。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。電氣驅動，控制精度高，驅動力較大，響應快，信號檢測、傳遞、處理方便。但是由于這種驅動方式價格昂貴，限制了在一些場合的應用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅動方式。氣壓驅動具有價格低廉、結構簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強、在工業(yè)機械手中應用較多。另一方面，氣動技術作為“廉價的自動化技術”，由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成本的不斷降低，被廣泛應用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領域。在現(xiàn)代化的成套設備與自動化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計：在工業(yè)發(fā)達國家中，全部自動化流程中約有30裝有氣動系統(tǒng)，有90的包裝機械，70的鑄造、焊接設備，50的自動操機、40的鍛造設備和洗衣設備、30的采煤機械，20的紡織機械、制鞋業(yè)、木材加工、食品機械，43的工業(yè)機器人裝有氣壓系統(tǒng)。日、美、德等國的氣動元件銷售平均每年增長超過10-15。許多工業(yè)發(fā)達國家的氣動元件產(chǎn)值已接近液壓元件的產(chǎn)值，且仍以較大速度發(fā)展，氣動機械手技術已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實踐要求的一種重要使用工具。通過以上三種驅動方式的比較選用氣動驅動的方式，不僅能夠滿足了本設計的要求，而且節(jié)約了成本。（二） 機械手驅動系統(tǒng)的控制設計根據(jù)物料分揀機械手的要求，在驅動系統(tǒng)中氣缸的運動方式主要有兩種：（1）直線運動（缸體固定，活塞桿運動）；（2）擺動（缸體固定）。其氣動驅動系統(tǒng)原理圖如圖3.1所示。圖3.1 驅動系統(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、四個調速閥、六個單向調速閥、消聲器（若干）等。圖中的調速閥控制氣缸上升和下降、伸長和縮短、擺動過程中的速度，防止速度過大對物料及機械手臂的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運動方向；真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產(chǎn)生真空吸附物料，其主要功能是實現(xiàn)對物料的吸取和釋放，真空發(fā)生器的動作是由二位二通電磁閥控制的。（三） 氣動回路的工作原理物料分揀機械手的工作循環(huán)是：擺動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。系統(tǒng)中選用電磁換向閥，限位開關，實現(xiàn)氣缸的往復運動。二位二通電磁閥實現(xiàn)吸盤的吸物和放物。實現(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。這時的氣路是：進氣路線：2空氣處理單元儲氣罐3三位四通電磁換向閥12左端單向調速閥19擺動氣缸C的D口。排氣路線：擺動氣缸C的E口單向調速閥20三位四通電磁換向閥12排氣口調速閥8消聲器9排出。2水平氣缸的伸出當擺動氣缸C右旋到指定位置時（90度），就會碰到右旋限位開關，使二位五通電磁換向閥12的5YA斷電，擺動氣缸旋轉運動會停止，經(jīng)時間繼電器延時，使三位四通電磁換向閥10的1YA得電，閥10的閥芯右移，執(zhí)行手臂前伸動作。這時的氣路是:進氣路線：2空氣處理單元儲氣罐3三位四通電磁換向閥10左端單向調速閥15氣缸A的無桿腔。排氣路線：氣缸A的有桿腔單向調速閥16三位四通電磁換向閥10的排氣口調速閥4消聲器5排出。3垂直手臂的下降當水平伸縮氣缸A伸出到指定位置時，就會碰到前限開關，使三位四通電磁換向閥10的1YA斷電，手臂伸出動作會停止。經(jīng)時間繼電器延時，小臂下降按鈕接通，使三位四通電磁換向閥11的3YA得電，閥11的閥芯右移，執(zhí)行小臂的下降動作。這時的氣路是：進氣路線：2空氣處理單元儲氣罐3三位四通電磁換向閥11左端單向調速閥17氣缸B的無桿腔。排氣路線：氣缸B的有桿腔單向調速閥18三位四通電磁換向閥11的排氣口調速閥6消聲器7排出。4吸物小臂氣缸下降到指定位置時，撞到下限位開關，使三位四通電磁換向閥11的3YA斷電，小臂下降動作停止。經(jīng)時間繼電器延時，二位二通電磁閥13的7YA得電，真空發(fā)生器22開始動作，經(jīng)真空開關24檢測真空度，并發(fā)出訊號給控制器，真空吸盤26將物料吸起。這時的氣路是：進氣路線：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。排氣路線：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消聲器21。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。這時的氣路是：進氣路線：2空氣處理單元儲氣罐3三位四通電磁換向閥11右端單向調速閥18氣缸B的有桿腔。排氣路線：氣缸B的無桿腔單向調速閥17三位四通電磁換向閥11的排氣口調速閥6消聲器7排出。6水平手臂的回縮小臂氣缸上升到指定位置時，撞到上限位開關，使三位四通電磁閥11的電磁鐵4YA斷電，小臂上升動作停止。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。這時的氣路是：進氣路線：2空氣處理單元儲氣罐3三位四通電磁換向閥10右端單向調速閥16氣缸A的有桿腔。排氣路線：氣缸A的無桿腔單向調速閥15三位四通電磁換向閥10的排氣口調速閥4消聲器5排出。7擺動氣缸的左旋水平手臂氣缸回縮到指定位置時，撞到后限位開關，使三位四通電磁閥10的電磁鐵4YA斷電，水平手臂的回縮動作停止。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動作。這時的氣路是：進氣路線：2空氣處理單元儲氣罐3三位四通電磁換向閥12右端單向調速閥20擺動氣缸C的E口。排氣路線：擺動氣缸C的D口單向調速閥19三位四通電磁換向閥12排氣口調速閥8消聲器9排出。8垂直手臂的下降擺動氣缸左旋到指定位置（90度），撞到左轉限位開關，使三位四通電磁閥12的電磁鐵6YA斷電，擺動氣缸的左旋運動停止。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)行小臂的下降運動。這時的氣路是：進氣路線：2空氣處理單元儲氣罐3三位四通電磁換向閥11左端單向調速閥17氣缸B的無桿腔。排氣路線：氣缸B的有桿腔單向調速閥18三位四通電磁換向閥11的排氣口調速閥6消聲器7排出。9放物小臂氣缸下降到指定位置時，撞到下限位開關，使三位四通電磁閥11的電磁鐵3YA斷電，垂直手臂的下降運動停止。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)生器停止運動，真空消失，壓縮空氣進入吸盤26，將物料與吸盤吹開，這時氣路為：進氣路線：2空氣處理單元儲氣罐3二位二通電磁閥14調速閥23過濾器25吸盤26。排氣路線：2空氣處理單元儲氣罐3二位二通電磁閥14調速閥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。這時的氣路是：進氣路線：2空氣處理單元儲氣罐3三位四通電磁換向閥11右端單向調速閥18氣缸B的有桿腔。排氣路線：氣缸B的無桿腔單向調速閥17三位四通電磁換向閥11的排氣口調速閥6消聲器7排出。 11回到初始位置垂直手臂上升到指定位置，撞到上限位開關，接通復位按鈕，回到初始位置，重復以上動作。四 控制系統(tǒng)的分析設計機械手控制系統(tǒng)的設計是整個機械手設計的關鍵和核心。它在結構和功能上的合理劃分與巧妙實現(xiàn)，對提高機械手整體可靠性、實用性具有重要的意義，同時也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當前機械手廣泛采用的控制器結構及PLC的發(fā)展之后，提出了采用PLC的控制方法。（一） 控制系統(tǒng)的組成結構機械手的控制系統(tǒng)一般是使機械手運動協(xié)調為目的，包括高性能的計算機及相應的系統(tǒng)硬件和控制軟件。機械手的控制部分可分為4個部分：機械手及其感知器、環(huán)境、任務、控制器。機械手是由各種機構組成的裝置，它通過感知器的內(nèi)部傳感器實現(xiàn)本體和環(huán)境狀態(tài)的檢測和信息交互；環(huán)境即指機械手所處的周圍環(huán)境；任務是指機械手要完成的操作，它需要適當?shù)某绦蛘Z言描述，并把它們存入控制機中，隨著系統(tǒng)的不同，任務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，相當于機械手的大腦，它以計算機或專用控制器運行程序的方式來完成給定的任務?？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械手的本體狀態(tài)，而視覺、觸覺、力覺等傳感器可感受機械手的工作環(huán)境的外部狀態(tài)。2控制裝置 用來處理各種信息，完成控制過程，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計算機相應的接口等。3驅動部分 為了使機械手完成操作及移動功能，機械手各關節(jié)可選用氣動、液動、電氣等方式驅動。（二） 傳感器的選擇為了便于PCL控制程序的編寫，利于公司企業(yè)的經(jīng)濟效益，綜合其各種情況，在本設計，選擇RGB顏色傳感器著為識別物料顏色的裝置，繼電器輸出方式，便于PLC控制系統(tǒng)的簡單化，控制系統(tǒng)更容易實現(xiàn)。（三） 控制系統(tǒng)PLC的選型及控制原理1 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則（1） PLC機型的選擇PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： a 確定合理的結構型式 PLC主要有整體式和模塊式兩種結構型式。整體式PLC的每一個IO點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴展靈活方便,在IO點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、IO模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復雜的控制系統(tǒng)?？紤]此系統(tǒng)控制比較簡單，應用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體試PLC的結構形式較為合適。b 確定合理的安裝方式 PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程IO式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設置驅動遠程IO硬件，系統(tǒng)反應快、成本低；遠程IO式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程IO可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設驅動器和遠程IO電源；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。在工廠小批量生產(chǎn)中降低成本是很重要的，所以此系統(tǒng)選擇集中試的安裝方式。 c 滿足相應的功能要求一般小型(低檔)PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關量控制的設備都可滿足。對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶AD和DA轉換單元，具有加減算術運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔PLC。對于控制較復雜，要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。此系統(tǒng)只需用開關量控制，選用一般小型PLC即可。d 滿足響應速度要求 PLC是為工業(yè)自動化設計的通用控制器，不同檔次PLC的響應速度一般都能滿足其應用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮PLC的響應速度，可選用具有高速IO處理功能的PLC，或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的PLC等。本系統(tǒng)不需要跨范圍使用PLC對某些功能或信號也沒有特殊的速度要求，不需要選用具有高速IO處理功能的PLC。 e 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。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。本系統(tǒng)選用一般系統(tǒng)PLC能夠滿足要求，不需要考慮太多此方面的問題。 f 機型盡量統(tǒng)一一個企業(yè)，應盡量做到PLC的機型統(tǒng)一。以保證其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；有利于技術力量的培訓和技術水平的提高；其外部設備可以通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。本課題的要求不高，不需要考慮配備上位計算機，但為了方便采購和管理等我們還是要求機型要統(tǒng)一。(2) 確定PLC的容量PLC的容量包括IO點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。a 確定系統(tǒng)的實際輸入點數(shù)系統(tǒng)由啟動按鈕SB1、停止按鈕SB2、急停按鈕SB3、手臂復位按紐SB4、顏色傳感器ST1、左旋極限傳感器ST2、右旋極限傳感器ST3、上升限位傳感器ST4、下降限位傳感器ST5、手臂縮回限位傳感器ST6、手臂伸出限位傳感器ST7、超上升限位傳感器ST8、超下降限位傳感器ST9、超左旋限位傳感器ST10、超右旋限位傳感器ST11、超伸出限位傳感器ST12、超縮回限位傳感器ST13、工件檢測傳感器PS1、系統(tǒng)的自動/手動控制開關SA以及手動的升降、左右旋轉、伸縮、吸放按鈕（SB5-SB12）作為個輸入繼電器的外部控制點，共有28個輸入點。b 確定系統(tǒng)的實際輸出點數(shù)系統(tǒng)有手臂左旋、右旋、伸出、縮回、上升、下降、吸物、放物的電磁閥動作，報警指示燈、原位指示燈及自動/手動指示燈工作，一共12個輸出點。c 確定應選擇PLC的點數(shù)PLC平均的IO點的價格還比較高，因此應該合理選用PLC的IO點的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的IO點最少，但必須留有一定的裕量。 通常IO點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10到15的裕量來確定。本系統(tǒng)的輸入、輸出實際需要40個點，所以本系統(tǒng)的PLC輸入、輸出點數(shù)定為48點比較合適，但輸入和輸出各應留有裕量。d 確定系統(tǒng)同時接通輸入/輸出點的數(shù)量 (a)同時接通的輸入點數(shù)量對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60。(b)同時接通的輸出點數(shù)量同時接通輸出設備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個220V2A的點輸出模塊，每個輸出點可承受2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是16A(82A)，通常要比此值小得多。一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60。對同時接通的輸/入輸出點的制約，此系統(tǒng)是可以滿足的。系統(tǒng)存儲容量的選擇PLC的IO點數(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IO點數(shù)確定的基礎上，按下式估算存儲容量后，再加20到30的裕量。存儲容量（字節(jié)）開關量IO點數(shù)10 模擬量IO通道數(shù)100 A=40*10+0*100 =400（字節(jié)）另外，在存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。但是，本課題要求的存儲容量很低，一般的PLC能夠滿足，所以我們不需要考慮存儲容量。(3)確定PLC的IO模塊一般IO模塊的價格占PLC價格的一半以上。PLC的IO模塊有開關量IO模塊、模擬量IO模塊及各種特殊功能模塊等。不同的IO模塊，其電路及功能也不同，直接影響PLC的應用范圍和價格，應當根據(jù)實際需要加以選擇。根據(jù)本課題要求，不需要用到模擬量IO模塊及各種特殊功能模塊，所以只需要對開關量IO模塊選擇即可。 a 開關量輸入模塊的選擇開關量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設備的開關信號，將信號轉換為PLC內(nèi)部接受的低電壓信號，并實現(xiàn)PLC內(nèi)、外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面：(a)輸入信號的類型及電壓等級開關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。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。 開關量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流5、12、24、48、60等；交流110、220等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5、12、24用于傳輸距離較近場合，如5輸入模塊最遠不得超過十米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的模塊。本系統(tǒng)傳輸距離較近可選擇24直流輸入。(b)輸入接線方式開關量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式。匯點式的開關量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（COM）；而分組式的開關量輸入模塊是將輸入點分成若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關量輸入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點式的。所以本系統(tǒng)考慮價格便宜問題，且輸入信號之間不需要分隔，選用匯點式較合適。(c)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。門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱PLC說明書。b 開關量輸出模塊的選擇開關量輸出模塊是將PLC內(nèi)部低電壓信號轉換成驅動外部輸出設備的開關信號，并實現(xiàn)PLC內(nèi)外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面：(a)輸出方式開關量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較慢（驅動感性負載時，觸點動作頻率不得超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。對于頻繁通斷的負載，應該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。本系統(tǒng)為中小型生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)，需要考慮價格相對要便宜，而本系統(tǒng)對動作速度要求不高，所以選擇繼電器輸出作為輸出方式。(b)輸出接線方式開關量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式。分組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅動不同電源的外部輸出設備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根據(jù)PLC輸出設備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。本系統(tǒng)選擇分組式輸出。(c)驅動能力開關量輸出模塊的輸出電流(驅動能力)必須大于PLC外接輸出設備的額定電流。用戶應根據(jù)實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法直接驅動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。(d)輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關開關量輸出模塊的技術指標，它與不同的負載類型密切相關，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。2 PLC種類及型號選擇PLC種類較多，主要有西門子、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、OMRON的PLC。根據(jù)前面確定的PLC點數(shù)：實際輸入點28點，實際輸出點12點，綜合對比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西門子系列、OMRON系列中I/O點數(shù)為48點各型號的PLC的價格、性能、實用場合等各方面。本系統(tǒng)可選擇PLC型號為：FX2N64MR001，合計總數(shù)64點32點輸入，DC24V，32點繼電器輸出；尺寸（mm）：2208790，其性能、價格都優(yōu)于其他PLC。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列，它能最大范圍地包容了標準特點，程式執(zhí)行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化控制應用提供最大的靈活性和控制能力。該型號PLC有32個輸入節(jié)點，32個輸出節(jié)點，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。3 I/O點數(shù)分配根據(jù)機械手動作流程分析及I/O點數(shù)確定，可以確定電氣控制系統(tǒng)的I/O點分配，如表4.1、表4.2所示：表4.1 機械手控制輸入點分配表輸入設備輸入點號輸入設備輸入點號啟動按鈕SB1X000手動下降按鈕SB6X016停止按鈕SB2X001手動左旋按鈕SB7X017急停按鈕SB3X002手動右旋按鈕SB8X020左旋極限傳感器ST2X003手動伸出按鈕SB9X021右旋極限傳感器ST3X004手動縮回按鈕SB10X022上升限位傳感器ST4X005手動吸氣按鈕SB11X023下降限位傳感器ST5X006手動放氣按鈕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工件檢測傳感器PS1X011 超左旋限位傳感器ST10X027手動SAX012 超右旋限位傳感器ST11X030自動X013 超伸出限位傳感器ST12X031復位按鈕SB4X014 超縮回限位傳感器ST13X032手動上升按鈕SB5X015 表4.2 機械手控制輸出點分配表輸出設備輸出點號輸出設備輸出點號左旋電磁閥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報警指示燈L11Y010伸出電磁閥1YAY003手動指示燈L12Y011上升電磁閥4YAY004自動指示燈L13Y012下降電磁閥3YAY005原位指示燈L14Y0134 PLC外部接線圖根據(jù)表4.1、4.2分配輸入/輸出信號與PLC輸入/輸出接口分配情況及所選定的PLC，得到PLC的外部接線圖如圖4.3：圖4.3 PLC外部接線圖5 機械手控制原理在PLC的控制下，執(zhí)行機構可實現(xiàn)手動、自動等多種工作方式。手動：利用按鈕對機械手每一動作手動進行控制，可實現(xiàn)上升、下降、前伸、縮回、正轉、反轉、吸物、放物等操作；自動：按下循環(huán)按鈕后機械手從原點位置開始連續(xù)不斷的執(zhí)行分揀物料的各步。按下啟動按鈕SB1，系統(tǒng)初始化擺動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 按下啟動按鈕SB1，對控制系統(tǒng)進行功能檢測，檢測正確后，進入控制系統(tǒng)的軟件，開始運行程序。(2) 擺動氣缸右旋 初始化程序正常運行后，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，擺動氣缸會執(zhí)行右旋的命令。(3) 水平手臂的伸出 擺動氣缸右旋到指定位置時（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開始動作，真空吸盤26將物料吸起。(6) 垂直手臂的上升 經(jīng)滑覺傳感器檢測到物料已經(jīng)被吸起時，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)行水平手臂回縮動作。(8) 擺動氣缸左旋 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)行擺動氣缸的向左旋轉。(9) 垂直手臂的下降 擺動氣缸向左旋轉到指定位置（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)行小臂的下降運動。(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，壓縮空氣進入真空吸盤，將物料與吸盤吹開。(11) 小臂上升 經(jīng)滑覺傳感器檢測到物料已經(jīng)放開，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，自動重復以上動作。(四） PLC程序設計1總體程序框圖設備有“手動/自動”兩種工作方式，其控制程序可分為自動控制程序和手動控制程序兩個模塊，各模塊程序分開編寫，結構清晰，便于調試和修改。在進行編程前，應先繪制出整個控制程序的結構框圖，如圖4.4所示。在該結構圖中，當操作方式選擇開關置于“手動”時，輸入點X012接通，執(zhí)行手動程序；當操作方式選擇開關置于“自動”時，輸入點X013接通，執(zhí)行自動程序。圖4.4 控制程序的結構框圖同是為了方便操作，應設計一個機械手操作面板，機械手操作面板如圖4.5所示圖4.5 機械手操作面板2 初始化及報警程序初始化及報警程序如圖4.6所示圖4.6 初始化及報警程序3 手動控制程序 手動控制程序用于實現(xiàn)機械手升降、伸縮、左右旋轉、吸氣/放氣及復位的運動。在自動工作過程中，若將“手動/自動”轉換開關打到“手動”位置時，輸入X012接通系統(tǒng)進入手動控制方式狀態(tài)。此時，按下相應的受動按鈕可實現(xiàn)手動上升、下降、左旋、右旋、伸出、縮回、吸氣、放氣及復位動作，手動操作程序如圖4.7所示。圖4.7 手動操作程序4 自動控制程序分析知，在“自動”工作方式下，本機械手的運動是以開關量作為轉移信號，按所設計的工藝流程一步一步地進行工作，其控制過程為順序循環(huán)控制。當機械手完成一次物料的吸放任務后返回原位為下一個任務做好準備。自動控制的狀態(tài)轉移圖如圖4.8所示。圖4.8 自動控制狀態(tài)轉移圖根據(jù)自動控制的狀態(tài)轉移圖就可設計出自動控制的步進梯形圖如圖4.9所示。圖4.9 自動控制步進梯形圖 圖4.9 自動控制步進梯形圖 (序)結束語機械手的出現(xiàn)延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、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、單調重復勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質量。隨著科學技術的發(fā)展和PLC在工業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應用，機械手技術方面的研究不斷得到創(chuàng)新，促使成果不斷涌現(xiàn)。本論文的設計主要取得了以下成果：(1) 對物料分揀機械手的結構形式、驅動裝置、控制系統(tǒng)等各組成部分進行了較為全面的分析，最后得出其總體設計方案。(2) 氣動驅動系統(tǒng)是強的非線性系統(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，非線性摩擦力等因素，實現(xiàn)氣缸的精度定位非常困難。因此在其應用中，要對各參數(shù)進行調定，以達到比較理想狀態(tài)。(3) 機械手的控制系統(tǒng)采用了技術性、可靠性非常高的PLC進行控制。這使得機械設備更加靈活，動作準確，易于維護，勞動生產(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。本課題在完成了機械結構設計的基礎上，對物料分揀機械手的驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了設計。由于時間的限制以及機械手的結構比較復雜，有些問題需要進一步的研究：(2) 對機械手各部分連接方式的改進。本機械手結構具有模塊式的特點，但由于考慮節(jié)約成本等因素，采用標準的單活塞桿雙作用氣缸，加導向裝置的結構。各部分不能實現(xiàn)任意方式拼裝，通過各種過渡連接件，使各個部分可以自由拼裝。(3) 氣動驅動改進在氣動驅動系統(tǒng)方面存在一個固有的弱點，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，在氣動驅動系統(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)絡是一大規(guī)模并行分布處理非線性動力學系統(tǒng)，適用于強非線性的氣動機械手的控制。雖然還有很多尚未解決的問題有待于繼續(xù)研究，但相信PLC控制的物料分揀機械手的研究是非常有新意、有意義的，有著廣泛的應用前景。參考文獻1張建民等.機電一體化系統(tǒng)設計M.北京：北京理工大學出版社，2007.169183.2袁子榮.液氣壓傳動與控制M.重慶：重慶大學出版社，2007.39241.3陳懇，楊向東，劉莉，等.機器人技術應用M.北京：清華大學出版社，2006.106111.4陳奎生.液壓與氣壓傳動M.武漢：武漢理工大學出版社，2001.47106.5張鐵，謝存禧.機器人學M.廣州：華南理工大學出版社，2001.115138.6費仁元，張慧慧.機器人設計和分析M.北京：北京工業(yè)大學出版社，1998.190234.7王永章，杜君文，程國全.數(shù)控技術M.北京：高等教育出版社，2001.251273.8郭愛芳，王恒迪.傳感器原理及應用M.西安：西安電子科技大學出版社，2007.281290.9鄂大辛.液壓傳動與氣壓傳動M.北京：北京理工大學出版社，2007.276294.10陸祥生，楊秀蓮.機械手理論及應用M.北京：北京鐵道出版社，1985.4063.附錄：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、四個調速閥、六個單向調速閥、消聲器（若干）等。圖中的調速閥控制氣缸上升和下降、伸長和縮短、擺動過程中的速度，防止速度過大對物料及機械手臂的沖擊；三位四通電磁換向閥是改變氣缸的運動方向；真空發(fā)生器的工作原理利用氣體的噴射產(chǎn)生真空吸附物料，其主要功能是實現(xiàn)對物料的吸取和釋放，真空發(fā)生器的動作是由二位二通電磁閥控制的。3.3 氣動元件選取及工作原理氣壓驅動是利用壓縮氣體的壓力能來實現(xiàn)能量傳遞的一種方式，其介質主要是空氣，也包括燃氣和蒸汽。典型的氣壓傳動系統(tǒng)由以下四部分組成：3.3.1 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，有的還配有氣源凈化處理裝置、氣罐等附屬設備。它將原動機提供的機械能轉變?yōu)闅怏w的壓力能。氣壓傳動對氣源的要求：(1) 要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。(2) 要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。下面對于主要的氣源裝置元件進行如下介紹：1、空氣壓縮機空氣壓縮機是產(chǎn)生壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是氣源主要的設備。按結構和工作原理可分為速度型和容積型兩大類。容積型壓縮機是利用特殊形狀的轉子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空氣的壓力。容積型結構簡單、使用方便。本設計選用容積型壓縮機。2、儲氣罐儲氣罐可以調節(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，也可以作為應急氣源使用，還可以進一步分離油水雜質。儲氣罐上裝有安全閥，使其極限壓力比正常工作壓力高10%，并裝有指示罐內(nèi)壓力的壓力表和排污閥等。罐的型式可分為立式和臥式兩種。本設計選用立式儲氣罐，因為它的進氣口在下，出氣口在上，以利用進一步分離空氣中的油、水。3.3.2 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質產(chǎn)生機械運動，并將氣體的壓力能轉變?yōu)闄C械能的能量轉換裝置，如氣缸輸出直線往復式機械能，擺動氣缸輸出回轉擺動式機械能。 1、氣缸輸出直線往復式氣缸是氣動執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標準氣缸，其結構和參數(shù)都已系列化、標準化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。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。其工作原理：對于前伸/回縮氣缸，當左側無桿腔進氣，右側有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升/下降氣缸，當上側無桿腔進氣，下側有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。2、擺動氣缸輸出回轉擺動式擺動氣缸分為單葉片式和雙葉片式。單葉片式擺動氣缸：壓縮空氣由進氣口輸入，作用在葉片上，帶動軸回轉產(chǎn)生轉矩，另一腔的空氣從排氣口排出。雙葉片式擺動氣缸：