機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文基于PLC的物料分揀機械手自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

1、機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文-基于plc的物料分揀機械手自動化控制系統(tǒng)設(shè)計 目 錄目 錄i摘 要ivabstractv第一章 前言111 研究的目的及意義112 機械手在國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢113 主要研究的內(nèi)容214 解決的關(guān)鍵問題3第二章 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇421執(zhí)行機構(gòu)坐標形式的選擇422 執(zhí)行機構(gòu)的組成623 執(zhí)行機構(gòu)各部分的分析與選擇6com 手部的選擇6com 手臂結(jié)構(gòu)的選擇8com 機座結(jié)構(gòu)的選擇924 執(zhí)行機構(gòu)的工作原理1025執(zhí)行機構(gòu)簡圖10第三章 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇1231 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇1232 機械手驅(qū)動系統(tǒng)的控制設(shè)計1333 氣動元件選取及工作原理14

2、com 氣源裝置14com 執(zhí)行元件15com 控制元件16com 輔助元件17com 真空發(fā)生器18com 吸盤1834 氣動回路的工作原理18第四章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計2241 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)2242 控制系統(tǒng)的性能要求2243 傳感器的選擇23com 位置檢測裝置23com 滑覺傳感器23com 視覺傳感器2444 控制系統(tǒng)plc的選型及控制原理25com plc控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則25com plc種類及型號選擇30com io點數(shù)分配30com plc外部接線圖32com 機械手控制原理3245 plc程序設(shè)計34com 總體程序框圖34com 初始化及報警程序36com 手動

3、控制程序37com 自動控制程序39第五章 總結(jié)與展望42參考文獻43致 謝44附 錄45摘 要 機械手在先進制造領(lǐng)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可以實現(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(yīng)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(chǔ)上結(jié)合機械手方面的設(shè)計對機械手技術(shù)進行了系統(tǒng)的分析提出了用氣動驅(qū)動和plc控制的設(shè)計方案采用整體化的設(shè)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(jié)構(gòu)執(zhí)行結(jié)構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行了分析和設(shè)計在其驅(qū)動系統(tǒng)中采用氣動驅(qū)動控制系統(tǒng)中選擇plc的控制單元

4、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(shè)計方案對其他經(jīng)濟型plc控制系統(tǒng)的設(shè)計也有一定的借鑒價值關(guān)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abstract manipulator plays an extremely important role in the field of advanced manufacturing it can carry goods sort materials and do heavy works instead of the hu

5、man being it also can realize mechanization and automation of the production do the jobs in harmful environment to protect the personal safety so it is widely used in metallurgy machinery manufacturing electronics light industry and atomic energy etcin this paperby reviewing the developmental status

6、 of the manipulator in recent years combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator we proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by plc integrative idea was adopted in this design to fully cons

7、ider the characteristics of the software and hardware and complementary optimization we analyzed and designed the overall structure the implementation of structural driving system and control system of the manipulator we used pneumatic-driven in the driving system plc control unit in the control sys

8、tem to complete initialization of the system manipulators moving failure alarm and so on finally we put forward a control strategy which is simple easy to realize and clear theoretical significance through the work above a practical economical high-reliability sorting material manipulator was design

9、ed which also had certain reference value for the other types of economical plc control system design key words manipulator pneumatic-driven programmable logic controller plc automatic controlsorting materials第一章 前言11 研究的目的及意義機械手作為前沿的產(chǎn)品應(yīng)自動化設(shè)備更新時的需要可以大量代替單調(diào)往復(fù)或高精度需求的工作在先進制造領(lǐng)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

10、繁重勞動可以實現(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(yīng)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(yīng)自動化設(shè)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(yīng)用它可以搬運貨物分揀物品用以代替人的繁重及單調(diào)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(yīng)用于機械制造冶金電子輕工業(yè)和原子能等部門 可編程控制器 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(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

11、有體積小可靠高故障率低動作精度高等優(yōu)點適應(yīng)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?qū)Σ煌伾奈锪习搭A(yù)先設(shè)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(yīng)用于柔性生產(chǎn)線采用plc控制是一種預(yù)先設(shè)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(diào)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(wù)時可以允許方便的改動或重新設(shè)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(zhuǎn)換工作的費用本設(shè)計主要完成機械手的硬件部分與軟件部分設(shè)計主要包括執(zhí)行系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計12 機械手在國內(nèi)外

12、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 機械手最早應(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(diào)重復(fù)勞動提高勞動生產(chǎn)率保證產(chǎn)品質(zhì)量目前主要應(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(yīng)用領(lǐng)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kukacl

13、oos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(yīng)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(dāng)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(wù)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(lǐng)域得到了應(yīng)用從傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域延伸如采礦機器人建筑業(yè)機器

14、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(wù)等領(lǐng)域機械手的應(yīng)用也越來越多在未來幾年傳感技術(shù)激光技術(shù)工程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會被廣泛應(yīng)用在機械手工作領(lǐng)域這些技術(shù)會使機械手的應(yīng)用更為高效高質(zhì)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(shù)和產(chǎn)業(yè)教育救災(zāi)海洋開發(fā)機器維修交通運輸和農(nóng)業(yè)水產(chǎn)等領(lǐng)域得到應(yīng)用13 主要研究的內(nèi)容隨著機械手技術(shù)的飛速發(fā)展和機械手應(yīng)用領(lǐng)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(gòu)件組成是機械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體

15、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(shè)計主要是對機械手的手部手臂和機座進行設(shè)計物料分揀機械手驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇 驅(qū)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(qū)動方式的比較本設(shè)計選擇氣壓驅(qū)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(shè)計和氣動原理圖的繪制物料分揀機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計 控制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng)它控制驅(qū)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io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14 解決的關(guān)鍵問題1 解

16、決機械手機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題要求機械手結(jié)構(gòu)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(diào)問題4 元件的匹配規(guī)則和知識的獲取及其表達形式5 傳感器的類型選擇第二章 執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇機器手的執(zhí)行結(jié)構(gòu)是機械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體執(zhí)行機構(gòu)的布局類型直接影響到機械手的工作性能執(zhí)行機構(gòu)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(guān)節(jié)式下面就各型式機械手作簡單的分析對比1直角坐標式機械手直角坐標式機械手是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合使用的一種機械手它的手臂可

17、作伸縮左右和上下移動按直角坐標形式xyz三個方向的直線進行運動其工作范圍可以是一個直線運動兩個直線運動或三個直線運動如在xyz三個直線運動方向上個具有abc三個回轉(zhuǎn)運動即構(gòu)成六個自由度直角坐標式機械手的優(yōu)點1 產(chǎn)量大節(jié)拍短能滿足高速的要求 2 容易與生產(chǎn)線上的傳送帶和加工裝配機械相配合3 適于裝箱類多工序復(fù)雜的工作定位容易變更4 定位精度高載重發(fā)生變化是不回影響精度5 易于實行數(shù)控可與開環(huán)或閉環(huán)數(shù)控機械配合使用缺點機械手的作業(yè)范圍較小2圓柱坐標式機械手圓柱坐標式機械手是應(yīng)用最多的一種型式它適用于搬運和測量工件具有直觀性好結(jié)構(gòu)簡單本體占用的空間較小而動作范圍較大等優(yōu)點圓柱坐標式機械手的工作范圍可

18、分為一個旋轉(zhuǎn)運動一個直線運動加一個不在直線運動所在的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動二個直線運動加一個旋轉(zhuǎn)運動圓柱坐標式機械手有五個基本動作1 手臂水平回轉(zhuǎn)2 手臂伸縮3 手臂上下4 手臂回轉(zhuǎn)動作5 手爪夾緊動作 圓柱式機械手的特點是在垂直導(dǎo)柱上裝有滑動套筒手臂裝在滑動套筒上手臂可做上下直線運動和水平面內(nèi)做圓弧狀的左右擺動3球坐標式機械手球坐標式機械手是一種自由度較多用途較廣的機械手它的工作范圍包括一個旋轉(zhuǎn)運動二個旋轉(zhuǎn)運動二個旋轉(zhuǎn)運動加一個直線運動球坐標式機械手可實現(xiàn)八個動作1 手臂上下動作即俯仰動作2 手臂左右動作即回轉(zhuǎn)動作3 手臂前后動作即伸縮動作4 手腕上下彎曲5 手腕左右擺動6 手腕旋轉(zhuǎn)運動7 手爪夾

19、緊動作8 機械手的整體移動球坐標式機械手的特點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作它的臂可作伸縮橫向水平擺動還可以上下擺動工作范圍和人的手類似它的特點能能自動選擇最合理的動作路線所以工作效率高另外由于上下擺動它的相對體積小動作范圍大4關(guān)節(jié)式機械手關(guān)節(jié)式機械手是一種適用于靠近機體操作傳動型式它像人手一樣有肘關(guān)節(jié)可以實現(xiàn)多個自由度動作比較靈活適于在狹窄的空間工作關(guān)節(jié)式機械手早在四十年代就在原子能工業(yè)中得到應(yīng)用隨后在開發(fā)海洋中應(yīng)用有一定的發(fā)展前途關(guān)節(jié)式機械手有大臂和小臂的擺動以及肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的運動它還具有上肢結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)近似于人手操作的機能為具有近似人手的操作機能需要

20、研制最合適的結(jié)構(gòu)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(fù)雜程度以及經(jīng)濟情況等方面來考慮本設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)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(jié)構(gòu)都比較復(fù)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(zhuǎn)動等動作可以將手臂回轉(zhuǎn)動作改換成機械手的整體轉(zhuǎn)動就可以滿足本設(shè)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(jié)構(gòu)只是進

21、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22 執(zhí)行機構(gòu)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手部 是機械手直接握持工件或工具的部分臂部 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立柱 支承手臂并帶動它升降擺動和移動的機構(gòu)機座 是機械手用來支撐臂部并安裝驅(qū)動裝置及其他裝置的部分23 執(zhí)行機構(gòu)各部分的分析與選擇com 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由于被握持的工件的形狀尺寸重量材質(zhì)及表面狀態(tài)的不同手部機構(gòu)也是多種多樣常用的手部結(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)機械廣泛應(yīng)用的一種手部形式它主要由

22、手指傳動機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)組成其又可分為內(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作方向相反夾持式手部設(shè)計時應(yīng)注意以下事項手指應(yīng)有一定的開閉范圍手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力要保證工件在手指內(nèi)的定位精度結(jié)構(gòu)緊湊重量輕效率高通用性和可換性 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)生真空或負壓利用壓差而將工件吸附是工業(yè)機械手常用的一種吸持工件的裝置它由吸盤吸盤架及進排氣系統(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氣吸式又可分為負壓吸

23、盤真空式噴氣式自擠式空氣吸盤磁力吸盤永磁吸盤電磁吸盤 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噴氣式吸附的工作原理是當(dāng)壓縮空氣高速進入噴嘴時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到臨界速度此時的氣體受壓密度加大在排氣管路中因界面逐漸增大氣流膨脹減壓而使密度大大下降致使氣流速度繼續(xù)增高在吸氣口處形成負壓吸附頭與吸氣口連同故形成真空以吸住工件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磁吸式手部不會破壞被吸附表面質(zhì)

24、量但是由于被吸工件存在剩磁吸附頭上常吸附磁性屑影響正常工作通過以上對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械手的正常工作等優(yōu)點而且滿足所設(shè)計機械手的要求所以選用真空式吸盤真空吸盤機構(gòu)如圖21所示圖21 吸盤機構(gòu)圖com 手臂結(jié)構(gòu)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(gòu)手臂一般有三個運動伸縮旋轉(zhuǎn)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 1 手臂的組成動作元件如油缸汽缸齒條凸輪等是驅(qū)動手臂運動的部件導(dǎo)向裝置是保證手臂的正確方向及承受由工件的重量所產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩手臂起著連接和承受外力的作用 2手臂設(shè)計

25、的要求手臂承載能力大剛性好自重輕手臂的運動速度要適當(dāng)慣性要小手臂的動作要靈活位置精度要高通用性要強3手臂的結(jié)構(gòu) 手臂的伸縮和升降運動一般采用直線油氣缸驅(qū)動 手臂作直線運動的結(jié)構(gòu)基本上是由驅(qū)動機構(gòu)和導(dǎo)向裝置所組成驅(qū)動機構(gòu)一般用油缸油馬達加齒輪齒條來實現(xiàn)直線運動往復(fù)直線油氣缸可以分為以下幾種雙作用單活塞桿油缸液壓機械手中實現(xiàn)手臂的往復(fù)運動用得最多的是雙作用單活塞桿油缸活塞在油壓下作雙向運動機構(gòu)上可以是油缸體固定活塞桿運動也可以是活塞桿固定而缸體運動雙作用雙活塞桿油缸當(dāng)需要很大的行程時將油缸做的很長體積很大則加工上有困難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其缺點是一次行程有兩種速度

26、絲桿螺母機構(gòu)該機構(gòu)傳動的特點是易于自鎖但傳動效率低如采用滾珠絲杠效率可以提高但因其較長制造比較困難本機械手的手臂有往復(fù)的直線運動不需要很大的行程考慮到結(jié)構(gòu)的簡單性和設(shè)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4導(dǎo)向裝置機械手手臂在進行伸縮運動時為防止手臂沿伸縮方向向中軸線轉(zhuǎn)動加大承載能力以及提高運動精度必須設(shè)有導(dǎo)向裝置手臂的導(dǎo)向裝置系根據(jù)安裝形式結(jié)構(gòu)及負荷等條件來確定常用的有單導(dǎo)向桿和雙導(dǎo)向桿本設(shè)計中伸縮運動中選用雙導(dǎo)向桿com 機座結(jié)構(gòu)的選擇 機座是機械手的基礎(chǔ)部分機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上是支撐起機械手全部重量的構(gòu)件對其結(jié)構(gòu)的要求是剛性好占地面積小操作維修方便

27、和造型美觀機座結(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可移動式的機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(shè)計要求選用落地固定式機座機座的結(jié)構(gòu)與機械手的總體布置有關(guān)對專用機械手而言傳動和控制部分通常是單獨布置故機座比較簡單或不設(shè)機座對通用機械手而言傳動部分布置在機架內(nèi)部或后下方控制部分則布置在機座的后上方或單獨布置一個控制箱物料分揀機械手手臂需要一個旋轉(zhuǎn)模塊擺動氣缸就要固定在機座上如果水平缸垂直缸和手部機構(gòu)直接安裝到擺動氣缸的輸出軸上機構(gòu)雖然簡單但擺動氣缸的軸向受力增大對氣缸的自身要求較高并易造成擺動氣缸的損壞

28、同時機械手本身重心偏離立柱軸線以及各氣缸運動產(chǎn)生的沖擊都形成作用在擺動氣缸轉(zhuǎn)動軸上的傾覆力矩所以采用一個連接組件將機械手立柱以上的重量和傾覆力矩由機架來承擔(dān)連接組件主要由四部分組成雙向推力球軸承底座轉(zhuǎn)臺和扣罩如圖22所示選擇雙向推力球軸承而不是單向的因為機座與轉(zhuǎn)臺在軸向上無法直接連接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)臺連接外環(huán)用罩扣固定在底座上另外推力球軸承應(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 1底座 2擺動氣缸 3雙向推力球軸承 4扣罩 5轉(zhuǎn)臺圖22機座結(jié)構(gòu)圖24 執(zhí)行機構(gòu)的工作原理物料分揀機械手的結(jié)構(gòu)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

29、缸進行驅(qū)動手臂及吸盤采用單活塞桿雙作用氣缸驅(qū)動機械手的動作基本有伸縮升降左右旋轉(zhuǎn)吸物和放物等動作其結(jié)構(gòu)原理如圖22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)的執(zhí)行機構(gòu)簡圖根據(jù)前面機械手各部分的設(shè)計可做出機械手大體結(jié)構(gòu)簡圖如圖23所示大圖見cad圖 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 擺動氣缸 b前伸回縮氣缸 c上升下降氣缸 d 真空吸盤 圖23 執(zhí)行機構(gòu)簡圖第三章 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇機械手的驅(qū)動系統(tǒng)

30、是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置機械手的驅(qū)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(qū)動方式31 驅(qū)動系統(tǒng)的分析與選擇液壓驅(qū)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(qū)動控制精度高驅(qū)動力較大響應(yīng)快信號檢測傳遞處理方便但是由于這種驅(qū)動方式價格昂貴限制了在一些場合的應(yīng)用因此人們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅(qū)動方式氣壓驅(qū)動具有價格低廉結(jié)構(gòu)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(yīng)用較多另一方面氣動技術(shù)作為廉價的自動化技術(shù)由于其元器件性能的不斷

31、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)域在現(xiàn)代化的成套設(shè)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(shè)備50的自動操機40的鍛造設(shè)備和洗衣設(shè)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(shù)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表31給出了各種控制方式的比較表31 各種控制方式的比較通過以上三種驅(qū)動方式的比較選用氣動驅(qū)動的方式不

32、僅能夠滿足了本設(shè)計的要求而且節(jié)約了成本32 機械手驅(qū)動系統(tǒng)的控制設(shè)計根據(jù)物料分揀機械手的要求在驅(qū)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(qū)動系統(tǒng)原理圖如圖31所示圖31 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)速閥消聲器若干等圖中的調(diào)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33 氣動元件選取及

33、工作原理氣壓驅(qū)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(zhì)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com 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(shè)備它將原動機提供的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能氣壓傳動對氣源的要求要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量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(shè)備按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為速度型和容積型兩大類容積型壓縮機是利用特殊形狀的轉(zhuǎn)子或活塞壓縮吸入封閉容積室空氣的體積來增加空

34、氣的壓力容積型結(jié)構(gòu)簡單使用方便本設(shè)計選用容積型壓縮機2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一步分離油水雜質(zhì)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(shè)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com 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機械運動并將氣體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置如氣缸輸出直線往復(fù)式機械能擺動氣缸輸出回轉(zhuǎn)擺動式機械能 1氣缸輸出直線往復(fù)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(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列

35、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(dāng)左側(cè)無桿腔進氣右側(cè)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(dāng)上側(cè)無桿腔進氣下側(cè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩另一腔的空氣從排氣口排出雙葉片式擺動氣缸從進氣口進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)這樣雙葉片式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將是單葉片式的2倍本設(shè)計采用雙葉片式擺動氣缸這樣就能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩

36、以利于機械手的轉(zhuǎn)動com 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方向使氣動執(zhí)行機構(gòu)獲得必要的力動作速度和改變運動方向并按規(guī)定的程序工作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1壓力控制閥調(diào)節(jié)和控制壓力大小的氣動元件稱為壓力控制閥它包括調(diào)壓閥溢流閥順序閥及多功能組合閥調(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)定的壓力控制閥溢流閥是在回路中的壓力達到閥的規(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)速閥是根據(jù)流量負反饋原理設(shè)計而成的單路流量閥調(diào)速閥一般用于執(zhí)行元件負載變化大而運動速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中調(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)

37、流閥兩種主要類型本設(shè)計選用串聯(lián)減壓式調(diào)速閥2方向控制閥方向控制閥是改變壓縮空氣流動方向和氣流通斷狀態(tài)使氣動執(zhí)行元件的動作或狀態(tài)發(fā)生變換的控制閥其通?？煞譃閱蜗蛐涂刂崎y和換向型控制閥兩類 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在氣動系統(tǒng)中單向閥除單獨使用之外經(jīng)常與流量閥換向閥和壓力閥組合成只能單向控制的閥單向調(diào)速閥就是單向閥與節(jié)流閥并聯(lián)而成單向調(diào)速閥是把節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分當(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現(xiàn)流體反向自由流動

38、當(dāng)正向流動時經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流當(dāng)反向流動時單向閥打開不節(jié)流 2 換向型控制閥 換向型方向控制閥按控制方式分類分為氣壓控制電磁控制人力控制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)系實現(xiàn)接通切斷或改變流體方向的閥它的用途很廣種類也很多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)無沖擊按換向閥的操縱方式有手動式機動式電磁式液動式電液動式氣動式按工作位置數(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本設(shè)計選用三位四通電磁換向閥理由如下 電磁換向閥是利用電磁鐵吸力推動閥芯來改變閥的工作位置由于它操

39、作輕便易于實現(xiàn)自動化因此應(yīng)用廣泛當(dāng)三位四通電磁換向閥兩端電磁鐵都斷電時閥芯處于中位各口互不相通使用三位四通電磁換向閥能夠快速實現(xiàn)氣缸的正反向運動com 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可分為氣源凈化裝置和其他輔助元件兩大類1氣源凈化裝置過濾器調(diào)壓閥和油霧器等組合在一起稱為空氣處理單元又稱為氣動三聯(lián)件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空氣處理單元就是用來清除壓縮空氣的雜質(zhì)提高空氣質(zhì)量的元件2消聲器消聲器是降低排氣噪聲的裝置壓縮空氣完成驅(qū)動工作后由換向閥的排氣口排入大氣此時的壓縮空氣是以接近音速的狀態(tài)

40、進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80db100db為了改善勞動條件應(yīng)使用消聲器常用的消聲器有三種類型吸收型膨脹型和吸收膨脹型吸收型消聲器是依靠吸聲材料來消聲的膨脹型消聲器的結(jié)構(gòu)比較簡單相當(dāng)于一段比排氣口徑大的管件當(dāng)氣流通過時讓氣流在其內(nèi)部擴散膨脹碰壁撞擊反射相互干涉而消聲吸收膨脹型消聲器是上述兩種的結(jié)合氣流由斜孔引入氣流束相互撞擊干涉進一步減速再通過設(shè)在消聲器內(nèi)表面的吸聲材料消聲最后排向大氣本設(shè)計選用膨脹型消聲器com 真空發(fā)生器真空發(fā)生器的作用主要是使吸盤的橡膠皮碗形成真空而將工件吸附真空發(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

41、在卷吸流動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com 吸盤吸盤是直接吸吊物體的元件一般用橡膠做成真空吸盤之所以能吸附在工件上的原因是由于環(huán)境壓力大氣壓力大于吸盤與工件之間的壓力將吸盤與真空發(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34 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(guān)實現(xiàn)氣缸的往復(fù)運動

42、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 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(diào)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(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 2 水平氣缸的伸出 當(dāng)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(guān)使二位五通電磁換向閥12的5ya斷電擺動氣缸旋轉(zhuǎn)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

43、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 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(diào)速閥17氣缸b的無桿腔排氣路線氣缸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排出吸物 小臂氣缸下降到指定位置時撞

44、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(guān)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(diào)速閥18氣缸b的有桿腔排氣路

45、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 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(guān)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(diào)速閥16氣缸a的有桿腔排氣路線氣缸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 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(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作停止經(jīng)時間繼

46、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(diào)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(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 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(zhuǎn)限位開關(guān)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(diào)速閥17氣缸b的無桿腔排氣路線氣缸b的有

47、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 9 放物 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(diào)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(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

48、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(diào)速閥18氣缸b的有桿腔排氣路線氣缸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 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(guān)接通復(fù)位按鈕回到初始位置重復(fù)以上動作第四章 控制系統(tǒng)的分析設(shè)計機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計是整個機械手設(shè)計的關(guān)鍵和核心它在結(jié)構(gòu)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(dāng)前機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41 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)機械手

49、的控制系統(tǒng)一般是使機械手運動協(xié)調(diào)為目的包括高性能的計算機及相應(yīng)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(wù)控制器機械手是由各種機構(gòu)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(wù)是指機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)于機械手的大腦它以計算機或?qū)Ｓ每刂破鬟\行程序的方式來完成給定的任務(wù)控制系統(tǒng)的硬件一般包括3個部分感知部分 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

50、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)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(yīng)的接口等驅(qū)動部分 為了使機械手完成操作及移動功能機械手各關(guān)節(jié)可選用氣動液動電氣等方式驅(qū)動42 控制系統(tǒng)的性能要求對于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動后其運動性能從偏離平衡點恢復(fù)到原平衡點狀態(tài)的能力穩(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 過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)時具有較小的超調(diào)和震蕩性系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時

51、間表示系統(tǒng)過渡過程的快速程度穩(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)輸出量與實際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小說明控制精度越高因此穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項重要指標控制系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)之一就是在兼顧其他性能指標的情況下使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個允許的限制值43 傳感器的選擇 傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器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)的動作提供信息根據(jù)本設(shè)計的要求需要對位置檢測裝置滑覺傳感器視覺傳感器進行選用位置檢測裝置檢測機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械手對物料

52、的識別com 位置檢測裝置在本設(shè)計中當(dāng)機械手執(zhí)行左旋右旋前伸回縮上升下降等動作時應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測裝置檢測動作是否到位常用的位置檢測裝置是行程開關(guān)行程開關(guān)又稱限位開關(guān)是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器用于控制機械設(shè)備的行程及限位保護在實際生產(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)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時行程開關(guān)的觸點動作實現(xiàn)電路的切換行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式滾輪式微動式和組合式本設(shè)計中采用直線接觸式行程開關(guān)檢測機械手動作是否到位當(dāng)運動到指定位置時碰到行程開關(guān)終結(jié)上一個動作準備執(zhí)行下一個動作com 滑覺傳感器機械手吸取物體時按吸力的大小可分為硬吸取和軟吸取硬吸取是吸盤

53、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到修正吸力防止吸取物的滑動滑動傳感器主要用于檢測物體接觸面直接的相對運動的大小和方向判斷是否吸住物體以及應(yīng)用多大的吸力等com 視覺傳感器 機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進行識別本機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行揀出 目前用于顏色識別的傳感器有兩種基本類型1色標傳感器它使用一個白熾燈光源或單色led光源2rgb紅綠藍

54、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典型的輸出有npn和pnp繼電器和模擬輸出 1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)換成光電流可以使用外部電路將光電流轉(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 優(yōu)點 設(shè)計靈活可以針對各個應(yīng)用訂制放大器的增益和帶寬及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的速度和分辨率缺點 增加了組裝成本提高了設(shè)計復(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

55、 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跨阻抗放大器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 優(yōu)點簡化外設(shè)電路設(shè)計改善空間利用效率降低組裝成本 缺點響應(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)計精良的應(yīng)用 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線串行接口以進一步處理信號而不需額外的器件優(yōu)點 提供抗噪聲干擾能力簡化外圍電路設(shè)計改善空間利用率降低組裝成本 缺點 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)計精良的應(yīng)用 2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)濟效益綜合