基于物料分拣机械手自动控制新版专业系统设计.doc

毕 业 设 计

题目
PLC机械手物料分拣控制毕业设计
系别
机电系　
专业
　　 机电一体化　　　　
班级
机电1301班
姓名
党海旺
学号
0045
指引教师
冯飞
日期
4月

基于PLC物料分拣机械手自动控制系统设计
摘 要：机械手是一种按固定程序抓取、搬运物件或操作工具自动操作装置。重要有手部、运动机构和控制系统三大某些构成。本文在阐述其构造和工作原理基本上，提出了用气动驱动和PLC控制设计方案。以三菱FX2N系列可编程控制器为控制器设计机械手工作控制系统，给出了输入输出分派表，并选取了相应传感器，采用气动驱动，得到了可编程控制器外部硬件接线图，给出了相应梯形图和指令表，实现对机械手自动控制、故障报警等功能。
核心词：机械手；气动控制；PLC；自动化控制；物料分拣

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 composes 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；pneumatic-driven；programmable logic controller；automatic control；sorting materials

引 言
随着工业高速发展，机械手作为前沿产品应自动化设备更新时需要，已经在工业生产中得到了广泛应用。它可以搬运货品、分拣物品、用以代替人繁重及单调劳动，实现生产机械化和自动化；并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。
可编程控制器(PLC)是以中央解决器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具备可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简朴、功耗低等长处，已成为当前在机械手控制系统中使用最多控制方式。使用PLC自动控制系统具备体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等长处。
在将来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手应用更为高效，高质，运营成本低。据猜测，此后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教诲、救灾、海洋开发、机器维修、交通运送和农业水产等领域得到应用。
随着机械手技术飞速发展和机械手应用领域不断深化，不但规定其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好，还要其成本低、可开发经济性强。
适应工业需要，本课题试图开发PLC对物料分拣机械手控制，并借助必要精密传感器，使其可以对不同颜色物料按预先设定程序进行分拣，动作灵活多样，合用于可变换生产品种中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制，是一种预先设定程序进行物料分拣自动化装置，可某些代替人工在高温和危险作业区进行单调持久作业，并且在产品变化或暂时需要对机械手进行新分派任务时，可以容许以便改动或重新设计其新部件，而对于位置变化时，只要重新编程，并能不久地投产，减少安装和转换工作费用。本设计重要完毕机械手硬件某些与软件某些设计。重要涉及执行系统、驱动系统和控制系统设计。

第1章 绪论
1.1 机械手在国内外现状和发展趋势
机械手最早应用在汽车制造工业，惯用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人手足和大脑功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中工作；代替人完毕繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。当前重要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可构成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产发展，功能和性能不断改进和提高，机械手应用领域日益扩大。
当前，国际上机械手公司重要分为日系和欧系。日系中重要有安川、OTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司产品。欧系中重要有德国KUKA、CLOOS、瑞典ABB、意大利C0毗U及奥地利工GM公司。
国内机械手起步于20世纪70年代初期，通过30近年发展，大体经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代开发期和90年代应用化期。在国内，机械手市场份额大某些被国外机械手公司占据着。在国际强手面前，国内机械手公司面临着相称大竞争压力。如今国内正从一种“制造大国”向“制造强国”迈进，中华人民共和国制造业面临着与国际接轨、参加国际分工巨大挑战，对国内工业自动化提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新动力。
随着机械手发展深度和广度以及机器人智能水平提高，机械手已在众多领域得到了应用。从老式汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手应用也越来越多。
随着工业高速发展，机械手作为前沿产品应自动化设备更新时需要，已经在工业生产中得到了广泛应用[1]。
机械手发展趋势：
1. 重复高精度
重复高精度是指如果重复多次，机械手到达同样位置精准限度。重复精度比精度更重要，如果一种机器人定位不够精准，普通会显示一种固定误差，这个误差是可以预测，因而可以通过编程予以校正。重复精度限定是一种固定误差，它通过一定次数地重复运营机器人来测定。随着微电子技术和当代控制技术发展，以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统成套化。气动机械手重复精度将越来越高，它应用领域也将更辽阔。

2. 模块化
模块化拼装机械手比组合导向驱动装置更具备灵活地安装体系。它集成电路接口和带有电缆及气管导向系统装置，使机械手运动自如。
3. 无给油化
为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业无污染规定，不加润滑脂不供油润滑元件已经问世。随着材料技术进步，新型材料（如烧结金属石墨材料）浮现，构造特殊且用自润滑材料制成无润滑元件不但节约润滑油、不污染环境，并且系统简朴、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。
4. 机电一体化
有“可编程序控制器-传感器-气动元件”构成典型控制系统依然是自动化技术重要方面；发展与电子技术相结合自适应控制气动元件，使气动技术从“开关技术”进入到高精度“反馈控制”；省去配线复合集成系统，不但减少配线、配管和元件，并且拆装简朴，大大提高了系统可靠性[2]。
1.2 PLC应用现状和发展趋势
可编程控制器(PLC)是以中央解决器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具备可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简朴、功耗低等长处，已成为当前在机械手控制系统中使用最多控制方式。使用PLC自动控制系统具备体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等长处。
当前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运送、环保及文化娱乐等各个行业。使用状况大体可归纳为6类：开关量逻辑控制、运动控制、过程控制、数据解决、通讯及联网。
1． 开关量逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛应用领域，它取代老式继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备控制，也可用于多机群控制及自动化流水线。
2． 模仿量控制
在工业生产过程当中，有许多持续变化量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模仿量。为了使可编程控制器解决模仿量，必要实现模仿量（Analog）和数字量（Digital）之间A/D转换及D/A转换。
3． 运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动控制。从控制机构配备来说，初期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，当前普通使用专用运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机单轴或多轴位置控制模块。
4． 过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模仿量闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样控制算法程序，完毕闭环控制。PID调节是普通闭环控制系统中用得较多调节办法。大中型PLC均有PID模块，当前许多小型PLC也具备此功能模块。PID解决普通是运营专用PID子程序[3]。
5． 数据解决
当代PLC具备数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完毕数据采集、分析及解决。这些数据可以与存储在存储器中参照值比较，完毕一定控制操作，也可以运用通讯功能传送到别智能装置，或将它们打印制表。数据解决普通用于大型控制系统，如无人控制柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中某些大型控制系统。
6． 通讯及联网
PLC通信含PLC间通信及PLC与其他智能设备间通信。随着计算机控制发展，工厂自动化网络发展得不久，各PLC厂商都十分注重PLC通信功能，纷纷推出各自网络系统。新近生产PLC都具备通信接口，通信非常以便。
PLC发展趋势：
（1）产品规模向大、小两个方向发展
大：I/O点数达14336点、32位为微解决器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化；
小：由整体构造向小型模块化构造发展，增长了配备灵活性，减少了成本；
（2）PLC在闭环过程控制中应用日益广泛；
（3）不断加强通讯功能；
（4）新器件和模块不断推出高档PLC除了重要采用CPU以提高解决速度外，还带有解决器EPROM或RAM智能I/O模块、高速计时模块、远程I/O模块等专用化模块；
（5）编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向原则化有各种简朴或复杂编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语言表等编程语言，亦有高档PLC指令系统；
（6）发展容错技术采用设备并行工作、多数表决工作方式；
（7）追求软硬件原则化。
1.3 重要研究内容及解决问题
本论文重要研究物料分拣机械手如下几种方面内容：
1．物料分拣机械手执行系统分析与选取
执行系统是由传动部件与机械构件构成，是机械手赖以实现各种运动实体。重要涉及机身、手臂、末端执行器3某些构成，其中每一某些都可以具备若干自由度。执行系统设计重要是对机械手手部、手臂和机座进行设计。
2．物料分拣机械手驱动系统分析与选取
驱动系统是向执行系统各某些提供动力装置。通过对液压、气压、电气三种驱动方式比较，本设计选取气压驱动方式。内容涉及气动元件选取及其工作原理、气动回路设计和气动原理图绘制。
3．物料分拣机械手控制系统设计
控制系统是机械手指挥系统，它控制驱动系统，让执行系统按规定规定和时序进行工作。本机械手采用可编程控制器（PLC）对机械手进行控制，重要涉及对PLC型号选取、传感器类型进行选取、I/O口选取、对控制系统原理图、自动程序梯形图绘制等内容。
解决核心问题：
1. 执行系统：机械手机械构造设计问题，规定机械手构造简朴、经济、具备一定代表性；
2. 驱动系统：气压驱动原理；
3. 控制系统：PLC选型及程序编制；
4. 检测系统：传感器选取与配备。

第2章 机械手构造分析与选取
2.1 机械手概念和基本特点
国内国标(GB/T 12643-90)对机械手定义:“具备和人手臂相似动作功能，可在空间抓放物体，或进行其他操作机械装置。”
机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。专用机械手作为整机附属某些，动作简朴，工作对象单一，具备固定(有时可调)程序，使用大批量自动生产。如自动生产线上上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置。通用机械手是一种具备独立控制系统、程序可变、动作灵活多样机械手。它合用于可变换生产品种中小批量自动化生产。它工作范畴大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。
机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备。机械手是机器人一种重要分支。它特点是可通过编程来完毕各种预期作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自长处，特别体现了人智能和适应性。机械手作业精确性以及在各种环境中可以完毕作业能力，使之在国民经济各领域有着辽阔发展前景。
　　机械手重要由手部和运动机构构成。手部是用来抓持工件（工具）部件，依照被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业规定而有各种构造形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完毕各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定动作，变化被抓持物件位置和姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手自由度。而机械手是一种可以自动化定位控制并可以重新编程以变化动作多功能机器，它有各种自由度，可用来搬运物体以完毕在各个不同环境中工作。为了抓取空间中任意位置和方位物体需有6个自由度。自由度是机械手设计核心参数。自由度越多，机械手灵活性越大通用性越广其构造也越复杂。普通专用机械手有2～3个自由度。
机械手种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按合用范畴可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和持续轨迹控制机械手等。在工业生产中应用机械手被称为工业机械手。
机械手通惯用作机床或其她机器附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，普通没有独立控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品主从式操作手也常称为机械手。
机械手是工业自动控制领域中经常遇到一种控制对象。机械手可以完毕许多重要工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。应用PLC控制机械手实现各种规定工序动作，可以简化控制线路，节约成本，提高劳动生产率。
自动物料分拣装置机械手采用模块化设计，通过PLC控制机械手自动分料。而通过PLC控制机械手移动和准拟定位控制物料分拣，以缩短生产节拍，提高生产效率。具备结实、高速和良好可操作性。可进行大批量产品自动化生产；可以组合多台机床或其她设备，成为具备不同生产流程自动化生产线，具备效率高、构造简朴紧凑、造型新颖美观、重量轻特点[4]。
物料分拣机械手各个系统如图2.1所示，由控制系统、驱动系统、执行机构、抓取工件、位置检测装置构成[5]。

控制系统 驱动系统 执行机构 抓取工件

位置检测装置
图2.1 机械手构成方框图
依照工作目和规定并査取有关资料，拟定物料分拣机械手行程：
旋转角：90度；
水平伸缩行程：0.5米；
垂直伸缩行程：0.4米。
2.2 机械手执行机构设计
机器手执行构造是机械手赖以实现各种运动实体。执行机构布局类型直接影响到机械手工作性能。
2.2.1 执行机构坐标形式选取
机械手基本型式较多，按手臂坐标型式而言，重要有四种基本型式直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。下面就各型式机械手作简朴分析对比：
1．直角坐标式机械手
直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用一种机械手。它手臂可作伸缩、左右和上下移动，按直角坐标形式X、Y、Z三个方向直线进行运动。
其工作范畴可以是一种直线运动；两个直线运动或三个直线运动。此外在X、Y、Z三个直线运动方向上个具备A、B、C三个回转运动，即构成六个自由度。
直角坐标式机械手长处：
(1) 产量大，节拍短，能满足高速规定；
(2) 容易与生产线上传送带和加工装配机械相配合；
(3) 合用于装箱类、多工序复杂工作，定位容易变更；
(4) 定位精度高，载重发生变化也不回影响精度；
(5) 易于实行数控，可与开环或闭环数控机械配合使用。
缺陷：机械手作业范畴较小。
2．圆柱坐标式机械手
圆柱坐标式机械手是应用最多一种型式，它合用于搬运和测量工件。具备直观性好，构造简朴，本体占用空间较小，而动作范畴较大等长处。
圆柱坐标式机械手工作范畴可分为：一种旋转运动，一种直线运动，加一种不在直线运动所在平面内旋转运动；二个直线运动加一种旋转运动。
圆柱坐标式机械手有五个基本动作：
(1) 手臂水平回转；
(2) 手臂伸缩；
(3) 手臂上下；
(4) 手臂回转动作；
(5) 手爪夹紧动作。
圆柱式机械手特点是在垂直导柱上装有滑动套筒，手臂装在滑动套筒上，手臂可做上下直线运动和水平面内做圆弧状左右摆动。
3．球坐标式机械手
球坐标式机械手是一种自由度较多，用途较广机械手。它工作范畴涉及：一种旋转运动；二个旋转运动；二个旋转运动加一种直线运动。
球坐标式机械手特点是将手臂装在枢轴上，枢轴又装在叉形架上，能在垂直面内作圆弧状上下俯仰动作，它臂可作伸缩，横向水平摆动，还可以上下摆动，工作范畴和人手类似。它特点能能自动选取最合理动作路线。因此工作效率高。此外由于上下摆动，它相对体积小，动作范畴大。
4．关节式机械手
关节式机械手是一种合用于接近机体操作传动型式。它像人手同样有肘关节，可以实现各种自由度，动作比较灵活，适于在狭窄空间工作。关节式机械手，早在四十年代就在原子能工业中得到应用，随后在开发海洋中应用，有一定发展前程。
机械手型式选取一方面是从满足它运动规定方面进行考虑， 然后从机械手复杂限度以及经济状况等方面来考虑。本设计中机械手重要动作为机械手手臂左右移动，升降移动和机械手整体旋转。
直角坐标式机械手虽然具备手臂伸缩上下、左右直线运动等动作，但是不具备机械手整体旋转动作，因此不考虑用直角坐标式机械手。
球坐标式机械手和关节式机械手对动作规定方面足够满足规定，但是它们构造都比较复杂，有诸多动作是不必要，显得挥霍和增长了制导致本和难度[6]。
圆柱坐标式机械手能满足手臂伸缩、手臂上下、手臂回转动等动作。可以将手臂回转动作改换成机械手整体转动就可以满足本设计中机械手动作规定。这样修改并没有变化机械手总体构造，只是进行了局部变动，使得整个系统经济、实惠，因此拟定用圆柱坐标式机械手。
2.2.2 执行机构构成
工业机械手执行系统重要有如下机械某些构成：
1. 手部 是机械手直接握持工件或工具某些；
2. 臂部 是机械手用来支持腕部与手部实现较大运动范畴部件；
3. 立柱 支承手臂并带动它升降、摆动和移动机构；
4. 机座 是机械手用来支撑臂部，并安装驱动装置及其她装置某些。
2.2.3 执行机构各某些分析与选取
1．手部形式拟定
手部就是用来握持工件或工具某些。由于被握持工件形状、尺寸、重量、材质及表面状态不同，手部机构也是各种各样。惯用手部构造按其握持原理可以分为如下两类：
(1) 夹持式
夹持式手部构造与人手类似，是工业机械手广泛应用一种手部形式。它重要由手指、传动机构、驱动机构构成。其又可分为内撑式、外夹式和内外夹持式，区别在于夹持工件部位不同，手爪动作方向相反。
(2) 气吸式
气吸式手部又称为真空吸盘式手部，它是通过吸盘内产生真空或负压，运用压差而将工件吸附，是工业机械手惯用一种吸持工件装置。它由吸盘、吸盘架及进排气系统构成，具备构造简朴、质量轻、不易损伤工件、使用以便可靠等长处；但规定工件上与吸盘接触部位光滑平整、清洁、被吸附工件材质致密，没有透气空隙。重要适应于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、纸张及塑料等表面光滑工件抓取[7]。
（3）磁吸式
磁吸式手部是运用工件导磁性，运用永久磁铁或电磁铁通电后产生磁力来吸附材料工件。磁吸式手部不会破坏被吸附表面质量，但是由于被吸工件存在剩磁，吸附头上常吸附磁性屑，影响正常工作。

图2.2 吸盘机构图
通过以上对手某些析真空式具备构造简朴、质量轻、不损伤工件、使用以便、不影响机械手正常工作等长处。并且满足所设计机械手规定，因此选用真空式吸盘手部。
2．手臂构造选取
手臂是机械手重要某些，是支撑手腕、手指和工件并使它们运动机构。手臂普通有三个运动—伸缩、旋转和升降。手臂基本动作是将手部移动到所需位置和承受抓取工件最大重量，以及手臂自身重量。
手臂伸缩和升降运动普通采用直线油（气）缸驱动。
手臂作直线运动构造，基本上是由驱动机构和导向装置构成。驱动机构普通用油缸、油马达加齿轮、齿条来实现直线运动。
双作用单活塞杆油缸:液压机械手中实现手臂往复运动用得最多是双作用单活塞杆油缸。活塞在油压下作双向运动。机构上可以是油缸体固定、活塞杆运动；也可以是活塞杆固定，而缸体运动。
本机械手手臂有往复直线运动，不需要很大行程，考虑到构造简朴性和设计经济性，选用缸体固定活塞杆运动双作用单活塞杆气缸。
3．机座构造选取
机座是机械手基本某些，机械手执行机构各部件和驱动系统均安装于机座上，是支撑起机械手所有重量构件。对其构造规定是刚性好、占地面积小、操作维修以便和造型美观。
机座构造从形式上分为落地式和悬浮式，或分为固定式、可移动式和行走式。无论哪一种形式，机械手工作时机座一定予以固定。可移动式机座在停置时可以刹车定位，以保证机械手工作时位置精度。依照本机械手设计规定选用落地固定式机座。
5

4
3
2
1

图2.3 机座构造图
1—底座 2—摆动气缸 3—双向推力球轴承 4—扣罩 5—转台

机座构造与机械手总体布置关于，对专用机械手而言，传动和控制某些普通是单独布置，故机座比较简朴或不设机座。对通用机械手而言，传动某些布置在机架内部或后下方，控制某些则布置在机座后上方或单独布置一种控制箱。
物料分拣机械手手臂需要一种旋转模块，摆动气缸就要固定在机座上。连接组件重要由四某些构成：双向推力球轴承、底座、转台和扣罩。如图2.3所示。选取双向推力球轴承而不是单向，由于机座与转台在轴向上无法直接连接。采用双向推力球轴承就可以以便将轴承内环与转台连接，外环用罩扣固定在底座上。此外，推力球轴承应选取公称尺寸较大某些，这样可以更好承受倾覆力矩。
2.2.4 执行机构简图
依照前面机械手各某些设计，可作出机械手大体构造简图，如图2.4所示。
机械手基本构造由真空吸盘D、摆动气缸A、前伸/回缩气缸B、上升/下降气缸C、机座等构成。
该物料分拣机械手配有电控箱，电控箱与机械手主体分离，可实现远程控制。操作面板、电磁阀、PLC可编程控制器等均安装在电控箱上。

B

5 4 3

C 6

A
D
2 1

图2.4 执行机构简图
1—右旋限位开关 2—左旋限位开关 3—回缩限位开关
4—前伸限位开关 5—上升限位开关 6—下降限位开关
A—摆动气缸 B—前伸/回缩气缸 C—上升/下降气缸 D—真空吸盘

2.2.5 物料分拣机械手功能规定
物料分拣机械手构造重要由机座、立柱、水平手臂、垂直手臂、电磁阀和吸盘等构成。其中机座采用摆动气缸进行驱动，手臂及吸盘采用单活塞杆双作用气缸驱动。机械手动作基本有伸缩、升降、左右旋转、吸物和放物等动作。其构造原理如图2.4所示。其动作顺序为：初始位置 →A右旋 →B前伸 →C气缸下降 →D吸物料→ C上升 →B收缩→A左旋 →C气缸下降→D放物料 →C上升→回到初始位置。机械手动作在整个过程中都是持续可循环。
2.3 驱动系统分析与选取
机械手驱动系统是驱动执行机构运动传动装置。机械手驱动系统依照动力源不同，分为液压、气压、电气、机械、气液联合和电液联合等各种方式。当前采用重要有液压、气压、电气这三种驱动方式。
2.3.1 驱动系统选用
液压驱动功率重量比大，可实现频繁平稳变速和换向，容易实现过载保护，可自行润滑，使用寿命长。但也存在其油液容易泄露污染环境，需要配备油源，成本较高，工作噪声较大。
电气驱动，控制精度高，驱动力较大，响应快，信号检测、传递、解决以便。但是由于这种驱动方式价格昂贵，限制了在某些场合应用。因而，人们谋求其她某些经济合用驱动方式。
气压驱动具备价格低廉、构造简朴、功率体积比高、无污染及抗干扰性强、在工业机械手中应用较多。另一方面，气动技术作为“便宜自动化技术”，由于其元器件性能不
断提高，生产成本不断减少，被广泛应用于当代化工业生产领域。在当代化成套设备与自动化生产线上，几乎都配有气动系统。据记录：在工业发达国家中，所有自动化流程中约有30﹪装有气动系统，有90﹪包装机械，70﹪锻造、焊接设备，50﹪自动操机、40﹪锻造设备和洗衣设备、30﹪采煤机械，20﹪纺织机械、制鞋业、木材加工、食品机械，43﹪工业机器人装有气压系统。日、美、德等国气动元件销售平均每年增长超过10~15﹪。许多工业发达国家气动元件产值已接近液压元件产值，且仍以较大速度发展，气动机械手技术已经成为可以满足许多行业生产实践规定一种重要使用工具。
表2.1给出了各种驱动方式比较：
通过以上三种驱动方式比较选用气动驱动方式，这种方式不但可以满足了本设计规定，并且节约了成本。

表2.1 各种驱动方式比较

项目
气压传动
液压传动
电气传动
机械传动
系统构造
简朴
复杂
复杂
较复杂
安装自由度
大
大
中
小
输出力
稍大
大
小
不太大
定位精度
普通
普通
很高
高
动作速度
大
稍大
大
小
响应速度
慢
快
快
中
清洁度
清洁
也许有污染
清洁
较清洁
维护
简朴
比气动复杂
需要专门技术
简朴
价格
普通
稍高
高
普通
技术规定
较低
较高
最高
较低
控制自由度
大
大
中
小
危险性
几乎无问题
注意着火
普通无问题
无特殊问题

2.3.2 机械手驱动系统控制设计
依照物料分拣机械手规定，在驱动系统中气缸运动方式重要有两种：(1)直线运动（缸体固定，活塞杆运动）；(2)摆动（缸体固定）。其气动驱动系统原理图如图2.5所示。
气动系统涉及三个三位四通电磁换向阀、两个二位二通电磁阀、三个气缸、一种吸盘、四个调速阀、六个单向调速阀、消声器（若干）等。图中调速阀控制气缸上升和下降、伸长和缩短、摆动过程中速度，防止速度过大对物料及机械手臂冲击；三位四通电磁换向阀是变化气缸运动方向；真空发生器工作原理运用气体喷射产生真空吸附物料，其重要功能是实现对物料吸取和释放，真空发生器动作是由二位二通电磁阀控制[8]。

A B C
D E 25
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
26
10 11 12 13 14
1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA
4 5 6 7 8 9

2
1 3

图2.5 驱动系统原理图
1—空气压缩机 2—空气解决单元 3—储气罐 4、6、8、23—调速阀
5、7、9、21—消声器 10、11、12—三位四通电磁换向阀 13、14—二位二通电磁阀
15、16、17、18、19、20—单向调速阀 22—真空发生器 24—真空开关 25—过滤器 26—吸盘
A—水平伸缩气缸 B—小臂升降气缸 C—摆动气缸

2.3.3 气动元件选用及工作原理
气压驱动是运用压缩气体压力能来实现能量传递一种方式，其介质重要是空气，也涉及燃气和蒸汽。典型气压传动系统由如下四某些构成：气源装置、执行元件、控制元件、辅助元件、真空发生器、吸盘[9]。
2.3.3.1 气源装置
气源装置是获得具备一定能量压缩空气装置，其主体某些是空气压缩机，有还配有气源净化解决装置、气罐等附属设备。它将原动机提供机械能转变为气体压力能。气压传动对气源规定：
1. 规定压缩空气具备一定压力和足够流量；
2. 规定压缩空气有一定清洁度和干燥度。
下面对于重要气源装置元件进行如下简介：
（1）空气压缩机
空气压缩机是产生压缩空气气压发生装置，是气源重要设备。按构造和工作原理可分为速度型和容积型两大类。容积型压缩机是运用特殊形状转子或活塞压缩吸入封闭容积室空气体积来增长空气压力。容积型构造简朴、使用以便。本设计选用容积型压缩机。
（2）储气罐
储气罐可以调节气流，减少输出气流脉动，使输出气流持续和气压稳定，也可以作为应急气源使用，还可以进一步分离油水杂质。储气罐上装有安全阀，使其极限压力比正常工作压力高10%，并装有批示罐内压力压力表和排污阀等。罐型式可分为立式和卧式两种。本设计选用立式储气罐，由于它进气口在下，出气口在上，以利于进一步分离空气中油、水等杂质。
2.3.3.2 执行元件
执行元件是以压缩空气为工作介质产生机械运动，并将气体压力能转变为机械能能量转换装置，如气缸输出直线往复式机械能，摆动气缸输出回转摆动式机械能。
1．气缸输出直线往复式机械能
气缸是气动执行元件之一。当前最常选用是原则气缸，其构造和参数都已系列化、原则化、通用化。水平伸缩气缸选用单活塞杆双作用气缸。单活塞杆双作用气缸普通由缸筒、先后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等构成。其工作原理：对于前伸/回缩气缸，当左侧无杆腔进气，右侧有杆腔排气时活塞杆前伸，反之，活塞杆回缩；对于上升/下降气缸，当上侧无杆腔进气，下侧有杆腔排气时，活塞杆下降，反之活塞杆上升。
2．摆动气缸输出回转摆动式机械能
摆动气缸分为单叶片式和双叶片式。
单叶片式摆动气缸：压缩空气由进气口输入，作用在叶片上，带动轴回转产生转矩，另一腔空气从排气口排出。
双叶片式摆动气缸：从进气口进入压缩空气作用在一种叶片上，同步通过轴上气路也作用在另一叶片上带动轴回转。这样双叶片式产生转矩将是单叶片式2倍。
本设计采用双叶片式摆动气缸，这样就能产生更大转矩，以利于机械手转动。
2.3.3.3 控制元件
控制元件是用来调节压缩空气压力、流量和控制其流动方向，使气动执行机构获得必要力、动作速度和变化运动方向，并按规定程序工作。气动控制元件按功能分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。
1．压力控制阀
调节和控制压力大小气动元件称为压力控制阀。它涉及调压阀、溢流阀、顺序阀及多功能组合阀。
调压阀是出口侧压力可调，并能保持出口侧压力稳定压力控制阀。
溢流阀是在回路中压力达到阀规定值时，使某些气体从排气侧排出，以保持回路内压力在规定值阀。
调速阀是依照“流量负反馈”原理设计而成单路流量阀。调速阀普通用于执行元件负载变化大而运动速度规定稳定系统中。调速阀依照“串联减压式”和“并联溢流式”，又分为调速阀和溢流节流阀两种重要类型。本设计选用型号Q25串联减压式调速阀[10]。
2．方向控制阀
方向控制阀是变化压缩空气流动方向和气流通断状态，使气动执行元件动作或状态发生变换控制阀。
换向型方向控制阀按控制方式分类，分为气压控制、电磁控制、人力控制。换向阀是运用阀芯和阀体间相对位置不同来变换不同管路间通断关系，实现接通、切断，或变化流体方向阀。它用途很广，种类也诸多。
换向阀性能重要规定是：
(1) 油液流经换向阀时压力损失小；