的阀芯右移，摆动气缸会执行右旋的命令。这时的气路是：
进气路线：2空气处理单元→储气罐3→三位四通电磁换向阀12左端→单向调速阀19→摆动气缸C的D口。
排气路线：摆动气缸C的E口→单向调速阀20→三位四通电磁换向阀12排气口→调速阀8→消声器9→排出。
(2) 水平气缸的伸出
当摆动气缸C右旋到指定位置时（90度），就会碰到右旋限位开关，使二位五通电磁换向阀12的5YA断电，摆动气缸旋转运动会停止，经时间继电器延时，使三位四通电磁换向阀10的1YA得电，阀10的阀芯右移，执行手臂前伸动作。这时的气路是:
进气路线：2空气处理单元→储气罐3→三位四通电磁换向阀10左端→单向调速阀15→气缸A的无杆腔。
排气路线：气缸A的有杆腔→单向调速阀16→三位四通电磁换向阀10的排气口→调速阀4→消声器5→排出。
垂直手臂的下降
当水平伸缩气缸A伸出到指定位置时，就会碰到前限开关，使三位四通电磁换向阀10的1YA断电，手臂伸出动作会停止。经时间继电器延时，小臂下降按钮接通，使三位四通电磁换向阀11的3YA得电，阀11的阀芯右移，执行小臂的下降动作。这时的气路是：
进气路线：2空气处理单元→储气罐3→三位四通电磁换向阀11左端→单向调速阀17→气缸B的无杆腔。
排气路线：气缸B的有杆腔→单向调速阀18→三位四通电磁换向阀11的排气口→调速阀6→消声器7→排出。
吸物
小臂气缸下降到指定位置时，撞到下限位开关，使三位四通电磁换向阀11的3YA断电，小臂下降动作停止。经时间继电器延时，二位二通电磁阀13的7YA得电，真空发生器22开始动作，经真空开关24检测真空度，并发出讯号给控制器，真空吸盘26将物料吸起。这时的气路是：
进气路线：2空气处理单元→储气罐3→二位二通电磁阀13→真空发生器22→过滤器25→吸盘26。
排气路线：2空气处理单元→储气罐3→二位二通电磁阀13 →真空发生器22→消声器21。
(5)垂直手臂的上升
经传感器检测到物料已经被吸起时，发出讯号，使三位四通电磁阀11的电磁铁4YA得电，阀11的阀芯左移，执行小臂的上升动作。这时的气路是：
进气路线：2空气处理单元→储气罐3→三位四通电磁换向阀11右端→单向调速阀18→气缸B的有杆腔。
排气路线：气缸B的无杆腔→单向调速阀17→三位四通电磁换向阀11的排气口→调速阀6→消声器7→排出。
(6)水平手臂的回缩
小臂气缸上升到指定位置时，撞到上限位开关，使三位四通电磁阀11的电磁铁4YA断电，小臂上升动作停止。经时间继电器延时，使三位四通电磁阀10的电磁铁2YA得电，阀10的阀芯左移，执行水平手臂的回缩动作。这时的气路是：
进气路线：2空气处理单元→储气罐3→三位四通电磁换向阀10右端→单向调速阀16→气缸A的有杆腔。
排气路线：气缸A的无杆腔→单向调速阀15→三位四通电磁换向阀10的排气口→调速阀4→消声器5→排出。
(7)摆动气缸的左旋
水平手臂气缸回缩到指定位置时，撞到后限位开关，使三位四通电磁阀10的电磁铁4YA断电，水平手臂的回缩动作停止。经时间继电器延时，使三位四通电磁阀12的电磁铁6YA得电，阀12的阀芯左移，执行摆动气缸的向左旋转动作。这时的气路是：
进气路线：2空气处理单元→储气罐3→三位四通电磁换向阀12右端→单向调速阀20→摆动气缸C的E口。
排气路线：摆动气缸C的D口→单向调速阀19→三位四通电磁换向阀12排气口→调速阀8→消声器9→排出。
(8)垂直手臂的下降
摆动气缸左旋到指定位置（90度），撞到左转限位开关，使三位四通电磁阀12的电磁铁6YA断电，摆动气缸的左旋运动停止。经时间继电器延时，使三位四通电磁阀11的电磁铁3YA得电，阀11的阀芯右移，执行小臂的下降运动。这时的气路是：
进气路线：2空气处理单元→储气罐3→三位四通电磁换向阀11左端→单向调速阀17→气缸B的无杆腔。
排气路线：气缸B的有杆腔→单向调速阀18→三位四通电磁换向阀11的排气口→调速阀6→消声器7→排出。
(9)放物
小臂气缸下降到指定位置时，撞到下限位开关，使三位四通电磁阀11的电磁铁3YA断电，垂直手臂的下降运动停止。经时间继电器延时，使二位二通电磁13断电，二位二通电磁阀14通电，真空发生器停止运动，真空消失，压缩空气进入吸盘26，将物料与吸盘吹开，这时气路为：
进气路线：2空气处理单元→储气罐3→二位二通电磁阀14→调速阀23→过滤
器25→吸盘26。
排气路线：2空气处理单元→储气罐3→二位二通电磁阀14→调速阀23→过滤器25→吸盘26。
(10) 垂直手臂的上升
经传感器检测到物料已脱离吸盘，发出讯号，经时间继电器延时，使三位四通电磁阀11的4YA得电，阀11的右位接入工作，执行垂直手臂的上升动作。这时的气路是：
进气路线：2空气处理单元→储气罐3→三位四通电磁换向阀11右端→单向调速阀18→气缸B的有杆腔。
排气路线：气缸B的无杆腔→单向调速阀17→三位四通电磁换向阀11的排气口→调速阀6→消声器7→排出。
(11)回到初始位置
垂直手臂上升到指定位置，撞到上限位开关，接通复位按钮，回到初始位置，重复以上动作。
第四章 控制系统的分析设计
机械手控制系统的设计是整个机械手设计的关键和核心。它在结构和功能上的合理划分与巧妙实现，对提高机械手整体可靠性、实用性具有重要的意义，同时也是降低制造成本、缩短开发周期的有效途径。为此本章在分析了当前机械手广泛采用的控制器结构及PLC的发展之后，提出了采用PLC的控制方法。
4.1 控制系统的组成结构
机械手的控制系统一般是使机械手运动协调为目的，包括高性能的计算机及相应的系统硬件和控制软件。
机械手的控制部分可分为4个部分：机械手及其感知器、环境、任务、控制器。机械手是由各种机构组成的装置，它通过感知器的内部传感器实现本体和环境状态的检测和信息交互；环境即指机械手所处的周围环境；任务是指机械手要完成的操作，它需要适当的程序语言描述，并把它们存入控制机中，随着系统的不同，任务的输入可能是程序方式，或文字、图形或声音方式；控制器包括软件和硬件两大部分，相当于机械手的大脑，它以计算机或专用控制器运行程序的方式来完成给定的任务。
控制系统的硬件一般包括3个部分：
感知部分 用来收集机械手的内部和外部的信息，如位置、速度、加速度传感器可接受机械手的本体状态，而视觉、触觉、力觉等传感器可感受机械手的工作环境的外部状态。
控制装置 用来处理各种信息，完成控制过程，产生必要的控制指令，它包括计算机相应的接口等。
驱动部分 为了使机械手完成操作及移动功能，机械手各关节可选用气动、液动、电气等方式驱动。
4.2 控制系统的性能要求
对于一般的控制系统有以下控制的要求：
稳定性稳定性是系统受到短暂的扰动后其运动性能从偏离平衡点恢复到原平衡点状态的能力。稳定性是一般自动控制必须满足的基本要求，对稳定性的研究是自动化控制系统中的一个基本问题。
过渡过程性能描述过渡过程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系统由初始状态运动到新的平衡状态时具有较小的超调和震荡性；系统由初始状态运动到新的平衡状态经历的时间表示系统过渡过程的快速程度。
稳态误差 稳态误差是在过渡过程结束后，期望的稳态输出量与实际的稳态输出量之
差。控制系统的稳态误差越小，说明控制精度越高。因此，稳态误差是衡量控制系统性能好坏的一项重要指标，控制系统设计的任务之一就是在兼顾其他性能指标的情况下，使稳态误差尽可能小或者小于某个允许的限制值。
4.3 传感器的选择
传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。它主要被用于检测系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信息。
根据本设计的要求需要对位置检测装置、滑觉传感器、视觉传感器进行选用。位置检测装置检测机械手动作是否到位，滑觉传感器是判别物料是否被稳定吸住，视觉传感器是为了完成机械手对物料的识别。
4.3.1 位置检测装置
在本设计中，当机械手执行左旋/右旋，前伸/回缩，上升/下降等动作时，应有相应的位置检测装置检测动作是否到位，常用的位置检测装置是行程开关。行程开关又称限位开关，是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。
本设计中采用直线接触式行程开关检测机械手动作是否到位，当运动到指定位置时，碰到行程开关，终结上一个动作，准备执行下一个动作。
4.3.2 滑觉传感器
机械手吸取物体时按吸力的大小可分为硬吸取和软吸取。硬吸取是吸盘用最大的吸力吸取物体，以保证可靠性；软吸取方式是吸盘使吸力保持在能稳固吸取物体的最小值，以避免损伤物件。软吸取时吸力不够时被吸物体会产生滑动，滑
觉传感器就是为了检测滑动而设计的，可以检测垂直于吸物方向物体的位移、由重力引起的变形，以达到修正吸力，防止吸取物的滑动。滑动传感器主要用于检测物体接触面直接的相对运动的大小和方向，判断是否吸住物体以及应用多大的吸力等。
4.3.3 视觉传感器
机械手视觉的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能够对不同的物体进行识别，本机械手采用颜色传感器，根据不同物料有不同的颜色，可以针对一种颜色的物料进行拣出。
目前，用于颜色识别的传感器有两种基本类型：（1）色标传感器，它使用一个白炽灯光源或单色LED光源；（2）RGB（红绿蓝）颜色传感器，它检测物体的对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色。这类装置许多是温反射型、光束型、光纤型的，封装在各种金属和聚碳酸脂外壳中。典型的输出有：NPN和PNP、继电器和模拟输出。
1、颜色传感器的类型比较: (1)光到光电流转换器
光到光电流转换器由光电二极管或具有色彩滤波器的光电二极管组成，将光转换成光电流。可以使用外部电路，将光电流转换成一定比例的电压输出，然后可以通过模拟数字转换器将电压转换成数字格式，输送到微控制器中。
优点： 设计灵活。可以针对各个应用订制放大器的增益和带宽及模拟数字转换器的速度和分辨率。
缺点： 增加了组装成本，提高了设计复杂程度，光到光电流转换器适合要求响应时间短、定制增益和速度调节及在光线变化条件下工作的应用。
(2)光到模拟电压转换器
光到模拟电压转换器由搭配色彩滤波器的光电二极管阵列组成，并整合一个跨阻抗放大器。要求使用外部电路，将模拟电压转换成数字输出，然后才能输送到数字信号处理器。
优点：简化外设电路设计，改善空间利用效率，降低组装成本。
缺点：响应时间预先由内置电流到电压转换器确定，如跨阻抗放大器，要求额外的模拟数字转换器，将电压输出转换成数字格式，光到模拟电压转换器适合要求设计周期较短、产品开发周期更快、光线条件和空间利用率设计精良的应用。 (3)光到数字电压转换器
光到数字电压转换器由搭配RGB滤波器的光电二极管阵列、模似数字转换器及用于通信和灵敏度控制的数字核心组成。输出允许直接接口微控制器或其它逻辑控制通路，如2线串行接口，以进一步处理信号，而不需额外的器件。
优点： 提供抗噪声干扰能力，简化外围电路设计，改善空间利用率，降低组装成本 。